Універсальна послідовна шина USB

У USB реалізована можливість підключення великої кількості периферійних пристроїв до комп'ютера. При підключенні пристроїв до USB не потрібно встановлювати плати в роз'єми системної плати і реконфігуріровати систему, крім того, економно використовуються такі важливі системні ресурси, як IRQ (запити переривання). При підключенні периферійного устаткування до персональних комп'ютерів, оснащених шиною USB, його настройка відбувається автоматично, відразу після фізичного підключення, без перезавантаження або установки.

Основним ініціатором розробки стандарту USB виступила Intel. Починаючи з набору мікросхем системної логіки Triton П (82430НХ), в якому стандарт USB був втілений в мікросхемі РПХЗ South Bridge, компанія Intel підтримує цей стандарт у всіх своїх наборах мікросхем системної логіки. Спільно з Intel над створенням універсальної послідовної шини працювало ще сім компаній, серед яких Compaq, Digital, IBM, Microsoft, NEC і Northern Telecom. Ними був створений USB Implement Forum (USB-IF), метою якого є розвиток, підтримка і розповсюдження архітектури USB.

Перша версія USB анонсована в січні 1996 року, а версія 1.1 — у вересні 1998. У цій специфікації детальніше описані концентратори і інші пристрої. Більшість USB-пристроїв повинна бути сумісною із специфікацією 1.1, навіть якщо вони випущені до її офіційної публікації. У новій специфікації USB 2.0 швидкість передачі даних в 40 разів вища, ніж в оригінальній USB 1.0; крім того, забезпечується повна зворотна сумісність пристроїв. Плата розширення PCI (для настільних систем) і плата PC Card Cardbus-сумісних портативних комп'ютерів дозволяють модернізувати комп'ютери ранніх версій, що не мають вбудованих роз'ємів USB. Більшість плат розширення підтримує специфікацію USB 1.1, але деякі з них вже підтримують стандарт USB 2.0.

USB1.1

Універсальна послідовна шина версії 1.1 — це інтерфейс, що працює із швидкістю 12 Мбіт/с (1,5 Мбайт/с) і заснований на простому 4-дротяному з'єднанні. Ця шина підтримує до 127 пристроїв і використовує топологію зірки, побудовану на розширяльних концентраторах, які можуть входити в персональний комп'ютер, будь-який периферійний пристрій USB і навіть бути окремими пристроями. Для таких низькошвидкісних периферійних пристроїв, як клавіатура і миша, в універсальній послідовній шині передбачений "повільніший" підканал, що працює із 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. NRZI є вельми ефективною схемою кодування даних, оскільки при її використанні не потрібні додаткові сигнали, наприклад синхроімпульси.

Для одночасного підключення декількох пристроїв USВ 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, що назвається кореневим концентратором, — початкова точка для підключення решти пристроїв. Практично всі системні плати мають два, чотири або більше портів USB. Підключаючи декілька концентраторів, можна створити каскадну структуру до п'яти рівнів в глибину. Типовий концентратор показаний на мал. 17.5.

Порада

Для підвищення надійності передачі даних рекомендується використовувати концентратор з власним енергозабезпеченням, підключений в адаптер АС. Концентратори, живлення до яких подається по шині, підключеній до роз'єму USB основного концентратора системи, далеко не завжди можуть забезпечити достатню потужність енергоємним пристроям на зразок оптичної миші.

Максимальна довжина кабелю між двома працюючими на граничній швидкості (12 Мбіт/с) пристроями або пристроєм і концентратором (мал. 17.6) — п'ять метрів.

У кабелі використовується екранована вита пара. Максимальна довжина кабелю для низькошвидкісних (1,5 Мбіт/с) пристроїв при використанні нескрученої пари дротів — три метри. Причому ці відстані зменшуються, якщо використовується тонший дріт.

Швидкість передачі даних, підтримувана стандартом USB 1.1, менше, ніж при передачі даних по FireWire або SCSI, але, не дивлячись 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). Однією з властивостей USB 2.0 є можливість виконання паралельних операцій, що дозволяє пристроям USB 1.1 передавати дані одночасно, не переповнюючи канал шини USB.

Таблиця 17.9. Залежність максимальної довжини кабелю від питомого опору дротів