Шина USB - все про IT та програмування
Written on 05 Серпня 2006 . Posted in Шини розширення
Основна мета стандарту, поставлена перед розробниками - створити реальну можливість користувачам працювати в режимі Plug&Play з периферійними пристроями. Це означає, що пристрій повинен бути підключений до працюючого комп'ютера, автоматичне розпізнавання його негайно після підключення та наступної установки відповідних драйверів. Крім цього, бажано живлення малопотужних пристроїв подавати із самої шини. Швидкість шини має бути достатньою для переважної більшості периферійних пристроїв. Принагідно вирішується історична проблема нестачі ресурсів на внутрішніх шинах IBM PC сумісного комп'ютера - контролер USB займає лише одне переривання незалежно кількості підключених до шини пристроїв.
Практично всі поставлені завдання були вирішені в стандарті на USB і навесні 1997 стали з'являтися комп'ютери, обладнані роз'ємами для підключення USB пристроїв (див. фото зліва), але периферія з підключенням до USB до середини 1998 так і не з'явилася. В чому справа? Чому тільки до кінця 1998 року вже значно активніше виробники обладнання стали пропонувати на ринку пристрою з USB інтерфейсом? Цьому є кілька пояснень:
відсутність гострої потреби для користувачів настільних комп'ютерів у пристроях з повною підтримкою Plug&Play. Периферія до настільного комп'ютера підключається, як правило, всерйоз і надовго і особливої потреби частої зміни периферії у більшості користувачів немає.
більш висока вартість пристроїв з USB в порівнянні з аналогічними пристроями, що мають стандартні інтерфейси
Зараз USB стала активно впроваджуватись виробниками комп'ютерноїпериферії. Сенсацією стала наявність у комп'ютері iMAC фірми Apple Computers лише USB як зовнішня шина.
Технічні характеристики
Можливості USB випливають із її технічних характеристик:
Висока швидкість обміну (full-speed signaling bit rate) – 12 Mb/s
Максимальна довжина кабелю високої швидкості обміну - 5 m
Низька швидкість обміну (low-speed signaling bit rate) – 1.5 Mb/s
Максимальна довжина кабелю низької швидкості обміну - 3 m
Максимальна кількість підключених пристроїв (включаючи розмножувачі) – 127
Можливе підключення пристроїв з різними швидкостями обміну
Відсутність необхідності встановлення користувачів додаткових елементів, таких як термінатори для SCSI
Напруга живлення для периферійних пристроїв – 5 V
Максимальний струм споживання на один пристрій - 500 mA (це не означає, що через USB можна запитати пристрої із загальним струмом споживання 127 x 500 mA = 63.5 A)
Топологія
Такою іконою офіційно позначається шина USB як у Windows 98, так і на задніх стінках комп'ютерів (на жаль, не всіх), а також на всіх роз'ємах USB. Ця ікона дійсно правильно відображає ідею топології USB. Топологія USB практично не відрізняється від топології звичайної локальної мережі на кручений парі, зазвичай званої "зіркою". Навіть термінологія схожа – розмножувачі шини також називаються HUB'ами.
Умовно дерево підключення USB пристроїв до комп'ютера можна зобразити так (цифрами позначені периферійні пристрої з інтерфейсом USB):
Замість будь-якого пристрою може також стояти HUB. Основна відмінність від топології звичайної локальної мережі – комп'ютер (або host пристрій) може бути лише один. HUB може бути якокремим пристроєм з власним блоком живлення, так і вбудованим у периферійний пристрій. Найчастіше HUB'и вбудовуються в монітори та клавіатури
На малюнку вище показаний приклад правильного з'єднання периферійних пристроїв в умовну мережу USB. Так як обмін даними по USB йде тільки між комп'ютером і периферійним пристроєм (між пристроями обміну немає), то пристрої з великими обсягами прийому та/або передачі даних повинні підключатися або до самого комп'ютера або до найближчого вільного вузла. У цьому випадку найвищий трафік у колонок (
1.3 Mb/s), потім йдуть модем і сканер, підключені до HUB'у в моніторі і завершують ланцюг клавіатура, джойстик і миша, трафік у яких близький до нуля. Може виникнути питання - чому колонки мають такий високий трафік? Справа в тому, що стовпчики з USB інтерфейсом істотно відрізняються від звичайних. Для використання таких колонок НЕ потрібна звукова карта. Драйвер колонок відправляє оцифрований звук відразу колонки, де за допомогою АЦП (ADC) він перетворюється на аналоговий сигнал і подається на динаміки.
Кабелі та роз'єми
Сигнали USB передаються по 4-х проводовому кабелю, схематично показаному на малюнку нижче:
Тут GND – ланцюг "корпусу" для живлення периферійних пристроїв, VBus – +5V також для ланцюгів живлення. Шина D+ призначена для передачі даних по шині, а шина D- для прийому даних. -Speed). Кабель для роботи тільки на мінімальній швидкості (наприклад, для підключення миші) може бути будь-яким і неекранованим.нижче.
Рознімання серії "А"
Рознімання серії "В"
призначені ТІЛЬКИ підключення до джерела, тобто. комп'ютера або HUB'у.
призначені ТІЛЬКИ для підключення до периферійного пристрою