ТехниЧеский обзор
Скорость передачи данных по Universal Serial Bus в 12 Мбит/с облегчит подключение периферийных устройств
Успешно революционизировав внутреннюю часть ПК при помощи шины PCI и стандарта plug-and-play, производители, в том числе корпорации Intel и Microsoft, объединились, чтобы проделать то же самое с внешними интерфейсами ПК при помощи шины USB.
Обладая высокой скоростью передачи данных в 12 Мбит/с, шина Universal Serial Bus предназначена для того, чтобы стать универсальным интерфейсом для периферийных устройств - от аналоговых типа микрофонов и динамиков до высокоскоростных цифровых устройств типа ISDN-модемов и накопителей CD-ROM - и низкоскоростных периферийных систем, например клавиатур и мышей.
Шина USB основана на топологии концентратора типа многоуровневой звезды и должна облегчить подключение большого количества устройств, используя всего два порта хост-машины; - этот способ во многом напоминает то, как пользователи Macintosh подключают свои клавиатуры, мыши и планшеты через шину Apple Desktop Bus.
Спецификация, которая сейчас существует в версии 0.99, с середины 1996 года будет применяться в новых периферийных устройствах. Она также поддерживает “горячее” подключение устройств к портам, так что пользователи смогут добавлять их, не перезагружая своих систем.
Первичный канал передачи данных USB поддерживает скорость до 12 Мбит/с, благодаря чему шина может работать с различными высокопроизводительными приложениями.
Например, в телекоммуникационных приложениях, требующих связи типа ISDN или T-1, USB без проблем сможет поддерживать 128 Кбит/с ISDN или 1,5 Мбит/с T-1, не оказывая при этом отрицательного влияния на производительность других периферийных устройств.
Этот широкий диапазон также может обеспечивать работу мультимедийных приложений, например считывание потока сжатых видеоданных с CD-ROM.
Высокая скорость передачи данных по шине USB во много раз превосходит ширину диапазона 100 Кбит/с интерфейса Access.bus, который сейчас является частью стандарта Display Data Channel Ассоциации по стандартам на видеоэлектронику (VESA), определяющего управление мониторами ПК.
Однако она уступает в пропускной способности 100 Мбит/с шине FireWire, также известной как спецификация IEEE 1394. При такой высокой пропускной способности FireWire, которая поступит в продажу в 1996 году, имеет шанс стать цифровым интерфейсом для потребительской видеоэлектроники и жестких дисков.
Высокой скорости USB будет более чем достаточно для большинства периферийных устройств, особенно учитывая затраты на экранирование 12 Мбит/с кабеля. Поэтому USB также поддерживает 1 Мбит/с подканал для устройств с меньшими потребностями, например клавиатур, мышей, принтеров и планшетов. Для недорогих моделей лучше всего подойдет неэкранированный кабель, который можно использовать с этими устройствами.
Двойная нагрузка
Поддерживая такие разнообразные устройства, шина USB должна обеспечивать связь и в синхронном, и в асинхронном режимах передачи данных. Например, приложения для проведения телеконференций по ISDN требуют, чтобы звук, исходящий из динамиков, совпадал с движениями губ человека на “живом” видеоизображении. В таких ситуациях синхронная связь обеспечивает постоянный поток данных на периферийное устройство и с него.
В тех случаях, когда нет необходимости в постоянном потоке данных или он нежелателен из-за того, что другие устройства имеют более высокий приоритет, USB поддерживает асинхронный режим передачи данных. В такой ситуации периферийное устройство или хост-контроллер могут передавать данные, например клавиатурные коды или задания на печать, тогда, когда диапазон свободен.
Во всех коммуникациях между хост-машиной и периферийным устройством используются три транзакции.
Каждая связь инициализируется, когда хост-контроллер через равные промежутки отправляет на периферийное устройство маркерный пакет, который содержит информацию о типе и направлении транзакции и о USB-адресе периферийного устройства.
После этого хост или периферийное устройство отправляет пакет данных в зависимости от определенного хост-контроллером типа транзакции.
Чтобы закончить транзакцию, получатель отправляет пакет установки связи, чтобы подтвердить успешную передачу или запросить повторную.
Как уже было отмечено, шина USB может поддерживать аналоговые устройства типа динамиков и микрофонов, если производители установили в них аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Это уменьшит число кабелей на столах пользователей, работающих с мультимедийными приложениями.
Топология многоуровневой звезды
Из-за большого числа и разнообразия типов устройств, поддерживаемых шиной USB, она должна использовать топологию многоуровневой звезды. Поскольку USB определяет связи из точки в точку и обеспечивает поддержку 63 устройств через единый хост-компьютер, топология многоуровневой звезды позволяет подключать периферийные устройства к хосту через другие периферийные устройства с интегрированными концентраторами, которые работают как повторители (см. диаграмму).
Кроме того, такая установка позволяет распределять питание между периферийными устройствами при помощи одного кабеля. Хотя USB распределяет питание в 5 В, большая часть периферийных устройств получит гораздо меньше, учитывая длину кабеля и разъемы.
Чтобы обеспечить питание, в некоторые периферийные устройства придется включать питаемые концентраторы. Эти концентраторы будут регулировать питание так, что периферийные устройства смогут работать с меньшим напряжением - 3,3 В. Только концентраторы клавиатур будут лишены питания, чтобы избежать затрат.
Питаемый концентратор может быть подключен к непитаемому. Имеет смысл размещать питаемые концентраторы в других периферийных устройствах, например в мониторах и принтерах, поскольку это не так повлияет на их цену.
“Подключи и работай”
Что касается конечных пользователей, то USB будет поддерживать “горячее” подключение устройств точно так же, как разъемы PC Card в блокнотных ПК поддерживают “горячее” подключение PC-карт. Это достигается за счет интеграции регистрации состояния в каждый концентратор и периодического опроса регистров состояния хост-контроллером.
Когда пользователи включают свои машины, регистратор состояния в каждом концентраторе определяет, к каким портам подключены периферийные устройства, измеряя уровень напряжения в проводах, идущих к этим портам.
Хост-контроллер может отобразить адреса устройств, опрашивая каждый концентратор и подключенные устройства, чтобы определить их функции. После этого он присваивает устройству адрес и продолжает постоянно опрашивать концентраторы, чтобы определить, какие устройства были подключены или отключены.
Говоря о ПО, нужно сказать, что в этом случае существуют два программных уровня, очень сходных с PC Card and Socket Services.
Драйвер Host Controller Driver обеспечивает интерфейс для функций микросхемы хост-контроллера. Дополнительный уровень, который пишется производителем операционной системы, будет обеспечивать связь между драйвером и операционной системой.
После внедрения этой технологии вид задней панели ПК совершенно изменится. Сейчас на большинстве ПК сзади установлены порты для клавиатуры, мыши, джойстика, два аудио, параллельный и два последовательных порта. Похоже, что все они исчезнут и их заменят всего дватри порта шины USB.
В отличие от шины Access.bus, которую поддерживают всего два производителя - корпорации Philips Electronics и Computer Access Technology, шину USB поддерживают многие поставщики, работающие в разных областях. Среди них: корпорации Intel, Microsoft, IBM, Compaq Computer, Digital Equipment и фирма Northern Telecom.
Хотя их поддержка почти гарантирует принятие технологии, USB вряд ли полностью вытеснит Access.bus, поскольку она уже была установлена в большое количество графических адаптеров и мониторов. FireWire тоже поддерживают некоторые крупные компании - Microsoft, Apple Computer, IBM, Hewlett-Packard, Philips, Sony Corp. of America и Fuji.
Майкл Кэйтон
