Интерфейс PS/2

Интерфейс PS/2 — это компьютерный интерфейс, предназначенный для подключения клавиатуры и мыши. Разработан компанией IBM в 1987 году для персональных компьютеров серии PS/2 (Personal System/2), откуда и получил своё название. Представляет собой последовательный синхронный интерфейс, использующий 6-контактный разъём Mini-DIN. Несмотря на появление более современных интерфейсов, таких как USB, PS/2 оставался распространённым на материнских платах вплоть до конца 2010-х годов, особенно в сегменте промышленных и специализированных компьютеров.

История

Разработка и внедрение

Интерфейс PS/2 был представлен компанией IBM в апреле 1987 года вместе с новой линейкой компьютеров IBM Personal System/2. До этого момента для подключения клавиатуры использовался более крупный 5-контактный разъём DIN (стандарт AT), а мыши подключались через последовательный порт (COM-порт) или через специальные платы расширения. Основной целью создания PS/2 было унификация и миниатюризация разъёмов, а также обеспечение более стабильной работы периферийных устройств за счёт выделенного контроллера.

Первоначально интерфейс был запатентован IBM, что ограничивало его распространение. Однако к середине 1990-х годов, после истечения сроков действия патентов и широкого копирования архитектуры IBM PC, интерфейс PS/2 стал стандартом де-факто для подключения клавиатуры и мыши на материнских платах, выпускаемых по спецификации ATX.

Вытеснение интерфейсом USB

С появлением и широким распространением шины USB (Universal Serial Bus) в конце 1990-х — начале 2000-х годов, интерфейс PS/2 начал постепенно вытесняться. USB предлагал ряд преимуществ: горячее подключение (без выключения компьютера), универсальность (один разъём для разных типов устройств), более высокую пропускную способность и возможность питания устройств от шины. Тем не менее, PS/2 сохранял некоторые преимущества, такие как более низкая задержка ввода и полная аппаратная независимость от операционной системы на этапе загрузки, что было критично для некоторых задач.

Вплоть до середины 2010-х годов большинство материнских плат оснащались как минимум одним портом PS/2 (часто комбинированным, поддерживающим и клавиатуру, и мышь). В настоящее время (2020-е годы) на потребительских материнских платах порты PS/2 встречаются редко, однако они по-прежнему устанавливаются на платы для промышленных, серверных и встраиваемых систем, где требуется максимальная совместимость и надёжность.

Технические характеристики

Разъём и распиновка

Интерфейс PS/2 использует 6-контактный круглый разъём Mini-DIN. Существует два варианта разъёмов, которые различаются цветом и электрически несовместимы друг с другом:

• Фиолетовый (или синий) разъём — для клавиатуры.
• Зелёный разъём — для мыши.

Распиновка 6-контактного разъёма Mini-DIN (вид на гнездо материнской платы):

1. Данные (Data) — двунаправленная линия передачи данных.
2. Не используется (Reserved) — часто не подключён или используется для дополнительного питания.
3. Земля (GND) — общий провод.
4. Питание (+5V) — напряжение питания для устройства (обычно +5 В).
5. Тактовый сигнал (Clock) — двунаправленная линия синхронизации.
6. Не используется (Reserved) — часто не подключён.

Протокол передачи данных

PS/2 является синхронным двунаправленным последовательным интерфейсом. Передача данных осуществляется по двухпроводной шине, состоящей из линий Clock и Data. Устройство (клавиатура или мышь) генерирует тактовый сигнал на линии Clock, а данные передаются по линии Data синхронно с этим сигналом.

Формат кадра:

• Стартовый бит (всегда 0).
• 8 бит данных (младшим битом вперёд, LSB first).
• Бит паритета (нечётный).
• Стоповый бит (всегда 1).

Контроллер на материнской плате (обычно встроенный в Super I/O или чипсет) может управлять передачей, удерживая линию Clock на низком уровне, чтобы приостановить передачу от устройства. Скорость передачи данных составляет от 10 до 16,7 кбит/с, что определяется частотой тактового сигнала (10–16,7 кГц).

Электрические характеристики

Устройства PS/2 питаются напряжением +5 В от материнской платы. Потребляемый ток обычно не превышает 100–200 мА. Линии Data и Clock являются открытыми коллекторами (open-drain) и подтянуты к напряжению +5 В через резисторы (обычно 4,7 кОм). Это позволяет нескольким устройствам (теоретически) разделять одну шину, хотя на практике это не применяется.

Функциональные особенности

Поддержка горячего подключения

Одним из главных недостатков интерфейса PS/2 является отсутствие официальной поддержки горячего подключения (Hot Plug). Технически, разъём Mini-DIN не предназначен для многократного подключения и отключения под напряжением. При горячем подключении устройства PS/2 существует риск повреждения порта или контроллера из-за бросков тока или короткого замыкания. На практике, многие современные материнские платы и контроллеры имеют защиту, позволяющую подключать устройства PS/2 без выключения компьютера, однако производители настоятельно не рекомендуют этого делать.

Эмуляция PS/2 через USB

С появлением USB-клавиатур и мышей возникла необходимость в их поддержке на этапе загрузки компьютера (до загрузки операционной системы). Для этого была разработана технология эмуляции PS/2. В BIOS материнской платы активируется опция, при которой USB-контроллер эмулирует работу порта PS/2, позволяя операционной системе и загрузчику взаимодействовать с USB-клавиатурой и мышью как с устройствами PS/2. Это обеспечивает их работоспособность в среде DOS, при установке ОС и в BIOS.

Задержка ввода (Input Lag)

В контексте компьютерных игр и профессиональной работы интерфейс PS/2 часто упоминается как обладающий меньшей задержкой ввода по сравнению с USB. Это связано с тем, что PS/2 использует аппаратные прерывания (IRQ), а USB — опрос (polling) с фиксированной частотой (обычно 125 Гц для мыши и 125 Гц для клавиатуры). Однако на практике разница в задержке для большинства пользователей незаметна, и современные USB-устройства с частотой опроса 1000 Гц и выше могут обеспечивать меньшую задержку, чем PS/2.

Применение

Клавиатуры и мыши

Основное и практически единственное применение интерфейса PS/2 — подключение клавиатур и мышей к персональным компьютерам. В отличие от USB, PS/2 не поддерживает подключение других типов периферийных устройств (принтеров, сканеров, флеш-накопителей).

Промышленные и специализированные системы

В промышленных компьютерах, серверах и встраиваемых системах интерфейс PS/2 продолжает использоваться благодаря своей простоте, надёжности и низкой стоимости реализации. Он не требует сложного контроллера и драйверов, что упрощает разработку и эксплуатацию оборудования.

Сравнение с USB

Интересные факты

• Разъём PS/2 физически и электрически идентичен разъёму, используемому в некоторых моделях видеокамер и аудиоаппаратуры, что иногда приводило к путанице.
• В первых компьютерах IBM PS/2 разъёмы клавиатуры и мыши были одинакового цвета (чёрного), что создавало неудобства при подключении. Позднее была введена цветовая маркировка.
• Существуют адаптеры, позволяющие подключать USB-клавиатуру или мышь к порту PS/2. Однако такие адаптеры работают не всегда корректно и требуют поддержки со стороны материнской платы.
• Интерфейс PS/2 для клавиатуры и мыши электрически идентичен, но отличается протоколом обмена. При подключении мыши в разъём для клавиатуры (или наоборот) устройство не будет работать, так как контроллер ожидает определённый тип команд.

Источники

• IBM Personal System/2 Hardware Interface Technical Reference (1987).
• Спецификация интерфейса PS/2 (IBM).
• Материалы сайта Beyond Logic (PS/2 Keyboard and Mouse Protocol).
• Статьи журнала «КомпьютерПресс» (1990-2000-е гг.).
• Документация к чипсетам Intel и AMD (раздел Super I/O).