Еще одно преимущество последовательного способа передачи данных - возможность использования только одно- или двухпроводного канала, поэтому помехи, возникающие при передаче, очень малы, чего нельзя сказать о параллельном соединении.

Стоимость параллельных кабелей довольно высока, поскольку провода, предназначенные для параллельной передачи, не только используются в большом количестве, но и специальным образом укладываются, чтобы предотвратить возникновение помех, а это весьма трудоемкий и дорогостоящий процесс. Кабели для последовательной передачи данных, напротив, очень дешевые, так как состоят из нескольких проводов и требования к их экранированию намного ниже, чем у используемых для параллельных соединений.

Именно поэтому, а также учитывая требования внешнего периферийного интерфейса Plug and Play и необходимость устранения физического нагромождения портов в портативных компьютерах, были разработаны эти две высокоскоростные последовательные шины, используемые уже сегодня. Несмотря на то что шина IEEE 1394 была изначально предназначена для узкоспециализированного использования (например, с видеокамерами стандарта DV), в настоящий момент она применяется и с другими устройствами, например с профессиональными сканерами и внешними жесткими дисками.

Универсальная последовательная шина USB

В USB реализована возможность подключения большого количества периферийных устройств к компьютеру. При подключении устройств к USB не нужно устанавливать платы в разъемы системной платы и реконфигурировать систему; кроме того, экономно используются такие важные системные ресурсы, как IRQ (запросы прерывания). При подключении периферийного оборудования к персональным компьютерам, оснащенным шиной USB, его настройка происходит автоматически, сразу после физического подключения, без перезагрузки или установки. Шина USB позволяет одновременно использовать до 127 устройств, причем такие периферийные устройства, как монитор или клавиатура, могут предоставлять дополнительные разъемы и выступать в качестве концентраторов USB. Кабели, разъемы, концентраторы и периферийные устройства, поддерживающие USB, можно определить по значку, показанному на рис. 17.1. Обратите внимание на символ плюса, добавленный ко второму значку - он означает стандарт USB 2.0 (высокоскоростной стандарт).

Основным инициатором разработки стандарта USB выступила Intel. Начиная с набора микросхем системной логики Triton II (82430HX), в котором стандарт USB был воплощен в микросхеме PIIX3 South Bridge, компания Intel поддерживает этот стандарт во всех своих наборах микросхем системной логики.

Совместно с Intel над созданием универсальной последовательной шины работало еще семь компаний, среди которых Compaq, Digital, IBM, Microsoft, NEC и Northern Telecom.

Поддержка USB 1 .xПоддержка USB 2.0 и 1 .x

Рис. 17.1. Логотип устройств USB

Ими был создан USB Implement Forum (USB-IF), целью которого является развитие, поддержка и распространение архитектуры USB.

Первая версия USB анонсирована в январе 1996 года, а версия 1.1 - в сентябре 1998. В этой спецификации более подробно описаны концентраторы и другие устройства. Большинство USB-устройств должны быть совместимы со спецификацией 1.1, даже если они выпущены до ее официального опубликования. В появившейся относительно недавно спецификации USB 2.0 скорость передачи данных в 40 раз выше, чем в оригинальной USB 1.0; кроме того, обеспечивается полная обратная совместимость устройств. Платы расширения PCI (для настольных систем) и платы PC Card Cardbus-совместимых портативных компьютеров позволяют модернизировать компьютеры ранних версий, не имеющие встроенных разъемов USB. В настоящее время практически все системные платы имеют в стандартной комплектации четыре и больше портов USB 2.0.

USB 1.1

Универсальная последовательная шина версии 1.1 - это интерфейс, работающий со скоростью 12 Мбит/с (1,5 Мбайт/с) и основанный на простом 4-проводном соединении. Эта шина поддерживает до 127 подключаемых устройств и использует топологию звезды, построенную на расширяющих концентраторах, которые могут входить в персональный компьютер, любое периферийное устройство USB и даже быть отдельными устройствами.

Для таких низкоскоростных периферийных устройств, как клавиатура и мышь, в универсальной последовательной шине предусмотрен более "медленный" подканал, работающий со скоростью 1,5 Мбит/с.

В USB используется кодирование данных NRZI (Non Return to Zero Invent). В этом методе кодирования изменение уровня напряжения соответствует 0, а его отсутствие - 1. NRZI представляет собой весьма эффективную схему кодирования данных, поскольку при ее использовании не нужны дополнительные сигналы, например синхроимпульсы. Последовательность нулей означает переход с одного уровня на другой каждый бит времени; последовательность единиц означает длительный промежуток времени, при котором изменения данных не происходит. Этот эффективный метод кодирования передачи данных отменяет необходимость в дополнительных тактовых импульсах, которые занимали бы время и уменьшали пропускную способность шины.

Для одновременного подключения нескольких устройств USB необходимо использовать концентратор. С помощью концентратора к одному порту USB можно подключить клавиатуру, мышь, цифровую камеру, принтер, телефон и т. д. В компьютере устанавливается модуль, называемый корневым концентратором, - начальная точка для подключения всех остальных устройств. Практически все системные платы имеют два или четыре порта USB. В некоторых системах два или более портов USB размещены на передней панели компьютера, что очень удобно для подключения таких устройств, как цифровые камеры или считыватели данных с flash-карт.

Благодаря звездообразной топологии концентраторы позволяют подключить множество устройств. Каждая точка подключения именуется портом. Большинство концентраторов имеют четыре или восемь портов, что далеко не предел. Кроме того, к портам одного концентратора можно подключать дополнительные концентраторы. Концентратор управляет как непосредственно подключением, так и распределением энергии между подключенными устройствами. Типичный концентратор показан на рис. 17.2.

Рис. 17.2. Типичный концентратор

Кроме предоставления дополнительных портов для подключения периферийных устройств, концентратор занимается распределением энергии. Он динамически распознает подключенное периферийное устройство и после инсталляции предоставляет ему по меньшей мере 0,5 Вт. В целом концентратор может подавать до 2,5 Вт энергии, что зависит от программного драйвера устройства.

Совет

Для повышения надежности передачи данных рекомендуется использовать концентратор с собственным энергообеспечением, подключенный в адаптер AC. Концентраторы, питание к которым подается по шине, подключенной к разъему USB основного концентратора системы, далеко не всегда могут обеспечить достаточную мощность энергоемким устройствам наподобие оптической мыши.

Новому подключенному концентратору присваивается уникальный адрес; устройства можно масштабировать до пяти уровней в глубину (рис. 17.3). Концентратор выступает в роли двунаправленного ретранслятора и транслирует сигналы USB как во входном (к ПК), так и в нисходящем (к устройству) потоках. Кроме того, концентратор осуществляет контроль за сигналами и обрабатывает адресованные ему транзакции. Все другие транзакции передаются к подключенным устройствам. Концентратор USB 1.1 поддерживает как высокоскоростную передачу данных (12 Мбит/с), так и низкоскоростную (1,5 Мбит/с).

Максимальная длина кабеля между двумя работающими на предельной скорости (12 Мбит/с) устройствами или устройством и концентратором - пять метров. В кабеле используется экранированная витая пара (толщина провода - 20). Максимальная длина кабеля для низкоскоростных (1,5 Мбит/с) устройств при использовании нескрученной пары проводов - три метра. Причем эти расстояния уменьшаются, если используется более тонкий провод (табл. 17.1).

Скорость передачи данных, поддерживаемая стандартом USB 1.1, меньше, чем при передаче данных по FireWire или SCSI, но, несмотря на это, такой скорости вполне достаточно для подключения периферийных устройств. Интерфейс USB 2.0 работает примерно в 40 раз быстрее, чем USB 1.1; скорость передачи данных достигает 480 Мбит/с (или 60 Мбайт/с). К сожалению, стандарт USB 2.0 все еще не получил достаточно широкого