Шина USB. Шина PCI очень хорошо подходит для подсоединения высокоскоростных пери­ферических устройств, но использовать интерфейс PCI для низкоскоростных устройств

Шина PCI очень хорошо подходит для подсоединения высокоскоростных пери­ферических устройств, но использовать интерфейс PCI для низкоскоростных устройств ввода-вывода (например, мыши и клавиатуры) было бы слишком дорого. Изначально каждое стандартное устройство ввода-вывода подсоединялось к ком­пьютеру особым образом, при этом для добавления новых устройств использова­лись свободные слоты ISA и PCI. К сожалению, такая схема имеет некоторые недостатки. Например, каждое новое устройство ввода-вывода часто снабжено собственной платой ISA или PCI. Пользователь при этом должен сам установить переключатели и перемычки на плате и увериться, что установленные параметры не конфликтуют с другими платами. Затем пользователь должен открыть систем­ный блок, аккуратно вставить плату, закрыть системный блок, а затем включить компьютер. Для многих этот процесс очень сложен и часто приводит к ошибкам. Кроме того, число слотов ISA и PCI очень мало (обычно их два или три). Платы Plug and Play исключают установку переключателей, но пользователь все равно должен открывать компьютер и вставлять туда плату. К тому же количество сло­тов шины ограничено.

В середине 90-х годов представители семи компаний (Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Nothern Telecom) собрались вместе, чтобы разработать шину, оптимально подходящую для подсоединения низкоскоростных устройств. Потом к ним примкнули сотни других компаний. Результатом их работы стала шина USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина), которая сей­час широко используется в персональных компьютерах. Она подробно описана в книгах [7, 144].

Некоторые требования, изначально составляющие основу проекта:

1. Пользователи не должны устанавливать переключатели и перемычки на платах и устройствах.

2. Пользователи не должны открывать компьютер, чтобы установить новые устройства ввода-вывода.

3. Должен существовать только один тип кабеля, подходящий для подсоеди­нения всех устройств.

4. Устройства ввода-вывода должны получать питание через кабель.

5. Необходима возможность подсоединения к одному компьютеру до 127 устрой­ств.

6. Система должна поддерживать устройства реального времени (например, звук, телефон).

7. Должна быть возможность устанавливать устройства во время работы ком­пьютера.

8. Должна отсутствовать необходимость перезагружать компьютер после уста­новки нового устройства.

9. Производство новой шины и устройств ввода-вывода для нее не должно тре­бовать больших затрат.

Шина USB удовлетворяет всем этим условиям. Она разработана для низко­скоростных устройств (клавиатур, мышей, фотоаппаратов, сканеров, цифровых телефонов и т. д.). Общая пропускная способность шины составляет 1,5 Мбайт/с. Этого достаточно для большинства таких устройств. Предел был выбран для того, чтобы снизить стоимость шины.

Шина USB состоит из центрального хаба¹, который вставляется в разъем глав­ной шины (см. рис. 3.47). Этот центральный хаб (часто называемый корневым кон­центратором) содержит разъемы для кабелей, которые могут подсоединяться к устройствам ввода-вывода или к дополнительным хабам, чтобы обеспечить боль­шее количество разъемов. Таким образом, топология шины USB представляет со­бой дерево с корнем в центральном хабе, который находится внутри компьютера. Коннекторы кабеля со стороны устройства-отличаются от коннекторов со сторо­ны хаба, чтобы пользователь случайно не подсоединил кабель другой стороной. Кабель состоит из четырех проводов: два из них предназначены для передачи данных, один — для источника питания (+5 В) и один — для «земли». Система передает 0 изменением напряжения, а 1 — отсутствием изменения напряжения, по­этому длинная последовательность нулей порождает поток регулярных импульсов.

Когда подсоединяется новое устройство ввода-вывода, центральный хаб (кон­центратор) распознает это и прерывает работу операционной системы. Затем операционная система запрашивает новое устройство, что оно собой представляет и какая пропускная способность шины для него требуется. Если операционная система решает, что для этого устройства пропускной способности достаточно, она приписывает ему уникальный адрес (1-127) и загружает этот адрес и другую ин­формацию в регистры конфигурации внутри устройства. Таким образом, новые устройства могут подсоединяться «на лету», при этом пользователю не нужно устанавливать новые платы ISA или PCI. Неинициализированные платы начина­ются с адреса 0, поэтому к ним можно обращаться. Многие устройства снабжены встроенными сетевыми концентраторами для дополнительных устройств. Напри­мер, монитор может содержать два хаба для правойги левой колонок.

Шина USB представляет собой ряд каналов от центрального хаба к устройствам ввода-вывода. Каждое устройство может разбить свой канал максимум на 16 под­каналов для различных типов данных (например, аудио и видео). В каждом кана­ле или подканале данные перемещаются от центрального концентратора к устрой­ству или обратно. Между двумя устройствами ввода-вывода обмена информацией не происходит.

Ровно через каждую миллисекунду (±0,05 мс) центральный концентратор пере­дает новый кадр, чтобы синхронизировать все устройства во времени. Кадр состоит из пакетов, первый из которых передается от концентратора к устройству. Следу­ющие пакеты кадра могут передаваться в том же направлении, а могут и в проти­воположном (от устройства к хабу). На ри. показаны четыре последователь­ных кадра.

Дата добавления: 2014-01-20