Почему COM-порты все еще актуальны: полный гид по последовательному интерфейсу

COM-порт (communications port) — это аппаратный интерфейс, с помощью которого к оборудованию можно подключать дополнительные, внешние устройства, чтобы передавать данные или расширить функционал основного устройства. Раньше COM-порты были очень распространены на всех вычислительных устройствах, но в современности их практически вытеснили USB-порты. Однако, COM-порты остаются в обиходе и до сих пор используются в стационарных устройствах, таких как сервера, ПК и различное промышленное оборудование. В этой статье мы подробно разберем все особенности COM-портов, опишем их преимущества и недостатки, а также ответим на распространенные вопросы пользователей, связанные с работой этих интерфейсов.

COM-порты не просто так еще называют последовательными портами — данные по COM-портам передается равными шагами по одному биту, последовательно. Однако, в отличие от других интерфейсов и устройств, где информация тоже передается последовательно, у COM-портов нет временного интервала между битами. Кроме того, через COM-порты данные не передаются пакетами, как в аналогичных интерфейсах, а идут напрямую от устройства к устройству. 

Самый часто встречающийся стандарт COM-портов – RS-232C(DB9). В далеком прошлом, на заре становления компьютерной индустрии, этот стандарт находил свое применение для подключения компьютерных терминалов, но с развитием этой сферы такие COM-порты стали использовать для подключения модема и мышки. Сейчас стандарт RS-232C до сих пор применяется для настройки некоторых моделей коммутаторов. Передача сигнала в COM-порте происходит на определенной скорости, поэтому для работы с устройством требуется знать, на какой скорости устройство готово принимать и высылать сигналы.

Используя особый кабель, который называется “нуль-модемным”, COM-порты позволяют соединить два персональных компьютера друг к другу, что раньше использовалось для передачи данных от устройства к устройству напрямую. Сейчас такой метод передачи файлов канул в лету и уступил свое место другим, более удобным способам. Однако, эти наработки применяются для настройки серверного оборудования, так как скорости соединения, установленной COM-портом, вполне достаточно для работы в терминальном режиме (пересылка команд для отладки устройства). Ранее скорость передачи данных через COM-порты измерялась в бодах — специальной единицей измерения символьной скорости, которая равна 1 бит/с. Однако, со временем эта единица измерения перестала использоваться, уступив традиционной системе измерения скорости передачи данных.

Основной плюс COM-портов заключается в том, что их очень легко подключать и сами по себе такие интерфейсы очень примитивны — ломаться там практически нечему, что делает их несколько надежнее с аппаратной точки зрения, чем аналоги, а процесс подключения устройства к устройству не требует никаких дальнейших настроек, не считая выбора скорости порта. Другими словами, пока устройства соединены COM-портом по принципу “точка-точка”, они работают как единое целое.

Недостатки COM-портов также очевидны, как и их преимущества — так как эта технология была разработана еще в 1969 году, она просто устарела. Например, COM-порты не способны быстро передавать данные от устройства к устройству вследствие максимальной скорости до 14 КБ/с, а также прерыванием при передачи данных каждые 8 байт. Обычно современные производители устройств в целях экономии места используют такие форм-факторы разъемов, как RJ45 или USB Type-C, благодаря чему к ним можно провести соединение типа "serial", которое и имели COM-порты.

Чаще всего для COM-портов используются разъемы стандартов DB-9 и DB-25, которые имеют характерную форму в виде буквы “D”. Среди менее распространенных разъемов — DB-37 и круглый разъем DIN-8. Также эти разъемы имеют разное кол-во контактов — от 9 до 37. Это обуславливается тем, что данные разъемы для COM-портов применялись для разных типов устройств, некоторые из которых требовали дополнительные контакты для передачи большего количества сигналов одновременно, что косвенно увеличивало скорость передачи данных.

DB-9 — это 9-контактный разъем, широко используемый для подключения COM-портов в компьютерах. Его основная функция — передача данных по интерфейсу RS-232, например, между ПК и модемом. Компактные размеры и надежность делают его популярным в таких областях, как промышленное контроллеры, приборы диагностики и других устройствах.

DB-25 — имеет 25 контактов и отличается крупными габаритами. Этот разъем долгое время использовался для подключения принтеров, сканеров, внешних накопителей через интерфейс LPT до появления USB. Кроме того, DB-25 был распространен в интерфейсах RS-232 для профессионального оборудования, включая аудиоустройства и сетевые устройства.

DB-37 — имеет 37 контактов и встречается значительно реже, чем другие разъемы для COM-портов. Это специализированный разъем, применяемый в профессиональной электронике и в областях, требующих компактного размещения большого числа устройств, например, в медицинской аппаратуре и военном оборудовании.

DIN-8 — разъем на 8 контактов, расположенных в круглом корпусе. Он часто использовался в старых компьютерных системах для подключения клавиатур, мышек и других периферийных устройств. Кроме того, DIN-8 широко применялся в аудиотехнике, особенно в MIDI-устройствах, где обеспечивал надежное соединение для передачи музыкальных данных, но был вытеснен USB из-за большей скорости и универсальности.

Может показаться, что COM-порты уже отжили свое и являются лишь рудиментом эры зарождения компьютерных технологий. Действительно, зачем нужны медленные, большие COM-порты, когда есть шустрые и компактные USB? Однако, несмотря на почтенный возраст, технология COM-портов все еще находит свое применение в современной индустрии. Как было сказано выше, COM-порты позволяют подключать к компьютеру специфичные устройства вроде пром. оборудования, программаторов, плоттеров и так далее. Еще один момент, которым не могут похвастаться USB-порты — COM-портами можно подключать устройства на дальних расстояниях, вплоть до десятков метров без потери эффективности, а USB может работать со сбоями уже на расстоянии 3-х метров. Ввиду низких скоростных показателей и устаревшей конструкции, сигнал в COM-портах (Serial), в отличие от USB, передается на меньшей частоте. Из-за этого передача сигнала в COM-портах меньше подвержена внешним помехам и может передаваться на более дальние расстояния.

 

Кроме того, COM-порты просты в конструкции, поэтому их можно надежно фиксировать с помощью болтов и других способов соединения, в то время как с USB так сделать не выйдет.

Ниже мы ответим на несколько самых распространенных вопросов о COM-портах и особенностях их использования:

COM-порты поддерживают подключение лишь одного устройства, если делать это напрямую. Но это ограничение можно обойти, если использовать управляемые коммутатор с разъемами для COM-портов — тогда вы сможете подключать сразу несколько единиц оборудования. 

Разработчики могут взаимодействовать с COM-портами при помощи таких известных языков программирования, как Python, C/C ++, Java и NET. Эти языки открывают возможность программировать API для написания кода, позволяющего взаимодействовать с устройствами, подключенными через COM-порт.

С помощью COM-портов можно передавать аудио и видео файлы, однако, это будет не так эффективно, поскольку COM-интерфейсы в первую очередь предназначенным для передачи данных. Например, для передачи изображения размером в 4 МБ через COM-порт, потребуется подождать 4,73 минуты (4*1024/14.4=284 секунды). Для подобных задач лучше всего использовать мультимедийные или сетевые интерфейсы: USB, RJ45.

Используя специальное ПО, можно запустить эмуляцию COM-портов на компьютере. С их помощью можно создавать виртуальные порты для проведения тестов или разработки, если реальных COM-портов нет.

Переходники для COM-портов позволяют подключать устройства с интерфейсом RS-232 к современным или специализированным системам. Существует 2 типа переходников для COM-портов:

• Переходник USB-COM — наиболее популярное решение. Имеет встроенный контроллер, преобразующий сигнал USB в последовательный интерфейс RS-232. Такие переходники используются для подключения старого оборудования (модемов, промышленных контроллеров) к современным ПК или ноутбукам, где нет COM-порта;
• Переходник RJ45-COM — применяется для подключения сетевых устройств, таких как маршрутизаторы и коммутаторы, к компьютеру через последовательный порт. Такой переходник не имеет контроллера, так как сигнал RJ45 напрямую совместим с интерфейсом RS-232. 

COM-порты подключаются по принципу “Plug and Play”, то есть при подключении устройства к компьютеру он автоматически определяет его и устанавливает нужные драйвера, при этом обязательно нужно выбрать скорость передачи данных. Но так происходит не всегда — при подключении специфического оборудования, драйвера нужно будет устанавливать вручную.

Несмотря на то, что COM-порты в настоящее время практически полностью вытеснены USB-портами, эта технология, появившаяся еще в 1969 году, все еще применяется в современных сетевых инфраструктурах, позволяя подключать старое и специфическое оборудование к актуальным устройствам. Благодаря всем преимуществам, в числе которых подключение устройств на дальних расстояниях и устойчивости к внешним помехам, COM-порты остаются полезной технологией, которую можно использовать для выполнения широкого спектра задач и в разных сферах, где применение USB-портов невозможно.