3. .Стандартні usb

Універсальна послідовна шина версії 1.1 - це інтерфейс, який працює зі швидкістю 12 Мбіт/с (1,5 Мбайт/с) і заснований на простому 4 Дротовому з'єднанні. ця шина підтримує до 127 пристроїв, що підключаються і використовує топологію зірки, побудовану розширяють концентраторах, які можуть входити в персональний комп'ютер, будь периферійний пристрій USB і навіть бути окремими пристроями. Для таких низько швидкісних периферійних пристроїв, як клавіатура і миша, в універсальної послідовній шині передбачений більш "повільний" подканал, що працює зі швидкістю 1,5 Мбіт/с. У USB використовується кодування даних NRZI (Non Return to Zero Invent). У цьому методі кодування зміна рівня напруги відповідає 0, а його відсутність - 1. Метод NRZI представляє собою вельми ефективну схему кодування даних, оскільки при її використанні не потрібні додаткові сигнали, наприклад синхроімпульси. Послідовність нулів означає перехід з одного рівня на інший кожен біт часу; послідовність одиниць означає тривалий проміжок часу, при якому зміни даних не відбувається. Цей ефективний метод кодування передачі даних скасовує необхідність у додаткових тактових імпульсах, які займали б час і зменшували пропускну здатність шини. Для одночасного підключення декількох пристроїв USB необхідно використовувати концентратор. За допомогою концентратора до одного порту USB можна підключити клавіатуру, мишу, цифрову камеру, принтер, телефон і т.д. У комп'ютері встановлюється модуль, званий кореневим концентратором, - початкова точка для підключення всіх інших пристроїв. Практично всі системні плати мають два або чотири порти USB. У деяких системах порти USB розміщені на передній панелі комп'ютера, що дуже зручно для підключення таких пристроїв, як цифрові камери або зчитувачі даних з флеш-карт. Завдяки зіркоподібної топології концентратори дозволяють підключити багато пристроїв. Кожна точка підключення іменується портом. Більшість концентраторів мають чотири або вісім портів, що далеко не межа. Крім того, до портів одного концентратора можна підключати додаткові концентратори. Концентратор управляє як безпосередньо підключенням, так і розподілом енергії між підключеними пристроїв. Типовий концентратор показаний на рис. 15.2. Крім надання додаткових портів для підключення периферійних пристроїв, концентратор займається розподілом енергії. Він динамічно розпізнає підключення периферійний пристрій і після інсталяції надає йому щонайменше 0,5 Вт В цілому концентратор може подавати до 2,5 Вт енергії, що залежить від програмного драйвера пристрою

.

Мал. 15.2. Типовий концентратор

Новому підключеному концентратора присвоюється унікальна адреса; пристрою можна масштабувати до п'яти рівнів в глибину (рис. 15.3). Концентратор виступає в ролі двонапрямленого ретранслятора і транслює сигнали USB як у вхідному (до ПК), так і в низхідному (до пристрою) потоках. Крім того, концентратор здійснює контроль за сигналами і обробляє адресовані йому транзакції. Всі інші транзакції передаються до під'єднаних пристроїв. Концентратор USB 1.1 підтримує як високошвидкісну (12 Мбіт/с), так і низько швидкісну (1,5 Мбіт/с) передачу даних.

Мал. 15.3. У комп'ютері може використовуватися кілька концентраторів USB для підключення різних периферійних пристроїв, причому будь-який пристрій можна приєднати до будь-якого концентратора.

Максимальна довжина кабелю між двома працюючими на граничній швидкості (12 Мбіт/с) пристроями або пристроєм і концентратором - п'ять метрів. У кабелі використовується екранована кручена пари (товщина дроту - 20). Максимальна довжина кабелю для низько швидкісних (1,5 Мбіт/с) пристроїв при використанні нескошеної пари проводів - три метри. Причому ці відстані зменшуються, якщо використовується більш тонкий провід (табл. 15.2).

Таблиця 15.2. Залежність максимальної довжини кабелю від питомого опору проводів

Товщина	Питомий опір, Ом / м	Довжина (макс.), М
28	0,232	0,81
26	0,145	1,31
24	0,091	2,08
22	0,057	3,33
20	0,036	5,00

Швидкість передачі даних, підтримувана стандартом USB 1.1, менше, ніж при передачі даних по FireWire або SCSI, але, незважаючи на це, такої швидкості цілком достатньо для підключення периферійних пристроїв. Інтерфейс USB 2.0 працює приблизно в 40 разів швидше, ніж USB 1.1; швидкість передачі даних досягає 480 Мбіт/с (або 60 Мбайт/с). на шкода, стандарт USB 2.0 все ще не отримав широкого розповсюдження, тому системних чи пристроїв, сумісних з цим стандартом, досить мало. Якщо ви збираєтеся за допомогою додаткової плати USB модернізувати систему, яка не має портів USB, скористайтеся для цього USB 2.0? Сумісної платою (навіть якщо в системі немає яких? Або пристроїв, сумісних з USB 2.0). Одним із властивостей USB 2.0 є можливість виконання паралельних операцій, що дозволяє пристроям USB 1.1 передавати дані одне? Тимчасово, чи не переповняючи канал шини USB. Перший випуск Windows XP драйвери USB 2.0 не містив. Вони можуть бути завантажені з мережевих джерел або отримані з службового пакету оновлень (service pack), який буде випущений після всебічного тестування периферійних пристроїв USB 2.0 в середовищі Windows XP. До платам розширення USB 2.0 найчастіше додаються власні драйвери. Існує чотири типи роз'ємів (штепселів) USB - А і В, Mini-A і Mini-B. Роз'єм типу А використовується для організації вхідного/вихідного потоку даних між пристроєм і портом / концентратором USB. Порти USB, наявні в системних платах і концентраторах, зазвичай відносяться до серії А. Роз'єми серії В розроблені для передачі низхідного потоку даних до пристрою з від'єднуйте кабель. У будь-якому випадку міні роз'єми є просто зменшеною версією стандартних роз'ємів, що має фізично менший формфактор. Роз'єми USB зовсім невеликі (особливо міні-роз'єми), що вигідно відрізняє їх від послідовних і паралельних кабелів, які, крім усього іншого, доводиться прикріплювати гвинтами або утримувачами. У роз'єму USB немає контактів, які можуть погнутися або зламатися, тому надійність роз'єму дуже велика. Зовнішній вигляд роз'ємів і портів USB представлений на рис. 15.4. Зверніть увагу, що гніздо Mini-A/B характеризується подвійним призначенням, тобто підтримує як роз'єм Mini-A, так і роз'єм Mini-B. Нові міні-роз'єми і гнізда мають усередині з'єднувачів пластикові елементи, маркування яких наведена в табл. 15.3.

Таблиця 15.3. Кольорова маркування роз'ємів і гнізд USB типу Mini "A / B

Роз'єм Колір	Роз'єм Колір	Роз'єм Колір
Гніздо Mini-A Білий Роз'єм Mini-A Білий	Гніздо Mini-B Чорний Роз'єм Mini-B Чорний	Гніздо Mini-A / B Сірий

У табл. 15.4 і 15.5 представлено розташування висновків для роз'ємів і кабелів USB. У більшості систем присутня одна або дві пари роз'ємів типу A на задній панелі системного блоку. Крім того, у деяких комп'ютерів є одна або дві пари роз'ємів на передніх панелі, що дозволяє тимчасово підключати деякі пристрої.

Таблиця 15.4. Схема розташування висновків в роз'ємі USB серії A / B

Контакт	Сигнал	Колір	Примітка
1	VCC	Червоний	Кабель живлення
2	Дані (-)	Білий
3	Дані (+)	Зелений
4	Загальний	Чорний	Заземлення кабелю
Оболонка	Захист	Ні	Фільтр

Таблиця 15.5.Схема розташування висновків в роз'ємі USB типу Mini A/B

Контакт	Сигнал	Колір	Примітка
1	Vbus	Червоний	Кабель живлення
2	Дані (-)	Білий	Передача даних
3	Дані (+)	Зелений	Передача даних
4	Ідентифікатор		Ідентифікація роз'ємів A / B *
4	Загальний	Чорний	Заземлення кабелю
Оболонка	Захист	Ні	Фільтр

Багато систем, випущені ще до того, як у середині 1998 року було представлена Windows 98, містять заблоковані вбудовані порти USB. Слід зауважити, що по зовнішньому виду комп'ютера не можна визначити, які з систем мають вбудовану підтримку USB. Зокрема, це стосується системних плат формфактора Baby-AT. Пов'язано це з тим, що дані системи не були оснащені кабельними роз'ємами USB, необхідними для ви? Вода з'єднувачів кореневого концентратора USB з системної плати на задню панель системного блока. В тому випадку, якщо підтримка USB в базовій системі вводу? Виводу відключена, перезапусти? ті комп'ютер, відкрийте відповідний екран налаштувань BIOS та встановіть необхідні параметри USB. Встановіть при необхідності переривання USB. Після перезапуску комп'ютера, який вже "знає" про існування USB, операційна система розпізнає кореневої концентратор USB. Якщо ви використовуєте Windows 98 або більш нову операційну систему, драйвери USB будуть встановлені автоматично; в Windows 95 це доведеться зробити вручну. "Виявлені" порти USB можуть бути використані відразу ж після інсталяції драйверів і перезавантаження комп'ютера (звичайно, за наявності відповідних роз'ємів USB). У тому випадку, якщо системна плата не оснащена роз'ємами USB, слід придбати відповідає кабельні роз'єми. Не забудьте перед цим перевірити конфігурацію висновків роз'єму USB на системній платі. Стандартним є розташування в два ряди по п'ять висновків у кожному. Кабельні роз'єми, сумісні зі стандартними монтажними колодками USB, поставляються компаніями Belkin, CyberGuys і Cables-To-Go. Типовий комплект кабельних роз'ємів USB показаний на рис. 15.6. Безсумнівним достоїнством інтерфейсу типу USB є те, що для обслуговування всіх пристроїв універсальної послідовної шини потрібно тільки одне переривання. Це означає, що можна приєднати 127 пристроїв і всі вони будуть використовувати одне периферійне. У сучасних ПК так часто не вистачає вільних адрес переривань, що це, мабуть, найцінніше гідність USB. Інтерфейс USB може бути адаптований до периферійних пристроїв більш ранніх версій.

Мал. 15.6. Набір кабельних роз'ємів USB, використовуваний для підключення пристроїв до вбудованих портів USB системної плати

2.4.1 USB 2.0/Hi-Speed USB

Специфікація USB 2.0 назад сумісна з USB 1.1 і використовує ті ж кабелі, роз'єми та програмне забезпечення, але працює в 40 разів швидше оригінальної специфікації версій 1.0 і 1.1. Таке підвищення продуктивності дозволяє використовувати більш сучасну периферію - камери для відео конференцій, сканери, принтери, пристрої зберігання даних. Для кінцевого користувача USB 2.0 нічим не відрізняється від 1.1, за винятком продуктивності. Всі існуючі пристрої USB 1.1 працюють на меншій швидкості з шиною USB 2.0. Порівняльні дані про продуктивність різних версій USB наведено в табл. 15.6.

Таблиця 15.6. Швидкість передачі даних різних версій USB

Інтерфейс	Мбіт/с	Мбайт/с
USB 1.1 (низька швидкість)	1,5	0,1875
USB 1.1 (висока швидкість)	12	1,5
USB 2.0	480	60

Якщо в системі або на системній платі є порти USB 2.0 (Hi-Speed USB), необхідно забезпечити підтримку USB 2.0 в системній BIOS і встановити відповідний драйвер. В іншому випадку швидкодія портів USB 2.0 буде рівнозначно швидкодії USB 1.1. Для роботи з високопродуктивними пристроями USB 2.0 необхідний концентратор, підтримуючий цю ж версію специфікації USB. Можна використовувати старий концентратор USB 1.1, але підвищення продуктивності пристроїв USB 2.0 досягти не вдасться (максимальна швидкість передачі даних буде обмежена 1,5 Мбайт / с). Пристрої, підключення до концентратора USB 2.0, будуть працювати на максимальній швидкості – близько 60 Мбайт / с для USB 2.0 і 1,5 Мбайт / с для USB 1.1. Для одночасної спільної роботи пристроїв USB 2.0 і 1.1, підключених до високопродуктивними концентратора USB 2.0, використовується складна система буферизації входять даних. Таким чином, кожен пристрій буде працювати на максимально можливій швидкості. При взаємодії з підключеним периферійним пристроєм USB 2.0 концентратор просто повторює високошвидкісні сигнали; проте при обробці даних, переданих до пристрою USB 1.1 і від нього, концентратор буферизирует транзакцію і зменшує швидкість передачі даних від високошвидкісного хост-контролера 2.0 (в ПК) до пристрою USB 1.1. Таким чином пристрою USB 1.1 можуть одночасно працювати з периферійними пристроями стандарту USB 2.0, що ні відіб'ється істотно на пропускної здатності мережі. Пристрої та концентратори USB 2.0 були представлені провідними виробниками і в даний час одержали саме широке поширення. Пристрої USB 2.0, на відміну від USB 1.1, можна встановити всередині системи. Деякі виробники плат розширення USB 2.0 оснащують плати як внутрішніми, так і зовнішніми портами USB. Як визначити, які пристрої підтримують стандарт USB 1.1, а які стандарт USB 2.0? Наприкінці 2000 року організація USB Implementer's Forum (USB? IF), яка являється власником і розробником стандартів USB, представила нові логотипи для виробів, минулих сертифікаційні випробування (рис. 15.7). Як бачите, стандарт USB 1.1 тепер називається просто USB, а стандарт USB 2.0 о тримав назву Hi-Speed USB.

Мал. 15.7. Нові логотипи USB 1.1 Сумісних (ліворуч) і USB 2.0 Сумісних (праворуч) пристроїв.