Ой, а что это за штучка? Зачем она нужна? Ничего, если я пальцем потрогаю? Что? Лучше не надо? Хорошо, не буду. Но мне страсть как интересно: разъём в компьютере есть, а никто ничего к нему почему-то не подключает. Как он вообще называется? Порт? Ух ты! Класс! А что это такое?..
Этот порт также называется серийным (Serial port ), хотя сокращение «COM» на самом деле означает «коммуникационный» - Communication port (изначально предназначен для двустороннего движения данных - настоящей коммуникации). А ещё чаще его именуют последовательным , поскольку передаёт биты строго один за другим.
Кроме последовательного, в компьютерах есть и параллельный порт, предназначенный, в основном, для подключения принтеров. Его нередко так и называют: принтерный. Там передача данных номинально односторонняя (хотя лишь номинально).
Вполне возможно, COM-порт есть и в вашем компьютере. Это, скорее всего, слегка продолговатое гнездо с девятью контактами в два ряда, пять и четыре штуки в каждом, а также с резьбой для болтиков на концах. К нему полагается кабель с разъёмом, соответственно, с девятью гнёздами, расположенными в такой же конфигурации.
Разъём вставляется в гнездо с контактами и прикручивается вышеуказанными болтиками, чтобы не выпасть. Таким образом можно, к примеру, соединить напрямую два компьютера с помощью нуль-модемного кабеля. Что и делалось раньше, в эпоху первых ПК.
Нынче таким образом подключают спутниковые ресиверы, приборы различных систем безопасности, комплексы управления производственным процессом и прочие заумные устройства.
Вероятно, такой порт есть и в вашем ноутбуке (конечно, если оный имеется у вас в хозяйстве). Он служит, например, для синхронизации с настольным компьютером. Правда, на практике в наши дни такое соединение используется не так уж часто - никто не хочет морочить себе голову с кабелями, ведь можно использовать другие технологии, более современные и эффективные.
Нынче для коммуникации с разными устройствами всё чаще используют USB-порт (он тоже, кстати, фактически последовательный). Мобильные модемы, принтеры, адаптеры Wi-Fi - всё большее количество приборов подключается именно через USB.
Кроме того, при наличии таких технологий как Ethernet и FireWire (для Apple), соединять компьютеры проводами через COM-порты не так уж целесообразно. Ну а если вспомнить о Bluetooth (что переводится как «синий зуб»), то и вовсе можно отправлять последовательный порт в музей.
Впрочем, операционная система Windows по-прежнему называет свои каналы передачи информации не иначе как COM1, COM2 и так далее.
Почему? Потому что драйверы, к примеру, для того же Bluetooth, могут представляться системе именно как COM-порты. Мол, а вот и мы, прошу любить и жаловать, извольте назначить нам каналы для обмена данными. Ну и что, что мы как бы не совсем настоящие? Всё равно придётся нас обслуживать.
В Unix (и её разновидностях вроде Linux) тоже есть некоторые особенности по поводу отношения к подключаемым устройствам. Поскольку Unix считает всё вокруг файлами (даже оборудование!), то и держит свои последовательные порты в виде оных с именами вроде ttyS0, ttyS1, ttyS2 (если это Linux) или ttyu0, ttyu1, ttyu2 (в FreeBSD).
Если вы являетесь простым пользователем и вам не доводится работать со специфическими приборами, спутниковыми ресиверами и прочими хитрыми устройствами, то совершенно незачем бежать в компьютерные магазины и искать кабель для COM-порта.
Данные из одного компьютера в другой можно перекачать множеством других способов, в том числе и вообще без каких либо проводов. В крайнем случае, перенести на флэшке, если локальная сеть по какой-либо причине не функционирует.
Коротко говоря, хотя такая штука как COM-порт продолжает существовать с точки зрения операционной системы и даже используется в качестве канала связи виртуально, на практике большинству пользователей можно о нём забыть с совершенно спокойной совестью.
Правда, любознательность - это всегда похвально. Так что спрашивайте, интересуйтесь, изучайте. Но руками без разрешения лучше не трогайте.
Предыдущие публикации:
Описание интерфейса RS-232, формат используемых разъемов и назначение выводов, обозначения сигналов, протокол обмена данными.
Общее описание
Интерфейс RS-232, совсем официально называемый "EIA/TIA-232-E", но более известный как интерфейс "COM-порта", ранее был одним из самых распространенных интерфейсов в компьютерной технике. Он до сих пор встречается в настольных компьютерах, несмотря на появление более скоростных и "интеллектуальных" интерфейсов, таких как USB и FireWare. К его достоинствам с точки зрения радиолюбителей можно отнести невысокую минимальную скорость и простоту реализации протокола в самодельном устройстве.
Физический интерфейс реализуется одним из двух типов разъемов: DB-9M или DB-25M, последний в выпускаемых в настоящее время компьютерах практически не встречается.
Назначение выводов 9-контактного разъема
|
9-контактная вилка типа DB-9M Нумерация контактов со стороны штырьков Направление сигналов указано относительно хоста (компьютера) |
|
Назначение выводов 25-контактного разъема
|
|
Из таблиц видно, что 25-контактный интерфейс отличается наличием полноценного второго канала приема-передачи (сигналы, обозначенные "#2"), а также многочисленных дополнительных управляющих и контрольных сигналов. Однако, часто, несмотря на наличие в компьютере "широкого" разъема, дополнительные сигналы на нем просто не подключены.
Электрические характеристики
Логические уровни передатчика: "0" - от +5 до +15 Вольт, "1" - от -5 до -15 Вольт.
Логические уровни приемника: "0" - выше +3 Вольт, "1" - ниже -3 Вольт.
входное сопротивление приемника не менее 3 кОм.Данные характеристики определены стандартом как минимальные, гарантирующие совместимость устройств, однако реальные характеристики обычно существенно лучше, что позволяет, с одной стороны, питать маломощные устройства от порта (например, так спроектированы многочисленные самодельные data-кабели для сотовых телефонов), а с другой - подавать на вход порта инвертированный TTL-уровень вместо двуполярного сигнала.
Описание основных сигналов интерфейса
CD - Устройство устанавливает этот сигнал, когда обнаруживает несущую в принимаемом сигнале. Обычно этот сигнал используется модемами, которые таким образом сообщают хосту о обнаружении работающего модема на другом конце линии.
RXD - Линия приема хостом данных от устройства. Подробно описана в разделе "Протокол обмена данными".
TXD - Линия передачи хостом данных к устройству. Подробно описана в разделе "Протокол обмена данными".
DTR - Хост устанавливает этот сигнал, когда готов к обмену данными. Фактически сигнал устанавливается при открытии порта коммуникационной программой и остается в этом состоянии все время, пока порт открыт.
DSR - Устройство устанавливает этот сигнал, когда включено и готово к обмену данными с хостом. Этот и предыдущий (DTR) сигналы должны быть установлены для обмена данными.
RTS - Хост устанавливает этот сигнал перед тем, как начать передачу данных устройству, а также сигнализирует о готовности к приему данных от устройства. Используется при аппаратном управлении обменом данными.
CTS - Устройство устанавливает этот сигнал в ответ на установку хостом предыдущего (RTS), когда готово принять данные (например, когда предыдущие присланные хостом данные переданы модемом в линию или есть свободное место в промежуточном буфере).
RI - Устройство (обычно модем) устанавливает этот сигнал при получении вызова от удаленной системы, например при приеме телефонного звонка, если модем настроен на прием звонков.
Протокол обмена данными
В протоколе RS-232 существуют два метода управления обменом данных: аппаратный и программный, а также два режима передачи: синхронный и асинхронный. Протокол позволяет использовать любой из методов управления совместно с любым режимом передачи. Также допускается работа без управления потоком, что подразумевает постоянную готовность хоста и устройства к приему данных, когда связь установлена (сигналы DTR и DSR установлены).
Аппаратный метод управления реализуется с помощью сигналов RTS и CTS. Для передачи данных хост (компьютер) устанавливает сигнал RTS и ждет установки устройством сигнала CTS, после чего начинает передачу данных до тех пор, пока сигнал CTS установлен. Сигнал CTS проверяется хостом непосредственно перед началом передачи очередного байта, поэтому байт, который уже начал передаваться, будет передан полностью независимо от значения CTS. В полудуплексном режиме обмена данными (устройство и хост передают данные по очереди, в полнодуплексном режиме они могут делать это одновременно) снятие сигнала RTS хостом означает его переход в режим приема.
Программный метод управления заключается в передаче принимающей стороной специальных символов остановки (символ с кодом 0x13, называемый XOFF) и возобновления (символ с кодом 0x11, называемый XON) передачи. При получении данных символов передающая сторона должна соответственно остановить передачу или возобновить ее (при наличии данных, ожидающих передачи). Этот метод проще с точки зрения реализации аппаратуры, однако обеспечивает более медленную реакцию и соответственно требует заблаговременного извещения передатчика при уменьшении свободного места в приемном буфере до определенного предела.
Синхронный режим передачи подразумевает непрерывный обмен данными, когда биты следуют один за другим без дополнительных пауз с заданной скоростью. Этот режим COM-портом не поддерживается .
Асинхронный режим передачи состоит в том, что каждый байт данных (и бит контроля четности, в случае его наличия) "оборачивается" синхронизирующей последовательностью из одного нулевого старт-бита и одного или нескольких единичных стоп-битов. Схема потока данных в асинхронном режиме представлена на рисунке.
Один из возможных алгоритмов работы приемника следующий:
- Ожидать уровня "0" сигнала приема (RXD в случае хоста, TXD в случае устройства).
- Отсчитать половину длительности бита и проверить, что уровень сигнала все еще "0"
- Отсчитать полную длительность бита и текущий уровень сигнала записать в младший бит данных (бит 0)
- Повторить предыдущий пункт для всех остальных битов данных
- Отсчитать полную длительность бита и текущий уровень сигнала использовать для проверки правильности приема с помощью контроля четности (см. далее)
- Отсчитать полную длительность бита и убедиться, что текущий уровень сигнала "1".
В последнее время последовательный способ передачи данных вытесняет параллельный.
За примерами далеко ходить не надо: появление шин USB и SATA говорит само за себя.
И действительно, параллельную шину трудно масштабировать (удлинить шлейф, увеличить частоту тактирования шины), неудивительно, что технологии поворачиваются к параллельным шинам задней частью.
Последовательные интерфейсы
На сегодня существует великое множество различных интерфейсов последовательной передачи данных.
Кроме уже упомянутых USB и SATA еще можно вспомнить как минимум два широко известных стандарта RS-232 и MIDI (он же и GamePort).
Объединяет их все то же - последовательная передача каждого бита информации, или Serial Interface.
Преимуществ у подобных интерфейсов великое множество, и самое главное из них - малое количество соединительных проводов, а следовательно, меньшая цена.
Передача данных
Последовательную передачу данных можно реализовать двумя способами: асинхронным и синхронным.
Синхронная передача данных предполагает синхронизацию работы приемника и передатчика посредством включения тактовой информации в передаваемый сигнал или путем использования специальной синхро-линии.
Приемник и передатчик должны быть соединены специальным синхронизационным кабелем, который обеспечивает работу устройств на одной частоте.
Асинхронная передача подразумевает использование специальных битов, маркирующих начало и конец данных – стартового (логический ноль) и стопового (логическая единица) бита.
Также возможно использование специального бита четности, который определяет четное или нечетное количество передаваемых единичных битов (в зависимости от принятого соглашения).
На принимающей стороне проводится анализ этого бита, и если бит четности не соответствует количеству единичных битов, то пакет данных пересылается снова.
Стоит отметить, что такая проверка позволяет обнаружить ошибку только в том случае, если был передан неправильно только один бит, в случае, если неправильно передались несколько битов, эта проверка уже становится некорректной.
Посылка следующего пакета данных может происходить в любой момент после посылки стопового бита, и, естественно, должна начинаться со стартового бита.
Ничего не понятно?
Ну, если бы все компьютерные технологии были просты, то любая домохозяйка давно бы уже лепила параллельно с пельменями новые протоколы …
Попробуем взглянуть на процесс по-другому.
Данные передаются пакетами, примерно как IP пакеты, вместе с данными идут и информационные биты, количество этих битов может варьироваться от 2 до 3 с половиной.
С половиной?!
Да, ты не ослышался, именно с половиной!
Стоповый бит, а вернее передаваемый сигнал соответствующий стоповому биту, может иметь длительность большую, чем сигнал соответствующий биту-единице, но меньшую чем для двух битов.
Так вот, пакет всегда начинается со стартового бита, который всегда имеет значение ноль, после чего идут биты данных, потом бит четности, а потом и стоповый бит, всегда равный единице.
Потом через некоторый произвольный промежуток времени поход битов на Москву продолжается.
Такой способ передачи подразумевает, что приемник и передатчик должны работать с одной скоростью (ну, или почти с одной), иначе пришедшие биты данных приемник будет либо не успевать обрабатывать, либо принимать старый бит за новый.
Для того чтобы этого избежать, каждый бит стробируется, то есть посылается синхронно со специальным сигналом - «стробом», формируемым внутри прибора.
Существует ряд определенных скоростей работы асинхронных устройств - 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19 200, 38 400, 57 600 и 115 200 бит в секунду.
Ты наверняка слышал, что в качестве единицы измерения скорости передачи данных используется «бод» - частота изменения состояния линии, и эта величина будет совпадать со скоростью передачи данных только в случае если сигнал может иметь одно из двух значений.
Если же в одном изменении сигнала закодировано несколько бит (а это встречается у многих модемов), скорость передачи и частота изменения линии будут совершенно различными величинами.
Теперь пару слов о загадочном термине «пакет данных».
Под пакетом в данном случае понимается набор битов, передаваемых между стартовым и стоповым битами.
Их число может изменяться от пяти до восьми.
Можно задаться вопросом, почему именно пять-восемь бит?
Почему бы не передать сразу, скажем, килобайт данных внутри пакета?
Ответ очевиден: передавая маленькие пакеты данных, мы пусть и проигрываем, отправляя с ними три служебных бита (от 50 до 30 процентов данных), зато если при передаче пакет будет испорчен, мы легко узнаем это (помнишь про бит четности?) и быстро передадим его снова.
А вот в килобайте данных ошибку обнаружить будет уже трудно, и передавать его будет гораздо сложнее.
В качестве примера асинхронного последовательного устройства передачи данных можно привести COM-порт компьютера, любимый модем с дизайном от Труссарди и мышь, подключаемую к этому же порту, которую недалекие секретарши почему-то все время стараются засунуть в PS/2.
Работают все эти устройства по интерфейсу RS-232, вернее по асинхронной его части, поскольку в стандарте описана и синхронная передача данных.
Последовательный порт это устройства ввода-вывода (I/O device). Как устройство I/O это только путь для передачи данных из компьютера и в него. существует также множество других устройств ввода-вывода, таких как последовательные порты, паралельные порты, контроллеры дисков, сетевые карты, устройства универсальной последовательной шины USB, и т.п. Большинство компьютеров имеют один или два последовательный порта . Какждый имеет 9-ти контактный разъем (иногда 25-ти контактный) (рис.1) на задней стенке системного блока компьютера. Программы могут отсылать данные (байты) через контакт отправки данных (output) и получать байты через другой контакт приема данных (input). Все остальные контакты служат для управления и земли.
) это несколько больше чем просто разъем. Он преобразует данные из паралельного представления в последоватльное и меняет электрическое представление данных. Внутри компьютера, биты данных передаются в паралельном виде (используется несколько проводов для передачи данных одновременно). Последовательный поток данных это последовательность битов всего по одному проводу (такому как провод передачи и приема данных на разъеме последовательного порта). Для того и служит это устройство, чтобы создать такой поток данных из паралельного вида в последовательный (внутри компьютера) и передать на контакт передачи данных (и соответственно наоборот).
Большинство электронных компонентов последовательного порта сосредоточено в одно компьютерном чипе (микросхеме) называемом UART .
Контакты и провода
Старые компьютеры используют 25-ти контактные разъемы, но только 9 контактов реально задействовано на сегодняшний день. Каждый из 9-ти контактов соединен обычно с проводом. за исключением двух проводов для передачи и приема данных, остальные используются для контроля и земли. Напряжение на каждом из контактов и проводов измеряется относительно сигнальной земли. Поэтому минимальное количество проводом для двунаправленной передачи данных - 3. В редких случаях для работы может хватитть и двух проводов (без сигнальной земли), однако это может привести к низкой производительности, и иногда к ошибкам при передаче данных.
Остается еще несколько проводов, которые предназначены только для управления (контроля) и не используются для передачи данных. Все эти сигналы могли бы передаваться по одной линии, но вместо этого, для выделены отдельные провода. Некоторые (или все вместе) эти сигнальные линии называются "линии состояния модема". Линии состояния могут находиться в одном из двух состояний установленном (включено) +12 вольт или сброшенном (выключено) -12 вольт. Одни из этих проводов сигнализируют компьютеру о том, что нужно прекратить передачу данных через последовательный порт. Другие в свою очередь сигнализируют устройству, подключенному к последовательному порту, прекратить передачу даных в компьютер. Если подключенно устройство это модем, то оставшиеся линии могут указывать модуме на то, что нужно занять телефонную линию или сигнализируют компьютеру о том, что соединение было установлено или что есть звонок на телефонной линии (значит кото-то соединиться с компьютером). Смотрите раздел Контакты и сигналы с более полной информацией.
RS-232 или EIA-232, и т.п.
Последовательный порт (serial port ) (не путать с USB) обычно соответствует стандарту RS-232-C , EIA-232-D , или EIA-232-E . Это три обозачения одного и тоже. Основной стандарт RS (рекомендованный стандарт - Recommended Standard) получил префикс EIA (Electronics Industries Association) и позднее EIA/TIA после того как организация EIA было объединена с TIA (Telecommunications Industries Association). Спецификация EIA-232 также охватывает синхронную передачу данных, но в большинстве случаев синхронная передача данных не поддерживается чипами в компьютерах. Обозначение RS устарело, однако до сих пор широко используется. EIA будет использоваться далее на этом сайте более часто. Некоторые документы используют полное обозначение EIA/TIA.
Обмен данными (Скорости передачи данных)
Данные (байты из которых состоят письма, картинки и т.п.) проходят через последовательный порт. Скорости передачи данных (такие как 56k (56000) бит/сек) называются (неверно) "скоростью". Большинство людей неверно говорят "скорость" вместо "коэффициент скорости".
Важно знать, что средняя скорость передачи данных зачастую меньше максимально заявленной. Задержки (или периоды ожидания) и в результате скорость становится меньше. Эти задержки могут увеличиваться в щависимости от типа контроля передачи данных. Даже в лучшем случае всегда есть задержки между байтами, пусть даже и небольшие (несколько микросекунд). Если устройство, соединенное с компьютером через последоватльный порт не может работать на полной скорости, то средняя скорость должна быть уменьшена.
Контроль передачи данных
Контроль передачи данных означает возможность ограничить поток передачи данных через последовательный порт. Для последовательного порта это означает возможность остановить и потом возобновить передачу данных без потери байтов.
Параллельный порт обеспечивает довольно высокую скорость передачи, поскольку эта передача осуществляется побайтно. При этом при большой длине кабеля или при не очень интенсивном обмене данными удобнее оказывается последовательный порт.
Последовательный порт (Serial Port) передает в одном направлении одновременно всего лишь 1 бит данных. Данные могут передаваться через данный порт как от компьютера к внешнему устройству, так и наоборот.
Последовательные порты компьютера обычно соответствуют международному опорному стандарту RS-232C (Reference Standard 232 версии С), в связи с этим к этому порту можно подсоединить любое устройство, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ также ориентировано на данный стандарт (к примеру, мышь, модем, последовательный принтер или последовательный порт другого компьютера). Этот интерфейс использует 9 каналов связи: один из них служит для передачи данных от компьютера, другой – для приема данных от периферийного устройства. Остальные 7 каналов используются для управления процессом обмена данными.
Последовательный порт состоит из микросхемы UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter – универсальный асинхронный приемник/передатчик) и вспомогательных компонентов. Микросхема UART принимает байты данных от шины компьютера (в которой они передаются параллельно), преобразует их в последовательность битов, добавляет служебные биты и затем выполняет передачу данных, а также выполняет обратные действия по приему последовательности битов и перевода кода из последовательного в параллельный.
Современные микросхемы UART оснащены буферной памятью и обеспечивают скорость передачи данных до 115 Кбит/с. Новые высокоскоростные разновидности последовательного порта – улучшенный последовательный порт ESP (Enhanced Serial Port) и Super ESP (Super Enhanced Serial Port) обеспечивают передачу данных до 460 Кбит/с.
Данные при последовательной передаче разделяются служебными битами, такими, как стартовый бит и стоп-бит. Эти биты указывают на начало и конец передачи последовательных бит данных. Данный метод передачи позволяет осуществить синхронизацию между приемной и передающей стороной, а также выровнять скорость обмена данными.
Для идентификации и распознавания ошибок при последовательной передаче в состав посылки дополнительно может включаться бит контроля четности. Значение бита контроля четности определяется двоичной суммой всех передаваемых битов данных. В режиме, когда бит контроля четности четный (Even Parity), значение бит контроля четности равно 0, в случае если сумма битов четная, и 1 – в противном случае. Биты контроля четности имеют инверсные (обратные) значения (соответственно 1 или 0), в случае если бит контроля четности нечетный (Odd Parity).
Стандартная комплектация компьютера содержит два последовательных порта. Отличие разъема последовательного порта от параллельного состоим в том, что данный разъем имеет 9 контактных штырей, а не гнезд (ʼʼотцовскийʼʼ разъем) (рис. 1.3.11а). Со стороны кабеля подключаемого устройства используется ʼʼматеринскийʼʼ разъем (рис. 1.3.11б). Длина кабеля последовательного порта ограничена 18 м. Основным устройством, подключаемым к последовательному порту, являются старые модели модемов и мышей.
Некоторые компьютеры, особенно ориентированные на коммуникационные приложения, могут иметь последовательные порты, выполненные по другим стандартам (к примеру, RS-449A или RS-613) и имеющие более высокую скорость передачи данных на более дальние расстояния.
Рис. 1.3.11. Последовательный порт: а) 9-контактный разъем компьютера;
б) кабель-переходник последовательный порт-USB
1.3.2.3.13. Порт PS/2
Порт PS/2 (6-контактный) назван так, потому, что он впервые появился в компьютерах производства фирмы IBM серии PS/2. Из 6 контактов используются 4 контакта͵ один из которых предназначен для передачи данных, второй – для сигналов тактовой частоты (в диапазоне 10-16,7 кГц), на третий контакт подается электропитание (+5В), а на четвертый – земля. Передача данных выполняется аналогично тому, как и в последовательном порту, но при передаче данных на устройство добавляется один бит подтверждения. В современных компьютерах имеется два порта PS/2 предназначенные для подключения мыши (зеленый разъем) и клавиатуры (фиолетовый разъем) (рис. 1.3.12а), однако эти устройства переходят на использование порта USB. Штекеры кабелей устройств PS/2 (мыши и клавиатуры) приведены на рис. 1.3.12б.
Рис. 1.3.12. Порт PS/2: а) гнезда портов компьютера; б) штекеры кабеля
Последовательный порт - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Последовательный порт" 2017, 2018.
