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)

Контакт Сигнал Направление Описание 1 CD Вход Обнаружена несущая 2 RXD Вход Принимаемые данные 3 TXD Выход Передаваемые данные 4 DTR Выход Хост готов 5 GND - Общий провод 6 DSR Вход Устройство готово 7 RTS Выход Хост готов к передаче 8 CTS Вход Устройство готово к приему 9 RI Вход Обнаружен вызов

Назначение выводов 25-контактного разъема

Контакт Сигнал Направление Описание 1 SHIELD - Экран 2 TXD Выход Передаваемые данные 3 RXD Вход Принимаемые данные 4 RTS Выход Хост готов к передаче 5 CTS Вход Устройство готово к приему 6 DSR Вход Устройство готово 7 GND - Общий провод 8 CD Вход Обнаружена несущая 9 - - Резерв 10 - - Резерв 11 - - Не используется 12 SCD Вход Обнаружена несущая #2 13 SCTS Вход Устройство готово к приему #2

Контакт Сигнал Направление Описание 14 STXD Выход Передаваемые данные #2 15 TRC Вход Тактирование передатчика 16 SRXD Вход Принимаемые данные #2 17 RCC Вход Тактирование приемника 18 LLOOP Выход Локальная петля 19 SRTS Выход Хост готов к передаче #2 20 DTR Выход Хост готов 21 RLOOP Выход Внешняя петля 22 RI Вход Обнаружен вызов 23 DRD Вход Определена скорость данных 24 TRCO Выход Тактирование внешнего передатчика 25 TEST Вход Тестовый режим

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:

1. Ожидать уровня "0" сигнала приема (RXD в случае хоста, TXD в случае устройства).
2. Отсчитать половину длительности бита и проверить, что уровень сигнала все еще "0"
3. Отсчитать полную длительность бита и текущий уровень сигнала записать в младший бит данных (бит 0)
4. Повторить предыдущий пункт для всех остальных битов данных
5. Отсчитать полную длительность бита и текущий уровень сигнала использовать для проверки правильности приема с помощью контроля четности (см. далее)
6. Отсчитать полную длительность бита и убедиться, что текущий уровень сигнала "1".

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.

THR - промежуточный регистр данных передатчика (только для записи) Данные, записанные в регистр, будут пересланы в выходной сдвигающий регистр (когда он будет свободен), из которого поступят на выход при наличии разрешающего сигнала CTS . Бит 0 передается (и принимается) первым. При длине посылки менее 8 бит старшие биты игнорируются.
RBR - буферный регистр принимаемых данных (только для чтения) Данные, принятые входным сдвигающим регистром помещаются в регистр RBR , откуда они могут быть считаны процессором. Если к моменту окончания приема очередного символа предыдущий не был считан из регистра, фиксируется ошибка переполнения. При длине посылки менее 8 бит старшие биты в регистре имеют нулевое значение.
DLL - регистр младшего байта делителя частоты .
DLM - регистр старшего байта делителя частоты . Делитель определяется по формуле D=115200/V, где V - скорость передачи, бит/с. Входная частота синхронизации 1 8432 МГц делится на заданный коэффициент, после чего получается 16-кратная частота передачи данных.
IЕR - регистр разрешения прерываний . Единичное значение бита разрешает прерывание от соответствующего источника.
Назначение бит регистра IER :
* биты =0 - не используются;
* бит 3 - Mod_IЕ - по изменению состояния модема (любой из линий CTS, DSR, RI, DCD );
* бит 2 - RxL_IЕ - по обрыву/ошибке линии;
* бит 1 - TxD_IE - по завершении передачи;
* бит 0 - RxD_IЕ - по приему символа (в режиме FIFO - прерывание по тайм-ауту).
IIR - регистр идентификации прерываний и признака режима FIFO (только для чтения). Для упрощения программного анализа UART выстраивает внутренние запросы прерывания по четырехуровневой системе приоритетов. Порядок приоритетов (по убыванию): состояние линии, прием символа, освобождение регистра передатчика, состояние модема. При возникновении условий прерывания UART указывает на источник с высшим приоритетом до тех пор, пока он не будет сброшен соответствующей операцией. Только после этого будет выставлен запрос с указанием следующего источника. Ниже описано назначение бит регистра IIR .
* Биты - признак режима FIFO:
11-режим FIFO 16550A;
10 - режим FIFO 16550;
00 - обычный.
* Биты - не используются.
* Бит 3 - прерывание по тайм-ауту приема в режиме FIFO (в буфере есть символы для считывания).
* Биты - причина прерывания с наивысшим приоритетом (в обычном, не FIFO-режиме):
11 - ошибка/обрыв линии, сброс выполняется чтением регистра состояния линии;
10 - принят символ, сброс выполняется чтением данных;
01 - передан символ (регистр THR пуст), сброс выполняется записью данных;
00 - изменение состояния модема; сброс выполняется чтением регистра состояния модема.
* Бит 0 - признак необслуженного запроса прерывания (1 - нет запроса, 0 - есть запрос).
В режиме FIFO причину прерывания идентифицируют биты .
* О11 - ошибка/обрыв линии. Сброс выполняется чтением регистра состояния линии.
* 010 - принят символ. Сброс выполняется чтением регистра данных приемника
* 110 - индикатор тайм-аута (за 4-кратный интервал времени символа не передано и не принято ни одного символа, хотя в буфере имеется, по крайней мере, один). Сброс выполняется чтением регистра данных приемника.
* 001 - регистр THR пуст. Сброс выполняется записью данных.
* 000 - изменение состояния модема (CIS, DSR, RI или DCD ). Сброс выполняется чтением регистра MSR .
FCR - регистр управления FIFO (только для записи). Ниже описано назначение бит регистра FCR :
* Биты - ITL (Interrupt Trigger Level) - уровень заполнения FIFO-буфера, при котором вырабатывается прерывание:
00 - 1 байт (по умолчанию);
01 - 4 байта;
10 - 8 байт;
11 - 14 байт.
* Биты зарезервированы.
* Бит 3 - разрешение операций DMA.
* Бит 2 - RESETTF (Reset Transmitter FIFO) - сброс счетчика FIFO-передатчика (записью единицы; сдвигающий регистр не сбрасывается).
* Бит 1 - RESETRF (Reset Receiver FIFO) - сброс счетчика FIFO-приемника (записью единицы; сдвигающий регистр не сбрасывается).
* Бит 0 - TRFIFOE (Transmit And Receive FIFO Enable) - разрешение (единицей) режима FIFO для передатчика и приемника. При смене режима FIFO-буферы автоматически очищаются.
LCR - регистр управления линией (настройки параметров канала). Ниже описано назначение бит регистра LCR .
* Бит 7 - DLAB (Divisor Latch Access Bit) - управление доступом к делителю частоты.
* Бит 6 - BRCON (Break Control) - формирование обрыва линии (посылка нулей) при BRCON=1.
* Бит 5 - STICPAR (Sticky Parity) - принудительное формирование бита паритета:
0 - контрольный бит генерируется в соответствии с паритетом выводимого символа;
1 - постоянное значение контрольного бита: при EVENPAR =1 - нулевое, при EVENPAR =0 - единичное.
* Бит 4 - EVENPAR (Even Parity Select) - выбор типа контроля: 0 - нечетность, 1 - четность.
* Бит 3 - PAREN (Parity Enable) - разрешение контрольного бита:
1 - контрольный бит (паритет или постоянный) разрешен;
0 - контрольный бит запрещен.
* Бит 2 - STOPB (Stop Bits) - количество стоп-бит:
0 - 1 стоп-бит;
1 - 2 стоп-бита (для 5-битного кода стоп-бит будет иметь длину 1,5 бит).
* Биты - SERIALDB (Serial Data Bits) - количество бит данных:
00 - 5 бит;
01-6 бит;
10 - 7 бит;
11 - 8 бит.
MCR - регистр управления модемом . Ниже описано назначение бит регистра MCR .
* Биты =0 - зарезервированы.
* Бит 4 - LME (Loopback Mode Enable) - разрешение режима диагностики:
0 - нормальный режим;
1 - режим диагностики (см. ниже).
* Бит 3 - IE (Interrupt Enable) - разрешение прерываний с помощью внешнего выхода OUT2 MSR.7 :
0 - прерывания запрещены;
1 - прерывания разрешены.
* Бит 2 - OUT1C (OUT1 Bit Control) - управление выходным сигналом 1 (не используется); в режиме диагностики поступает на вход MSR.6 .
* Бит 1 - RTSC (Request To Send Control) - управление выходом RTS ; в режиме диагностики поступает на вход MSR.4 :
0 - активен (-V);
1 - пассивен (+V).
* Бит 0 - DTRC (Data Terminal Ready Control) - управление выходом DTR ; в режиме диагностики поступает на вход MSR.5 :
0 - активен (-V);
1 - пассивен (+V).
LSR - регистр состояния линии (точнее, состояния приемопередатчика). Ниже описано назначение бит регистра LSR.
* Бит 7 - FIFOE (FIFO Error Status) - ошибка принятых данных в режиме FIFO (буфер содержит хотя бы один символ, принятый с ошибкой формата, паритета или обрывом). В не FIFO-режиме всегда 0.
* Бит 6 - TEMPT (Transmitter Empty Status) - регистр передатчика пуст (нет данных для передачи ни в сдвиговом регистре, ни в буферных регистрах THR или FIFO).
* Бит 5 - THRE (Transmitter Holding Register Empty) - регистр передатчика готов принять байт для передачи. В режиме FIFO указывает на отсутствие символов в FIFO-буфере передачи. Может являться источником прерывания.
* Бит 4 - BD (Break Detected) - индикатор обрыва линии (вход приемника находится в состоянии 0 не менее, чем время посылки символа).
* Бит 3 - FE (Framing Error) - ошибка кадра (неверный стоп-бит).
* Бит 2 - РЕ (Parity Error) - ошибка контрольного бита (паритета или фиксированного).
* Бит 1 - ОЕ (Overrun Error) - переполнение (потеря символа). Если прием очередного символа начинается до того, как предыдущий выгружен из сдвигающего регистра в буферный регистр или в регистр FIFO, прежний символ в сдвигающем регистре теряется.
* Бит 0 - DR (Receiver Data Ready) - принятые данные готовы (в DHR или FIFO-буфере). Сброс - чтением приемника.
Индикаторы ошибок - биты - сбрасываются после чтения регистра LSR . В режиме FIFO признаки ошибок хранятся в FIFO-буфере вместе с каждым символом. В регистре они устанавливаются (и вызывают прерывание) в тот момент, когда символ, принятый с ошибкой, находится на вершине FIFO (первый в очереди на считывание). В случае обрыва линии в FIFO заносится только один «обрывной» символ, и UART ждет восстановления и последующего старт-бита. MSR - регистр состояния модема. Ниже описано назначение бит регистра MSR :
* Бит 7 - DCD (Data Carrier Detect) - состояние линии DCD :
0 - активна (-V);
1 - пассивна (+V).
* Бит 6 - RI (Ring Indicator) - состояние линии RI :
0 - активна (-V);
1 - пассивна (+V).
* Бит 5 - DSR (Data Set Ready) - состояние линии DSR :
0 - активна (-V);
1 - пассивна (+V).
* Бит 4 - CTS (Clear To Send) - состояние линии CTS :
0 - активна (-V);
1 - пассивна (+V).
* Бит 3 - DDCD (Delta Data Carrier Detect) - изменение состояния DCD .
* Бит 2 - TERI (Trailing Edge Of Ring Indicator) - спад огибающей RI (окончание звонка).
* Бит 1 - DDSR (Delta Data Set Ready) - изменение состояния DSR .
* Бит 0 - DCTS (Delta Clear To Send) - изменение состояния CTS .
Признаки изменения (биты ) сбрасываются по чтению регистра.
SRC - рабочий регистр (8 бит), на работу UART не влияет, предназначен для временного хранения данных (в 8250 отсутствует).
В диагностическом режиме (при LМЕ=1 ) внутри UART организуется внутренняя «заглушка»:
* выход передатчика переводится в состояние логической единицы;
* вход приемника отключается; * входы DSR, CTS, RI и DCD отключаются от входных линий и внутренне управляются битами DTRC, RTSC, OUT1C, IE ;
* выходы управления модемом переводятся в пассивное состояние (логический ноль).
Переданные данные в последовательном виде немедленно принимаются, что позволяет проверять внутренний канал данных порта (включая сдвигающие регистры) и отработку прерываний, а также определять скорость работы UART.

Первоначально, когда появились персональные компьютеры , с ними пришло сразу несколько не бог весть каких мудрёных, но вполне успешно работавших в комплексе со всей остальной начинкой, портов или схемных интерфейсов. Словом порт обозначили способ передачи данных. Это как ячейка памяти. Только в оперативную память записывается информация и лежит там, пока она нужна какой-нибудь программе, пока программа её не обработает (или сама программа пока нужна на компьютере кому-нибудь).

Порт и память

То есть, программа прочитает данное из памяти в процессор, что-то с ним сделает, может быть получит из этой информации какие-то новые данные, которые запишет в другое место. Или само данное просто перепишет на другое место. Во всяком случае в памяти информация, которая однажды была записана может быть либо прочитана, либо стёрта. Ячейка получается как сундучок, стоящий у стенки. А вся память состоит из ячейки каждая ячейка имеет свой адрес. Точно как сундучки, стоящие в ряд у стенки в подвале скупого рыцаря.

Ну и порт можно себе представить тоже как ячейку. Только такая ячейка сзади имеет окошко, ведущее куда-то за стенку. Можно записать в неё информацию, а информация возьмёт, и улетит в окошко, хотя какое-то время будет находиться в ячейке так же, как и в обычной ячейке оперативной памяти.

Или наоборот, в ячейку-порт информация может «прилететь» из окошка. Процессор это увидит и прочтёт эту новую появившуюся информацию. И пустит её в дело — перепишет куда-то, пересчитает вместе с какими-то другими данными. Даже может записать её в другую ячейку. Или в другую ячейку-порт, тогда эта поступившая по первому порту информация может «улететь» в окошко второго порта, — ну это уж как распорядится процессор. Вернее, программа, которая в этот момент процессором командует и данные, записанные в памяти и приходящие из портов, обрабатывает.

Просто и красиво. Эти порты так и назвали сразу — порты ввода-вывода. Через одни из них данные отправляются куда-то, через другие — откуда-то принимаются.

Ну а дальше начинается движение по кругу. Вот есть одно устройство, и есть другое. И вот есть цепочка символов, каждый из которых состоит из отдельных двоичных битов, и эту цепочку нужно передать. Как передавать? Можно по линии из 8 проводочков сразу передавать по целому символу — один проводок = один бит, потом код другого, потом третьего, и так, пока не передашь всю цепочку.

А можно было разворачивать каждый бит не в пространстве (по проводочкам), а во времени: сначала передать один бит символа, потом второй и так восемь раз. Ясно, что во втором случае нужны какие-то дополнительные средства, чтобы символы так разворачивать во времени.

Параллельные и последовательные

И скорость передачи будет другая:

Получается, у каждого варианта свои плюсы, но и свои минусы.

1. Сразу по восемь бит (то есть побайтно) передавать быстрее, но проводочков надо в восемь раз больше
2. По одному биту передавать — нужно всего один информационный проводок, зато будет в 8 раз медленнее.

Вот и назвали в первом случае передачу параллельной, а во втором случае — последовательной.

Интерфейс портов

А вся система такой передачи — в одном случае так, в другом — этак, называется интерфейс . Один интерфейс параллельный, другой — последовательный. Почти одно и то же, порты, один параллельный, другой последовательный.

Чем понятие порт отличается от понятия «интерфейс»? В современной технике слова не только появляются, они растут и получают «образование». И как и у людей, могут становиться узкими специалистами, а могут стать «дилетантами». Вот такое типичное слово-дилетант — «интерфейс». Потому что оно — «каждой дыре затычка». Интерфейсы бывают:

А смысл слова — что-то между чем-то. Интер — между, фэйс — лицо. Красиво получилось, поэтому и везде употребляется. Например, пользовательский интерфейс системы Windows — это экранное лицо системы, предназначенное для общения с человеком.

И оно состоит из нарисованной на экране картинки + правила работы каждого элемента картинки (например, нажми на кнопочку на экране мышкой — она нажмётся) + правила реагирования каждого элемента и всей системы в целом + все аппаратные средства, участвующие в диалоге (мышь, клавиатура, экран) + все программы, обеспечивающие диалог как со стороны всей системы, так и со стороны отдельных устройств (драйверы).

Не упомянули только о человеке, но так как он тоже часть взаимодействия, то должен иметь знания и навыки работы в системе, а для этого существуют обучающие программы, справочные системы… И вот изо всего этого и встаёт красивое и ёмкое слово: интерфейс .

В нашей теме интерфейс обозначает вещи немного более простые.

Это аппаратные + программные средства передачи + правила передачи. Аппаратные — понятно. А вот программные средства на компьютерах и в современных средствах связи присутствуют всегда и везде. Даже бывает так: сначала на какой-то аппаратной базе создаётся нечто функциональное, которое выполняется не сразу, а с применением специально написанных программ . А программы все настраиваются.

И постепенно, по мере работы новой функции (или функционального блока), программы которые его «делают» — а они от аппаратных средств отличаются тем, что их можно легко настраивать — доводятся до какого-то состояния оптимальной настройки. Что уже больше и не надо настраивать. И тогда программу в новой версии функционального блока могут заменить на аппаратно выполненный заменитель программной части. Например, «зашить» оптимально работающую хорошо настроенную программу в постоянную память . Или придумать специальную логическую схему, которая выполнит точь-в-точь то же самое, что делала оптимально настроенная программа — не шарахаясь и не забывая иногда все свои полезные настройки.

Поэтому интерфейс такой часто и называют — программно-аппаратным .

Правила передачи нужны для того, чтобы на обоих концах взаимодействия одни и те же вещи понимались (и обрабатывались) одинаково. Мы говорим о передаче импульсов? Значит нужно, чтобы импульсы были строго одинаковыми.

Например, чтобы 1 битовый приходил в виде +12 или +15 вольт перепада напряжения от нуля. И чтобы была в виде прямоугольничка, или острого всплеска - пик которого обязательно был не меньше, ну, + 5 вольт, а верхнее ограничение вводить, допустим, не очень обязательно. Это потому, что при передаче импульсов на какие-то расстояния электрические сигналы имеют свойство ослабевать и «размазываться».

Если с одного конца отправят строго 12 вольт, то до другого может дойти 3 вольта, а это системой приёма может расцениться просто как шум в линии, и переданная информация будет потеряна.

Смысл импульсов тоже должен пониматься одинаково. А импульсы могут быть информационные , служебные, синхронизирующие. И вообще, например, не импульсы, а просто постоянное напряжение. Которое может использоваться на другом конце, как питание небольшого устройства.

А ещё должны одинаково пониматься и сами те самые проводочки, о которых шла речь в самом начале. Тут надо сказать сразу, такого, чтобы шёл один проводок, никогда не бывает. Даже к телефону подходят в кабеле два проводка, а в норме полагается, чтобы было в кабеле четыре. И у интерфейсов передачи данных всегда несколько проводников. Какие-то из них — информационные, какие-то — служебные. И именно это должно одинаково распознаваться на обоих концах взаимодействия. А проводочки распознаются как ? По цвету, если в кабеле и по местоположению, если в контактах подключения.

Порт слово простое и тоже не совсем однозначное. Но смысл сходный: то, что что-то грузит на что-то и куда-то отправляет. Или наоборот, то, что что-то принимает и что-то из него выгружает. Смысл почти тот же, что и программно-аппаратный интерфейс, но как-то лаконичнее. И строже, как на флоте («Вам скажут — не спорьте… а мы и не спорим…»). Только наши сигналы плывут не по морю, а по кабелю.

Распиновка разъёмов COM-порта

Распиновка никакой связи не имеет с распинанием, хотя, как проводки, вольно бегущие в одной оболочке кабеля, разбирают на стороны и жёстко припаивают к своим штырькам, сходно с распинанием. Штырёк, по-английски «pin», булавка, поэтому и распиновка, слово уже это компьютерно-связистский «проанглийский» жаргонизм. Означает — распайка проводов по штырькам на разъёме.

Форма разъёма, порядок проводков (штырьков) в нём, назначение каждого штырька, а также номиналы напряжений и смысл сигналов в каждом — это часть интерфейса. Обычно вся эта информация собирается в отдельный документ, называемый спецификацией порта. Такая простая и понятная табличка на одну страницу. В других разновидностях интерфейсов что-то такое может называться «протоколом». А здесь ещё просто называют «распиновкой» .

Последовательные порты COM

COM-порты компьютера, это связь компьютерного комплекса «дальнего действия». В отличие от параллельных портов и кабелей, ведших на «тяжёлые» устройства — принтеры, сканеры, Com-порты присоединяли к компьютеру «лёгкие» юниты — мышка, модем. Первые межкомьютерные интерфейсы (через «нуль-модем»). В дальнейшем, когда распространились локальные сети , а мыши стали подключаться по такому же разъёму, как и клавиатура — port ps/2 (пэ-эс-пополам) — com port как-то был подзабыт.

Возрождение пришло с появлением последовательного интерфейса USB. Вот и получилось движение по кругу. Теперь на USB можно встретить, кроме флешек, и мыши USB-шные, и USB-шные «клавы». Принтеры, сканеры модемы — вся периферия теперь на USB, забыла уже о толстых и солидных параллельных LTP — кабелях, которые необходимо было в обязательном порядке прикручивать с каждой стороны на 2 болта. А проводочков-то в этих USB — два сигнальных (собственно, канал один, один прямой сигнал, другой тот же — инверсный) и два — питание и корпус.

Прежних последовательных портов COM было несколько. Самый маленький — и самый востребованный 9-контактный порт (D9), к которому подключали большую чать устройств: мыши, модемы, нуль-модемные кабели. Контакты располагались в два ряда, 5 и 4 в ряд, получалась трапеция. Поэтому и название D9. На «маме» нумерация шла слева направо и сверху вниз:

1 2 3 4 5

Распайка COM-порта, port RS232, 9 контактов.

№	Обозначение	Тип	Описание
1	DCD	Вход	Высокий уровень от модема, когда он принимает несущую модема-партнёра
2	RxD	Вход	Входящие импульсы данных
3	TxD	Выход	Исходящие импульсы данных
4	DTR	Выход	Высокий уровень (+12В) показывает готовность компьютера к приёму данных. Подключённая мышь использовала этот контакт как источник питания
5	GND	Общий	Земля
6	DSR	Вход	Готовность к передаче данных устройством
7	RTS	Выход	Ответная готовность устройства — партнёра
8	CTS	Вход	Готовность к приёму данных от партнёра
9	RI	Вход	Сигнал информирования компьютера о входящем звонке, поступившим на модем из линии связи

Современный персональный компьютер никогда не приобрёл бы такую огромную популярность, выполняй он только вычислительные функции. Нынешний ПК – это многофункциональное устройство, при помощи которого, пользователь может не только проводить какие-либо расчёты, но также выполнять ещё массу различных дел: распечатывать текст, управлять внешними устройствами, связываться с другими пользователями с помощью компьютерных сетей и т. д. Все эта огромная функциональность достигается при помощи дополнительных устройств – периферии, которые подключаются к персональному компьютеру посредством специальных разъёмов, называемыми портами.

Порты персонального компьютера

Порт – электронное устройство, выполняемое прямо на материнской плате ПК или на дополнительных платах, устанавливаемых в персональный компьютер. Порты имеют уникальный разъем для подключения внешних устройств – периферии. Предназначены они для обмена данными между ПК и внешними устройствами (принтерами, модемами, цифровыми фотоаппаратами и т. д.). Довольно часто, в литературе можно встретить ещё одно название для портов – интерфейсы .

Все порты можно условно разбить на две группы:

• Внешние - для подключения внешних устройств (принтеры , сканеры , плоттеры , устройства видеоизображения , модемы и т. п.);
• Внутренние - для подключения внутренних устройств (жёсткие диски , платы расширения).

Внешние порты персонального компьютера

1. PS/2 - порт для подключения клавиатуры ;
2. PS/2 - порт для подключения "мышки ";
3. Ethernet - порт для подключения локальной сети и сетевых устройств (роутеров, модемов и др.);
4. USB - порт для подключения устройств внешней периферии (принтеров, сканеров, смартфонов и др.);
5. LPT - параллельный порт. Служит для подключения ныне устаревших моделей принтеров, сканеров и плотеров;
6. COM - последовательный порт RS232. Служит для подключения устройств типа dial-up модемов и старых принтеров. Ныне устарели, практически не используется;
7. MIDI - порт для подключения игровых консолей, midi клавиатур, музыкальных инструментов с таким же интерфейсом. В последнее время практически вытеснен USB-портом;
8. Audio In - аналоговый вход для линейного выхода звуковых устройств (магнитофонов, плееров и др.);
9. Audio Out - выход аналогово звукового сигнала (наушники, калонки и др.);
10. Mikrophone - микрофонный выход для подключения микрофона;
11. SVGA - порт для подключения устройств видеоотображения: мониторов, современных LED, LCD и плазменных панелей (этот тип разъёма является устаревшим);
12. VID Out - порт используется для вывода и ввода низкочастотного видеосигнала;
13. DVI - порт для подключения устройств видеоотображения, более современнее чем SVGA.

Последовательный порт (COM-порт)

Один из самых старых портов, устанавливаемых в ПК на протяжении уже более 20 лет. В литературе довольно часто можно встретить его классическое наименование – RS232 . Обмен данными при помощи его происходит в последовательном режиме, то есть линии передачи и приёма – однобитные. Таким образом, информация, которая передаётся от компьютера к устройству или наоборот, разделяется на биты, которые последовательно следуют друг за другом.

Скорость передачи данных , обеспечиваемая этим портом не велика, и имеет стандартизованный ряд: 50, 100, 150, 300, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 38400, 57600, 115200 Кбит/сек.

Использовался последовательный порт для подключения к ПК таких «медленных» устройств, как первые принтеры и плоттеры, dial-up модемы, манипуляторы «мышь» и даже для связи компьютеров между собой. Как бы ни была медленной его скорость, для того, чтобы соединить устройства между собой требовалось всего три провода – настолько простым был протокол обмена данными. Понятно, что для полноценной работы требовалось большее количество проводников в шнуре.

На сегодняшний день последовательный порт практически уже не используется и полностью вытеснен более молодым, но и более скоростным «собратом» - USB-портом . Следует, правда, отметить, что некоторые производители все ещё комплектуют COM-портом свои материнские платы. Однако, само наименование - «последовательный порт» до сих пор используется разработчиками программного обеспечения. Так, например, Bluetooth-устройства, порты сотовых телефонов часто представляются именно, как «последовательный порт». Это, возможно, несколько сбивает с толку, но сделано это по той причине, что передача данных в них тоже осуществляется последовательно, но на более высокой скорости.

Если по какой-то причине вам может потребоваться COM-порт, а на вашем ПК его нет, то для это цели можно воспользоваться переходником, который подключается к современному USB-порту, имеющемуся на всех современных ПК, а с другой стороны у такого переходника имеется разъем последовательного порта. Есть, правда, одно ограничение, если программное обеспечение обращалось напрямую к «железу» настоящего COM-порта, то работать с таким переходником оно не будет. В этом случае необходимо приобретать специальную плату, которая устанавливается внутрь вашего ПК.

Конструктивно, последовательный порт ПК имеет разъем типа «папа» (с торчащими штырьками):

На сегодняшний день, 25-ти штырьковый разъем последовательного порта практически вышел из употребления и уже несколько лет не устанавливается на ПК. Если производитель снабжает материнскую плату COM-портом, то это 9-ти контактный разъем типа DB9.

Представляет собой интерфейс для подключения таких устройств, как принтеры, сканеры и плоттеры.

Позволяет одновременно передавать 8 бит данных, правда в одном направлении – от компьютера к периферии. В дополнении к этому, имеет 4 управляющих бита (так же как и в случае с битами данных, управляющие биты передаются от ПК к внешнему устройству), и 4 бита состояния (эти биты компьютер может «прочитать» из устройства).

В последние годы, LPT-порт усовершенствовали, и он стал двухсторонним, то есть биты данных стало возможным передавать через него в обе стороны. На сегодняшний день устарел и практически не используется, хотя производители материнских плат все ещё включают его в её состав.

Энтузиасты и радиолюбители часто используют этот порт для управления какими-либо нестандартными устройствами (поделки и пр.).

USB-интерфейс

USB – это сокращение полного названия порта – universal serial bus («универсальная последовательная шина»).

На сегодняшний день это один из самых широко используемых портов на персональном компьютере. И это не случайно – его технические характеристики и простота использования действительно впечатляют.

Скорость обмена данными для интерфейса USB 2.0 может достигать - 480 Мбит/сек, а интерфейса USB3.0 – до 5 Гбит/сек (!).

Причём, все версии этого интерфейса совместимы между собой. То есть устройство использующее интерфейс 2.0 может быть подключено к порту USB3.0 (порт в этом случае автоматически понизит скорость до нужного значения). Соответственно, устройство использующее порт USB 3.0 может быть подключено к порту USB 2.0. Единственное условие, если для нормальной работы требуется скорость выше, чем максимальная скорость USB 2.0, то нормальное функционирование периферийного устройства будет в этом случае не возможно.

Кроме этого, популярность данного порта обусловлена ещё и тем, что разработчики заложили в него одну, очень полезную особенность – данный порт может служить источником электропитания , для подключённого к нему внешнего устройства. В этом случае не требуется дополнительный блок для подключения к электрической сети, что очень удобно.

Для версии порта USB 2.0 максимальный потребляемый ток может достигать значения в 0.5A, а в версии USB3.0 – 0.9А. Превышать указанные значения не рекомендуется, так как это приведёт к выходу интерфейса из строя.

Разработчики современных цифровых устройств, все время стремятся к минимизации. Поэтому, конструктивно данный порт может иметь кроме стандартного разъёма, ещё и мини-вариант для миниатюрных устройств – mini-USB . Никаких принципиальных отличий от стандартного USB-порта кроме конструкции самого разъёма mini-USB не имеет.

Практически все современные устройства имеют USB-порт для подключения к ПК. Лёгкость установки – подключенное устройство распознаётся операционной системой практически сразу после присоединения, даёт возможность пользоваться таким портом без специальных «компьютерных» знаний. Принтеры, сканеры, цифровые фотоаппараты, смартфоны и планшеты, внешние накопители – это лишь небольшой список периферийного оборудования, которое сейчас использует этот интерфейс. Простой принцип – «воткнул и работай» сделали данный порт поистине бестселлером среди всех имеющихся на сегодняшний день интерфейсов персонального компьютера.

Порт Fire-Wire (Другие названия - IEEE1394, i-Link)

Этот вид интерфейса появился сравнительно недавно – с 1995 года. Представляет собой высокоскоростную шину последовательного типа. Скорость передачи данных может достигать - до 400 Мбит/сек в стандарте IEEE 1394 и IEEE 1394a, 800 Мбит/сек и 1600 Мбит/сек - для стандарта IEEE1394b.

Изначально этот интерфейс был разработан, как порт для подключения внутренних накопителей (типа SATA), но лицензионная политика компании Apple – одного из разработчиков этого стандарта, требовала выплаты за каждый чип контроллера. Поэтому, на сегодняшний день лишь небольшое количество цифровых устройств (некоторые модели фотоаппаратов и видеокамер) снабжены данным видом интерфейса. Широкого распространения этот вид порта так и не получил.

Значение этого интерфейса трудно переоценить, как правило, именно он используется для подключения персонального компьютера к локальной сети или для выхода в интернет в большинстве случаев. Практически все современные ПК, ноутбуки и нетбуки оборудованы встроенным в материнскую плату Ethernet-портом. В этом нетрудно убедиться, если осмотреть внешние разъёмы.

Для подключения внешних устройств используется специальный , имеющий с обоих концов одинаковые разъёмы – RJ-45 , содержащие восемь контактов.

Кабель симметричен, в связи с чем, порядок подключения устройств значения не имеет – к любому из идентичных разъёмов кабеля можно подключить любое устройство на выбор – ПК, роутер, модем и т. п. Маркируется аббревиатурой - UTP, общепринятое название – «витая пара» . В большинстве случаев как для домашнего, так и для офисного использования применяют кабель пятой категории марки UTP-5 или UTP-5E.

Скорость передаваемых по Ethernet-соединению данных зависит от технических возможностей порта и составляет 10 Мбит/сек, 100 Мбит/сек и 1000 Мбит/сек. Следует понимать, что эта пропускная способность является теоретической, и что в реальных сетях она несколько ниже в виду особенностей работы Ethernet-протокола передачи данных.

Также, следует иметь в виду, что далеко не все производители устанавливают в свои Ethernet-контроллеры быстродействующие чипы, так как они весьма дороги. Это приводит к тому, что на практике, реальная скорость передачи данных значительно ниже, указанной на упаковке или в спецификации. Как правило, практически все Ethernet-карты совместимы между собой и сверху вниз. То есть более новые модели, имеющие возможность подключения на скорости в 1000 Мбит/сек (1 Гбит/сек), без проблем будут работать со старыми моделями, на скоростях 10 и 100 Мбит/сек.

Для визуального контроля целостности подключения Ethernet-порт имеет индикаторы Link и Act . Индикатор Link - горит зелёным цветом при правильном и работающем физическом подключении, т. е. кабель между устройствами подключён, он целый, порты рабочие. Второй индикатор Act («активность») имеет, как правило, оранжевое свечение и мигает во время передачи или приёма данных.

Внутренние порты персонального компьютера

Как уже было сказано выше, внутренние порты предназначены для подключения такой периферии, как накопители на жёстких дисках, CD и DVD-ROM , «карт-ридеры» , дополнительные COM и USB порты и т. п. Находятся внутренние порты либо на материнской плате , либо на дополнительных платах расширения, устанавливаемых в системную шину.

Ныне устаревший интерфейс для подключения старых моделей накопителей на жёстких дисках («винчестеров», HDD). После создания SATA-интерфейса, получил название PATA-интерфейса, или сокращённо – ATA. PATA – ParallelAdvanced Technology Attachment . Это параллельный интерфейс передачи данных для подключения накопителей был разработан в середине 1986 года знаменитой теперь компанией WesternDigital.

В зависимости от производителя, материнская плата может содержать от одного до четырёх IDE-каналов. Современные производители, как правило, оставляют всего один IDE-порт для совместимости, а в последнее время и он исключён из состава материнской платы, будучи полностью вытеснен современным интерфейсом SATA.

Скорость передачи данных в последней версии интерфейса EnhancedIDE может достигать - 150 Мбит/сек. Подключение устройств осуществляется при помощи IDE-кабеля, имеющего 40 или 80 жил для старого или нового типа интерфейса соответственно.

Как правило, при помощи одного кабеля можно подключить до двух устройств одновременно к одному порту IDE. В этом случае, при помощи перемычек на накопителях, определяющих «старшинство» устройств работающих в паре, выбирается режим работы – на одном устройстве – «мастер» (master) , а для другого «подчинённый» (slave) .

Подключать можно как однотипные устройства, например, два накопителя на жёстких дисках или два DVD-ROM, так и разные в любых сочетаниях – DVD-ROM и HDD или CD-ROM и DVD-ROM. Разъём для подключения значения не имеет, следует лишь обратить внимания, что два разъёма для подключения периферии смещены для удобства к одному из концов шлейфа.

Следует также иметь в виду, что подключив «быстрое» устройство, рассчитанное на 80-ти жильный кабель при помощи старого 40-ка жильного кабеля, вы сильно снизите скорость обмена. Кроме этого, если одно из устройств в паре имеет старый (медленный) интерфейс ATA, то скорость передачи данных в этом случае будет определяться именно скоростью работ этого устройства.

При наличии двух портов IDE и двух накопителей внутри ПК, для увеличения скорости обмена данными необходимо подключать каждый накопитель на отдельный порт IDE.

Этот интерфейс является развитием своего предшественника интерфейса IDE, с той лишь разницей, что в отличие от своего «старшего товарища» он является не параллельным, а последовательным интерфейсом. SATA – SerialATA.

Конструктивно он имеет всего семь проводников для своей работы и намного меньшую площадь как самого разъёма, так и связующего кабеля.

Скорость передачи данных у этого интерфейса значительно выше устаревшего IDE и в зависимости от версии SATA составляет:

1. SATARev. 1.0 – до 1.5 Гбит/сек;
2. SATARev. 2.0 – до 3 Гбит/сек;
3. SATARev. 3.0 – до 6 Гбит/сек.

Так же, как и IDE-интерфейс шнур для подключения устройств «универсален» - разъёмы одинаковы с обеих сторон, но в отличие от «собрата» теперь при помощи одного SATA-кабеля можно подключить лишь одно устройство к одному SATA-порту.

Но вряд ли стоит огорчаться по этому поводу. Производители позаботились о том, чтобы количество портов было достаточным для самых разных применений, устанавливая на одну материнскую плату до 8 портов SATA. Разъем SATA-порта третьей ревизии, как правило, имеет ярко-красный цвет.

Дополнительные порты

Большинство материнских плат оборудуется производителями дополнительным количеством портов USB, а иногда и ещё одним, дополнительным COM-портом.

Сделано это для удобства пользователя. Большинство современных корпусов настольных ПК имеют Usb-разъёмы, установленные на передней панели для комфортного подключения внешних накопителей. В этом случае не нужно тянуться к задней стенке системного блока и «попадать» в Usb-разъём, который выведен на заднюю панель.

Такой разъем на передней панели и подключается к дополнительному USB-порту установленному на материнской плате. Кроме всего прочего, выведенных на заднюю панель интерфейсов USB может попросту не хватать, в виду большого количества устройств периферии , в этом случае можно приобрести дополнительную планку с разъёмами USB и подключить их к дополнительным портам.

Все вышесказанное относится и к другим портам, установленным на материнской плате. Например, последовательный порт COM или FireWireIEEE1394 может попросту не выводиться на заднюю панель персонального компьютера, однако на материнской плате он в то же время присутствует. В этом случае достаточно купить соответствующий шлейф и вывести его наружу.

Назвать портами данные разъёмы будет технически неверно, хотя метод подключения к ним дополнительных плат всё-таки чем-то схож с другими привычными портами. Принцип тот же – воткнул и включил. Система в большинстве случаев сама найдёт устройство и запросит (или установит автоматически) для него драйвера.

В такие шины устанавливаются, например, внешняя графическая карта, звуковая карта, внутренний модем, плата видеоввода, другие дополнительные платы расширения, которые позволяют ПК расширить свои функциями и возможностями.

Шины PCI и PCIe несовместимы друг с другом, поэтому прежде чем приобрести себе плату расширения необходимо уточнить – какие системные шины установлены на материнской плате вашего ПК.

PCIex 1 и PCIex 16 – это современная реализация более старой шины PCI разработанной в 1991 году. Но в отличие от своей предшественницы, она является последовательной шиной, а кроме этого все шины PCIe соединены по топологии «звезда», в то время как старая шина PCI соединялась параллельно друг другу. Кроме этого, новая шина обладает такими преимуществами, как:

1. Возможность горячей замены плат;
2. Полоса пропускания имеет гарантированные параметры;
3. Контроль целостности данных при приёме и передачи;
4. Управляемое энергопотребление.

Различаются шины PCI Express количеством проводников подводимых к слоту, при помощи которых осуществляется обмен данными с установленным устройством (PCIex 1, PCIex2, PCIex 4, PCIex 8, PCIex 16, PCIex 32). Максимальная скорость передачи данных может достигать - 16 Гбит/сек.