串口和并口
串口和并口
前言
本文主要对串口和并口的概念进行简要的介绍.
串口(传统串口)
严格意义上来说,USB(通用串口总线)也是一种串口,但它和传统串口又有较大的区别,因此本文分而论之,为避免引起歧义或者混淆,在这里将USB成为通用串口,而相对地,将其它的称为传统串口
串口,原名叫串行接口(Serial port)或串行端口(Serial Interface)或串列埠,序列埠,别名叫COM口(串行通信接口([cluster] communication port)),串口和COM口两个称呼方式都比较常用,主要用于串行式逐位数据传输,常见的标准有一般电脑使用的RS-232(使用25或9针连接器),和工业电脑应用的半双工RS-485和全双工RS-422.常见的接口型形状有很多,COM口一般特指串行通讯端口,接口标准规范和总线标准规范是RS-232C,有时也称为RS-232口,接口形状为D型9针插头(DB9或DE9)和4针杜邦头,而其余则统称为串口,形状各异.
需要注意串口和COM口指的是其数据传输特性,即每次只发送1bit数据,串行发送,DB9和4pin杜邦头是指接口的物理形状,而RS-232,RS-485等则是指接口遵循的标准,其中规定了接口的电气特性,逻辑电平,信号线功能等
串口是一种逻辑概念,即指数据是1个bit一个bit地顺序传送,其特点是通信线路简单,只需要一对传输线就可以实现双向通信(可以直接利用电话线作为传输线),因而成本低,且抗干扰能力强,适用于远距离通信,但缺点是传送速度相对较慢,串行通讯的距离可以从几米到几千米不等.
接口形状
DB9和DE9
二者都指D型数据接口连接器,是一种用于连接电子设备(如计算机与外设)的接口标准,由于形状类似于英文字母的D,因而得名为D型接口,D型接口按照接口pin的数量细分为:A型(15pin),B型(25pin),C型(37pin),D型(50pin),E型(9pin),由于在早期串口和并口都使用DB25针连接器,因此人们习惯性地将字母B和D一起记了下来,当做D型接口的共同名字,以至于后来计算机串口改用9针接口之后,人们还是更多地用DB9而不是DE9来称呼9针的串口,这一习惯进一步推广的结果就是如今人们使用DBxx来代表D型接口,xx表示接口的针数.如COM口9针-->DB9,VGA15针接口-->DB15.因此本质上来说DB9和DE9是指同一个东西,DE9更加标准,而DB9更加普及
为什么DE9会取代DB25
RS-232指定了20个不同的信号连接,因此早期常用由25个D-sub(微型D类)管脚构成的DB25连接器,但实际上很多设备只是用了其中的一小部分,如下两张图所示.出于节省资金和空间的考虑,不少机器选择采用较小的连接器,特别是9管脚的DE9被广泛使用在绝大多数自IBM的AT机之后的PC机和其他许多设备上之后,DE9的使用越来越广,DB25也就慢慢被淘汰了.
4pin杜邦头
杜邦线(Dupont Wire)是由美国杜邦公司生产的有特殊效用的排线,杜邦头即是杜邦线的接头,电子行业中,杜邦线可用于实验板的引脚扩展,增加实验项目等,能够非常牢靠地和插针连接,无需焊接,便于快速进行电路试验.
4pin杜邦头就是指有四个针的杜邦线接头.
RCA
RCA是一种常见的音/视频信号的接线口
VGA
VGA是使用模拟信号的视频信号输出接口(VGA不能输出音频信号),有15针
HDMI
HDMI是高清晰度多媒体接口,是传输数字信号的视频/音频接口
DVI
Digital Visual Interface,中文称数位视讯接口
Lightning
苹果告诉多功能I/O接口
RJ45
RJ45也就是俗称的网线接口,RJ45是布线系统中信息插座(即通信引出端)连接器的一种,连接器由插头(接头,水晶头)和插座(模块)组成,插头有8个凹槽和8个触点,计算机网络的RJ45是标准8位模块化接口的俗称.
RJ11
RJ11俗称电话线接口,和网线不同的是只有4根针脚,RJ45为8根.
电气特性
RS-232
RS-232是美国电子工业联盟(EIA)制定的串行数据通信的接口标准,它广泛用于计算机串行接口外设连接
RS-232C标准: 全称为EIA-RS-232C,也称为标准串口,其中EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会,RS(Recommended Standard)代表推荐标准,232是标识号,C代表RS-232的第三次修改(1969年),在这之前,还有RS-232B,RS-232A.它是1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统,调制解调器厂家以及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准.它的全名是:数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准,RS-232C对接口的电气特性,逻辑电平和各种信号线的功能都做了对顶,但是不涉及接外挂程式,电缆或传输协议等,其它常用电气标准还有EIA-RS-422A,EIA-RS-423A,EIA-RS-485等.
前面也提到过,我们常说的COM口
RS-422
为了改进RS-232通信距离短,速率低的缺点,RS-422定义了一种平衡的通信接口,将传输速率提高到10Mb/s,传输距离延长到4000英尺,约1219米(但此时速率会低于100Kb/s),并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器,RS-422是一种单机发送,多机接收的单向,平衡传输规范,被命名为TIA/EIA-422-A标准
RS-485
为了扩展应用范围,EIA又于1983年在RS-422的基础上制定了RS-485标准,因而许多特点与RS-422相仿,如都采用平衡传输方式,都需要在传输线上接终接电阻等.增加了多点双向的通信能力,即允许多个发送器连接到一条总线上,同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性,扩展了总线共模范围,总线连接最多可达32个设备.后命名为TIA/EIA-485-A标准
和RS422一样,其最大传输距离约为1219米,最大传输速率为10Mb/s,平衡双绞线的长度与传输速率成反比,只有在很短的距离下才能获得最高的传输速率.一般100米常的双绞线最大传输速率仅为1Mb/s.
2022年11月14日补充
关于RS232和RS485的本质区别,可以参考这个视频:
串口通信方式
同步通信
同步串行接口(Synchronous Serial Interface,简称SSI), 是一种常用的工业用通信接口
异步通信
异步串行指UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),通用异步接收/发送装置,UART是一个将并行输入转换为串行输出的芯片,通常集成在主板上,UART包含TTL电平的串口和RS232的串口.
因此同步通信和异步通信只有输入接口不同,区别在于异步通信的输入接口有UART芯片对数据做前处理,而输出接口都是遵从RS232标准的串口.
并口
并行端口(Parrallel Port或Line Printer Terminal,简称LPT) ,是计算机上数据以并行方式传递的接口,也就是说至少应该有两条连接线用于传递数据,与只使用一根线传递数据(不包括用于接地,控制的连接线)的串行端口相比,并口在相同的数据传送速率下,可以更快地传输数据,其诞生的初衷是因为在21世纪初,RS232串口难以满足一些需要较高数据传输速率的场景,如打印机,因而由Centronics和IBM设计的并口得到了广泛应用,但随着数据传输速率的迅速提高,并口上导线之间的数据同步和信号串扰成为很难处理的问题,导致并口在速度竞赛中逐渐被淘汰,目前USB等改进版的串口逐渐代替了并口.
上图是在IBM兼容机常见的一个用于连接打印机的DB25并行接口.其中有8位数据针,4位输出控制信号,5位输入控制信号,8位接地.是一种点对点的连接,也就是说最多只能连接两台设备.
USB接口
诞生背景
通用串行总线(Universal Serial Bus,简称USB),是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准,也是一种输入输出接口的技术规范.多媒体电脑刚问世时,外接式设备的传输接口各不相同,如打印机只能接LPT,调制解调器只能接RS232,鼠标键盘只能接PS/2,繁杂的接口系统,加上必须安装驱动程序并重启才能使用的限制,都会造成用户的困扰,因此创造出一个统一且支持热拔插的外接式传输接口,便成为无可避免的趋势,USB就应运而生.
概述
USB最初由Intel和Microsoft倡导发起,于1994年,由Compaq,DEC,IBM,Intel,Microsoft,NEC和Nortel等共同设计的.最大的特点是实现热拔插和即插即用,当设备插入时,主机自动加载所需的驱动程序,因此其在使用上远比PCI和ISA等总线方便.
USB在速度上远比并行端口(如EPP,LPT)与传统串行端口(如RS232)要快,USB1.1最大传输速率为12Mbps,USB2.0为480Mbps,USB3.0为5Gbps,USB3.1为10Gbps,USB3.2为20Gbps,USB4.0更是可达40Gbps.
USB的设计是非对称式的,它由一个主机控制器和若干通过集线器设备以属性连接的设备组成,一个控制器下最多有5级Hub,包括Hub在内,最多可以连接128个设备,因为在设计时是使用7bit寻址字段.
USB可以连接的外设有鼠标,键盘,游戏手柄,扫描仪,数字相机,硬盘,网卡等部件,由于大大简化了与计算机的连接,USB也在逐步取代并行接口成为打印机的主流连接方式之一,到2007年,仅有高清晰度数字视频外设是USB未能染指的外设类别.不过随着USB3.1和2019年USB4.0的问世,高清晰度数字视频外设和外接式显卡也能通过USB接口播放.
USB线长度最大为5米,USB1.1和USB2.0都只有4个引脚,对应4条缆线,而USB3.0有9个引脚,对应9条缆线,其中1个供电,2个数据,1个接地,其余提供给SuperSpeed技术.USB3.1 Type-C拥有24个.
版本
USB开发者论坛(USB-IF)负责USB的标准制定,其成员包括苹果公司,惠普,NEC,微软和英特尔,2001年底,USB-IF公布USB2.0规范,与之前的USB0.9,USB1.0和USB1.1一样,该规范完全向下兼容,随后,USB-IF公布USB On-The-Go(USB OTG)作为USB2.0规范的补充标准,使其能够用于在便携设备之间直接交换数据.常见的USB连接器分为A,B两种,分别用于主机和设备,其各自的小型化连接器是Mini-A,Mini-B,Micro-A,Micro-B,A和B区分正反面,USB3.1版本中导入支持正反面不区分插入的C型.
技术指标
目前USB支持5种数据信号传输速率,USB设备应该在其外壳上正确标明其使用的速率,USB-IF进行设备认证并为通过兼容测试并支付许可费用的设备提供基本速率(低速和全速)和高速的特殊商标许可.目前共有以下几种速率标准:
- 1.5Mbps的低速度率,主要用于低速率人机接口设备,例如键盘,鼠标,游戏手柄等
- 12Mbps的全速速率,在USB2.0之前曾经是最高速率,多个全速设备之间可以按照先到先得的法则划分贷款.
- 480Mbps的最高速率,并非所有的USB2.0设备都是高速的,高速设备插入全速连接端口时应该与全速兼容,而高速连接端口具有事务翻译器(Transaction Translator)功能,能够隔离全速,低速与高速设备的数据流,但不会影响供电和串联深度
- 5Gbps的超高速速率,USB3.0开始支持超高速速率,若将USB3.0应用到外置硬盘,U盘或蓝光刻录机等存储设备,可以大幅缩短资料的传输时间.
- 10Gbps的超高速速率+ , USB3.1 Gen2最高为10Gbps的理论速度,是USB3.0的两倍.
没有USB4.0是因为目前USB-IF正式的主版本号只有USB3.0和USB3.2两个.如下图:
机械和电子标准
机械和电子标准主要指接口的形状,引脚的数量,每个引脚的功能等,可总结为如下一张图:
软件架构
一个USB主机通过Hub链可以连接多个设备,由于理论上一个物理设备可以承担多种功能,例如手机既是一个硬盘的同时还可以是一个TF读卡器,USB术语中的设备(Device)指的是功能(Functions),集线器(Hub)由于作用特殊,按照正式的观点并不认为是Function.直接连接到主机的Hub是root Hub.
USB接头
接头是由USB协会所指定,接头的设计一方面为了支持众多USB的基本需求,另一方面也避免以往许多类似串行接头所出现的问题.接头的形状参加前文中机械和电子标准,接头存在如下的特点:
- 相当耐用.以往设计的许多接头比较脆弱,即使受力不大,有时针脚或零件也会弯折甚至断裂,而USB接头的金属导电部分周围有塑料作为保护,而且整个连接部分被金属的保护套围住,因此USB接头无论拔插,都不容易受损.由于金属保护套和外围塑料保护套的保护,需要较大的力量才能造成USB接头的明显损坏
- 具有防呆设计,除C型以外的USB接口都有正反方向之分,方向相反的插头无法插到插座里.
- 接头能相对便宜地大量生产.
- 在USB网络中,接头被强制使用定向拓扑,USB不支持环形网络,因此不兼容的USB设备之间的接口也不兼容,且不能使用转换插头,防止USB环形网络的产生.这点和其他的通讯系统(如RJ-45电缆)是不太一样的.
- 由于接头的构造,在将USB插头插入USB插座时,插头外面的金属保护套首先接触到USB座内对应的金属部分,之后插头内部的四个触点才会接触到USB座,金属保护套会连接到系统的地线,提供路径使静电可以放电,避免因静电通过电子零件而造成损坏
- USB电缆最长允许5米,更长的距离需要HUB.
SATA接口
串行ATA(英文: Serial ATA,全称: Serial Advanced Technology Attachment) 是一种电脑总线,负责主板和大容量存储装置(如硬盘和光驱)之间的数据传输,主要用于个人电脑,SATA与SAS(串列SCSCI,英文: Serial Attached SCSI)的两者排线兼容,SATA硬盘可以接上SAS接口.
早期人们也曾尝试用并行接口来提高硬盘数据的传输速率,也就是PATA标准,但是由于前文提到过的高速传输时的数据同步问题,导致并口的出错率高且速度无法得到很明显的提升,另外信号串扰的问题限制了线路的长度,因此人们慢慢舍弃了用并口进行硬盘读写的方式,慢慢又回到用串口进行数据传输,并想方设法对旧的串口标准进行改进,SATA接口应运而生.
SATA接口是在2000年11月由国际串列式ATA组织所制定,取代旧式PATA(Parallel ATA或旧称IDE)接口的旧式硬盘,因采用串行方式传输数据而得名,在数据传输这一方面,SATA的速度比以往更加快捷,并支持热拔插,是电脑运作时可以插上或拔除硬件,另一方面,SATA总线使用嵌入式时钟脉冲信号,具备比以往更强的纠错能力,能对传输指令(不仅是数据)进行检查,如果发现错误会自动矫正,提高数据传输的可靠性,不过,SATA和以往最明显的区别是使用较细的排线,有利于机箱内部的空气流通,某种程度上增加整个平台的稳定性.
目前,SATA存在SATA 1.5Gb/s , SATA 3Gb/s, SATA 6Gb/s以及2013年推出的更快速的SATA Express等规格.
上图上面的是一个2.5英寸的SATA硬盘,下面是一个3.5英寸的SATA硬盘,可以看出虽然硬盘尺寸相差较大,但是二者的接口形状和大小是完全一致的,因此可以插在同一个主机接口中,其中,左边的 7pin是数据位,右侧的是供电接口,另外3.5英寸的硬盘左侧还有一个8pin的跳线接口(jumper pins),这是为了向后兼容从前的IDE标准而留出的接口,事实上,现如今,除非需要进行特殊的设置,否则,跳线接口几乎没有什么作用,完全可以忽略.
关于热拔插
SATA的规格要求SATA设备需要支持热拔插,和PATA不同的是,SATA和ESATA都在设计是就支持了热拔插,但是,这一特性也需要主机端的适配支持,如设备驱动和操作系统层级的支持等.总之,SATA设备具有设备端的热拔插支持,且大多数支持SATA的主机也都是支持热拔插的.
对于eSATA而言,热拔插只有在AHCI模式中才可用,IDE模式不支持.
AHCI
对于前面提到的AHCI,这里也做简要的介绍
AHCI(英文全称: Advanced Host Controller Interface,中文: 高级主机控制器接口)是在Intel的主导下,由多家公司,如AMD,Dell,Marvell,Dell,Seagate,Microsoft等多家公司联合研发的接口标准,AHCI描述了一种PCI类设备,它的主要作用是在系统内存和SATA设备之间扮演一种接口的角色,并且已经成为一种事实上的标准,AHCI通过包含一个PCI BAR(基址寄存器),来实现原生SATA功能,由于AHCI统一接口的研发成功,使得支持SATA的产品开发工作大为简化,操作系统和设备制造商省去了单独开发接口的工作,取而代之的是直接在统一接口上进行操作.AHCI 1.0规范中,Intel引入了NCQ功能和热拔插技术.AHCI功能的实现需要硬盘和主板两方面的支持,硬盘方面,需要硬盘具有NCQ功能,但支持AHCI的主板已经应用得比较广泛了,很多主板同时拥有SATA工作模式和AHCI功能这两个选项,我们需要进入BIOS来开启AHCI功能,如联想的部分机型,当SATA模式设置为Enhanced时,AHCI可选择Enable或Disable,当SATA模式设置为Compatible时,AHCI选项不可见.且现在常见的Windows和Linux内核版本都已经集成了具有AHCI功能的SATA驱动程序,因此一般也无需再重新安装驱动.
AHCI的意义
硬盘的AHCI模式对于很多普通用户来说,是非常陌生的专业术语,但随着硬盘产品的发展速度越来越快,AHCI将会成为每个人必要认识的东西,因为如果你手中的大容量硬盘不开启AHCI模式,那么硬盘的性能将会大打折扣.而部分硬盘的特性甚至无法启用.eSATA的高速传输让很多喜欢移动硬盘的用户感到欣喜,但要将eSATA移动硬盘编程USB移动硬盘那样可以热拔插的设备,就不得不要AHCI帮忙,另外如果在IDE模式下强行插拔ESATA硬盘,打来的后果就是数据丢失或者移动硬盘损坏,这往往是不可接受的.另外,如果你的硬盘要启用NCQ功能,那么AHCI是首要条件.但需要注意的是SATA接口AHCI可以说是专为高延时的机械硬盘而设计的,目前主流的固态硬盘依然沿用它们,在早期固态硬盘性能不高时并不会感觉到有什么问题,但是随着固态硬盘的性能逐渐增强,这些标准已经成为了限制固态硬盘的一大瓶颈.因而会有新的SATA Express和M.2标准提出,这将在后文中提到.
NCQ
这里对上文提到的NCQ也做一个简要的介绍,以便于理解.
NCQ(英文全称: Native Command Queuing,中文: 原生命令队列),是一项用于改进硬盘高负荷下性能和稳定性的技术,当用户的应用程序发送多条指令到硬盘,NCQ硬盘可以优化完成这些指令的顺序,从而降低机械负荷以达到提升性能的目的,NCQ技术是一种是硬盘内部优化工作负荷执行顺序,通过对内部队列中的命令进行重新排序而实现智能数据管理, 改善硬盘因机械部件而受到的各种性能制约的技术.其效果是能够减少读取时间,使数据传输更为高效,同时也有效地延长了硬盘的使用寿命.
带宽速度换算
在一些新的技术标准中,为了防止数据在高速传输中出错而需要加入校验码,如PCI-E 2.0, USB 3.0 和 SATA 3.0中都采用了8/10编码,即每10位编码中只有8位是真实数据,这时单位换算就不再是1:8而是1:10,因此USB 3.0的5Gbps的速度实际上是理论500MB/s而不是625MB/s,SATA 6Gbps的理论速度则是600MB/s而不是750MB/s.
版本
SATA1.0
SATA1.0于2003年1月7 日推出,是第一代SATA接口,房间的非官方名称为SATA-I,传输速度为1.5Gb/s
SATA 2.0
SATA 2.0于2004年正式推出,坊间的非官方名称为SATA-II,传输速度可达3Gb/s,显示SATA速度的提升是以几何级增长,这点和PATA的算术级增长是不同的.
SATA 2.0比 SATA 1.0进步的地方在于:
- 数据传输速度更快
- 支持真正的SATA指令重排(NCQ)
- 数据线长度可达到2米,SATA-I最多为1米,而PATA则只有50cm
- 全新的围挡式接口更加稳固
SATA 3.0
SATA 3.0与2009年5月完成最终规格发布,坊间名称 SATA-III,传输速率提升到6Gbps,此外增加了多项新技术,包含新增NCQ指令以改良传输技术,并降低传输时所需的耗电量.HDD率先出现了支持SATA-III的产品,但是机械硬盘受制于其机械特性,远远难以达到理论的6Gbps的速度,2021年1月,美光发布了第一款支持SATA-III接口的C300系列SSD,随着固态硬盘的出现和性能的改进SATA-III的理论极限速度才有了被突破的可能,现如今,高性能SATA-III固态硬盘的速度已经达到550MB/s,逼近理论极限.因此为了适应固态硬盘的发展,接口标准需要做进一步的改进,因为SATA-III现在看起来还是太慢了.
SATA 3.1
SATA 3.1于2011年7月发布,引入了以下功能:
- 新增mSATA接口(mini SATA),mSATA接口目的是为了使硬盘和移动计算设备(主要指笔记本电脑)增强互操作性而设计,常用于移动计算设备的固态硬盘.mSATA的外形与 mini PCI-E是相同的,但是电子信号不同,因此二者并不兼容
- 零功耗光驱,闲置时的SATA光驱可以不消耗电力
- 排队TRIM指令,提高固态硬盘的性能
- 所需的链接电源管理,减少整体的电力需求
SATA 3.2
为解决固态硬盘的数据传送瓶颈,国际串列式ATA组织制定了SATA 3.2标准,并于2013年提出,SATA 3.2的速度上限能够达到16Gbps,且新标准提供了两种接口规范:SATA Express 和 M.2(起初被称为NGFF(Next Generation Form Factor)),实际上解决6Gpbs的速度瓶颈问题有许多中方式,最直接的方式是直接上PCI-E插槽,PCI-E 3.0 x 1通道就差不多有1GB/s的带宽,x2,x4模式足以满足未来几年固态硬盘的需求,但是限于成本,以及向下兼容性等问题,PCI-E规格的硬盘并非最合适的解决方案,至少消费级市场上不行,因为价格过于昂贵,因此这类产品仍然限于企业级及发烧级固态硬盘上.因此SATA 3.2所提出的规范中并不包含PCI-E,而是以下两种:
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SATA Express
SATA Express接口基于SATA 3.2规范,重新定义的插槽和设备接口同时支持SATA和PCI-E,二者可以共存,SATA Express最多可以支持两条PCI-E通道,因此带宽可以达到2GB/s.且连接埠和制式向下兼容前三代的SATA标准.
SATA Express接口 这个接口看起来有些笨重,主要是考虑到了向下兼容的需要,其中,左侧两个是SATA接口,右侧的一个是PCI-E通道接口.i9系列芯片组原本是要准备给SATA Express提供原生支持的,但由于Intel认为SATA Express设备还是太少,生态不够成熟,因此未能成行.因而目前的SATA Express设备都是使用第三方芯片组.每个SATA Express接口可以接1个SATA-Express硬盘或者2个SATA硬盘
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M.2
M.2,或者称NGFF,是一种用于手机以及个人笔记本和小型主机等设备的硬盘接口标准,且主要用于固态硬盘,因为限制机械硬盘提速的并非是接口标准而是机械特性,是由Intel推出的一种替代mSATA的接口规范,对于桌面台式机用户来讲,SATA接口已经能够满足大部分用户的需求,不过考虑到超级本用户的存储需求,Intel才急切地推出了这种新的接口标准,并且在9系列芯片组中给予了原生支持.
与mSATA相比,M.2主要有两个方面的优势:
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高速度
M.2接口有两种类型,Socket2(B-key,NGFF)和Socket3(M-key,NVME),(事实上有三种,还有一种Socket1由于尺寸比较特殊,非常少用,因此不再提及),其中NGFF支持SATA,PCI-E x2 接口,如果走SATA通道,那么传输速率就和SATA 6Gbps一样,没有区别.而如果采用PCI-E x2接口,理论速度和PCIE x2一致,前面提到的SATA Express支持PCI-E x3,速度可以达到2GB/s,而PCI-E x2只有700MB/s,但也是高于普通的SATA硬盘的.而Socket 3,也就是我们常说的NVME接口,支持PCI-E x4,理论带宽可以达到4GB/s.目前市面上已经有读取速度达到3.5GB/s的NVME M.2固态硬盘,是传统SATA固态硬盘的7倍.
B-key(NGFF)和M-key(NVME)接口在形状上也有差异:
M.2两种接口示意图 -
低延时
M.2的两种接口都可以走PCI-E通道,这样消除了控制器的延时,因而可以达到低延时的效果.
固态硬盘各种接口的延时比较图 -
小体积
mSATA的固态硬盘事实上体积已经足够小了,但是和M.2接口的固态硬盘相比,mSATA仍然没有任何优势科研,M.2标准的SSD同mSATA一样可以进行单面NAND闪存颗粒的布置,也可以进行双面布置,其中单面布置的总厚度为2.75mm,双面布置也仅为3.85mm,而mSATA的单面布置总厚度为4.85mm,且mSATA在长度和宽度上劣势明显许多,mSATA的尺寸为51mm \(\times\) 30mm(宽 \(\times\) 高),而M.2的形状根据宽和高的长度可分为很多种:
M.2接口硬盘各type尺寸示意图 其中我们最常见的2280,就是宽为22mm,长为80mm.在相同的面积上,M.2可以提供更大的存储容量,因此其体积一般总是比mSATA要小的.
所以目前M.2接口是除了SATA外最热门的一种, SATA价格便宜,而M.2的性价比则更高一点,PCI-E则有些太贵了因此还难以普及.
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NVME
另外再简要说明一下前面提到的NVME到底是什么东西:
NVMe(英文全称: Non-Volatile Memory express ,中文: 非易失性内存主机控制器接口规范),是一个逻辑设备的接口规范,通常指使用PCI-E通道的SSD的一种协议规范,此规范的目的在于充分利用PCI-E通道的低延时以及并行性,和当代处理器,平台与应用的并行性.在可控制的存储成本下,极大提升固态硬盘的读写性能,并在AHCI的基础上进一步降低延时.
SATA 3.3
于2016年2月提出,主要为支持SMR技术,将硬盘存储密度提升25%,还可以将SATA远程断电.
eSATA
eSATA(External Serial ATA的简称),是为面向外接驱动器而定制的SATA-I的扩展规格,虽然规模比较小,但是已经有相对应的产品在市面流通.它有如下的特点:
- 为防止误接,eSATA的接口形状和SATA是不一样的
- 连接线的最大长度为2米
- 支持热拔插
- 传输速度可以达到现在主流USB2.0的两倍以上,但依然比USB3.0要慢
其最大的缺点在于没有电力供应,这使得eSATA硬盘需要连接一个独立的变压器才可以运作.而它的竞争对手USB,FireWire,Thunderbolt都可以传输数据及电力,这也是它目前没有这些接口的普及率大的原因之一.
Q&A
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串口和并口谁的传输速率更快,为什么?
并口在同一时刻能够传送8位(1Byte)的数据,而串口只能传输1位,理论上看似并口应该数据传输效率更高,但实际上并不是,实际上真实情况是有些情况下串口快,而有些情况下并口快,这是因为受到信号串扰和数据同步以及成本等因素的限制,因此在长距离传输时串行往往是比并行要快的,而在内部接口,如芯片内部,以及内存的DDR接口并口性能都是远高于串口的.因此这要视情况而定,无法确切地说谁更快.这只是一个简要的概括,由于这部分的内容比较多,因此会在另一篇博文(并口与串口速度分析)中做详细的分析.
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哪里会用到COM口?
COM口出现的初期是为了实现连接计算机外设的目的,初期一般用来连接鼠标和外置Modem以及老式摄像头,写字板等设备,也可以用于两台计算机之间的互联和数据传输,但由于COM口不支持热拔插以及传输速率较低等问题,大部分便携电脑和部分服务器主板已经开始取消改接口.现在COM口多用于对抗干扰要求较高的工控和测量设备以及部分的通信设备中.
火灾报警器与串口服务器 常见的应用场景有:
- 收银机
- 数控机床
- 串口编程
- 工业打印机
- 工业仪表
- 门禁系统
- 温控设备
- LED显示屏
- PLC
- etc
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随着USB的出现,COM口的存在意义是什么?
- COM口的线路简单,成本更低,另外,由于COM是硬件层面的通信,对开发者和使用者而言,都不需要专门去开发或者安装驱动,节省了软件成本,在一些没有多少内存空间的工业设备中,这点显得尤为重要.
- COM口虽然速度较慢,但抗干扰能力远超USB,在同等高频干扰的情况下,使用USB通讯的设备经常会死机卡住,而COM口就不会,这是很多工业控制应用中必备的条件.
- USB通讯距离只有5米,在很多场景下无法满足应用条件,而RS232通讯距离有10米,RS485有1000米.
由此可见,USB和COM口的应用场景本就不一样,且无法互相替代,因此二者并非替代关系,而是共存关系.
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USB和传统串口之间可以相互转换吗?
可以,但是可能需要额外安装驱动(与操作系统版本有关)才能完成转换.
USB转DB9公头
