Porta serial - para que serve e para que serve e tipos

Atualmente, a porta serial é uma das principais formas de comunicação entre dispositivos externos e computadores. Uma interface que podemos encontrar em absolutamente todos os periféricos que temos em nossa área de trabalho, bem como dentro de nossos equipamentos.

Índice de conteúdo

Vamos tentar explicar o funcionamento da porta serial, bem como as principais interfaces que encontramos atualmente. E se você não souber quais são as diferenças com a porta paralela, também gastaremos tempo diferenciando-as.

O que é uma porta serial

Se você der uma olhada nos cabos que você tem agora na mesa que conecta o mouse do teclado ou a unidade flash USB ao seu computador, verá interfaces de comunicação serial.

A porta serial é uma interface de comunicação de dados digitais na qual as informações são transmitidas seqüencialmente bit por bit pelos condutores. Dessa maneira, uma porta serial deve enviar todas as informações um bit após o outro, enquanto uma porta paralela envia vários bits simultaneamente. A interface de dados serial ou porta serial funciona sob o padrão RS-232.

Então você acha que uma porta serial é mais lenta que uma paralela? Bem, hoje em dia temos portas seriais muito mais rápidas. Embora, é claro, eles não estejam necessariamente em conformidade com o padrão comentado, mas são versões aprimoradas que tornam completamente obsoleta a porta serial nativa. Sendo a mais fácil de implementar, com melhor compatibilidade e infinitamente mais difundida.

Porta serial e operação de hardware

Esta porta funciona de forma assíncrona, graças a um protocolo que inicia a transmissão com um sinal de " início " que prepara o receptor para receber a palavra (bits). Depois de enviar esta palavra, que será um código ASCII para cada caractere, um sinal de " parada " é enviado para que o receptor descanse após codificar a palavra e aguarde para receber outro.

Temos três tipos de comunicação serial:

• Simplex: a transmissão é unidirecional, ou seja, existe um único remetente e um único receptor, por exemplo, nas comunicações de broadcast. Duplex: Cada extremidade pode ser um transmissor e receptor simultaneamente; portanto, cabos diferentes são usados ​​para enviar e receber, ou ondas com frequências diferentes são usadas para evitar mixagem. Semi-duplex: É semelhante à transmissão duplex, mas quando um transmite o outro ouve, por exemplo, dois walki talkies.

Dessa forma, devemos entender que, em uma comunicação com uma porta serial, os dois dispositivos devem ter uma entrada e uma saída, para que os dispositivos sejam divididos nas categorias DTE (Data Terminal Equipment) e DCE (Data Circuit Termination Equipment).. Portanto, um computador seria para um DTE, enquanto o DCE seria o modem ou a placa programável. Para conectar dois DTEs ou dois DCEs, uma ponte nula deve ser usada para cruzar os dois sinais.

Para gerenciar a interface de comunicação, temos um chip UART ou USART (Transmissor e Receptor Assíncrono Universal). Sua função é converter os sinais e tensões da CPU no padrão de comunicação. O chip UART 8250 é usado para processadores de 8 e 16 bits, enquanto o UART 16550 é usado para os demais computadores IBM.

Porta serial RS-232 e Pinout

RS-232

Na história da computação, a porta mais usada foi a que transmite dados seriais. Sua interface foi padronizada em 1962, graças ao padrão EIA / TIA RS-232C, para amigos, RS-232 ou "Padrão Recomendado 232". Por sua vez, foi criada a recomendação V.24, que define os circuitos e sinais da interface, e a recomendação V.28, que define os aspectos elétricos.

O conector mais difundido foi o DB-25, posteriormente simplificado para DB-9, chamado diretamente de RS-232. É importante não confundir esse conector com a porta paralela com o mesmo nome, embora seja chamado D-Sub. Foi (e é) focado em seu uso em conexões entre computadores e dispositivos externos com conexões duplex. Por exemplo, um modem, comutadores e outros dispositivos de comunicação de automação industrial, como placas programáveis, robôs e outros produtos de consumo em geral , como máquinas de lavar digitais.

A seguir, veremos a configuração dos pinos da porta RS-232 em sua versão DB-9 e DB-25. Nos dois casos, temos o mesmo número de pinos úteis.

Usos atuais da porta serial

Nossos computadores desktop atuais não têm mais a porta RS-232 implementada, pois o USB é a interface mais atual e é praticamente compatível com todos os tipos de PCBs eletrônicas. Mas ainda podemos encontrar essa porta serial PCI através de uma placa de expansão se nos dedicarmos à programação. Também existem muitos adaptadores RS-232 para USB.

Estes são os usos fundamentais da porta DB-9 ou RS-232 atualmente

• Modems, comutadores, roteadores, telefones via satélite ou balanceadores de carga: ainda encontramos esse tipo de portas ou cabeçalhos, interna ou externamente, para modificar o microcódigo de equipamentos de rede mais antigos e não gerenciáveis ​​pelo usuário. Leitores de código de barras infravermelhos: e outros equipamentos de supermercado relativamente antigos. Placas programáveis, equipamentos de medição elétrica e depuradores de software. Impressoras: impressoras antigas que não usam uma interface USB ou conector paralelo, geralmente computadores que não possuem um USB para atualizar seu firmware.

Acima de tudo, estamos falando de dispositivos industriais e de rede, onde o uso é esperado por usuários com conhecimento técnico.

Velocidade da porta serial (RS-232)

Antes de examinar as versões atuais da porta serial, vale a pena conhecer um pouco sobre as velocidades atingidas após atualizações de hardware e periféricos:

Essas velocidades são medidas em bits por segundo ou baud, uma medida comum em modems e são bastante baixas em comparação com as portas seriais que atualmente temos como USB. Também sendo gerenciado diretamente pelo software em termos de largura de banda e conexão com o periférico.

A evolução da porta serial até os dias atuais e as principais interfaces

Deixamos a porta RS-232 para trás para aprender mais sobre as portas seriais mais usadas atualmente. Todos eles trabalham sob seu próprio padrão e não nas condições RS-232, sendo gerenciados de forma automática e autônoma por seu próprio controlador.

PS / 2

Essa porta foi implementada pela primeira vez em PCs IBM em 1987 e ainda hoje a encontramos nas placas atuais. Sua função é conectar mouses ou teclados em uma interface independente ao USB. Ele tem um total de 6 pinos sendo circulares e no sistema operacional podemos encontrá-lo como uma porta COM.

É uma interface bidirecional e nas placas antigas com porta RS-232 compartilhava interrupção com essa porta. Além disso, como não permite troca a quente, o computador precisaria ser reiniciado para detectar o periférico instalado novamente.

USB (Universal Serial Bus)

Quem não conhece hoje a porta USB? Poderíamos dedicar um artigo inteiro a essa interface e não terminaríamos. É a porta serial mais usada atualmente para conectar periféricos de todos os tipos a um computador.

Sua interface é suficiente com 4 condutores, dos quais um fornece tensão a 5V, dois deles são responsáveis ​​pelo upload e download de dados e o último é a conexão à terra. Enquanto outras versões, como o micro USB, possuem um quinto pino para diferenciá-lo do Micro-A e Micro-B. Também as versões posteriores do USB 3.0 aumentam sua pinagem para permitir mais largura de banda.

Estas são as versões e velocidades que atualmente temos deixando as versões 1.0 e 1.1 para trás:

• USB 2.0: velocidade teórica de 480 Mbps (60 MB / s) com capacidade de alimentação de 5V. USB 3.0: aumenta a velocidade de até 5 Gbps (600 MB / s) e também é chamado de USB 3.1 Gen1 ou USB 3.2 Gen1. USB 3.1: Embora atualmente seja chamado de USB 3.1 Gen2 ou USB 3.2 Gen2, é assim que foi estabelecido em 2019. Aumenta sua velocidade para 10 Gbps (1, 2 GB / s) USB 3.2: aumenta a velocidade para 20 Gbps (2, 4 GB / s) e vamos encontrá-lo com a denominação USB 3.2 Gen2x2. Essa porta foi implementada no final de 2019 nas novas placas Intel e AMD.

E desde 2014, disponibilizamos a porta USB Tipo C, que possui 24 contatos organizados em duas linhas para serem completamente reversíveis. Esse tipo de conector é amplamente utilizado para dispositivos portáteis, como smartphones ou periféricos. Atualmente , podemos encontrar USB-C tipo 3.2 Gen1, 3.2 Gen2 e 3.2 Gen2x2. Além disso, é capaz de implementar a conexão DisplayPort 1.4 e Thunderbolt 3 com uma carga de até 100W.

Firewire

Também conhecida como padrão IEEE 1394, é a versão americana do USB antes que a própria interface também se estenda nessa área, deixando essa interface serial muito atrasada no desempenho.

É um conector semelhante ao USB, embora com um canto pontiagudo e com 4, 6, 9 e até 12 pinos, dependendo da versão . Atualmente, foi completamente substituído pelo USB 2.0 em diante.

Existem 4 versões do Firewire de acordo com a largura de banda, sendo

• Firewire 400: trabalha a 50 MB / s Firewire 800: atinge 100 MB / s Firewire s1600: velocidade de 200 MB / s Firewire s3200: versão mais recente trabalhando a 400 MB / s

Portas de vídeo

As portas de vídeo também funcionam sob um barramento do tipo serial, são o D-Sub, também conhecido como VGA, o DVI em suas diferentes versões e as portas HDMI e DisplayPort como as interfaces mais atuais e usadas em conjunto com o Thunderbolt sob USB Type- C.

A mais rápida será a porta HDMI e o DisplayPort. No primeiro caso, estamos na versão 2.0b, com uma largura de banda de 14, 4 Gbps, e em breve iremos para a versão 2.1, que aumenta para 42, 6 Gbps, suportando resoluções de até 8K a 120 Hz. E no caso de DisplayPort, temos a versão operacional 1.4 a 49.65 Gbps, suportando resoluções de 8K a 60 Hz.

Interface SATA e PCIe

E finalmente as interfaces mais importantes do nosso computador: SATA (Serial Advanced Technology Attachment) para discos rígidos e PCIe ou PCI-E (Peripheral Component Interconnect - Express) para comunicação interna de componentes.

SATA é a interface que substituiu o PATA para conexões de dispositivos de armazenamento em computadores de consumo geral. Sua largura de banda máxima na versão SATA III é de 6 Gbps, que foi de aproximadamente 600 MB / s. Ele usa um conector muito menor que o IDE e com uma conexão de dispositivo único por interface, permitindo também a conexão a quente. Ele funciona usando o protocolo AHCI (Advanced Host Controller Interface) e também está disponível nas interfaces M.2 para unidades de estado sólido.

O PCI-Express é o barramento serial interno da placa por excelência, que nos permite conectar componentes de alta velocidade diretamente nos slots instalados na placa-mãe. Vamos chamar esses cartões de expansão. Atualmente, encontramos placas com PCI-Express em sua versão 4.0, nas quais cada uma das faixas de dados tem uma largura de banda de 2000 MB / s (16 Gbps) para cima e para baixo simultaneamente, uma barbaridade real em comparação com as portas externo. Eles conectam SSDs NVMe, placas gráficas, placas de rede etc. Além disso, a ponte norte ou o chipset se comunica com a CPU por um barramento desse tipo.

Diferenças entre porta serial e porta paralela

Ainda temos que ver a principal ou a principal diferença entre a porta serial e a porta paralela. Isso está em sua operação, uma vez que uma porta paralela envia os bits de informação ao mesmo tempo e na forma de pacotes. Cada um desses bits, que pode ser, por exemplo, um código ASCII, é enviado por um condutor diferente, tendo tantos condutores quantos bits são enviados ao mesmo tempo. Além desses , também haverá outros condutores extras para sincronização, terra e outros sinais.

As portas paralelas são, por exemplo, o tipo Centronics para impressoras, o barramento PATA (IDE) para discos rígidos e o barramento SCSI também para discos rígidos. Nelas, a conexão a quente não é permitida, nem a energia do periférico conectado. Eles suportam muito menos periféricos conectados ao mesmo barramento e atualmente estão em grande parte obsoletos.

Conclusões e links de interesse

A porta serial em seu padrão RS-232 e versões posteriores só foi deixada para uso puramente industrial e esporádico com equipamentos de computação para consumidores. Uma porta que, sem dúvida, marcou um antes e um depois nas conexões de equipamentos e periféricos, especialmente nas redes para atualizar o firmware dos modems.

Atualmente , todos nós usamos USB em suas diferentes versões, pois é uma porta muito menor e com velocidade muito maior. Além disso, ele suporta conexões quentes (Plug And Play) e até fonte de alimentação de até 100W na interface Thunderbolt 3 em USB Type-C capaz de atingir até 40 Gbps.

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Você conhecia a porta RS-232, já a usou? Se você conhece mais posts da série ou tem alguma dúvida, pode deixá-los nos comentários.