シリアルポート-それは何ですか、何のためのものであり、タイプ

シリアルポートは現在、外部デバイスとコンピューター間の今日の主要な通信形式の1つです。 デスクトップ上にあるすべての周辺機器、および機器内にあるインターフェイス。

コンテンツインデックス

シリアルポートの動作と、現在見つかっている主要なインターフェイスについて説明します。 また、パラレルポートとの違いがわからない場合は、それらを区別するためにも時間を費やします。

シリアルポートとは

キーボードマウスまたはUSBフラッシュドライブをコンピューターに接続する、現在机の上にあるケーブルを見てみると、 シリアル通信インターフェイスが表示されます。

シリアルポートはデジタル データ 通信インターフェースであり、情報は導体によってビットごとに順次送信されます 。 このように、シリアルポートはすべての情報を1ビットずつ送信する必要がありますが、パラレルポートは複数のビットを同時に送信します。 シリアルデータインターフェイスまたはシリアルポートは、RS-232標準で動作します。

シリアルポートはパラレルポートより遅いと思いますか？ さて、今日ははるかに高速なシリアルポートがあります 。 もちろん、これらは必ずしもコメントされた標準に準拠しているわけではありませんが、ネイティブシリアルポートを完全に廃止する改良バージョンです。 実装が最も簡単で、互換性が高く、無限に普及しています。

シリアルポートとハードウェア操作

このポートは、受信機がワード（ビット）を受信する準備をする「 開始 」信号で送信を開始するプロトコルのおかげで、 非同期で機能します 。 各文字のASCIIコードであるこの単語を送信した後、「 stop 」信号が送信され、受信者は単語をエンコードした後に休憩し、別の単語の受信を待ちます。

シリアル通信には次の3つのタイプがあります。

• シンプレックス ：送信は一方向です。つまり、ブロードキャスト通信などでは、送信者と受信者が1人ずつ存在します。 デュプレックス ：両端を同時に送信機と受信機にすることができるため、送信と受信に異なるケーブルを使用するか、混合を回避するために異なる周波数の波を使用します。 半二重 ：二重送信に似ていますが、一方が送信すると、たとえば2つのトランシーバーをリッスンします。

このように、シリアルポートとの通信では、 両方のデバイスに入力と出力が必要であるため、デバイスはDTE （データ端末装置）とDCE （データ回線終端装置）のカテゴリに分類されることを理解する必要があります。 。 つまり、コンピュータはDTE用であり、DCEはモデムまたはプログラム可能なカードです。 2つのDTEまたは2つのDCEを接続するには、ヌルブリッジを使用して両方の信号を通過させる必要があります。

通信インターフェースを管理するために、 UARTまたはUSARTチップ （ユニバーサル非同期送信機および受信機）があります。 その機能は、CPUの信号と電圧を通信規格に変換することです。 UART 8250チップは8ビットおよび16ビットプロセッサに使用され、 UART 16550は IBMコンピュータの残りのプロセッサに使用されます。

RS-232およびピン配列シリアルポート

RS-232

コンピューティングの歴史において、最も広く使用されているポートは、シリアルデータを送信するポートです。 そのインターフェースは、1962年に EIA / TIA RS-232C規格のおかげで標準化されました。友人向けのRS-232または「Recommended Standard 232」です。 次に、インターフェイスの回路と信号を定義する勧告V.24が作成され、電気的側面を定義する勧告V.28が作成されました。

最も普及しているコネクタはDB-25でしたが、後でDB-9に簡略化され 、直接RS-232と呼ばれていました。 このコネクタはD-Subと呼ばれますが、同じ名前のパラレルポートと混同しないようにすることが重要です。 これは、コンピュータと、二重接続の外部デバイスとの間の接続での使用に焦点が当てられていました（現在もそうです）。 たとえば、モデム、スイッチ、その他の産業用オートメーション通信デバイス（ プログラマブルボード、ロボット、デジタル洗濯機などの他の一般消費者向け製品など） 。

次に、バージョンDB-9およびDB-25のRS-232ポートのピン構成を確認します。 どちらの場合も、同じ数の便利なピンがあります。

シリアルポートの現在の用途

USBは最新のインターフェイスであり、あらゆるタイプの電子PCBと実質的に互換性があるため、現在のデスクトップコンピューターにはRS-232ポートが実装されていません 。 しかし、プログラミングに専念すれば、拡張カードを介してこのPCIシリアルポートを見つけることができます。 また、多くのRS-232-USBアダプタがあります。

これらは今日のDB-9またはRS-232ポートの基本的な用途です

• モデム、スイッチ、ルーター、衛星電話、ロードバランサー ：古いタイプのネットワーク機器のマイクロコードを変更するために、内部または外部のこのタイプのポートまたはヘッダーがまだあり、ユーザーが管理することはできません。 赤外線バーコードリーダー ：その他の比較的古いスーパーマーケットの機器。 プログラム可能なボード 、電気測定機器、ソフトウェアスクラバー。 プリンター ：USBインターフェースまたはパラレルコネクタを使用しない古いプリンター 、通常、ファームウェアを更新するためのUSBを備えていないコンピューター 。

なかでも、技術知識のあるユーザーが利用を期待している産業機器やネットワーク機器のことです。

シリアルポート速度（RS-232）

シリアルポートの現在のバージョンを見る前に 、ハードウェアと周辺機器のアップデート後にこれが到達した速度について少し知っておく価値があります。

これらの速度は、 ビット/秒またはボーで測定されます。これは、モデムで一般的な測定であり、現在USBとして使用しているシリアルポートと比較するとかなり低いです。 また、帯域幅と周辺機器への接続に関してソフトウェアによって直接管理されます。

シリアルポートから現在および主要なインターフェースへの進化

RS-232ポートはそのままにして、今日最もよく使用されているシリアルポートについて学習します。 それらはすべて、RS-232条件下ではなく、独自の標準で動作し、独自のコントローラーによって自動的かつ自律的に管理されます。

PS / 2

このポートは1987年にIBM PCに最初に実装され 、現在でも現在のボードに搭載されています。 その機能は、USBへの独立したインターフェースでマウスまたはキーボードを接続することです。 円形の合計6本のピンがあり、オペレーティングシステムではCOMポートとして見つけることができます。

これは双方向インターフェースであり、RS-232ポートを備えた古いボードでは、このポートと割り込みを共有していました。 さらに、 ホットスワップは許可されていないため、インストールされている周辺機器を再度検出するには、コンピューターを再起動する必要があります。

USB（ユニバーサルシリアルバス）

今日誰がUSBポートを知らないのですか？ 記事全体をこのインターフェース専用にすることができたので、終了しませんでした。 これは、あらゆる種類の周辺機器をコンピュータに接続するために今日最も広く使用されているシリアルポートです 。

そのインターフェースは4本の導体で十分で、そのうち1本は5Vで電圧を供給し、そのうち2本はデータのアップロードとダウンロードを担当し、最後の1本はアース接続です。 マイクロUSBなどの他のバージョンには、 マイクロAやマイクロBと区別するための5番目のピンがあります。 また、 それ以降のバージョンのUSB 3.0以降では、ピン割り当てを増やしてより多くの帯域幅を許可します。

これらは、現在バージョン1.0および1.1を残しているバージョンと速度です。

• USB 2.0 ：理論速度480 Mbps （60 MB /秒）、電源容量5V。 USB 3.0 ：速度が最大5 Gbps （600 MB /秒）に向上し、USB 3.1 Gen1またはUSB 3.2 Gen1とも呼ばれます 。 USB 3.1 ：現在USB 3.1 Gen2またはUSB 3.2 Gen2と呼ばれていますが 、これは2019年に確立された方法です。速度は10 Gbps （1.2 GB /秒）に向上しますUSB 3.2 ：速度は20 Gbps （ 2.4 GB /秒） 。USB3.2 Gen2x2と表記されています。 この移植は、2019年後半に新しいIntelおよびAMDボードに実装されました。

そして2014年以降、USB Type-Cポートを利用できるようになりました。このポートには24の接点が2列に配置されており、完全にリバーシブルです。 このタイプのコネクタは、スマートフォンや周辺機器などのポータブルデバイスで広く使用されています。 現在、 USB-Cタイプ3.2 Gen1、3.2 Gen2、3.2 Gen2x2を 見つけることができます 。 さらに、最大100Wの負荷でDisplayPort 1.4およびThunderbolt 3接続を実装できます。

Firewire

IEEE 1394標準とも呼ばれます。これは、インターフェイス自体もこの領域で拡張される前のUSBのアメリカバージョンであり、このシリアルインターフェイスのパフォーマンスははるかに遅れています。

USBに似たコネクタですが、角が尖っていて、バージョンによっては4、6、9、最大12のピンがあります。 現在、USB 2.0以降で完全に置き換えられています。

Firewireには、帯域幅に応じて4つのバージョンがあります。

• Firewire 400 ：50 MB /秒で動作しますFirewire 800 ：100 MB /秒に達しますFirewire s1600 ：200 MB /秒の速度Firewire s3200 ：400 MB /秒で動作する最新バージョン

ビデオポート

ビデオポートはシリアルタイプバスでも動作します。これらは、 VGAとしても知られているD-Sub、さまざまなバージョンのDVI 、最新のインターフェイスとしてのHDMIおよびDisplayPortポートであり、USBタイプの下でThunderboltと一緒に使用されます- C.

最も速いのはHDMIポートとDisplayPortです。 最初のケースでは、帯域幅が14.4 Gbpsのバージョン2.0bを使用 しています。まもなくバージョン2.1に移行し、42.6 Gbpsに増加して、120 Hzで最大8Kの解像度をサポートします。 DisplayPortには、49.65 Gbpsで動作するバージョン1.4があり 、60 Hzで8Kの解像度をサポートしています。

SATAおよびPCIeインターフェース

そして最後に、私たちのコンピューターの最も重要なインターフェース：ハードドライブ用のSATA （Serial Advanced Technology Attachment）、および内部コンポーネント通信用のPCIeまたはPCI-E （Peripheral Component Interconnect-Express）。

SATAは、一般消費型コンピュータのストレージデバイスを接続するためにPATAに代わるインターフェイスです。 SATA IIIバージョンでの最大帯域幅は6 Gbpsで 、これは約600 MB /秒です。 IDEよりもはるかに小さいコネクターを使用し、インターフェースごとに単一のデバイス接続を備えているため、 ホットプラグも可能です。 AHCI （Advanced Host Controller Interface） プロトコルを使用して動作し、ソリッドステートドライブのM.2インターフェイスでも使用できます。

PCI-Expressは典型的なボード内部シリアルバスであり、高速コンポーネントをマザーボードにインストールされたスロットに直接接続することができます。 これらを拡張カードと呼びます 。 現在、バージョン4.0のPCI-Expressを搭載したボードが見つかります。各データレーンの帯域幅は 同時に 2000 MB / s（16 Gbps） であり 、ポートと比較すると実際の蛮行です。外部。 NVMe SSD、グラフィックスカード、ネットワークカードなどを接続します。 さらに、ノースブリッジまたはチップセットは、このタイプのバスを介してCPUと通信します。

シリアルポートとパラレルポートの違い

シリアルポートとパラレルポートの主な違い、または主な違いはまだわかりません。 パラレルポートは同時に情報のビットをパケットの形式で送信するため、これはその動作にあります 。 これらの各ビットは、たとえばASCIIコードにすることができ、ビットと同じ数の導体が同時に送信されるため、異なる導体によって送信されます。 これらに加えて、タイミング、グランド、およびその他の信号用のその他の導体もあります 。

パラレルポートは、たとえば、プリンターのセントロニクスタイプ 、ハードドライブのPATAバス （IDE）、およびハードドライブのSCSIバスです。 それらでは、 ホット接続は許可されておらず、接続されている周辺機器の電源も許可されていません 。 同じバスに接続されているペリフェラルの数ははるかに少なく、現在はほとんど使用されていません。

結論と関心のあるリンク

RS-232標準およびそれ以降のバージョンのシリアルポートは、民生用コンピューティング機器で純粋に産業用および散発的に使用するためにのみ残されています。 特にモデムのファームウェアを更新するためのネットワークで、機器と周辺機器の接続の前後に間違いなくマークを付けたポート。

USBははるかに小さいポートであり、速度が非常に速いため、現在、 USBはさまざまなバージョンで使用されています。 さらに、最大40 Gbpsに到達可能なUSB Type-CのThunderbolt 3インターフェイスで、ホット接続（プラグアンドプレイ）と最大100 Wの電源をサポートします 。

ポートやネットワークについて詳しく知りたい場合は、次の記事をご覧ください。

RS-232ポートをご存知ですか、それを使用したことがありますか？ シリーズの投稿をもっと知っている場合や質問がある場合は、コメントに残してください。