Universal Serial Bus (USB). На примере (Универсальной последовательной шины) – USB видно, сколько времени надо, чтобы новый интерфейс широко распространился. Этот интерфейс разрабатывался совместными усилиями лидеров компьютерной индустрии, включая Intel и Microsoft. Назначение USB – стать единой шиной для подключения к компьютеру всех внешних периферийных устройств, заменив устаревшие параллельный и последовательный интерфейсы. Спецификация 1.0 интерфейса USB вышла в 1995 г., в 1998 г. она была расширена, и появилась версия 1.1. Сначала пользователи не уделяли ей особого внимания, хотя USB уже и присутствовала во всех компьютерах, но оставалась опцией. Массовый переход на этот интерфейс практически совпал по времени с выходом в 2001 г. версии 2.0, вполне соответствующей требованиям современной периферии. Пять лет – срок для компьютерной индустрии огромный. Даже возросшая в 40 раз по сравнению с версией 1.1 производительность USB 2.0 сегодня уже не кажется достаточно перспективной. USB предполагалось сделать универсальной и удобной в использовании. Этих целей достичь удалось. Именно USB для многих пользователей стала примером того, что стоит за понятием Plugand-Play. К тому же после появления версии 2.0 эта шина применяется или может эффективно применяться практически во всех периферийных устройствах – от клавиатур до винчестеров.
При переходе к версии 2.0, кабель USB и разъемы не поменялись, что удобно для пользователей и производителей. Разъемы содержат по четыре контакта (рис. 1.5).
Рис. 1.5Периферийные устройства, с точки зрения спецификации USB 2.0, разделяются на высокоскоростные, использующие наибольшую предоставляемую им шиной скорость передачи данных (480 Мбит/с в версии 2.0 и 12 Мбит/с в версии 1.1), и медленные, которым достаточно скорости 1,5 Мбит/с. При подключении устройства к USB выполняется инициализация, т. е. выясняются его требования к скорости и питанию. Эти задачи решаются с помощью корневых контроллеров и концентраторов, которые поддерживают все определенные стандартом скорости и режимы на каждом из своих портов (рис. 1.6).
Рис. 1.6Одно из достоинств USB – изохронный режим. Он применяется в устройствах, которым должна предоставляться гарантированная полоса пропускания для передачи потоковых данных, например, в видеокамерах, цифровых аудиоусилителях, колонках. В этом случае интерфейс предоставляет устройству возможность передать или получить определенный объем данных в каждую единицу времени.
Данные передаются в сети USB 1.1 фреймами, каждый из которых состоит из 1 500 байт и занимает 1 мс времени. В версии 2.0 введены микрофреймы продолжительностью 1/8 мс.
Интерфейс USB предусматривает электропитание устройств, не имеющих своего источника питания и потребляющих ток не более 500 мА при напряжении 5 В (т. е. мощностью до 2,5 Вт). При инициализации каждому устройству обеспечивается питание 0,5 Вт. Благодаря этому устройства, потребляющие мало энергии, – мыши, клавиатуры, флэш-накопители – не нуждаются в адаптерах питания. Интерфейс USB позволяет подсоединять и отсоединять устройства в любое время (разумеется, дождавшись конца передачи или записи данных), не выключая их питание и компьютер. Кроме того, при переходе компьютера в режим с пониженным энергопотреблением многие USB-устройства автоматически переключаются в ждущий режим.
В настоящее время в качестве расширения стандарта продвигается технология USB On-The-Go (OTG), которая отличается от «классического» интерфейса USB тем, что каждое устройство может одновременно выполнять роль и периферии, и контроллера. В этом случае становится возможным прямое равноправное (одноранговое) двунаправленное соединение периферийных устройств без участия компьютера по схеме «точка-к-точке» (point-to-point). Внедрение технологии OTG существенно повысит универсальность и удобство USB.
FireWire (IEEE 1394). Влияние Microsoft и Intel на компьютерную индустрию огромно, но все же не безгранично. Поэтому одновременно с USB компанией Apple при участии других компаний, включая Sony и Texas Instruments, разрабатывался альтернативный последовательный интерфейс. Он получил множество названий, среди наиболее известных – IEEE 1394, iLink, FireWire. Последнее было закреплено Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) в качестве официального. Спецификация FireWire вышла в том же 1995 году, что и USB. Причем созданный Apple стандарт оказался гораздо мощнее по пропускной способности и другим характеристикам. Благодаря громадной пропускной способности (до 400 Мбит/с) и поддержке изохронного режима FireWire с самого начала нашел применение в компьютерной периферии и цифровых устройствах, использующих мощные потоки данных. Им начали оснащать внешние винчестеры, CD– и DVD-рекордеры, сканеры и принтеры, видеокамеры. Sony дала этому интерфейсу фирменное название iLink и намерена оснастить им все свои цифровые аудио– и видеоустройства. В то же время FireWire не стал прямым конкурентом USB. Так, в компьютерах Apple прижились обе технологии. Появление FireWire позволило отказаться во внешней периферии от более дорогого и громоздкого параллельного интерфейса SCSI. FireWire радикально отличается от USB по топологии, он построен по принципу гирляндной цепи (daisy chain), состоящей из последовательно соединенных одноранговых устройств. Эта топология позволяет создавать не только линейные, но и древовидные схемы подключения. Поскольку время ожидания ответного сигнала, установленного спецификацией IEEE 1394, ограничено, длина кабеля не превышает 4,5 м. Между любыми двумя устройствами не должно быть больше 16 транзитных участков.
Каждый узел (устройство) в сети FireWire при инициализации получает 6-битный идентификационный номер (адрес узла). В каждой отдельной сети может присутствовать до 63 узлов. Кроме того, допускается соединение мостами сетей, идентифицируемых собственным 10-битным номером, максимальное число мостов – 1 023. Применение 16-битных адресов узлов позволяет объединить шиной FireWire до 64 449 узлов, а общее адресное пространство FireWire составляет 264 адреса (используются 64-битные адреса), как и в случае с USB. На практике же число устройств ограничивается пропускной способностью интерфейса. Функционально FireWire очень близок USB: поддерживаются «горячее» подключение и отключение устройств, асинхронный и изохронный режимы передачи данных, технология Plug-and-Play, подача питания на устройства через интерфейс. Номинальная скорость передачи данных составляет 100 Мбит/с (в восемь раз больше, чем у USB 1.0), но уже первая спецификация предусматривала удвоенную и учетверенную скорости, т. е. 200 и 400 Мбит/с соответственно (рис. 1.7).
Рис. 1.7Кабель FireWire состоит из шести проводников. Это две отдельно экранированные витые пары (желтый и синий, красный и зеленый), служащие для передачи данных, два провода, по которым подается питание на подключенные устройства (коричневый и белый проводники), имеется еще общий экран. Провода питания рассчитаны на ток до 1,5 А при напряжении от 8 до 40 В. Толщина круглого кабеля обычно не превышает 6 мм, но корпорация Sony для портативной техники разработала еще более тонкий четырехпроводный кабель, в котором отсутствуют проводники питания. Соответственно появились более миниатюрные 4-контактные разъемы (рис. 1.8). Несмотря на удивительную для компьютерной индустрии «необновляемость» FireWire, работы над усовершенствованием стандарта не прекращались. В 2000 г. вышла спецификация IEEE 1394а, изменения в которой коснулись физической и логической организации интерфейса. Характеристики остались прежними. Однако появилась возможность перевода устройств в режим экономного энергопотребления (как это сделано в USB) и была введена команда PHY Ping для измерения задержки при прохождении сигнала между устройствами. Последняя заменяет существовавшее в первой версии жестко заданное максимальное время на прохождение сигнала, равное 144 не. В результате устройства, поддерживающие IEEE 1394а, можно соединять кабелем длиннее 4,5 м. Новая спецификация IEEE 1394b направлена на общую модификацию интерфейса, в том числе с целью многократного повышения его производительности. Как ожидается, в IEEE 1394b будут обеспечены скорости передачи данных 800, 1 600 и, не исключено, 3 200 Мбит/с.
Рис. 1.8Цифровые фото– и видеокамеры
Когда запоминающее устройство цифровой фотокамеры будет до конца заполнено готовыми фотоснимками, вы должны будете передать файлы изображений на компьютер. После переброски файлов изображения переместятся из запоминающего устройства камеры на жесткий диск вашего компьютера. Этот процесс во многом определяется используемым в этих целях программным обеспечением. Обычно фотокамера обозначается этими программами как еще один носитель информации с отображением ваших фотографий в виде перечня файлов или маленьких картинок предварительного просмотра. Вы можете выделить необходимые вам имена файлов (названия изображений) и скопировать/переместить их на другой диск точно так же, как вы проделываете эту операцию с другими файлами при повседневной работе с компьютером.