LPT-порт: особливості та принципи роботи

Ще на зорі появи перших комп'ютерів перед розробниками стояло завдання можливості підключення до них різноманітних пристроїв. Особливо це стало актуальним тоді, коли комп'ютери перестали займати цілі кімнати, а почали розташовуватись на столі, тобто стали персональними. Адже комп'ютер – це не тільки засіб для виконання обчислень, але і пристрій, якого користувач може виконувати безліч різних функцій: роздрукувати текст або фотографії, управляти різними пристроями, відтворювати фільми і музику, зв'язатися з іншими користувачами зі всіх куточків світу за допомогою комп'ютерної мережі. Все це стає можливим при підключенні до комп'ютера зовнішніх пристроїв, які називають загальним словом периферія, з допомогою спеціальних уніфікованих роз'ємів, які називаються портами.

Порти персонального комп'ютера

Порти персонального комп'ютера (інакше їх ще називають інтерфейси) - це спеціальні пристрої, розташовані на материнській платі комп'ютера, або додаткові плати, що підключаються до неї, які призначені для передачі даних між комп'ютером і зовнішніми пристроями (принтер, мишкою, монітором, веб-камерою тощо). Всі порти умовно можна розділити на 2 великі групи: Внутрішні – для підключення пристроїв всередині ПК (жорсткі диски, відеокарти, плати розширення). Зовнішні – для підключення зовнішньої периферії (сканера, монітора, клавіатури, фотоапарати, флешки). У даній статті ми розглянемо один з видів зовнішнього порту, а саме LPT-порт, його принцип роботи, підключаються пристрої і сучасне застосування.

Поява LPT-порту

Спочатку LPT-port (його ще називають паралельний порт) розроблявся тільки для підключення до ПК, принтерів, це відображено навіть у його назві – Line Printer Terminal, порядковий принтерный термінал. Але в подальшому цей інтерфейс став застосовуватися і для підключення до інших пристроїв: сканерів, дисководів і навіть комп'ютерів між собою. LPT-port був розроблений компанією Centronics, що займалася в 70-х роках минулого століття виробництвом матричних принтерів. Але вже через 10 років його стала використовувати фірма IBM для підключення своїх швидкісних пристроїв. Справа дійшла до того, що було кілька варіантів даного інтерфейсу від різних виробників периферії. У початковій версії цей порт був односпрямованим, тобто міг передавати дані тільки в одному напрямку: від комп'ютера до периферійного пристрою. Але це обмеження незабаром перестало влаштовувати користувачів, так як на ринок масово почали виходити пристрої з можливістю передачі даних в обох напрямках. Для цього різні виробники пропонували свої удосконалення – двонаправлений, ECP, EPP і інші. Поки в 1994 році був прийнятий міжнародний стандарт IEEE 1284.

Схема LPT-порту

LPT-порт називається паралельним тому, що передача даних за допомогою нього здійснюється за кількома провідникам одночасно, тобто паралельно. Цей інтерфейс має 8-бітну шину для передачі даних, 5-бітну шину передачі сигналів і 4-бітну шину передачі стану.
Нижче представлена схема контактів LPT-порту.

Принцип роботи LPT-порту

У найпростішій конфігурації, щоб реалізувати принцип роботи паралельного інтерфейсу, вистачило б тільки одинадцяти проводів, а саме: 1 провід на корпус (масу), 2 дроти підтвердження і 8 проводів передачі даних. Але, по загальноприйнятому стандарту IEEE 1284 кожен з восьми проводів передачі (2-9) даних має окреме заземлення. Під час передачі даних обидва пристрої повинні повідомляти одна одній відомості про свій стан. Це реалізується за допомогою контактів 18 і 35 на які подається напруга 0 або 5 Ст. По провіднику 1 передається особливий сигнал STROBE, повідомляє, що комп'ютер встановив байт даних на лінії і принтер може розпочати друк. По контакту 11 передається комп'ютеру сигнал BUSY, повідомляє, що пристрій виконує дію (зайнято), обробляючи ту інформацію, що знаходиться в буфері. По контактам 12-14 передаються сигнали, що повідомляють контрольні сигнали про стан принтера і в конфліктах його обладнанні. По провіднику 12 на ПК передається інформація про те, що у принтері немає паперу. Комп'ютер реагує на це передачею сигналів по лініях SELECT і ERROR і зупиняє друк. По провіднику 13 на комп'ютер передається інформація про стан принтера - включений і готовий або вимкнений і не готовий. По контакту 14 принтера передається сигнал про автоматичному перекладі рядка. По контакту 31 (16) передається сигнал про переведення принтера в початковий стан і очищається буфер даних, тобто всі дані стираються з пам'яті принтера. По контакту 32 (15) передаються всі сигнали про помилки під час передачі даних. Сигнали, що передаються по цій лінії, які впливають на всі інші контакти і можуть зупинити друк. Наприклад, часто виникає помилка принтера – Time Out, виникає, коли принтер зайнятий однотипною роботою з даними і не може передати на ПК через сигнал BUSY, що він не готовий до отримання нових даних. Через деякий час по лінії ERROR на комп'ютер передається помилка Time Out і нові дані не передаються. Інакше, при відсутності сигналу ERROR, відбувалася подальша передача даних, що призвело б до зависання всієї системи.
По контакту 36 (17) передається інформація про готовності принтера до роботи, наприклад після усунення помилки.

Режими роботи LPT-порту

Існує кілька режимів роботи LPT-порту, що дозволяє використовувати стандарт IEEE 1284: SPP (Standard Parallel Port) — являє собою односпрямований порт, який відмінно поєднується в роботі з інтерфейсом Centronics. NibbleMode — використання цього порту є можливістю організації двонаправленого обміну даними в режимі SPP, за допомогою ліній (4 біт) для передачі даних від периферійного пристрою до контролера. Byte Mode— режим для двостороннього обміну даними, який використовується досить рідко. Його застосовували в деяких старих контролерах до прийняття стандарту IEEE 1284. EPP (Enhanced Parallel Port) — над розробкою цього порту працювали відразу кілька відомих компаній: Intel, Xircom і Zenith Data Systems. По своїй роботі це двонаправлений порт, який передає дані зі швидкістю до 2 Мбайт/с. ЕСР (Extended Capabilities Port) — цей варіант порту з'явився в результаті роботи двох компаній: HP і Microsoft. У нього з'явились додаткові можливості, наприклад, можливість апаратного стиску даних, присутність буфера і здатність працювати в режимі DMA. Також підтримує роботу двонаправленого обміну даними (симетричного), швидкість якого може бути до 25 Мбайт/с.

Налаштування LPT-порту

Налаштування LPT-порту відбувається в два етапи: попередня настройка апаратних засобів порту і поточне перемикання режимів порту прикладним ПЗ.

Спосіб і можливості налаштування LPT-порту залежить від його місця розташування та виду виконання. Порти, розташовані на картах розширення, зазвичай конфігуруються через перемички на самих платах, а порти, розміщені безпосередньо на материнській платі комп'ютера, - через налаштування BIOS. Вибори режимів безпосередньо або через BIOS самі по собі не приводять до підвищення швидкості обміну даними між ПК та периферією, а служать для можливості вибору драйвером оптимального режиму роботи. Але драйвери сучасних пристроїв самі автоматично виставляють найбільш ефективні режими роботи паралельного порту, тому ручна настроювання в більшості випадків вже не потрібно.

Види реалізацій LPT-порту

Раніше більшість виробників материнських плат розміщували контролери LPT-порт на своїй продукції або на задній панелі плати. Був ще один варіант розташування. В деяких випадках було зручно поміщати контролер на самій платі - коннекторе для підключення зовнішньої LPT-port планки. Але з моменту появи більш швидкісних інтерфейсів для передачі даних материнських плат з розпаяними LPT-портами ставало все менше і менше. Зараз навіть не у кожного виробника в асортименті продукції є такі плати. І тоді на допомогу приходять карти розширення, що підключаються до більш сучасних інтерфейсів:
PCI – LPT-порт. Перехідник між LPT-портом і більш сучасним роз'ємом PCI. PCI2 - LPT-port (PCI-Ex. 2.0). Перехідник між LPT-портом і роз'ємом PCI-Ex.2.0 USB – LPT-порт. Перехідник між LTP-портом і сучасною версією широко використовується USB-роз'єму.

Сучасне застосування LPT-порту

Із-за здатності паралельної передачі даних такого порту, в 70-х - 80-х роках він зарекомендував себе одним з найбільш быстроработающих інтерфейсів комп'ютера. Тому він використовувався навіть для з'єднання 2-х комп'ютерів між собою. Але ця особливість накладає обмеження на максимальну довжину кабелю через виникаючих перешкод у сусідніх провідниках. Довжина не може перевищувати 5 м, інакше спотворення сигналів перевищують допустимі для коректного розпізнавання даних. C появою більш швидкісних інтерфейсів актуальність LPT-порту зійшла на немає. Друге дихання йому надали радіоаматори, які використовують його для управління зібраними схемами (освітлення в будинку, світломузика і інші пристрої).