Универсальная последовательная шина USB

Шина USB (Universal Serial Bus) – универсальная последовательная шина, предназначенная для подсоединения низкоскоростных УВВ к шинам расширения современных ВМ. Она разработана по предложению семи ведущих компаний-производителей: IBM, DEC, Intel, Microsoft и др., и удовлетворяет следующим требованиям:

1) Допускает подключение к шине до 127 устройств, при этом подключение возможно во время работы компьютера.

2) УВВ, подключаемые к шине, получают питание через кабель; существует только один тип кабеля для подключения любого устройства.

3) поддерживается работа устройств реального времени, например, звуковых карт, телефона и пр.

Шина имеет 3 режима работы: низкоскоростной (скорость передачи 1,5 Мбит/с), полноскоростной, высокоскоростной (12 Мбит/с). Версия шины USB 2.0 обеспечивает высокую скорость передачи до 480 Мбит/с.

В шине USB нет отдельных линий для данных, адреса и управления, все протокольные функции выполняются с помощью одной пары проводов. По ним передаются организованные определённым образом цепочки битов – пакеты.

В системе USB имеется только один управляющий блок – контроллер USB или хост, который выполняет преобразование параллельных данных ВМ в поток битов шины и обратные преобразования; обработку запросов на передачу данных между процессором и внешними устройствами; обработку ошибок передачи и ряд других.

Топология шины USB – дерево, вершиной которого является хост-контроллер. Подключаемые к шине USB устройства являются исключительно ведомыми: они отвечают на запросы хост-контроллера и не могут обмениваться информацией друг с другом. Для подключения большого числа устройств специальные разветвители – хабы, которые обеспечивают дополнительные точки подключения устройств. Допускается до 5 уровней подключения внешних устройств к хост-контроллеру через промежуточные хабы.

Взаимодействие вычислительного ядра ВМ с устройствами USB выполняется только через программный интерфейс. С шиной процессора соединён только хост-контроллер USB, управляющий корневым хабом, встроенным в хост. При необходимости обмена информацией у ПУ USB процессор направляет соответствующий пакет данных корневому хабу, а последний переправляет его соответствующему устройству.

Благодаря своей универсальности, шина USB применяется для подключения к ВМ самых разнообразных устройств: клавиатуры, мыши, принтера, сканера, аудиосистемы, модема и пр. Она призвана заменить традиционные порты COM и LPT.

Более подробно со спецификацией интерфейса USB можно познакомиться в /1/, а также в специальной литературе.