Представьте себе завод, где двое людей переговариваются через стенку стуком. Один выстукивает «Привет!», второй отвечает. Нет сложной связи, радио или СМС — просто стук и тишина. Именно так, по-варварски просто, работает протокол, о котором пойдет речь. Без него не было бы ни «умных» вещей, ни старых компьютеров, ни даже некоторых деталей вашего современного смартфона.
Как это перевести с «птичьего» языка
Аббревиатуры UART и USART пугают начинающих. Но за ними прячется весьма приземленная суть.
- UART (Расшифровка: Universal Asynchronous Receiver-Transmitter). Переводится как Универсальный Асинхронный Приемник-Передатчик. Ключевое слово — «асинхронный (несогласованный)». Это как разговор без секундомера. Вы просто начали говорить, а собеседник слушает и ловит моменты, когда вы замолкаете. Очень экономно, но есть риск сбиться с темпа (рассогласование) и «потерять мысль».
- USART (Расшифровка: Universal Synchronous-Asynchronous Receiver-Transmitter). Переводится как Универсальный Синхронно-Асинхронный Приемник-Передатчик. Здесь появляется «согласованность». Это как бег по команде: под такт метронома (отдельного провода с тактами). Так быстрее и надежнее, но требует больше проводов.
Простыми словами: UART — это болтовня без согласования, где каждый может говорить когда вздумается, а USART умеет и болтать, и знает, когда надо говорить, а когда слушать.
Асинхронный обмен данными хорош тем, что вашему устройству, например, микроконтроллеру, не обязательно ждать, когда какой-нибудь датчик ответит на вопрос. Во время ожидания можно заняться другими делами. Недостаток будет в том, что при неблагоприятных обстоятельствах можно будет пропустить ответ.
При синхронном обмене данными ваше устройство запрашивает данные у какого-то другого прибора и ждёт, пока он ответит. Это более надёжно, но во время ожидания запрашивающее устройство простаивает и не может выполнять другие операции.
Краткая история: ветераны электронного фронта
Эта технология родилась на заре вычислительной техники, в 1960-е годы. Тогда компьютеры были размером с комнату, а для подключения телетайпов (печатных машинок, связанных с ЭВМ) понадобился способ передавать данные по проводам.
До этого использовали неуклюжие параллельные шины — как 50 человек несут в ряд 50 досок одновременно. Это быстро, но дорого и громоздко. Изобретатели подумали: «А зачем нам толпа? Пусть один человек бегает и таскает эти доски одну за другой». Так родился последовательный обмен данными UART. Чип UART брал параллельные байты из компьютера, превращал их в очередь битов и отправлял по одному проводу. На другом конце такой же чип принимал последовательность нулей и единиц и снова собирал в байт.
В 70-х и 80-х эта микросхема стояла в каждом персональном компьютере. Через нее мы подключали «мышки», модемы (пронзительный скрипучий звук соединения помните? или вы не такой старый, как я ))), принтеры.
Где это прячется сегодня? Вы удивитесь.
Казалось бы, 2026 год на дворе, всё беспроводное. Зачем сегодня этот древний стук в дверь? Но UART жив, здоров и работает прямо сейчас у вас под носом:
- Ваш 3D-принтер дома. Плата принтера общается с дисплеем именно по UART. Поэтому принтер понимает команды вроде «нагреть стол» или «подвинуть печатающую головку влево».
- «Умная» розетка и датчик протечки. Крошечный чип микроконтроллера внутри обменивается данными с радиомодулем Wi-Fi или Bluetooth строго через UART.
- Диагностика автомобиля. Разъем OBD-II (к которому подключают диагностический сканер в сервисе) внутри использует UART для общения с мозгом машины.
- Старое, но проверенное временем: Ардуино и радиолюбители. Если вы видели, как кто-то пишет код для «Ардуино», фраза «Serial.begin(9600)» — это и есть настройка UART на скорость 9600 бит в секунду.
Почему его до сих пор не выкинули на свалку?
Потому что UART — это «рабочая лошадка», а не «скаковая». У него три железных достоинства:
- Всего два провода (прием и передача). Проще некуда.
- Никаких часов и тактов. Не надо прокладывать отдельную дорожку для синхронизации.
- Работает десятилетиями. Один UART говорит с другим, даже если их разделяет 30 лет эволюции.
Что идет на замену?
Да, для быстрой передачи данных (видео, интернет, файлы на флешку) UART уже не годится. Он слишком неторопливый. Ему на пятки наступают:
- USB (Универсальная последовательная шина). Вы воткнули мышку — она работает по USB. Но хитрость в том, что внутри каждой USB-мышки всё равно установлен маленький преобразователь, который имитирует UART! Получается, новое не убило старое, а лишь надстроилось сверху.
- I2C и SPI (другие внутренние протоколы) — это как «внутризаводские переговорные устройства» для микросхем на одной плате. Они быстрее за счет того же тактового генератора (синхронизации). Поэтому внутри смартфона процессор общается с памятью через SPI, а не через UART.
- Беспроводные штучки (Bluetooth Low Energy, LoRa). Беспроводные технологии внутри своих чипов всё равно используют UART для настройки и отладки. Радиомодуль просто не знает другого языка, кроме старого доброго «перестукивания через стену».
Итог: бессмертный солдат
UART и USART — это как шуруповерт среди инструментов. Не самый зрелищный, не самый мощный, но он лежит в ящике у любого инженера, и без него не собрать мебель. Сегодня эта технология не заменена, а скорее встроена повсюду. Она как алфавит: вы пишете романы на сложном языке, но без знания букв ничего бы не вышло.
В следующий раз, когда ваш 3D-принтер начнет печатать фигурку, или смартфон попросит ввести пароль, вспомните: где-то внутри два провода обмениваются редкими «стуками» — на технологии, которую придумали 60 лет назад. И это прекрасно работает.
Поставьте «Класс», если тоже считаете, что старые технологии заслуживают уважения. А в комментариях угадайте, что быстрее: UART на максимальной скорости (112 Кбит/с) или ваш домашний интернет?
Да, над этим вопросом можно посмеяться. Ведь, как правило, скорость домашнего интернета измеряется не килобитами, а мега и даже гигабитами в секунду. Но вот что касается мобильного интернета, то в связи с сегодняшними ограничениями всё не так прекрасно. Вот, например, сегодняшний мой замер скорости мобильного интернета:
Воистину, по UART было бы быстрее!