并行接口,指采用并行传输方式来传输数据的接口标准。从最简单的一个并行数据暂存器或专用接口积体电路晶片如8255、6820等,一直至较复杂的SCSI或IDE并行接口,种类有数十种。一个并行接口的接口特性可以从两个方面加以描述:1. 以并行方式传输的数据通道的宽度,也称接口传输的位数;2. 用于协调并行数据传输的额外接口控制线或称互动信号的特性。 数据的宽度可以从1~128位或者更宽,最常用的是8位,可通过接口一次传送8个数据位。在计算机领域最常用的并行接口是通常所说的LPT接口。
概述,通信原理,主要特点,串、并口,分类,连线器,A型,B型,C型,接口电缆,性能要求,典型电缆,链式连线,发展困境,
概述
通常所说的并行接口一般称为Centronics接口,也称IEEE1284,最早由Centronics Data Computer Corporation公司在20世纪60年代中期制定。Centronics公司当初是为点阵行式印表机设计的并行接口,1981年被IBM公司采用,后来成为IBM PC计算机的标准配置。它采用了当时已成为主流的TTL电平,每次单向并行传输1位元组(8-bit)数据,速度高于当时的串列接口(每次只能传输1bit),获得广泛套用,成为印表机的接口标准。1991年,Lexmark、 IBM、Texas instruments等公司为扩大其套用范围而与其他接口竞争,改进了Centronics接口,使它实现更高速的双向通信,以便能连线磁碟机、磁带机、光碟机、网路设备等计算机外部设备(简称外设),最终形成了IEEE1284-1994标准,全称为"Standard Signaling Method for a Bi-directional Parallel Peripheral Interface for Personal Computers",数据率从10KB/s提高到可达2MB/s(16Mbit/s)。但事实上这种双向并行通信并没有获得广泛使用,并行接口仍主要用于印表机和绘图仪,其他方面只有的少量设备套用,这种接口一般被称为列印接口或LPT接口 。
通信原理
并行接口中各位数据都是并行传送的,它通常是以位元组(8位)或位元组(16位)为单位进行数据传输。
并行接口通信原理如附图所示,图中的并行接口是一个双通道的接口,能完成数据的输入和输出。其中,数据的输入/输出是由输入/输出缓冲器来实现的,状态暂存器提供状态信息供CPU查询,控制暂存器接收来自CPU的各种控制命令。 在数据输入过程中:输入设备将数据送给接口同时使“数据输入准备好”有效。接口把数据送给输入缓冲暂存器时,使“数据输入回答”信号有效,当外设收到应答信号后,就撤消“数据输入准备好”和数据信号。同时,状态暂存器中的相应位(“数据输入准备好”)有效,以供CPU查询。当然,也可采用中断方式,向CPU发出中断请求。CPU在读取数据后,接口会自动将状态暂存器中的“数据输入准备好”位复位。然后,CPU进入下一个输入过程。 在数据输出过程中:当CPU输出的数据送到数据输出缓冲暂存器后,接口会自动清除状态暂存器中的“输出准备好”状态位,并且把数据送给输出设备,输出设备收到数据后,向接口发一个应答信号,告诉接口数据已收到,接口收到信号后,将状态暂存器中的“输出准备好”状态位置“1”。然后,CPU进入下一个输出过程。
主要特点
并行接口是指数据的各位同时进行传送,其特点是传输速度快,但当传输距离较远、位数又多时,就导致通信线路复杂且成本提高。
串、并口
串口形容一下就是:一条车道,而并口就是有8个车道同一时刻能传送8位(一个位元组)数据。 但是并不是并口快。由于8位通道之间的互相干扰,传输时速度就受到了限制。而且当传输出错时,要同时重新传8个位的数据。而串口没有干扰,传输出错后重发一位就可以了,所以要比并口快。串口硬碟就是这样被人们重视的。
分类
在IEEE1284标准中定义了多种并行接口模式,常用的有以下三种: SPP (Standard Parallel Port) 标准并行接口 EPP (Enhanced Parallel Port) 增强并行接口 ECP (Extended Capabilities Port) 扩展功能并行接口 这几种模式因硬体和编程方式的不同,传输速度可以从50K Bits/秒到2MB/秒不等。一般用以从主机传输数据到印表机、绘图仪或其它数位化仪器的接口,是一种叫Centronics的36脚弹簧式接口(通常主机上是25针D型接口,印表机上是36针Centronics接口)。
连线器
并行接口,通常主机上是25针D型接口,印表机上是36针弹簧式接口(Centronics接口)。
IEEE1284接口连线器IEEE1284标准规定了3种连线器,分别称为A、B、C型:
A型
25PIN DB-25连线器,只用于主机端。
DB-25孔型插座(母头)DB-25孔型插座(也称FEMALE或母头),用于PC机上,外形如附图: 这种A型的DB-25针型插头(也称MALE或 ... ),因为尺寸较小,也有少数小型印表机(如POS机印表机等)使用(非标准使用),但电缆要短。
DB-25针形电缆插头( ... )B型
36PIN 0.085inch间距的Champ连线器,带卡紧装置,也称Centronics连线器,只用于外设。36PIN Centronics插座(SOCKET或FEMALE),用于印表机上。
36PIN Centronics电缆插头36PIN Centronics插座C型
新增加的Mini-Centronics 36PIN连线器,也称为half-pitch Centronics 36 connector (HPCN36),也有称MDR36,36PIN 0.050inch间距,带夹紧装置,既可用于主机,也可用于外设,套用还不够普遍,因有竞争力的新的接口标准的不断出现,普及套用很难。
Mini-Centronics 36PIN插座新接口还增加了两个信号线Peripheral Logic High和Host Logic High,用于通过电缆能检测到另一端是否打开电源。
接口电缆
性能要求
最早的Centronics并口电缆长度为2米,且只能支持10KB/s的数据率传输,对性能要求不高。为了把数据率提高到2MB/s以上,对IEEE1284电缆提出许多特殊要求:
并行接口电缆1) 因为是并行数据,为避免传输时各BIT数据间的串扰,每条数据线都需要配合一条地线,形成双绞线结构; 2) 每对信号和返回地线间的不平衡特性阻抗为62欧±6欧(在频带4M-16MHz上); 3) 线间串扰不超过10%; 4) 电缆有禁止层,并与接头的禁止壳连线,使用360度包裹。
典型电缆
典型的IEEE1284 电缆有如下6种,标准长度为10、20、30英尺(约3、7、10米): AMAM :Type A Male to Type A Male(一般用于计算机间互联) AMAF :Type A Male to Type A Female(一般用于延长线或连线A型口并行印表机) AB :Type A Male to Type B Plug(一般用于连线计算机和普通B型口印表机) 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种为常用的电缆,后3种是与新增加的C型接口相关的电缆。
链式连线
依照IEEE 1284链式连线规格书,一个并口最多可以连线8个设备,而每个链式连线设备拥有2个并口连线器,1个主连线器(host connector)和一个直通连线器(pass through connector)。主机连到第一个设备的主连线器,其直通连线器连线下一个设备的主连线器,依次连线。而不支持链式连线的设备可接在最后1个设备的直通连线器上。不过常见的都是一对一连线,很少能见到这种设备。
发展困境
电脑中的接口是主机与外部设备间传送数据的“大动脉”,随着处理器速度的节节攀升,接口的数据传输速度也需要逐步提高,否则就会成为电脑发展的瓶颈。 并行数据传输技术向来是提高数据传输率的重要手段,但是,进一步发展却遇到了障碍。首先,由于并行传送方式的前提是用同一时序传播信号,用同一时序接收信号,而过分提升时钟频率将难以让数据传送的时序与时钟合拍,布线长度稍有差异,数据就会以与时钟不同的时序送达,另外,提升时钟频率还容易引起信号线间的相互干扰,导致传输错误。因此,并行方式难以实现高速化。从制造成本的角度来说,增加位宽无疑会导致主机板和扩充板上的布线数目随之增加,成本随之攀升。 在外部接口方面,IEEE 1284并行口的速率可达300kBps,传输图形数据时采用压缩技术可以提高到2MBps,而RS-232C标准串列口的数据传输率通常只有20kbps,并行口的数据传输率无疑要胜出一筹。因此并行口一直是印表机首选的连线方式。对于仅传输文本的针式印表机来说,IEEE 1284并行口的传输速度可以说是绰绰有余的。但是,对于一再提速的雷射印表机来说,情况发生了变化。笔者使用爱普生6200L在列印2MB图片时,速度差异不甚明显,但在列印7.5MB大小的图片档案时,从点击“列印”到最终出纸,使用USB接口用了18秒,而使用并行口时,用了33秒。这一测试结果说明,现行的并行口对于时下流行的雷射印表机来说,已经力难胜任了。 不过,“在相同频率下并行通信速度更高”这个基本的道理是永远不会错的,通过增加位宽来提高数据传输率的并行策略仍将发挥重要作用。 技术进步周而复始,以至无穷,没有一项技术能够永远适用。电脑技术将来跨入THz时代后,对信号传输速度的要求会更高,USB和FireWire等新串列接口所使用的差分传输技术是否还能满足未来要求,是否需要另一种更好的技术来完成频率的另一次突破,这些都需要人们共同关注 。