Наши статьи
USB — Universal Serial Bus

USB — аббревиатура словосочетания Universal Serial Bus, произносится «ю-эс-би». Это словосочетание переводится с английского как «универсальная последовательная шина» и  представляет собой последовательный интерфейс передачи данных в вычислительной технике, предназначенный для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. Символом  USB является древовидная блок-схема, на концах которой расположены 4 геометрические фигуры: квадрат, треугольник, малый круг и большой круг.

Спецификации на шину USB разрабатываются  в рамках Implementers Forum (USB-IF).  Это некоммерческая международная организации USB, которая объединяет не только разработчиков, но и производителей  всех видов оборудования с шиной USB.

Для того, чтобы подключить любое периферийное устройство к USB нужен четырёхпроводной кабель. Два провода в нем (витая пара) предназначены для приема и передачи данных при дифференциальном включении, а еще два используются для питания этого устройства. То есть, USB дает возможность  подключать периферийное устройство без собственного источника питания. Но существует ограничение по потребляемой таким устройством по линиям шины максимальной силе тока. Она не должна быть более 500 мА.

Всего к  одному контроллеру USB шины по топологии «звезда» можно подсоединить почти 127 различных устройств, а также  концентраторы. То есть, на одной шине USB может быть подключено около  127 устройств и каскадированных хабов, без корневого, до 5 уровней.

Сейчас широко используются устройства, которые работают на шине USB 2.0. Но уже появились такие устройства, которые произведены в соответствии со спецификацией USB 3.0.

Основные сведения

Как уже говорилось, кабель USB —  это 4 медных проводника: 2 проводника данных в витой паре, 2 проводника питания и  заземленная оплётка (экран).

У USB кабелей разные физически наконечники: к устройству и к хосту. USB устройство может быть реализовано с наконечником «к хосту», встроенным в корпус, то есть без кабеля. Стандарт запрещает для устройств full и high speed неразъёмное встраивание кабеля в устройство (как в мышь), но производители зачастую игнорируют это запрещение. Бывают и так называемые «пассивные» USB удлинители, которые имеют разъёмы и от хоста и к хосту, хотя такие кабели тоже запрещены стандартом.

USB шина, как правило, всегда ориентирована строго. То есть, существуют понятия главного устройства (контроллер USB, он же хост,  чаще всего встроен в материнскую плату в микросхему южного моста) и периферийных устройств.

Топологию USB шина имеет древовидную, потому что в качестве периферийного устройства может быть сложное электронное устройство – разветвитель (hub). Он, как правило, имеет некоторое количество нисходящих разъемов от хоста.

Соединить два компьютера, или два периферийных устройства, невозможно пассивной USB шиной. Для соединения двух компьютеров есть  активные USB кабели. В них сложная электроника, эмулирующая (монтирующая) Ethernet адаптер, и для них нужно с обеих сторон установить драйверы.

Периферийные устройства, конечно, могут иметь питание от USB шины. Но может потребоваться и внешний источник питания.

Поддерживает USB и дежурный режим для устройств и для разветвителей (по команде с шины и со снятием основного питания).  При этом сохраняется  дежурное питание и включение по команде с шины.

Благодаря увеличенной длине заземляющего контакта разъёма по отношению к сигнальным, кабель USB может поддерживать так называемое «горячее» подключение и отключение устройств.

Когда подключается разъём USB, то замыкаются первыми заземляющие контакты, тогда потенциалы корпусов двух устройств выравниваются и когда сигнальные проводники соединяются дальше, это не приведет к перенапряжениям, даже если устройства запитаны от разных фаз силовой трёхфазной сети.

Время работы USB шины делится на периоды. Сначала  контроллер передаст шине пакет «начало периода». Потом, в течение данного периода, идет передача пакетов прерываний, затем, в требуемом количестве, изохронные, а в оставшееся в периоде  время передаются управляющие пакеты и только в самую  последнюю очередь — поточные.

Самая активная сторона шины – это  контроллер. Передача любого пакета данных от устройств к контроллеру реализуется как короткий вопрос контроллера и длинный ответ устройства, который содержит данные. Аппаратура контроллера и программное обеспечение драйвера совместно создают расписание движения пакетов для каждого периода USB шины. Драйвер формирует сложный DMA со сложной DMA – программой, которые и используют многие контроллеры.

Для оконечной точки размер пакета  — это константа, которая вшита в таблицу оконечных точек устройств. Изменению она не подлежит. Размер пакета выбирает  разработчик устройства из тех, которые поддерживаются стандартом USB.

Недостатки USB 2.0

Пиковая пропускная способность USB 2.0 — 480 Мбит/с (60 Мбайт/с). Но практически обеспечить такую пропускную способность, или близкую к таковой, не удаётся. На практике получается  примерно 33,5 Мбайт/сек.  Дело в достаточно больших задержках USB шины между запросом на передачу данных и началом передачи.

Хотя, к примеру,  шина FireWire, обеспечивает большую пропускную способность при обмене информацией с жестким диском, другими устройствами хранения, несмотря на то, что обладает меньшей пиковой пропускной способностью: 400 Мбит/с. Это меньше, чем у USB 2.0, на 80 Мбит/с (10 Мбайт/с).

Недостаточная практическая пропускная способность USB 2.0 является своеобразным «упором» для разнообразных мобильных накопителей данных.

Просмотров: 1649