المنفذ التسلسلي - ما هو ، ما هو عليه وأنواعه

يعد المنفذ التسلسلي حاليًا أحد الأشكال الرئيسية للاتصال بين الأجهزة الخارجية وأجهزة الكمبيوتر اليوم. واجهة يمكننا العثور عليها في جميع الأجهزة الطرفية الموجودة على سطح المكتب لدينا ، وكذلك داخل معداتنا.

فهرس المحتويات

سنحاول شرح تشغيل المنفذ التسلسلي ، بالإضافة إلى الواجهات الرئيسية التي نجدها حاليًا. وإذا كنت لا تعرف ما هي الاختلافات مع المنفذ المتوازي ، فسوف نقضي أيضًا وقتًا في تمييزها.

ما هو المنفذ التسلسلي

إذا ألقيت نظرة على الكابلات التي لديك الآن على المكتب والتي تقوم بتوصيل ماوس لوحة المفاتيح أو محرك أقراص USB المحمول بالكمبيوتر ، فستشاهد واجهات اتصال تسلسلية.

المنفذ التسلسلي عبارة عن واجهة اتصال بيانات رقمية يتم فيها إرسال المعلومات بالتتابع شيئًا فشيئًا بواسطة الموصلات. وبهذه الطريقة ، يجب أن يرسل المنفذ التسلسلي جميع المعلومات واحدة تلو الأخرى ، بينما يرسل المنفذ المتوازي عدة بتات في وقت واحد. تعمل واجهة البيانات التسلسلية أو المنفذ التسلسلي وفقًا لمعيار RS-232.

فهل تعتقد أن المنفذ التسلسلي أبطأ من المنفذ المتوازي؟ حسنًا ، في الوقت الحاضر لدينا منافذ تسلسلية أسرع بكثير. على الرغم من أن هذه بالطبع لا تتوافق بالضرورة مع المعيار المعلق ، ولكنها إصدارات محسنة تجعل المنفذ التسلسلي الأصلي عفا عليه الزمن تمامًا. كونه أسهل تنفيذ ، مع توافق أفضل وانتشار لا نهائي.

تشغيل المنفذ التسلسلي والأجهزة

يعمل هذا المنفذ بشكل غير متزامن ، وذلك بفضل بروتوكول يبدأ الإرسال باستخدام إشارة " بدء " التي تعد جهاز الاستقبال لاستقبال الكلمة (بتات). بعد إرسال هذه الكلمة ، والتي ستكون رمز ASCII لكل حرف ، يتم إرسال إشارة " إيقاف " بحيث يستقر جهاز الاستقبال بعد ترميز الكلمة وينتظر استلام آخر.

لدينا ثلاثة أنواع من الاتصالات التسلسلية:

• البسيط: الإرسال أحادي الاتجاه ، أي أن هناك مرسل واحد ومستقبل واحد ، على سبيل المثال ، في اتصالات البث. يمكن أن يكون كل طرف جهاز إرسال واستقبال في نفس الوقت ، لذلك يتم استخدام كابلات مختلفة للإرسال والاستقبال ، أو يتم استخدام موجات بترددات مختلفة لتجنب الاختلاط. شبه مزدوج: يشبه الإرسال المزدوج ، ولكن عندما ينقل أحدهما الاستماع الآخر ، على سبيل المثال ، إلى اثنين من أجهزة اللاسلكي.

بهذه الطريقة ، يجب أن نفهم أنه في الاتصال بمنفذ تسلسلي ، يجب أن يكون لكل من الجهازين مدخلات ومخرجات ، لذلك يتم تقسيم الأجهزة إلى فئات DTE (معدات محطة البيانات) و DCE (معدات إنهاء دائرة البيانات).. لذا سيكون جهاز الكمبيوتر لـ DTE بينما يكون DCE هو المودم أو البطاقة القابلة للبرمجة. لتوصيل اثنين من DTEs أو اثنين من DCEs يجب استخدام جسر فارغ لعبور كلتا الإشارات.

لإدارة واجهة الاتصال لدينا رقاقة UART أو USART (جهاز الإرسال والاستقبال العالمي غير المتزامن). وتتمثل وظيفتها في تحويل إشارات الفولتية لوحدة المعالجة المركزية إلى معيار الاتصالات. يتم استخدام شريحة UART 8250 لمعالجات 8 و 16 بت ، في حين يتم استخدام UART 16550 لبقية أجهزة كمبيوتر IBM.

RS-232 ومنفذ تسلسلي Pinout

RS-232

في تاريخ الحوسبة ، كان المنفذ الأكثر استخدامًا هو المنفذ الذي ينقل البيانات التسلسلية. تم توحيد واجهته في عام 1962 بفضل معيار EIA / TIA RS-232C ، للأصدقاء ، RS-232 أو "المعيار الموصى به 232". بدورها ، تم إنشاء التوصية V.24 ، التي تحدد دوائر وإشارات الواجهة ، والتوصية V.28 ، التي تحدد الجوانب الكهربائية.

كان الموصل الأكثر انتشارًا هو DB-25 ، الذي تم تبسيطه لاحقًا إلى DB-9 ، والذي يسمى مباشرة RS-232. من المهم عدم الخلط بين هذا الموصل والمنفذ المتوازي الذي يحمل نفس الاسم ، على الرغم من أنه يطلق عليه D-Sub. كان (ولا يزال) يركز على استخدامه في الاتصالات بين أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الخارجية ذات الاتصالات المزدوجة. على سبيل المثال ، المودم والمفاتيح وأجهزة الاتصالات الأتمتة الصناعية الأخرى مثل اللوحات القابلة للبرمجة والروبوتات وغيرها من المنتجات الاستهلاكية العامة مثل الغسالات الرقمية.

بعد ذلك ، سنرى تكوين الدبوس لمنفذ RS-232 في نسخته DB-9 و DB-25. في كلتا الحالتين لدينا نفس عدد الدبابيس المفيدة.

الاستخدامات الحالية للمنفذ التسلسلي

لم تعد أجهزة الكمبيوتر المكتبية الحالية لدينا مزودة بمنفذ RS-232 ، لأن USB هو أحدث واجهة وهو متوافق عمليًا مع جميع أنواع PCBs الإلكترونية. ولكن لا يزال بإمكاننا العثور على هذا المنفذ التسلسلي PCI من خلال بطاقة توسع إذا كرسنا أنفسنا للبرمجة. أيضا هناك العديد من محولات RS-232 إلى USB.

هذه هي الاستخدامات الأساسية لمنفذ DB-9 أو RS-232 اليوم

• أجهزة المودم أو المحولات أو أجهزة التوجيه أو هواتف الأقمار الصناعية أو موازنات التحميل: ما زلنا نجد هذا النوع الداخلي أو الخارجي لهذا النوع من المنافذ أو الرؤوس لتعديل الرمز الصغير لمعدات الشبكة القديمة ولا يمكن للمستخدم إدارته. قارئات الباركود بالأشعة تحت الحمراء: وغيرها من معدات السوبر ماركت القديمة نسبيًا. لوحات قابلة للبرمجة ومعدات قياس كهربائية وغسالات برمجيات. الطابعات: الطابعات القديمة التي لا تستخدم واجهة USB أو الموصل المتوازي ، بشكل عام أجهزة الكمبيوتر التي لا تحتوي على USB لتحديث البرامج الثابتة الخاصة بها.

قبل كل شيء ، نحن نتحدث عن الأجهزة الصناعية والشبكات ، حيث يتوقع استخدامها من قبل المستخدمين ذوي المعرفة التقنية.

سرعة المنفذ التسلسلي (RS-232)

قبل النظر إلى الإصدارات الحالية من المنفذ التسلسلي ، يجدر معرفة القليل عن السرعات التي وصل إليها هذا بعد تحديث الأجهزة والأجهزة الطرفية:

يتم قياس هذه السرعات بالبت في الثانية أو الباود ، وهو مقياس شائع في أجهزة المودم ، وهي منخفضة جدًا مقارنة بالمنافذ التسلسلية الموجودة حاليًا ك USB. كما تتم إدارته مباشرةً بواسطة البرنامج من حيث النطاق الترددي والاتصال بالأجهزة الطرفية.

تطور المنفذ التسلسلي للوقت الحاضر والواجهات الرئيسية

نترك منفذ RS-232 في الخلف لمعرفة المزيد حول المنافذ التسلسلية الأكثر استخدامًا اليوم. كلهم يعملون تحت معاييرهم الخاصة وليس تحت ظروف RS-232 ، ويتم إدارتها تلقائيًا ومستقلًا بواسطة وحدة التحكم الخاصة بهم.

PS / 2

تم تنفيذ هذا المنفذ لأول مرة على أجهزة كمبيوتر IBM في عام 1987 وحتى اليوم نجدها على اللوحات الحالية. وتتمثل وظيفتها في توصيل أجهزة الماوس أو لوحات المفاتيح في واجهة مستقلة بـ USB. يحتوي على 6 دبابيس دائرية وفي نظام التشغيل يمكننا إيجادها كمنفذ COM.

إنها واجهة ثنائية الاتجاه ، وعلى الألواح القديمة مع منفذ RS-232 ، تشارك المقاطعة مع هذا المنفذ. بالإضافة إلى ذلك ، لا يسمح بالتبديل السريع ، لذلك يجب إعادة تشغيل الكمبيوتر للكشف عن الطرفية المثبتة مرة أخرى.

USB (الناقل التسلسلي العالمي)

من لا يعرف اليوم منفذ USB؟ يمكننا تخصيص مقال كامل لهذه الواجهة ولن ننتهي. إنه المنفذ التسلسلي الأكثر استخدامًا اليوم لتوصيل الأجهزة الطرفية بجميع أنواعها بجهاز الكمبيوتر.

واجهته كافية مع 4 موصلات ، أحدها يوفر جهدًا بجهد 5 فولت ، اثنان منهم مسؤولان عن تحميل البيانات وتنزيلها والآخر هو الاتصال الأرضي. بينما تحتوي الإصدارات الأخرى مثل micro USB على دبوس خامس لتمييزه عن Micro-A و Micro-B. كما تعمل الإصدارات اللاحقة من USB 3.0 وما بعده على زيادة pinout للسماح بمزيد من النطاق الترددي.

هذه هي الإصدارات والسرعات التي نتركها حاليًا للإصدار 1.0 و 1.1 خلفنا:

• USB 2.0: سرعة نظرية تبلغ 480 ميجابت في الثانية (60 ميجابايت / ثانية) مع سعة إمداد طاقة 5 فولت. USB 3.0: يزيد السرعة حتى 5 جيجابايت / ثانية (600 ميجابايت / ثانية) ، ويسمى أيضًا USB 3.1 Gen1 أو USB 3.2 Gen1. USB 3.1: على الرغم من أنه يُطلق عليه حاليًا USB 3.1 Gen2 أو USB 3.2 Gen2 ، فهذه هي الطريقة التي تم تأسيسه بها في عام 2019. إنه يزيد سرعته إلى 10 جيجابت في الثانية (1.2 جيجابايت / ثانية) USB 3.2: يزيد السرعة إلى 20 جيجابت في الثانية (2.4 جيجا بايت / ثانية وسنجدها مع فئة USB 3.2 Gen2x2. تم تنفيذ هذا المنفذ في أواخر عام 2019 على لوحات Intel و AMD الجديدة.

ومنذ عام 2014 لدينا منفذ USB من النوع C ، والذي يحتوي على 24 جهة اتصال مرتبة في صفين لتكون قابلة للعكس تمامًا. يستخدم هذا النوع من الموصلات على نطاق واسع للأجهزة المحمولة مثل الهاتف الذكي أو الأجهزة الطرفية. يمكننا حاليًا العثور على USB-C من نوع 3.2 Gen1 و 3.2 Gen2 و 3.2 Gen2x2. بالإضافة إلى ذلك ، فهي قادرة على تنفيذ توصيل DisplayPort 1.4 و Thunderbolt 3 مع حمولة تصل إلى 100 واط.

فايرواير

يُعرف أيضًا باسم معيار IEEE 1394 ، وهو الإصدار الأمريكي من USB قبل الواجهة نفسها الممتدة أيضًا في هذا المجال ، تاركًا هذه الواجهة التسلسلية بعيدة جدًا في الأداء.

إنه موصل مشابه لـ USB ، على الرغم من وجود زاوية مدببة ولديه 4 و 6 و 9 وما يصل إلى 12 دبابيس اعتمادًا على الإصدار . حاليا تم استبداله بالكامل بـ USB 2.0 وما بعده.

هناك 4 إصدارات من Firewire وفقًا لعرض النطاق الترددي لها

• فايرواير 400: يعمل بسرعة 50 ميجا بايت / ثانية فايرواير 800: يصل إلى 100 ميجا بايت / ثانية فايرواير s1600: سرعة 200 ميجا بايت / ثانية فايرواير s3200: أحدث إصدار يعمل بسرعة 400 ميجا بايت / ثانية.

منافذ الفيديو

تعمل منافذ الفيديو أيضًا تحت ناقل من النوع التسلسلي ، وهي D-Sub ، والمعروفة أيضًا باسم VGA و DVI في إصداراتها المختلفة ومنافذ HDMI و DisplayPort كأحدث الواجهات وتستخدم مع Thunderbolt تحت USB Type- ج.

الأسرع سيكون منفذ HDMI و DisplayPort. في الحالة الأولى ، نحن في الإصدار 2.0b مع عرض النطاق الترددي 14.4 جيجابت في الثانية ، وسنتحرك قريبًا إلى الإصدار 2.1 الذي يزداد إلى 42.6 جيجابت في الثانية لدعم دقة تصل إلى 8K عند 120 هرتز. وفي حالة DisplayPort لدينا إصدار تشغيل 1.4 بسرعة 49.65 جيجابت في الثانية يدعم دقة 8K بتردد 60 هرتز.

واجهة SATA و PCIe

وأخيرًا ، أهم واجهات جهاز الكمبيوتر لدينا: SATA (Serial Advanced Technology Attachment) لمحركات الأقراص الصلبة ، و PCIe أو PCI-E (Peripheral Component Interconnect - Express) لاتصال المكونات الداخلية.

SATA هي الواجهة التي حلت محل PATA لاتصالات أجهزة التخزين في أجهزة الكمبيوتر ذات الاستهلاك العام. الحد الأقصى لعرض النطاق الترددي في إصدار SATA III هو 6 جيجابت في الثانية ، وهو ما يقرب من 600 ميجابايت / ثانية. يستخدم موصلًا أصغر بكثير من IDE ومع اتصال جهاز واحد لكل واجهة ، مما يسمح أيضًا بالتوصيل السريع. وهو يعمل باستخدام بروتوكول AHCI (واجهة وحدة تحكم المضيف المتقدمة) ، وهو متاح أيضًا على واجهات M.2 لمحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة.

PCI-Express هو الناقل التسلسلي الداخلي للوحة المثالية ، والذي يسمح لنا بتوصيل المكونات عالية السرعة مباشرة في الفتحات المثبتة على اللوحة الأم. سوف نطلق على بطاقات التوسع هذه. نجد حاليًا لوحات مع PCI-Express في الإصدار 4.0 ، حيث يكون لكل ممر بيانات عرض النطاق الترددي 2000 ميغا بايت / ثانية (16 جيجابت في الثانية) صعودًا وهبوطًا في نفس الوقت ، وهي وحشية حقيقية مقارنة بالمنافذ خارجي. تقوم بتوصيل NVMe SSDs وبطاقات الرسومات وبطاقات الشبكة ، إلخ. بالإضافة إلى ذلك ، يتصل الجسر الشمالي أو مجموعة الشرائح بوحدة المعالجة المركزية بواسطة ناقل من هذا النوع.

الاختلافات بين المنفذ التسلسلي والمنفذ المتوازي

لم نر بعد الفرق الرئيسي أو الرئيسي بين المنفذ التسلسلي والمنفذ المتوازي. هذا يكمن في تشغيله ، حيث أن المنفذ المتوازي يرسل أجزاء من المعلومات في نفس الوقت وفي شكل حزم. يتم إرسال كل من هذه البتات ، والتي يمكن أن تكون على سبيل المثال رمز ASCII بواسطة موصل مختلف ، وبعد ذلك يتم إرسال العديد من الموصلات مثل البتات في نفس الوقت. بالإضافة إلى ذلك ، سيكون هناك أيضًا موصلات إضافية أخرى للتوقيت والأرض وإشارات أخرى.

المنافذ المتوازية هي على سبيل المثال نوع Centronics للطابعات ، ناقل PATA (IDE) لمحركات الأقراص الصلبة وناقل SCSI أيضًا لمحركات الأقراص الصلبة. فيها ، لا يسمح بالاتصال الساخن ، ولا قوة الطرفية المتصلة. وهي تدعم عددًا أقل بكثير من الأجهزة الطرفية المتصلة بنفس الناقل ، وهي حاليًا موقوفة إلى حد كبير.

الاستنتاجات والروابط ذات الاهتمام

تم ترك المنفذ التسلسلي في معيار RS-232 والإصدارات الأحدث فقط للاستخدام الصناعي والمتقطع فقط مع معدات الحوسبة الاستهلاكية. هو المنفذ الذي بلا شك وضع علامة قبل وبعد في توصيلات الأجهزة والأجهزة الطرفية ، خاصة في الشبكات لتحديث البرامج الثابتة لأجهزة المودم.

حاليًا ، نستخدم جميعًا USB في إصداراته المختلفة نظرًا لأنه منفذ أصغر بكثير وسرعة أعلى بكثير. بالإضافة إلى ذلك ، فهو يدعم الاتصالات الساخنة (التوصيل والتشغيل) وحتى مصدر الطاقة حتى 100 واط في واجهة Thunderbolt 3 تحت USB Type-C قادر على الوصول إلى ما يصل إلى 40 جيجابت في الثانية.

إذا كنت تريد معرفة المزيد عن الموانئ أو الشبكات ، نترك لك هذه المقالات:

هل تعلم منفذ RS-232 ، هل سبق لك استخدامه؟ إذا كنت تعرف المزيد من مشاركات السلسلة أو لديك أي أسئلة ، فيمكنك تركها في التعليقات.