Шина USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) появилась по компьютерным меркам довольно давно - версия первого утвержденного варианта стандарта появилась 15 января 1996 года. Разработка стандарта была инициировна весьма авторитетными фирмами - Intel, DEC, IBM, NEC, Northen Telecom и Compaq.

Основная цель стандарта, поставленная перед его разработчиками - создать реальную возможность пользователям работать в режиме Plug&Play с периферийными устройствами. Это означает, что должно быть предусмотрено подключение устройства к работающему компьютеру, автоматическое распознавание его немедленно после подключения и последующей установки соответствующих драйверов. Кроме этого, желательно питание маломощных устройств подавать с самой шины. Скорость шины должна быть достаточной для подавляющего большинства периферийных устройств. Попутно решается историческая проблема нехватки ресурсов на внутренних шинах IBM PC совместимого компьютера - контроллер USB занимает только одно прерывание независимо от количества подключенных к шине устройств.

Возможности USB следуют из ее технических характеристик:

Высокая скорость обмена (full-speed signaling bit rate) - 12 Mb/s

Максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена - 5 m

Низкая скорость обмена (low-speed signaling bit rate) - 1.5 Mb/s

Максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена - 3 m

Максимальное количество подключенных устройств (включая размножители) - 127

Возможно подключение устройств с различными скоростями обмена

Отсутствие необходимости в установке пользователем дополнительных элементов, таких как терминаторы для SCSI

Напряжение питания для периферийных устройств - 5 V

Максимальный ток потребления на одно устройство - 500 mA

Поэтому целесообразно подключать к USB практически любые периферийные устройства, кроме цифровых видеокамер и высокоскоростных жестких дисков. Особенно удобен этот интерфейс для подключения часто подключаемых/отключаемых приборов, таких как цифровые фотокамеры. Конструкция разъемов для USB рассчитана на многократное сочленение/расчленение.

Возможность использования только двух скоростей обмена данными ограничивает применяемость шины, но существенно уменьшает количество линий интерфейса и упрощает аппаратную реализацию.Питание непосредственно от USB возможно только для устройств с малым потреблением, таких как клавиатуры, мыши, джойстики и т.п.Сигналы USB передаются по 4-х проводному кабелю

Здесь GND - цепь "корпуса" для питания периферийных устройств, VBus - +5V также для цепей питания. Шина D+ предназначена для передачи данных по шине, а шина D- для приема данных.

Кабель для поддержки полной скорости шины (full-speed) выполняется как витая пара, защищается экраном и может также использоваться для работы в режиме минимальной скорости (low-speed). Кабель для работы только на минимальной скорости (например, для подключения мыши) может быть любым и неэкранированным.

Основные элементы USB . Физическая и логическая архитектура шины.

Шина USB (Universal Serial Bus, универсальная последовательная шина) появилась в начале 1996 года как попытка решения проблемы множественности интерфейсов. К тому времени персональные компьютеры (ПК) были оснащены большим количеством разнообразных внешних интерфейсов, полезных и необходимых, но обладающих одним недостатком: все они требовали своего специального разъема и, чаще всего, выделенного аппаратного прерывания (IRQ, Interrupt ReQuest).

Общая архитектура USB

Обычная архитектура USB подразумевает подключение одного или нескольких USB-устройств к компьютеру, которые в такой конфигурации является главным управляющим устройством и называется хостом. Подключение USB-устройств к хосту производится с помощью кабелей. Для соединения компьютера и USB-устройства используют хаб . Компьютер имеет встроенные хаб, называемый корневым хабом.

Физическая и логическая архитектура USB

Физическая архитектура USB определяется следующими правилами:

o устройства подключаются к хосту;

o физическое соединение устройств между собой осуществляется по топологии многоярусной звезды, вершиной которой является корневой хаб;

o центром каждой звезды является хаб;

o каждый кабельный сегмент соединяет между собой две точки: хост с хабом или функцией, хаб с функцией илидругим хабом;

o к каждому порту хаба может подключаться периферийное USB-устройство или другой хаб, при этом допускаются до 5 уровней каскадирования хабов, не считая корневого.

Детали физической архитектуры скрыты от прикладных программ в системном программном обеспечении (ПО), поэтому логическая архитектура выглядит как обычная звезда, центром которой является прикладное ПО, а вершинами – набор конечных точек/ Прикладная программа ведет обмен информацией с каждой конечной точкой.

Составляющие USB

Шина USB состоит из следующих элементов:

хост-контроллер (host controller) – это главный контроллер, который входит в состав системного блока компьютера и управляет работой всех устройств на шине USB. Для краткости мы будем писать просто хост. На шине USB допускается наличие только одного хоста. Системный блок персонального компьютера содержит один или несколько хостов, каждый из которых управляет отдельной шиной USB;

устройство (device) может представлять собой хаб, функцию или их комбинацию (compound device);

порт (port) – точка подключения;

хаб (hub, другое название - концентратор ) – устройство, которое обеспечивает дополнительные порты на шине USB. Другими словами, хаб преобразует один порт (восходящий порт, upstream port) во множество портов (нисходящие порты, downstream ports). Архитектура допускает соединение нескольких хабов (не более 5). Хаб распознает подключение и отключение устройств к портам и может управлять подачей питания на порты. Каждый из портов может быть разрешен или запрещен и сконфигурирован на полную или ограниченную скорость обмена. Хаб обеспечивает изоляцию сигментов с низкой скоростью от высокоскоростных. Хаб может ограничивать ток, потребляемый каждым портом;

корневой хаб (root hub) – это хаб, входящий в состав хоста;

функция (function) – это переферийное USB-устройство или его отдельный блок, способный передавать и принимать информацию по шине USB. Каждая функция представляет конфигурационную информацию, описывающую возможности периферийного USB-устройства и требования к ресурсам. Перед использованием функция должна быть сконфигурирована хостом – ей должна быть выделена полоса в канале и выбраны опции конфигурации;

логическое USB-устройство (logical device) представляет собой набор конечных точек.

Основные свойства USB -устройств и хабов.

Свойства USB-устройств

Спецификация USB достаточно жестко определяет набор свойств, которые должно поддерживать любое USB-устройство:

o адресация – устройство должно отзываться на назначенный ему уникальный адрес и только на него;

o конфигурирование – после включения или сброса устройство должно предоставлять нулевой адрес для возможности конфигурирования его портов;

o передача данных – устройство имеет набор конечных точек для обмена данными с хостом. Для конечных точек, допускающих разные типы передач, после конфигурирования доступен только один из них;

o управление энергопотреблением – любое устройство при подключении не должно потреблять от шины ток, превышающий 100 мА. При конфигурировании устройство заявляет свои потребности тока, но не более 500 мА. Если хаб не может обеспечить устройству заявленный ток, устройство не будет использоваться;

o приостановка – USB-устройство должно поддерживать приостановку (suspended mode), при которой его потребляемый ток не превышает 500 мкА. USB-устройство должно автоматически приостанавливаться при прекращении активности шины;

o удаленное пробуждение – возможность удаленного пробуждения (remote wakeup) позволяет приостановленному USB-устройству подать сигнал хосту, который тоже может находиться в приостановленном состоянии. Возможность удаленного пробуждения описывается в конфигурации USB-устройства. При конфигурировании эта функция может быть запрещена.

Основные принципы передачи данных по интерфейсу USB .

Принципы передачи данных

Механизм передачи данных является асинхронным и блочным. Блок передаваемых данных называется USB-фреймом или USB-кадром и передается за фиксированный временной интервал. Оперирование командами и блоками данных реализуется при помощи логической абстракции, называемой каналом. Внешнее устройство также делится на логические абстракции, называемые конечными точками. Таким образом, канал является логической связкой между хостом и конечной точкой внешнего устройства. Канал можно сравнить с открытым файлом.

Для передачи команд (и данных, входящих в состав команд) используется канал по умолчанию, а для передачи данных открываются либо потоковые каналы, либо каналы сообщений.

Все операции по передачи данных по шине USB инициируются хостом. Периферийные USB-устройства сами начать обмен данными не могут. Они могут только реагировать на команды хоста.

Механизм прерываний

Для шины USB настоящего механизма прерываний (как, например, для последовательного порта) не существует. Вместо этого хост опрашивает подключенные устройства на предмет наличия данных о прерывании. Опрос происходит в фиксированные интервалы времени, обычно каждые 1 – 32 мс. Устройству разрешается посылать до 64 байт данных.

С точки зрения драйвера, возможности работы с прерываниями фактически определяются хостом, который и обеспечивает поддержку физической реализации USB-интерфейса.

Режимы передачи данных

Пропускная способность шины USB, соответствующей спецификации 1.1, составляет 12Мбит/с (т.е. 1,5 Мбит/с). Спецификация 2.0 определяет шину с пропускной способностью 400 Мбайт/с. Полоса пропускания делится между всеми устройствами, подключенными к шине.

Шина USB имеет три режима передачи данных:

o низкоскоростной (LS, Low-speed);

o полноскоростной (LF, Full-speed);

o высокоскоростной (HS, High-speed, только для USB 2.0).

Логические уровни обмена данными

Спецификация USB определяет три логических уровня с определенными правилами взаимодействия. USB-устройство содержит интерфейсную, логическую и функциональную части. Хост тоже делится на три части – интерфейсную, системную и ПО. Каждая часть отвечает только за определенный круг задач.

Таким образом, операция обмена данными между прикладной программой и шиной USB выполняется путем передачи буферов памяти через следующие уровни:

o уровень клиентского ПО в хосте:

· обычно представляется драйвером USB-устройства;

· обеспечивает взаимодействие пользователя с операционной системой с одной стороны и системным драйвером с другой;

o уровень системного драйвера USB в хосте(USB, Universal Serial Bus Driver):

· управляет нумерацией устройств на шине;

· управляет распределением пропускной способности шины и мощности питания;

· обрабатывает запросы пользовательских драйверов;

o уровень хост-контроллера интерфейса шины USB (HCD, Host Controller Driver):

· преобразует запросы ввода/вывода в структуры данных, по которым выполняются физические транзакции;

· работает с регистрами хоста.

В обязанности хоста входит:

Слежение за подключением и отключением устройств

Организация управляющих потоков между USB-устройством и хостом.

Организация потоков данных между USB-устройством и хостом

Контроль состояния устроств и ведение статистики активности

Снабжение подключенных устройств электропитанием Аппаратной частью является хост контроллер - посредник между хостом и устройствами на шине

Физический интерфейс USB

Стандарт USB определяет электрические и механические спецификации шины. Информационные сигналы и питающее напряжение 5 В передаются по четырехпроводному кабелю. Используется дифференциальный способ передачи сигналов D+ и D- по двум проводам. Уровни сигналов передатчиков в статическом режиме должны быть ниже 0,3 В (низкий уровень) или выше 2,8 В (высокий уровень). Приемники выдерживают входное напряжение в пределах - 0,5...+3,8 В. Передатчики должны уметь переходить в высокоимпедансное состояние для двунаправленной полудуплексной передачи по одной паре проводов.

Передача по двум проводам в USB не ограничивается дифференциальными сигналами. Кроме дифференциального приемника каждое устройство имеет линейные приемники сигналов D+ и D-, а передатчики этих линий управляются индивидуально. Это позволяет различать более двух состояний линии, используемых для организации аппаратного интерфейса. Состояния Diff0 и Diff1 определяются по разности потенциалов на линиях D+ и D- более 200 мВ при условии, что на одной из них потенциал выше порога срабатывания VSE. Состояние, при котором на обоих входах D+ и D- присутствует низкий уровень, называется линейным нулем (SEO - Single-Ended Zero). Интерфейс определяет следующие состояния:

* Data J State и Data К State - состояния передаваемого бита (или просто J и К), определяются через состояния Diff0 и Diff1.

* Idle State - пауза на шине.

* Resume State - сигнал "пробуждения" для вывода устройства из "спящего" режима.

* Start of Packet (SOP) - начало пакета (переход из Idle State в К).

* End of Packet (EOP) - конец пакета. * Disconnect - устройство отключено от порта. * Connect - устройство подключено к порту. * Reset - сброс устройства.

Состояния определяются сочетаниями дифференциальных и линейных сигналов; для полной и низкой скоростей состояния DiffO и Diff1 имеют противоположное назначение. В декодировании состояний Disconnect, Connect и Reset учитывается время нахождения линий (более 2,5 мс) в определенных состояниях.

Шина имеет два режима передачи. Полная скорость передачи сигналов USB составляет 12 Мбит/с, низкая - 1,5 Мбит/с. Для полной скорости используется экранированная витая пара с импедансом 90 Ом и длиной сегмента до 5 м, для низкой - невитой неэкранированньгй кабель до 3 м. Низкоскоростные кабели и устройства дешевле высокоскоростных. Одна и та же система может одновременно использовать оба режима; переключение для устройств осуществляется прозрачно. Низкая скорость предназначена для работы с небольшим количеством ПУ, не требующих высокой скорости. Скорость, используемая устройством, подключенным к конкретному порту, определяется хабом по уровням сигналов на линиях D+ и D-, смещаемых нагрузочными резисторами R2 приемопередатчиков

Кодирование данных при передаче по шине USB .

Питание USB -устройств. Управление энергопотреблением.

Внутренняя организация шины USB . Логические уровни обмена данными.

Типы передач данных, используемые в шине USB . Конечные точки и каналы USB .

Каждое устройство USB представляет собой набор независимых конечных точек (Endpoint), с которыми хост-контроллер обменивается информацией. Конечные точки описываются следующими параметрами:

* требуемой частотой доступа к шине и допустимыми задержками обслуживания;

* требуемой полосой пропускания канала;

* номером точки;

* требованиями к обработке ошибок;

* максимальными размерами передаваемых и принимаемых пакетов;

* типом обмена;

* направлением обмена (для сплошного и изохронного обменов).

Каждое устройство обязательно имеет конечную точку с номером 0, используемую для инициализации, общего управления и опроса его состояния. Эта точка всегда сконфигурирована при включении питания и подключении устройства к шине. Оно поддерживает передачи типа "управление" (см. далее).

Кроме нулевой точки, устройства-функции могут иметь дополнительные точки, реализующие полезный обмен данными. Низкоскоростные устройства могут иметь до двух дополнительных точек, полноскоростные - до 16 точек ввода и 16 точек вывода (протокольное ограничение). Точки не могут быть использованы до их конфигурирования (установления согласованного с ними канала).

Каналом (Pipe) в USB называется модель передачи данных между хост-контроллером и конечной точкой (Endpoint) устройства. Имеются два типа каналов: потоки (Stream) и сообщения (Message). Поток доставляет данные от одного конца канала к другому, он всегда однонаправленный. Один и тот же номер конечной точки может использоваться для двух поточных каналов - ввода и вывода. Поток может реализовывать следующие типы обмена: сплошной, изохронный и прерывания. Доставка всегда идет в порядке "первым вошел - первым вышел" (FIFO); с точки зрения USB, данные потока неструктурированы. Сообщения имеют формат, определенный спецификацией USB. Хост посылает запрос к конечной точке, после которого передается (принимается) пакет сообщения, за которым следует пакет с информацией состояния конечной точки. Последующее сообщение нормально не может быть послано до обработки предыдущего, но при отработке ошибок возможен сброс необслуженных сообщений. Двухсторонний обмен сообщениями адресуется к одной и той же конечной точке. Для доставки сообщений используется только обмен типа "управление".

С каналами связаны характеристики, соответствующие конечной точке (полоса пропускания, тип сервиса, размер буфера и т. п.). Каналы организуются при конфигурировании устройств USB. Для каждого включенного устройства существует канал сообщений (Control Pipe 0), по которому передается информация конфигурирования, управления и состояния.

5. Типы передачи данных

USB поддерживает как однонаправленные, так и двунаправленные режимы связи. Передача данных производится между ПО хоста и конечной точкой устройства. Устройство может иметь несколько конечных точек, связь с каждой из них (канал) устанавливается независимо.

Архитектура USB допускает четыре базовых типа передачи данных:

* Управляющие посылки (Control Transfers), используемые для конфигурирования во время подключения и в процессе работы для управления устройствами. Протокол обеспечивает гарантированную доставку данных. Длина поля данных управляющей посылки не превышает 64 байт на полной скорости и 8 байт на низкой.

* Сплошные передачи (Bulk Data Transfers) сравнительно больших пакетов без жестких требований ко времени доставки. Передачи занимают всю свободную полосу пропускания шины. Пакеты имеют поле данных размером 8, 16, 32 или 64 байт. Приоритет этих передач самый низкий, они могут приостанавливаться при большой загрузке шины. Допускаются только на полной скорости передачи.

* Прерывания (Interrupt) - короткие (до 64 байт на полной скорости, до 8 байт на низкой) передачи типа вводимых символов или координат. Прерывания имеют спонтанный характер и должны обслуживаться не медленнее, чем того требует устройство. Предел времени обслуживания устанавливается в диапазоне 1-255 мс для полной скорости и 10-255 мс - для низкой.

* Изохронные передачи (Isochronous Transfers) - непрерывные передачи в реальном времени, занимающие предварительно согласованную часть пропускной способности шины и имеющие заданную задержку доставки. В случае обнаружения ошибки изохронные данные передаются без повтора - недействительные пакеты игнорируются. Пример - цифровая передача голоса. Пропускная способность определяется требованиями к качеству передачи, а задержка доставки может быть критичной, например, при реализации телеконференций.

Полоса пропускания шины делится между всеми установленными каналами. Выделенная полоса закрепляется за каналом, и если установление нового канала требует такой полосы, которая не вписывается в уже существующее распределение, запрос на выделение канала отвергается.

Архитектура USВ предусматривает внутреннюю буферизацию всех устройств, причем чем большей полосы пропускания требует устройство, тем больше должен быть его буфер. USB должна обеспечивать обмен с такой скоростью, чтобы задержка данных в устройстве, вызванная буферизацией, не превышала нескольких миллисекунд.

Изохронные передачи классифицируются по способу синхронизации конечных точек - источников или получателей данных - с системой: различают асинхронный, синхронный и адаптивный классы устройств, каждому из которых соответствует свой тип канала USB.

Периферийные устройства USB . Использование микросхем фирмы FTDI в качестве преобразователей в последовательный и параллельный интерфейсы.

D0…D7– двунаправленная шина данных в прямом коде (1 – высокий уровень, 0 – низкий уровень) с тремя состояниями;

RD#– вход строба читаемых данных. Когда наRD# низкий уровень данные из приёмного буфера типаFIFOдлиной 128 байт микросхемыFT8U245AMпоявляются на шинеD0…D7, если хотя бы один байт присутствует в буфере. По переходу от низкого уровня к высокому уровню данные снимаются с шины данных;

WR– вход строба записываемых данных. Данные с шиныD0…D7 попадают в буфер передачи типаFIFOдлиной 384 байта микросхемыFT8U245AMпо переходу от высокого уровня к низкому уровню на выводеWRпри условии, что этот буфер не заполнен полностью;

TXE#– выход наличия места в буфере передачи микросхемыFT8U245AM. Когда на этом выводе низкий уровень, данные могут быть переданы в буфер передачи по шинеD0…D7;

RXF# – выход наличия данных в приёмном буфере микросхемыFT8U245AM. Когда на этом выводе низкий уровень, данные могут быть прочитаны по шинеD0…D7;

Рис. 1. Временная диаграмма цикла чтения.

Рис.2. Временная диаграмма цикла записи.

Интерфейс I 2 C . Последовательные шины на базе I 2 C . Основные технические характеристики шины I 2 C .

I 2 C – двухпроводной интерфейс, разработанный корпорацией Philips. В первоначальном техническом требовании к интерфейсу максимальная скорость передачи данных составляла 100 Кбит/с. Однако со временем появились стандарты на более скоростные режимы работы I 2 C. К одной шине I 2 C могут быть подключены устройства с различными скоростями доступа, так как скорость передачи данных определяется тактовым сигналом.

Протокол передачи данных разработан таким образом, чтобы гарантировать надежный прием передаваемых данных.

При передаче данных одно устройство является «Master», которое инициирует передачу данных и формирует сигналы синхронизации. Другое устройство «Slave» - начинает передачу только по команде, пришедшей от «Master».В микроконтроллерах PIC16CXXX аппаратно реализован режим «Slave» устройства в модуле SSP. Режим «Master» реализуется программно.Основные термины, используемые при описании работы с шиной I 2 C:

Передатчик – устройство, передающее данные по шине

Приемник – устройство, получающее данные с шины

«Master» - устройство, которое инициирует передачу и формирует тактовый сигнал

«Slave» - устройство, к которому обращается «Master»

Multi-«Master» - режим работы шины I 2 C с более чем одним «Master»

Арбитраж – процедура, гарантирующая, что только один «Master» управляет шиной

Синхронизация – процедура синхронизации тактового сигнала от двух или более устройств

Выходные каскады формирователей сигналов синхронизации (SCL) и данных (SDA) должны быть выполнены по схемам с открытым коллектором (стоком) для объединения нескольких выходов и через внешний резистор подключены к плюсу питания для того, чтобы на шине был уровень «1», когда ни одно устройство не формирует сигнал «0». Максимальная емкостная нагрузка ограничена емкостью 400 пФ.

Встроенный в микросхемы аппаратный алгоритм помехоподавления обеспечивает целостность данных в условиях помех значительной величины. Все I2C-совместимые устройства имеют интерфейс, который позволяет им связываться друг с другом по шине даже в том случае, если их напряжение питания существенно отличается. На следующем рисунке представлен принцип подключения нескольких ИМС с различными напряжениями питания к одной шине обмена.

Каждое устройство распознается по уникальному адресу и может работать как передатчик или приёмник, в зависимости от назначения устройства.

Кроме того, устройства могут быть классифицированы как ведущие и ведомые при передаче данных. Ведущий - это устройство, которое инициирует передачу данных и вырабатывает сигналы синхронизации. При этом любое адресуемое устройство считается ведомым по отношению к ведущему.

Исходя из спецификации работы шины, в каждый отдельный момент в шине может быть только один ведущий, а именно то устройство, которое обеспечивает формирование сигнала SCL шины. Ведущий может выступать как в роли ведущего-передатчика, так и ведущего-приемника. Тем не менее - шина позволяет иметь несколько ведущих, накладывая определенные особенности их поведения в формировании сигналов управления и контроля состояния шины. Возможность подключения более одного ведущего к шине означает, что более чем один ведущий может попытаться начать пересылку в один и тот же момент времени. Для устранения "столкновений", который может возникнуть в данном случае, разработана процедура арбитража - поведения ведущего при обнаружении "захвата" шины другим ведущим.

Процедура синхронизации двух устройств Эта процедура основана на том, что все I2C-устройства подключаются к шине по правилу монтажного И. В исходном состоянии оба сигнала SDA и SCL находятся в высоком состоянии.

Протокол передачи данных по шине I 2 C . Назначение сигналов шины I 2 C . Временные диаграммы процедуры передачи данных.

Принцип работы

Физически шина I2C представляет собой двухпроводный интерфейс с двунаправленными линиями последова-

тельной синхронизации (SCL) и линии передачи данных (SDA). Шина I2C поддерживает несколько ведомых и ведущих устройств, но одновременно может быть активно только одно ведущееустройство. Любое устройство I2Cможно подключить к шине и осуществлять обмен данными с ведущим устройством. Все устройства распознаются по уникальному адресу и могут использоваться в качестве передатчикаили приемника, в зависимости от ихфункций. Изначально в шине I2C использовались 7-разрядные адреса,сейчас – 10-разрядные. Поддержива-

ется три скорости передачи битов: 100кбит/с (стандартный режим), 400 кбит/с(быстрый режим) и 3,4 Мбит/с (быстро-действующий режим). Максимальноеколичество подключаемых устройствопределяется максимальной емкостью400 пФ или примерно 20-30 устройств.Стандарт I2C определяет следующийформат, представленный на рис. 4:

– Start (Старт) – указывает, что управление шиной передано устройству ибудет передано сообщение

– Address (Адрес) – 7- или 10разрядный номер, соответствующийадресу устройства, с которого будут

считываться данные или на котороебудут записываться данные.

– R/W Bit (Бит чтения/записи) – одинбит, указывающий, что данные будут считываться с одного устройст-

ва или записываться в другое устройство

– Ack (Подтверждение) – один бит сведомого устройства с подтверждением действия ведущего устройст-

ва. Как правило, подтверждениетребуется для каждого адреса ибайта данных, но не всегда.

– Data (Данные) – целое число байт,считываемых или записываемыхустройством.

– Stop (Стоп) – указывает на завершение сообщения, ведущее устройство освобождает шину.

В то время, когда передача данных на шине отсутствует, сигналы SCL и SDA имеют высокий уровень за счет внешнего резистора.

Сигналы START и STOP формируются «Master» для определения начала и окончания передачи данных соответственно.

Сигнал START формируется переходом сигнала SDA из высокого уровня в низкий при высоком уровне сигнала SCL. Сигнал STOP определяется как переход SDA из низкого уровня в высокий при высоком уровне SCL. Таким образом, при передаче данных сигнал SDA может изменяться только при низком уровне сигнала SCL.

Разъем USB типа A наиболее распространен и является самым узнаваемым. Компьютерные мышки, клавиатуры, внешние жесткие диски оснащены именно этим коннектором. Разработка этого форм-фактора USB была закончена в 90-х годах прошлого столетия, релиз состоялся вместе с первой версией стандарта. Основным преимуществом является прочность и надежность, позволяющие выдержать большое количество подключений без каких-либо проблем. Несмотря на прямоугольную форму разъема, его нельзя воткнуть неправильно, благодаря специальной защите. Однако из-за больших габаритов, не подходивших для портативных устройств, были разработаны USB разъемы меньших размеров.

Коннекторы USB типа B обычно используются для подключения периферийных устройств к компьютеру на стороне устройства. Сейчас этот тип разъема не распространен. Также существуют портативные разъемы типа B – Mini USB и Micro USB .

Появление Mini USB было обусловлено широким распространением миниатюрных устройств, размер которых не позволял использовать полноценные разъемы. Однако вскоре стало понятно, что этот разъем не отличается надежностью. Поэтому ему на смену пришла спецификация Micro USB. Измененная форма позволяла крепко держаться в устройстве, к тому же коннектор был еще меньше, нежели Mini USB. Использование Micro USB фактически стало стандартом для всех компактных устройств. Но уже сейчас ему на смену приходит USB типа C.

USB Type- C или USB-C – это последний из представленных стандартов разъемов USB. Релиз спецификации состоялся в 2014 году. Данная версия обеспечивает высокую скорость передачи данных, а также возможность двустороннего подключения.

Стандарты USB

15 января 1996 года была представлена первая спецификация стандарта универсальной последовательной шины — USB 1.0 . Скорость передачи данных не превышала 12 Мбит/c, а максимальная сила тока, подаваемая на подключенные устройства, составляла 500 мА.

Версия USB 1.1 лишь исправляла ошибки, допущенные при проектировании первой спецификации, однако именно 1.1 впервые была широко распространена. Стандарт USB 2.0 был анонсирован уже в апреле 2000 года и служил обновлением для USB 1.1.

USB 2.0 предоставил дополнительную пропускную способность для приложений, мультимедиа и хранения данных. Скорость передачи данных возросла в 40(!) раз. Для обеспечения плавного перехода на новый стандарт как для потребителей, так и для производителей, USB 2.0 имел полную совместимость с оригинальными USB-устройствами.

Данный стандарт поддерживает три режима скорости (1.5, 12 и 480 мегабит в секунду):

• Low Speed (не более 1.5 Мбит/с) – клавиатуры, мыши, джойстики;
• Full Speed (не более 12 Мбит/с) – аудио- и видеоустройства;
• High Speed (не более 480 Мбит/с) – высокопроизводительные периферийные устройства;

Внедрение USB 2.0 позволило сильно продвинуться в развитии периферийных «девайсов» для персональных компьютеров. Этот стандарт позволил подключать несколько энергоемких устройств к хосту одновременно.

Стандарт USB 3.0 (SuperSpeed ​​ USB ) стал официальным 17 ноября 2008 года. Новая спецификация поддерживала скорость передачи в 10 раз большую (до 4.8 гигабит в секунду), нежели USB 2.0. Максимальная сила тока, подаваемая на периферийные устройства, возросла с 500 до 900 мА. Это позволило не использовать дополнительные источники питания для некоторых гаджетов, а также увеличить количество устройств, питающихся от одного порта.

Переход на USB 3.0 был очень медленным. Корпорация Intel отложила внедрение стандарта в свои чипсеты до 2011 года. Отсутствовала поддержка новой спецификации и со стороны софта: ни Windows, ни Linux на тот момент не могли работать с версией 3.0.

Летом 2013 года был разработан обновленный стандарт — USB 3.1 . Скорость передачи данных возросла до 10 Гбит/с. Стандарт 3.1 обратно совместим с версиями 2.0 и 3.0. Именно с этой версией стали появляться новые разъемы USB Type-C.

Версия USB 3.2 обещает снова увеличить скорость обмена данными вдвое – уже до 20 Гбит/с.

USB-хабы (USB-концентраторы, USB-разветвители)

Компьютеры, как минимум, имеют один или два USB-разъема. Но с таким количеством USB-устройств на рынке, вы быстро исчерпаете лимит доступных портов. У вас могут быть одновременно подключены клавиатура, мышь, принтер, микрофон и веб-камера, работающие через USB. Возникает очевидный вопрос: «Как подключить все устройства?»

Легкое решение проблемы — купить недорогой USB-концентратор (хаб). Что же такое USB-хаб?

USB-хаб – это устройство, выполняющее роль «переходника» от одного разъема USB до большего количества.

Стандарт USB поддерживает подключение до 127 устройств к одному порту, а USB-хабы являются частью стандарта. К тому же, с помощью USB-хабов можно увеличить длину USB провода с максимально возможных для одного кабеля 5 метров до 30.

Вы подключаете разветвитель к компьютеру, а затем подключаете свои устройства (или другие разветвители) непосредственно к нему. Соединяя концентраторы вместе, вы можете создавать десятки доступных USB-портов на одном компьютере.

Концентраторы могут питать или не питать подключенные устройства. У энергоемких устройств (принтеров, сканеров и т.д.) есть свой собственный источник питания, но устройства с низким энергопотреблением (мыши, клавиатуры и т.д.) получают питание от компьютера. Это сильно упрощает работу с ними. Мощность (до 500 миллиампер с напряжением 5 вольт для USB 2.0 и 900 миллиампер для USB 3.0) поступает с шины компьютера. Если у вас много устройств с автономным питанием (например, принтеры и сканеры), то ваш концентратор не нуждается в питании. Если же у вас много устройств без питания, таких как мыши и клавиатуры, вам, вероятно, нужен мощный концентратор с собственным блоком питания.

Как работает USB?

Как мы уже говорили, к одному USB хосту можно подключить одновременно несколько устройств. Каждому устройству ставится в соответствие уникальный адрес – 7-битное двоичное число (отсюда и следует ограничение в 127 устройств). В момент подключения к хосту устройство высылает данные, содержащие информацию о типе прибора, производителе и т.д. На основе этих данных хост принимает решение, в каком режиме работать с данным аппаратом.

Обмен данными между устройствами осуществляется с помощью транзакций – последовательностей, состоящих из нескольких пакетов (блоков) информации. Обмен всегда начинается с отправки небольшого пакета (токена) с хоста, в котором содержится информация об адресе устройства, направлении передачи и так далее. Чтобы сильно не углубляться мы приведем пример наиболее часто используемых токенов:

• IN (хост готов принимать данные с устройства);
• OUT (хост готов передавать данные на устройство);
• SETUP (хост сообщает устройству о последующей передаче конфигурационной информации);

Одна транзакция может передавать сразу несколько пакетов при условии, что длина данных в пакете будет максимально допустимой. Передача данных заканчивается при получении неполного пакета данных. После этого устройство отправляет обратно пакет-подтверждение об удачном или неудачном завершении операции. Пакеты в транзакции передаются постоянно и без пауз, задержка не должна превышать 1 микросекунду. Если пауза растянется, то транзакция будет признана ложной.

Использование USB-портов и разъемов стало повсеместным. Они применяются и на компьютерах, и на мобильных устройствах, и на устройствах хранения данных. USB-коннекторы сильно облегчили процесс питания устройств и передачи данных в современном мире.

О том, что такое флэшка, Вы можете прочитать на многих сайтах. Вам также подробно расскажут, чего нельзя с ней делать. А вот как узнать, что с ней можно делать? А вот бы урок с наглядным показом по всем пунктам (от А до Я) о работе с флэшкой? Допустим, что Вы пожелали перенести с одного компа на другой текст (пускай второй комп к Интернету будет неподключен).

А во втором случае мультик, в третьем случае и то и другое. Что самое главное в уроке – ВСЕ последовательные действия переноса.

Оригинальное требование? Но ведь только таким образом можно показать, разъяснить, уберечь незнайку (камушек в огород новичков, не совладать им с флэшкой) от лишних и ненужных действий!

Информации о флешке много, а вот конкретной пошаговой “инструкции” по работе с флешкой нет! А зря! Уверена, что такие вот “трудности” есть у многих, а вот написать о них. Так что держите урок о работе с флешкой.

Вот как выглядит обычная флэшка.

Шаг 1. Вставляете ее в USB-порт (см. картинку).

Рядом с этим портом обычно находятся разъемы для наушников и микрофона.

Вот они рядом зеленого и розового цвета.

Шаг 2. Теперь нажимаете «Пуск». Затем «Мой компьютер». Среди картинок вы увидите картинку съемного диска. Название у нее может быть любое.

Главное это его наглядное изображение на картинке.

Например, «KINGSTON (F:) ». При этом «KINGSTON» означает название производителя флэшки, а (F:) – это название диска.

Шаг 3. Записывать информацию на флэшку можно, по крайней мере, 2-мя способами. Рассмотрим оба.

1 способ. Продолжим с того места, на котором остановились.

1. Щелкаем по изображению флэшки левой клавишей мышки. В результате вам откроется ее содержимое.

2. Выбирайте на рабочем столе или в любой другой папке нужный файл (текстовый документ, музыку, видео, все, что угодно), который вы хотите скопировать на флэшку.

3. Теперь захватываете его левой клавишей мыши и тащите в папку флешки. Отпускаете.

Все. Вы скопировали файл на флешку!

2. способ.

1.Выбираете нужный вам файл для копирования на флешку.

2. Щелкайте по нему правой клавишей мышки.

3. Выбираете пункт «Отправить»

4. Затем выбираете пункт с изображением флешки. В нашем примере «KINGSTON (F:) ».

5. Все, файл отправлен на флешку. Можете проверить его наличие на флешке.

Шаг 4. Информацию Вы записали. Теперь надо безопасно извлечь флешку из компьютера. Для этого делаете следующее.

На этом все. Теперь вы и работу с флешкой освоили. И готовы покорять новые компьютерные горизонты! Успехов вам в этом!

Это все, что связано с арбитражем. Любая система, которая требует подключения нескольких устройств, нуждается в некотором определении того, кто должен говорить, когда. Существуют различные схемы, которые можно было бы ожидать в зависимости от приложения.

Обычный пример - в сети у нас много узлов, которые все общаются друг с другом. Это делается каждым узлом, имеющим адрес (например, IP-адрес), и когда узел хочет поговорить с другим узлом, он отправляет пакет на этот адрес. Затем у вас есть устройства, такие как маршрутизаторы, которые принимают пакеты, поступающие на несколько портов, и перенаправляют их на правильный порт. Арбитраж выполняется с использованием памяти для хранения пакетов до тех пор, пока порт назначения не станет свободным.

Теперь на USB. На самом деле это намного проще, чем сети, потому что не все узлы становятся равными. У вас есть два вида: хост и конечная точка. Существует только один хост, но может быть много конечных точек. В этом случае арбитраж намного проще, потому что только хост-порт разрешается говорить по своему усмотрению. Затем конечным точкам разрешается разговаривать только по запросу хоста, а хост всегда разговаривает только с одной конечной точкой за раз.

Для пакетов host-> endpoint концентраторы USB просто передают запрос от хоста ко всем конечным точкам. Поскольку все конечные точки имеют адрес, только тот, к которому был адресован запрос, будет делать с ним что угодно (например, ответить), все остальные будут игнорировать пакет.

Для конечных точек-> хост-пакетов хост сначала отправляет пакет в определенную конечную точку по адресу, чтобы сказать «вы можете говорить сейчас», а затем эта конечная точка должна немедленно отправить ответ. Поскольку в любой момент времени разрешено разговаривать только с одной конечной точкой, концентратор USB будет просто перенаправлять пакет из того, какой порт отвечает на запрос от хоста.

Тогда вы можете спросить: «Хорошо, как я могу одновременно использовать несколько устройств одновременно?». Скажем, у вас есть мышь, клавиатура и флешка, все подключенные к одному концентратору USB. Мы все знаем, что вы можете одновременно использовать мышь и клавиатуру, а также копировать файлы на флеш-накопитель, но если только одно устройство может говорить одновременно, как это возможно?

Ну, все сводится к тому, что несколько сотен миллисекунд, которые требуется для вашего мозга, чтобы заметить, что вы нажали клавишу и ожидаете обновления экрана, - это вечность для компьютера. Интерфейс USB 2.0 может работать со скоростью до 480 Мбит/с (USB 3.1 может работать со скоростью до 10 Гбит/с!), что означает, что, хотя хост всегда разговаривает с одним конечным пунктом в любой момент времени, он так быстро перемещается между ними, что вы не можете сказать, что он это делает.

USB Host:.? «Эй, мышь на порту 1, скажите мне, если вы переехали Хорошо, теперь клавиатура на порт 2 у вас есть какие-либо нажатия клавиш, чтобы сообщать Теперь вы там на порт 3, вспышка диск, сохраните эти данные для меня. Кому-нибудь, с кем мне нужно поговорить? nope, ладно, мышь на порту 1, скажите мне, переехали ли вы... »

Человек: « О, посмотри, компьютер заметил, что я только что переместил мышь, нажал клавишу на клавиатуре и скопировал картинку на флешку, в одно и то же время! »

Хост-устройство отслеживает, какие адреса конечных точек используются и будут отправлять пакеты каждому последовательно или по мере необходимости (то есть когда запрос ОС запрашивает доступ к определенному устройству). Таким образом, хотя это происходит не одновременно, арбитраж настолько быстро, что компьютерные животные не могут отличить друг от друга.

Сегодня USB вытеснил практически все другие интерфейсы для подключения компьютерной периферии (смотри врезку «Внешние интерфейсы – конкуренты USB»), залогом чему стали его неоспоримые преимущества.

■ Распространенность. Любой компьютер, выпущенный в последние годы, оснащен одним или несколькими портами USB (на современных настольных ПК их до 12, на подавляющем большинстве ноутбуков – 3–4). Выбор же USB-устройств просто огромен.

■ Простота в использовании. USB – идеальное воплощение принципа Plug and Play. Устройства с этим интерфейсом можно подключать и отключать во время работы компьютера. Современные операционные системы сразу же распознают USB-устройства и подгружают необходимые драйверы. На многих компьютерах для повышения удобства доступа порты USB размещены на фронтальной или боковой стороне корпуса. К тому же перепутать разъемы и неправильно подключить периферию невозможно.

■ Высокая пропускная способность. У интерфейса USB 2.0 она составляет 480 Мбит/с. Копирование файла размером 700 Мб на накопитель, подключенный к порту USB, займет не более 20 секунд.

■ Обеспечение питания. Порт USB не только служит для подключения периферии, но и может «подкармливать» гаджеты с низким энергопотреблением, к примеру, мыши, клавиатуры, флэшки и даже 2,5-дюймовые жесткие диски. Напряжение питания по шине USB равно 5 В при силе тока до 500 мА. Этого, конечно, недостаточно для периферийных устройств со сравнительно высоким энергопотреблением, таких как принтеры или внешние жесткие диски форм-фактора 3,5”. Поэтому они комплектуются собственными блоками питания, подключаемыми непосредственно к розетке электросети.

ПРОСТО И ЛЕГКО

Связующим центром для всех USB-устройств является компьютер. Только с ним они могут «общаться» напрямую. Такое соединение получило название «точка-точка».

При первом подключении USB-устройство автоматически обнаруживается операционной системой, после чего она осуществляет поиск нужного драйвера. При этом действует правило: чем новее версия используемой операционной системы, тем выше вероятность того, что пользователю не придется устанавливать драйвер самостоятельно. К примеру, Windows XP и Vista автоматически распознают флэш-накопители, кард-ридеры и внешние жесткие диски и регистрируют их в качестве съемных дисков. Необходимые для этих устройств драйверы входят в дистрибутив Windows и всегда находятся «под рукой» у системы. Windows Vista к тому же располагает дополнительными драйверами для наиболее распространенных моделей принтеров, сканеров, игровых клавиатур и других устройств.

СОВЕТ

За редким исключением, USB-гаджеты могут обмениваться данными между собой только при посредничестве компьютера. В этом случае ПК играет роль так называемого USB-хоста. Он запрашивает у каждого устройства, подключенного по USB и называемого клиентом, информацию о наличии необходимых для передачи данных, после чего организует «диалог». Передавать файлы «по собственной инициативе» клиентам запрещено. Данный метод, называемый опросом, хотя и отнимает часть системных ресурсов, однако делает возможным создание простых и, как следствие, недорогих USB-устройств.

Типы USB-разъемов

Существуют два типа разъемов и штекеров USB: тип А используется для подключения USB-устройств к ноутбукам и настольным компьютерам. Разъемом типа B оснащаются периферийные USB-устройства. Существует несколько вариантов разъема второго типа: собственно В, Mini-В и Micro-В.

Тип А. Коннектор типа А подключается к USB-разъему типа А компьютера или USB-хаба. Некоторые принтеры и многофункциональные устройства также оснащены разъемом типа А – для подключения фотокамер.

Тип B. Коннектор типа В подключается к соответствующему USB-разъему, которым обычно оснащаются крупные периферийные устройства, такие как МФУ, принтеры и сканеры.

Mini-USB (тип В). USB-устройства более скромных размеров, например цифровые фотокамеры, КПК или сотовые телефоны, оснащаются более миниатюрным вариантом разъема типа В, называемым Mini-USB (или, правильнее, Mini-B).

Micro-USB (тип В). Существует USB-разъем еще более компактный, чем Mini-В – это разъем Micro-B. Им чаще всего могут похвастаться мобильные телефоны.

Прямая связь двух USB-гаджетов возможна с помощью технологии On-The-Go. Ее использование позволит выводить на печать изображения без посредничества компьютера или напрямую обмениваться музыкальными файлами между MP3-плеерами.

ПРЕИМУЩЕСТВА КОНКУРЕНТОВ

Интерфейсы USB, eSATA и FireWire отличаются друг от друга, прежде всего, по скорости передачи данных (см. врезку «Пропускная способность USB, eSATA и FireWire в сравнении»).

Внешние интерфейсы – конкуренты USB

FireWire. Интерфейс для подключения видеокамер и внешних жестких дисков. Стандарт FireWire 800 предусматривает работу на больших скоростях, чем стандарт USB 2.0, однако сегодня он теряет свою актуальность.

SATA и eSATA. Наряду с интерфейсом SATA, используемым для подключения внутренних жестких дисков, существует eSATA для подключения внешних дисковых накопителей. Передача данных по eSATA осуществляется почти в четыре раза быстрее, чем по USB 2.0. Пожалуй, eSATA – единственный интерфейс, имеющий явное преимущество перед USB и не собирающийся сдавать позиции.

PS/2. Этот некогда стандартный интерфейс для подключения устройств ввода с приходом USB постепенно уходит в прошлое. Фиолетовый разъем PS/2 традиционно предназначен для клавиатуры, зеленый – для мыши.

Параллельный порт. До того как USB получил широкое распространение, параллельный порт был традиционным интерфейсом для подключения принтеров и сканеров. Теперь он встречается все реже.

Игровой порт (MIDI-порт). К игровому порту раньше подключали джойстики или музыкальные MIDI-клавиатуры. Сегодня подобные устройства используют для подключения USB-разъем, так что MIDI-порты встречаются редко.

Последовательный порт. Последовательный порт (СОМ-порт), к которому ранее подключали мышь и модем, сегодня на домашнем ПК абсолютно бесполезен. Данный интерфейс используется в промышленности – для управления специальными машинами.

Внешний SCSI-интерфейс. Раньше, наряду с распространенными сегодня внешними жесткими дисками с интерфейсом IDE, часто использовались накопители с интерфейсом SCSI, которые сегодня актуальны лишь для серверных систем.

■ eSATA служит для подключения внешних жестких дисков, а с недавних пор – и некоторых моделей флэшек. В отличие от USB и FireWire, во внешних жестких дисках с интерфейсом eSATA не требуется преобразования данных, что исключает дополнительное звено, тормозящее взаимодействие с ПК. Поэтому скорость у подобных жестких дисков находится на уровне встроенных в компьютеры винчестеров. Если вам необходима максимальная производительность внешних устройств, то eSATA – наилучшее решение.■ FireWire служит в первую очередь для подключения к ПК видеокамер и некоторых моделей жестких дисков. Актуальная версия FireWire 800 существенно быстрее интерфейса USB 2.0 (800 против 480 Мбит/с). Но устройства с интерфейсом Fire Wire обычно дороже, чем аналогичные с USB.

Пропускная способность USB, eSATA и FireWire в сравнении

Если вы планируете купить внешний жесткий диск, то вам предстоит выбрать один из нескольких возможных интерфейсов его подключения, которые имеют разную пропускную способность: наивысшую скорость передачи данных обеспечивает eSATA, следом идет FireWire 800 и замыкает эту гонку USB 2.0. Но у последнего есть свой козырь: разъем USB присутствует на любом компьютере.

Сложившийся расклад сил изменит выход устройств с интерфейсом USB 3.0, который станет самым быстрым интерфейсом передачи данных. Но до момента, когда новый стандарт USB получит широкое распространение, пройдет немало времени.

СТАНДАРТЫ USB

■ USB 1.1. Компьютеры, выпущенные до 2002 года, предоставляют в распоряжение пользователя интерфейс USB 1.1. Передача данных по этому стандарту осуществляется достаточно медленно. Теоретическая пиковая пропускная способность составляет 12 Мбит/с (или 1,5 Мб/с). Для устройств ввода – клавиатуры и мыши – этого вполне достаточно.

На заметку. Более ранняя версия, USB 1.0, не получила распространения, так и оставшись на бумаге. Готовые изделия, соответствующие этому стандарту, в продажу не поступали.

■ USB 2.0. Компьютеры и ноутбуки, выпущенные после 2003 года, как правило, оснащены портами USB 2.0. Максимальная скорость в сравнении со стандартом 1.1 заметно возросла и составила 480 Мбит/с (или 60 Мб/с). Хотя на практике достигнуть такого уровня пропускной способности не удается.

Более высокую пропускную способность обеспечивают устройства USB 2.0, отмеченные логотипом «USB 2.0 Hi-Speed». Если же на коробке или корпусе устройства указано «USB 2.0 Full-Speed», это означает, что данные будут передаваться на скорости стандарта USB 1.1.

«ЗАМЕДЛЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ»

Если Windows сама не определит подключенное USB-устройство, драйвер для него придется устанавливать самостоятельно (как правило, его можно найти на диске, входящем в комплект поставки USB-устройства). Купив принтер или МФУ с интерфейсом USB, не спешите сразу подключать его: вначале загляните в руководство пользователя и ознакомьтесь с порядком установки, чтобы понять, нужно ли инсталлировать ПО или имеющегося в ОС будет достаточно. В противном случае Windows может установить драйвер с меньшим набором функций или вовсе распознает устройство неверно.

Еще одно преимущество USB-хаба заключается в том, что его можно установить в удобном для вас месте. Это избавит от необходимости каждый раз лезть под компьютерный стол в поисках нужного порта, чтобы подключить USB-коннектор. Кроме того, если для подключения устройства не хватает длины USB-кабеля, хаб может выступать в роли удлинителя.Проще всего это сделать с помощью так называемых USB-разветвителей (USB-хабов). Эти маленькие «коробочки» доступны по цене от 100 руб. Занимая всего один USB-разъем компьютера, такое устройство предоставляет взамен, как правило, четыре (и более) порта. Теоретически использование USB-хабов позволяет подключить к одному компьютеру до 127 устройств USB.

Необходимо учесть, что существует два типа хабов.

■ Активный. В качестве источника электроэнергии он использует отдельный блок питания, который входит в комплект поставки хаба. USB-порты такого разветвителя способны обеспечивать максимальную для этого интерфейса силу тока, поэтому к активным хабам можно подключать даже такие «прожорливые» устройства, как внешние жесткие диски.

■ Пассивный. Питание на него подается с USB-порта компьютера и делится между всеми портами, поэтому пассивные хабы подходят лишь для подключения устройств с низким энергопотреблением.

USB по сети

Сетевой USB-хаб Belkin Components позволяет подключить до пяти USB-устройств, которые будут взаимодействовать с компьютером по сети. С помощью WLAN-маршрутизатора можно организовать для них беспроводное соединение.

КАКОВА МАКСИМАЛЬНАЯ ДЛИНА КАБЕЛЯ USB

Альтернативой хабу может считаться плата расширения, устанавливаемая в слот PCI материнской платы ПК. При ее использовании в вашем распоряжении окажется несколько дополнительных разъемов USB (как правило, четыре). Подобные платы можно приобрести по цене от 300 руб. Недостаток: дополнительные порты USB будут расположены на задней стенке системного блока.

Максимальная длина стандартного кабеля USB составляет 5 метров. Если этого недостаточно, потребуются специальные удлинители (после каждого 5-метрового участка необходим своего рода ретранслятор с автономным питанием, в роли которого, кстати говоря, может выступать и USB-хаб). С их помощью можно достигнуть длины соединения, равной 25 метрам. Использование так называемых USB Line Extender (стоимостью 1000 руб. и более; это устройство представляет собой USB-адаптер и хаб, которые соединены стандартным сетевым кабелем) позволит преодолевать расстояние и в 60 метров.

Что означают логотипы USB

На упаковке большинства USB-устройств красуется один или несколько приведенных ниже логотипов. Их наличие указывает на то, что устройство соответствует техническим требованиям, описанным в спецификациях и документах некоммерческой организации USB Implementers Forum. Если вам встретится обозначение, которого нет в нашем списке, будьте осторожны: возможно, вы имеете дело с низкосортной продукцией «третьих фирм», которые, возможно, не поддерживают заявленных характеристик.

НЕМНОГО О WIRELESS USB

Wireless USB – это новый стандарт, призванный сделать возможной беспроводную связь по шине USB. Бесконечные провода на и под столом благополучно ушли бы в прошлое, если бы принтеры, сканеры, внешние жесткие диски и MP3-плееры смогли обмениваться данными с компьютером без использования кабеля. Эта новая технология, предлагаемая USB Imple menters Forum, поможет реализовать эту мечту.

Новый USB-кабель

«Традиционный» USB-кабель состоит из четырех проводов. Два из них осуществляют передачу данных, два других используются для электропитания. Для нового высокоскоростного режима работы USB версии 3.0 четырех проводов уже недостаточно, поэтому новый кабель будет иметь четыре дополнительные линии для данных: первая пара будет служить для приема, вторая – для передачи. Преимущество: в отличие от USB 2.0 прием и передача данных будут осуществляться одновременно и на максимальной скорости. Кабель USB 3.0 будет оснащен новым коннектором с пятью дополнительными контактами.

В качестве примера рассмотрим, как можно одновременно подключить обычные USB-принтер и сканер, используя Wireless USB. Совсем без проводов в этом случае обойтись все же не удастся: оба устройства придется соединить кабелями с беспроводным USB-хабом, который «от их имени» будет общаться с компьютером. При этом в ПК должен быть установлен соответствующий беспроводной USB-адаптер. В данном случае принтер и сканер будут определяться системой как устройства, подключенные к компьютеру традиционным способом.

Стоит принять во внимание тот факт, что максимальную скорость передачи в 480 Мбит/с беспроводной интерфейс USB обеспечивает только в том случае, если расстояние между хабом и компьютером не превышает трех метров. На большем расстоянии пропускная способность Wireless USB снижается. Если на пути беспроводного канала связи встретятся преграды, например стена, передача данных будет невозможна.

На заметку. Альтернативой решениям Wireless USB являются USB-хабы, подключаемые к локальной сети. Их можно подключить к WLAN-маршрутизатору, в результате чего также станет возможно беспроводное соединение USB-устройств и компьютера.

НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ USB 3.0

Стандарт USB 3.0 стал дальнейшим развитием интерфейса USB 2.0, привнеся в него целый ряд улучшений.

■ Пропускная способность. На практике USB 2.0 обеспечивает передачу данных на максимальной скорости, едва превышающей 30 Мб/с. Это ограничивает возможности многих устройств, прежде всего внешних дисковых накопителей, которые способны работать на скорости, превышающей указанную в 2–4 раза. В USB 3.0 пропускная способность вырастет сразу в 10 раз и достигнет уровня 5 Гбит/с. Для этой цели USB 3.0 оснащается более сложной технологией передачи данных, при которой для трансляции одного байта требуется не 8, а 10 бит. Поэтому реальный скоростной предел при передаче данных составит приблизительно 500 Мб/с. Однако даже таких результатов добиться вряд ли получится – камнем преткновения станут скоростные возможности внешних устройств (тех же накопителей), которые по скорости значительно отстают от возможностей USB 3.0.

■ Разъемы. Одной из основных задач, стоящих перед разработчиками нового стандарта, – сохранение совместимости разъемов USB 3.0 и 2.0. В результате вы легко сможете подключить устройство USB 2.0 к разъему USB 3.0. Но тому, кто стремится к максимальной скорости, все же придется приобрести новые кабели (см. врезку «Новый USB-кабель»). Они устроены сложнее и будут стоить дороже, чем аналогичные кабели USB 2.0. Кроме того, не все типы разъемов получат обратную совместимость со старым стандартом USB 2.0. Если в случае коннекторов USB типа А удалось обойтись малой кровью, «вписав» пять новых контактов в уже имеющуюся конструкцию разъема, то с коннекторами USB типа B, и уж тем более Micro-B, все оказалось куда сложнее. В этом случае пришлось менять конструктив разъема, по сути разбив его на две части: первая – для сохранения совместимости с предыдушими стандартами, представляет собой «старый» порт USB 2.0, вторая – объединяет пять новых линий, появившихся в USB 3.0. Таким образом, коннекторы этих типов не могут быть подключены к порту USB 2.0.

■ Питание. Разъемы USB 3.0 поддерживают большую силу тока, чем все предыдущие версии USB: 900 вместо прежних 500 мА. Это важно, к примеру, при использовании внешних жестких дисков.

■ Энергосбережение. В USB 2.0 хост должен был постоянно проводить опрос подключенных устройств, выясняя нет ли у них новой порции данных, поэтому все они должны были быть постоянно активными. Отказ от такого циклического опроса в USB 3.0 позволит использовать режим энергосбережения.