并行接口

并行接口

傳輸數據的接口種類
并行接口,指采用并行傳輸方式來傳輸數據的接口标準。[1]從最簡單的一個并行數據寄存器或專用接口集成電路芯片如8255、6820等,一直至較複雜的SCSI或IDE并行接口,種類有數十種。一個并行接口的接口特性可以從兩個方面加以描述:1.以并行方式傳輸的數據通道的寬度,也稱接口傳輸的位數;2.用于協調并行數據傳輸的額外接口控制線或稱交互信号的特性。數據的寬度可以從1~128位或者更寬,最常用的是8位,可通過接口一次傳送8個數據位。在計算機領域最常用的并行接口是通常所說的LPT接口。
    中文名:并行接口 外文名:IEEE1284 所屬學科: 别名:Centronics接口 定義:采用并行傳輸方式來傳輸數據的接口标準

基本概述

通常所說的并行接口一般稱為Centronics接口,也稱IEEE1284,最早由Centronics Data Computer Corporation公司在20世紀60年代中期制定。Centronics公司當初是為點陣行式打印機設計的并行接口,1981年被IBM公司采用,後來成為IBM PC計算機的标準配置。它采用了當時已成為主流的TTL電平,每次單向并行傳輸1字節(8-bit)數據,速度高于當時的串行接口(每次隻能傳輸1bit),獲得廣泛應用,成為打印機的接口标準。

1991年,Lexmark、IBM、Texas instruments等公司為擴大其應用範圍而與其他接口競争,改進了Centronics接口,使它實現更高速的雙向通信,以便能連接磁盤機、磁帶機、光盤機、網絡設備等計算機外部設備(簡稱外設),最終形成了IEEE1284-1994标準,全稱為"Standard Signaling Method for a Bi-directional Parallel Peripheral Interface for Personal Computers",數據率從10KB/s提高到可達2MB/s(16Mbit/s)。但事實上這種雙向并行通信并沒有獲得廣泛使用,并行接口仍主要用于打印機和繪儀,其他方面隻有的少量設備應用,這種接口一般被稱為打印接口或LPT接口。

通信原理

并行接口中各位數據都是并行傳送的,它通常是以字節(8位)或字節(16位)為單位進行數據傳輸。

如附圖所示,圖中的并行接口是一個雙通道的接口,能完成數據的輸入和輸出。其中,數據的輸入/輸出是由輸入/輸出緩沖器來實現的,狀态寄存器提供狀态信息供CPU查詢,控制寄存器接收來自CPU的各種控制命令。

在數據輸入過程中:輸入設備将數據送給接口同時使“數據輸入準備好”有效。接口把數據送給輸入緩沖寄存器時,使“數據輸入回答”信号有效,當外設收到應答信号後,就撤消“數據輸入準備好”和數據信号。同時,狀态寄存器中的相應位(“數據輸入準備好”)有效,以供CPU查詢。當然,也可采用中斷方式,向CPU發出中斷請求。CPU在讀取數據後,接口會自動将狀态寄存器中的“數據輸入準備好”位複位。然後,CPU進入下一個輸入過程。

在數據輸出過程中:當CPU輸出的數據送到數據輸出緩沖寄存器後,接口會自動清除狀态寄存器中的“輸出準備好”狀态位,并且把數據送給輸出設備,輸出設備收到數據後,向接口發一個應答信号,告訴接口數據已收到,接口收到信号後,将狀态寄存器中的“輸出準備好”狀态位置“1”。然後,CPU進入下一個輸出過程。

主要特點

并行接口是指數據的各位同時進行傳送,其特點是傳輸速度快,但當傳輸距離較遠、位數又多時,就導緻通信線路複雜且成本提高。

串、并口

串口形容一下就是:一條車道,而并口就是有8個車道同一時刻能傳送8位(一個字節)數據。

但是并不是并口快。由于8位通道之間的互相幹擾,傳輸時速度就受到了限制。而且當傳輸出錯時,要同時重新傳8個位的數據。而串口沒有幹擾,傳輸出錯後重發一位就可以了,所以要比并口快。串口硬盤就是這樣被人們重視的。

主要分類

在IEEE1284标準中定義了多種并行接口模式,常用的有以下三種:

SPP(Standard Parallel Port)标準并行接口

EPP(Enhanced Parallel Port)增強并行接口

ECP(Extended Capabilities Port)擴展功能并行接口

這幾種模式因硬件和編程方式的不同,傳輸速度可以從50K Bits/秒到2MB/秒不等。一般用以從主機傳輸數據到打印機、繪儀或其它數字化儀器的接口,是一種叫Centronics的36腳彈簧式接口(通常主機上是25針D型接口,打印機上是36針Centronics接口)。

連接器

并行接口,通常主機上是25針D型接口,打印機上是36針彈簧式接口(Centronics接口)。

IEEE1284标準規定了3種連接器,分别稱為A、B、C型:

A型

25PIN DB-25連接器,隻用于主機端。

DB-25孔型插座(也稱FEMALE或母頭),用于PC機上,外形如附圖:

這種A型的DB-25針型插頭(也稱MALE或公頭),因為尺寸較小,也有少數小型打印機(如POS機打印機等)使用(非标準使用),但電纜要短。

B型

36PIN 0.085inch間距的Champ連接器,帶卡緊裝置,也稱Centronics連接器,隻用于外設。

36PIN Centronics插座(SOCKET或FEMALE),用于打印機上。

C型

新增加的Mini-Centronics 36PIN連接器,也稱為half-pitch Centronics 36 connector(HPCN36),也有稱MDR36,36PIN 0.050inch間距,帶夾緊裝置,既可用于主機,也可用于外設,應用還不夠普遍,因有競争力的新的接口标準的不斷出現,普及應用很難。

新接口還增加了兩個信号線Peripheral Logic High和Host Logic High,用于通過電纜能檢測到另一端是否打開電源。

接口電纜

性能要求

最早的Centronics并口電纜長度為2米,且隻能支持10KB/s的數據率傳輸,對性能要求不高。為了把數據率提高到2MB/s以上,對IEEE1284電纜提出許多特殊要求:

1)因為是并行數據,為避免傳輸時各BIT數據間的串擾,每條數據線都需要配合一條地線,形成雙絞線結構;

2)每對信号和返回地線間的不平衡特性阻抗為62歐±6歐(在頻帶4M-16MHz上);

3)線間串擾不超過10%;

4)電纜有屏蔽層,并與接頭的屏蔽殼連接,使用360度包裹。

典型電纜

AMAM:Type A Male to Type A Male(一般用于計算機間互聯)典型的IEEE1284電纜有如下6種,标準長度為10、20、30英尺(約3、7、10米):

AMAF:Type A Male to Type A Female(一般用于延長線或連接A型口并行打印機)

AB:Type A Male to Type B Plug(一般用于連接計算機和普通B型口打印機)

AC:Type A Male to Type C Plug

BC:Type B Plug to Type C Plug

CC:Type C Plug to Type C Plug

其中前3種為常用的電纜,後3種是與新增加的C型接口相關的電纜。

鍊式連接

依照IEEE 1284鍊式連接規格書,一個并口最多可以連接8個設備,而每個鍊式連接設備擁有2個并口連接器,1個主連接器(host connector)和一個直通連接器(pass through connector)。主機連到第一個設備的主連接器,其直通連接器連接下一個設備的主連接器,依次連接。而不支持鍊式連接的設備可接在最後1個設備的直通連接器上。不過常見的都是一對一連接,很少能見到這種設備。

發展困境

電腦中的接口是主機與外部設備間傳送數據的“大動脈”,随着處理器速度的節節攀升,接口的數據傳輸速度也需要逐步提高,否則就會成為電腦發展的瓶頸。

并行數據傳輸技術向來是提高數據傳輸率的重要手段,但是,進一步發展卻遇到了障礙。首先,由于并行傳送方式的前提是用同一時序傳播信号,用同一時序接收信号,而過分提升時鐘頻率難以讓數據傳送的時序與時鐘合拍,布線長度稍有差異,數據就會以與時鐘不同的時序送達,另外,提升時鐘頻率還容易引起信号線間的相互幹擾,導緻傳輸錯誤。因此,并行方式難以實現高速化。從制造成本的角度來說,增加位寬無疑會導緻主闆和擴充闆上的布線數目随之增加,成本随之攀升。

在外部接口方面,IEEE 1284并行口的速率可達300kBps,傳輸形數據時采用壓縮技術可以提高到2MBps,而RS-232C标準串行口的數據傳輸率通常隻有20kbps,并行口的數據傳輸率無疑要勝出一籌。因此并行口一直是打印機首選的連接方式。對于僅傳輸文本的針式打印機來說,IEEE 1284并行口的傳輸速度可以說是綽綽有餘的。但是,對于一再提速的激光打印機來說,情況發生了變化。筆者使用愛普生6200L在打印2MB片時,速度差異不甚明顯,但在打印7.5MB大小的片文件時,從點擊“打印”到最終出紙,使用USB接口用了18秒,而使用并行口時,用了33秒。這一測試結果說明,現行的并行口對于時下流行的激光打印機來說,已經力難勝任了。

不過,“在相同頻率下并行通信速度更高”這個基本的道理是永遠不會錯的,通過增加位寬來提高數據傳輸率的并行策略仍發揮重要作用。

技術進步周而複始,以至無窮,沒有一項技術能夠永遠适用。電腦技術來跨入THz時代後,對信号傳輸速度的要求會更高,USB和FireWire等新串行接口所使用的差分傳輸技術是否還能滿足未來要求,是否需要另一種更好的技術來完成頻率的另一次突破,這些都需要人們共同關注。

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