PS/2-интерфейс¶

PS/2-интерфейс — это электрический и механический стандарт подключения клавиатуры и мыши к персональному компьютеру, разработанный компанией IBM в 1987 году для линейки компьютеров IBM Personal System/2. Представляет собой последовательный синхронный интерфейс, использующий 6-контактный разъём Mini-DIN. Несмотря на вытеснение интерфейсом USB в начале 2000-х годов, PS/2 продолжал применяться в промышленных и специализированных системах, а также в некоторых материнских платах для обратной совместимости.

¶История

¶Предпосылки появления

До внедрения PS/2 клавиатуры и мыши подключались к компьютерам через разъёмы DIN-5 (для клавиатуры, стандарт AT) и последовательные порты DB-9 или DB-25 (для мыши). Эти интерфейсы имели недостатки: клавиатурный разъём был крупным, а последовательные порты часто конфликтовали с другими устройствами (например, модемами). Кроме того, отсутствовала унификация — разные производители использовали несовместимые протоколы.

¶Разработка и внедрение

В 1987 году IBM представила семейство компьютеров Personal System/2 (PS/2), которое включало ряд нововведений: шину Micro Channel, видеоподсистему VGA и новый интерфейс для ввода. Разъём Mini-DIN (6 контактов) был компактнее предшественников, а протокол обеспечивал двунаправленную передачу данных. Первоначально интерфейс использовался только для клавиатуры; мышь подключалась через тот же разъём, но с другим протоколом. В 1990-х годах стандарт стал массово применяться в IBM-совместимых компьютерах, особенно после появления цветовой маркировки (фиолетовый для клавиатуры, зелёный для мыши).

¶Упадок и современное использование

С распространением USB в конце 1990-х годов PS/2 начал вытесняться. USB обеспечивал «горячее» подключение, большую пропускную способность и универсальность. Однако из-за низкой задержки и возможности работы в средах с ограниченными ресурсами (например, в BIOS) PS/2 сохранился в материнских платах до середины 2010-х годов. В настоящее время интерфейс встречается в промышленных контроллерах, серверном оборудовании и ноутбуках (через адаптеры). В 2020-х годах некоторые производители (например, Logitech) продолжают выпускать клавиатуры и мыши с разъёмом PS/2 для энтузиастов и ретро-компьютеров.

¶Технические характеристики

¶Разъём и распиновка

Стандартный разъём PS/2 — Mini-DIN-6, имеющий круглую форму с 6 контактами, расположенными по окружности. Распиновка (для клавиатуры и мыши идентична):

• Контакт 1: данные (Data)
• Контакт 2: не используется (или резервный)
• Контакт 3: земля (GND)
• Контакт 4: питание +5 В
• Контакт 5: тактовый сигнал (Clock)
• Контакт 6: не используется (или резервный)

Цветовая маркировка разъёмов на материнской плате: фиолетовый — для клавиатуры, зелёный — для мыши. Однако электрически и протокольно они совместимы, различие заключается только в программном обеспечении (драйверах).

¶Электрические параметры

• Напряжение питания: +5 В ± 5%
• Ток потребления: до 100 мА (для клавиатуры), до 50 мА (для мыши)
• Сигналы: двунаправленные, с открытым коллектором (pull-up резисторы 10 кОм)
• Скорость передачи: 10–16 кГц (тактовая частота), до 40 кбит/с (полезные данные)

¶Протокол передачи данных

Протокол PS/2 является синхронным, двунаправленным, с ведущим устройством (хостом, обычно контроллером клавиатуры/мыши на материнской плате). Данные передаются посылками длиной 11 бит:

• 1 стартовый бит (всегда 0)
• 8 бит данных (младший бит первым)
• 1 бит чётности (нечётная чётность)
• 1 стоповый бит (всегда 1)

Управление осуществляется через линии Clock и Data. Хост может запретить передачу, удерживая линию Clock на низком уровне. Клавиатура или мышь генерируют тактовый сигнал, а хост синхронизируется с ним. Для передачи данных от хоста к устройству (например, для настройки параметров) хост перехватывает управление тактовым сигналом.

¶Классификация

¶По типу устройства

• Клавиатурный PS/2 — использует протокол, определённый в спецификации IBM PC/AT (скан-коды, команды). Поддерживает стандартные клавиши, а также расширенные (например, мультимедийные) через дополнительные коды.
• Мышиный PS/2 — протокол основан на стандарте Microsoft Mouse (версия 2.0). Передаёт данные о перемещении (координаты X, Y) и нажатии кнопок. Поддерживает до 3 кнопок и колесо прокрутки (в расширенных версиях).

¶По способу подключения

• Встроенный — разъём на материнской плате или в корпусе компьютера.
• Адаптерный — через переходник с USB на PS/2 (пассивный или активный). Пассивные адаптеры работают только с устройствами, поддерживающими оба протокола (например, некоторые клавиатуры Logitech).

¶Применение

¶Персональные компьютеры

До середины 2000-х годов PS/2 был основным интерфейсом для клавиатур и мышей в настольных компьютерах. Он обеспечивал низкую задержку (менее 1 мс) и не требовал драйверов для базовой работы в BIOS и операционных системах (DOS, ранние версии Windows).

¶Промышленные и встраиваемые системы

В промышленных компьютерах, серверах и терминалах PS/2 используется из-за устойчивости к электромагнитным помехам и возможности работы в условиях, где USB-порты могут быть отключены по соображениям безопасности (например, в военной технике).

¶Ретро-компьютинг

Энтузиасты, собирающие или восстанавливающие старые компьютеры (IBM PC/AT, 386, 486), используют PS/2-клавиатуры и мыши для аутентичности. Также интерфейс применяется в проектах на базе микроконтроллеров (Arduino, Raspberry Pi) через программную эмуляцию протокола.

¶Преимущества и недостатки

¶Преимущества

• Низкая задержка — протокол не требует буферизации, данные передаются напрямую.
• Полная поддержка в BIOS — работа без драйверов до загрузки ОС.
• Простота реализации — минимальное количество проводов и компонентов.
• Устойчивость к помехам — дифференциальный сигнал (открытый коллектор) менее чувствителен к наводкам.

¶Недостатки

• Отсутствие «горячего» подключения — подключение или отключение устройства при включённом компьютере может привести к повреждению контроллера.
• Ограниченная скорость — до 40 кбит/с, что недостаточно для современных игровых мышей с высоким разрешением (например, 16000 DPI).
• Одно устройство на порт — невозможно подключить несколько устройств через один разъём без дополнительных контроллеров.
• Устаревшая конструкция разъёма — Mini-DIN менее надёжен, чем USB, и подвержен износу.

¶Интересные факты

• Разъём PS/2 физически идентичен разъёму для подключения видеомониторов в некоторых старых компьютерах (например, Commodore Amiga), но распиновка отличается.
• В 1990-х годах существовали адаптеры, позволяющие подключать мышь PS/2 к последовательному порту (COM) и наоборот.
• Некоторые материнские платы до 2015 года имели два разъёма PS/2, но часто использовали один контроллер для обоих — при подключении мыши и клавиатуры одновременно возникали конфликты.

¶Источники

• IBM Personal System/2 Hardware Interface Technical Reference (1987)
• Adam Chapweske, «The PS/2 Mouse/Keyboard Protocol» (2001)
• Microsoft Windows Hardware Compatibility Guide (1995–2000)
• Спецификация разъёмов Mini-DIN (IEC 60130-9)