Главная страницаОбратная связьКарта сайта

Технические характеристики USB



Технические характеристики USB


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 обособленными 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. Метод 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-четыре порта USB, каждый из которых может быть подключен либо к функциональному устройству, либо к другому концентратору.

В некоторых системах один или два порта USB вынесены на переднюю панель, что очень удобно для временного подключения таких устройств, как видеокамеры и флэш-карты. Внешние концентраторы (также называемые общими) расширяют систему, позволяя подключать дополнительные устройства. 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.

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.

Различные типы устройств USB потребляют разный ток, измеряемый в миллиамперах (мА). Устройства, питаемые от шины USB, могут потреблять как 500 мА, т.е. столько, сколько им может предложить порт USB, так и 100 мА и менее электроэнергии. Устройства, имеющие автономное питание, черпают энергию и из порта USB, однако в крайне малых дозах (около 2 мА).

Поддержка шиной USB технологии PnP позволяет системе опрашивать подключенные периферийные устройства на предмет их потребности в электроэнергии и выдавать предупреждение, если доступный уровень энергопотребления превышен. Особую важность это имеет в портативных системах, емкость аккумуляторных батарей которых ограничена, к тому же между концентраторами существуют различия.

Корневые концентраторы имеют автономное питание (т.е. подключены к розетке через адаптер последовательного тока), что позволяет им подавать на каждый свой порт ток величиной 500 мА. В то же время концентраторы, питаемые от шины (т.е. не имеющие собственного адаптера), обеспечивают только 100 мА на порт, так как сами должны распределять от­веденный им шиной объем электроэнергии между всеми своими портами. Если подключить к порту устройство, потребляющее больше электроэнергии, чем может обеспечить порт, оно работать не будет (в худшем случае устройство вообще может быть повреждено). К примеру, содержимое флэш-памяти (потребляющей 200–500 мА) может быть уничтожено, если под­ключить ее к питаемому от шины порту USB (способному подать только 100 мА). Некоторые производители стали обеспечивать свои флэш-карты защитой по цепи тока, однако риск разрушения информации все равно остается. Так что не рекомендую вставлять флэш-карты в питаемые от шины концентраторы.

Чтобы узнать потребности в электропитании конкретного устройства перед его покупкой, обратитесь к его спецификации или свяжитесь с производителем. Чтобы узнать ток, подаваемый на каждый порт, и потребности в электропитании подключенных устройств USB в Windows, откройте панель управления, а затем окно свойств каждого корневого и общего концентраторов. После этого перейдите во вкладку Электропитание. В верхней части вкладки отображается объем электроэнергии, подаваемой на каждый порт, а в списке перечислены устройства, подключенные к концентратору, и потребляемый ими ток (рис. 15.2).




Рис. 15.2. Примеры параметров электропитания концентраторов и устройств USB в окнах свойств Windows Vista (слева) и Windows XP (справа)

Поскольку существует большой разброс в потребностях питания устройств и существует вероятность их повреждения, рекомендуется использовать только концентраторы с автономным электропитанием. Также не забывайте, что на рынке еще осталось множество концентраторов, поддерживающих только интерфейс USB 1.1. Даже если к такому концентратору подключить быстродействующее устройство USB 2.0, оно все равно будет работать на малой скорости концентратора.

Устройства, потребляющие 100 мА и более (на рис. 15.2 это веб-камера и съемное запоминающее устройство), должны подключаться только к корневому концентратору или концентратору с автономным электропитанием. Все остальные устройства можно подключать и к концентраторам, питаемым от шины USB. Такие порты можно иногда найти на клавиатуре и мониторах.

Совет

Если устройство, подключенное к концентратору USB, внезапно перестало работать, проверьте подключение его источника питания оно могло нарушиться. В таких случаях концентратор с автономным питанием начинает получать питание от шины и обеспечивать только 100 мА на порт вместо 500 мА.

Новому подключенному концентратору присваивается уникальный адрес; устройства можно масштабировать до пяти уровней в глубину (рис. 15.3). Концентратор выступает в роли двунаправленного ретранслятора и передает 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. На рис. 15.3 узлом является ПК. Концентраторами являются компьютер, обособленные концентраторы и устройства, содержащие концентраторы. Функциями являются устройства, подключенные к корневому или общему концентратору.

Примечание

Концентратор USB 1.1 поддерживает как высокоскоростную (12 Мбит/с), так и низкоскоростную (1,5 Мбит/с) передачу данных. Концентратор USB 2.0 поддерживает три скорости: собственную (480 Мбит/с), а также 12 Мбит/с и 1,5 Мбит/с USB 1.1.

Максимальная длина кабеля между двумя высокоскоростными устройствами (USB 2.0 480 Мбит/с), USB 2.0 и USB 1.1 (работающим на предельной скорости 12 Мбит/с) или таким устройством и концентратором — пять метров. В кабеле используется экранированная витая пара (толщина провода — 20 единиц). Максимальная длина кабеля для низкоскоростных (1,5 Мбит/с) устройств при использовании нескрученной пары проводов — три метра (табл. 15.5).

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).

Такая скорость подходит для внешних дисков, флэш-карт, фотопринтеров и сканеров. За редким исключением практически все современные материнские платы и карты расширения поддерживают стандарт USB 2.0. Обособленные концентраторы также, как правило, совместимы со стандартом USB 2.0, однако на рынке все еще можно встретить и концентраторы USB 1.1. Одним из свойств USB 2.0 является возможность выполнения параллельных операций, что позволяет устройствам USB 1.1 передавать данные одновременно, не переполняя канал шины USB.

Таблица 15.5. Зависимость максимальной длины кабеля от удельного сопротивления проводов



Семейство спецификаций USB (USB 1.1, USB 2.0 и USB On-the-Go) содержит несколько типов разъемов. Изначально были определены четыре типа разъемов (штепселей) USB — А и В, Mini-A и Mini-B. Разъем типа А используется для организации входящего потока данных между устройством и портом/концентратором USB. Порты USB, имеющиеся в системных платах и концентраторах, обычно относятся к типу А. Разъемы типа В разработаны для передачи нисходящего потока данных к устройству с отсоединяемыми кабелями. Мини-разъемы являются просто уменьшенной версией стандартных разъемов, имеющей физически меньший формфактор. Ими оснащаются малогабаритные устройства, такие как цифровые фотокамеры, карманные компьютеры и проигрыватели мультимедиа. Для устройств USB On-the-Go был разработан специальный разъем Mini-AB, что позволяет им обслуживать входящий и нисходящий потоки по отношению к другому устройству.

В апреле 2006 года семью разъемов USB пополнили Micro-B и Micro-AB, а в мае 2007 года Mini-A и Mini-AB были удалены из списка поддерживаемых. Таким образом, по состоянию на средину 2007 года в число поддерживаемых разъемов входят следующие: тип A, тип B, Mini-B, Micro-B и MicroAB (последний используется только в устройствах On-the-Go).

Разъемы USB совсем небольшие (особенно мини- и микроразъемы), что выгодно отличает их от последовательных и параллельных кабелей, которые, кроме всего прочего, приходится прикреплять винтами или держателями. У разъема USB нет контактов, которые могут погнуться или сломаться, поэтому надежность разъема очень высока. Внешний вид разъемов и портов USB представлен на рис. 15.4.

Обратите внимание, что гнездо Mini-AB характеризуется двойным назначением, т.е. поддерживает как разъем Mini-A, так и разъем Mini-B. Аналогично гнездо Micro-AB поддерживает Micro-A и Micro-B. Новые мини- и микроразъемы и гнезда имеют внутри соединителей пластиковые элементы, цветовая маркировка которых приведена в табл. 15.6.

Таблица 15.6. Цветовая маркировка штекеров и гнезд USB типа Mini-A/B




В табл. 15.7 и 15.8 представлены схемы расположения выводов для разъемов и кабелей USB. В большинстве систем присутствует одна или две пары разъемов типа A на задней панели системного блока. Кроме того, у некоторых компьютеров есть одна или две пары разъемов на передней панели для удобства подключения переносных устройств.

Устройства USB удовлетворяют требованиям технологии Plug and Play компании Intel, в том числе требованию горячего” подключения, при котором они могут подсоединяться к компьютеру без выключения питания и перезагрузки системы. Нужно просто подключить устройство, после чего контроллер USB, установленный в компьютере, самостоятельно его обнаружит, а также добавит необходимые для работы ресурсы и драйверы.

Операционные системы Windows 95B и 95C обеспечивают весьма ограниченную поддержку стандарта USB 1.1; необходимые драйверы не входят в состав изначальных версий Windows 95 и 95А. В Windows 95B драйверы USB не устанавливаются автоматически и поставляются отдельно, хотя в последней версии — Windows 95C — обеспечена встроенная поддержка USB. Большинство устройств USB не будут работать с любой версией Windows 95, даже несмотря на установленные драйверы поддержки USB.

Операционная система Windows 98 и более поздние версии имеют встроенную поддержку стандарта USB 1.1. Тем не менее для поддержки USB 2.0 требуются дополнительные драйверы, которые, как правило, можно загрузить с помощью сервисной программы обновления Windows (Windows Update). Windows Vista, естественно, поддерживает стандарт USB 2.0.

Поддержка универсальной последовательной шины необходима и в BIOS для таких устройств, как клавиатура и мышь. Такая поддержка содержится во всех новых системах, имеющих встроенные порты USB. Существуют также платы USB, с помощью которых можно добавить возможности универсальной последовательной шины в уже существующие компьютеры. К USB можно подключить такие периферийные устройства, как модемы, телефоны, сканеры, клавиатуры и устройства управления указателем (мыши).

Благодаря устройствам USB осуществляется самоопределение периферийного оборудования, что значительно упрощает его установку. Это означает, что не нужно устанавливать уникальные адреса для каждого периферийного устройства — USB делает это автоматически. Причем при подключении или отключении устройств USB не нужно выключать компьютер или перезагружать систему. Тем не менее для предотвращения потери данных при использовании накопителей и запоминающих устройств USB следует обратиться к значку Безопас-ное извлечение устройства, находящемуся в области уведомлений Windows. Щелкните мышью на имени устройства, выберите команду Остановить, а затем щелкните на кнопке OK. Подождите, пока система не определит, что устройство прекратило работу, после чего отсоедините его от компьютера.

Примечание

Несмотря на то что все устройства USB поддерживают технологию Plug and Play и ‘‘горячее’’ подключение, для некоторых из них необходимо устанавливать драйверы. Если в документации к устройству указано, что драйвер должен быть установлен первым, обязательно выполните эту операцию, в противном случае система не сможет распознать устройство. Даже если драйверы входят в комплект поставки устройства, рекомендуется всегда сразу же проверять наличие обновлений на сайте производителя.

Включение поддержки USB


Многие компьютеры, выпущенные еще до того, как в середине 1998 года была представлена система Windows 98, содержат заблокированные встроенные порты USB. Следует заметить, что по внешнему виду компьютера нельзя определить, какие из систем имеют встроенную поддержку USB. В частности, это касается системных плат формфактора Baby-AT. Свя­зано это с тем, что данные системы не были оснащены кабельными разъемами USB, необходимыми для вывода соединителей корневого концентратора USB из системной платы на заднюю панель системного блока.

В том случае, если поддержка USB в базовой системе ввода-вывода отключена, перезапустите компьютер, откройте соответствующий экран настроек BIOS и установите необходимые параметры USB. Задайте при необходимости прерывания USB. После перезапуска компьютера, который уже знает” о существовании USB, операционная система распознает корневой концентратор USB. Если используется Windows 98 или более новая операционная система,драйверы USB будут установлены автоматически; в Windows 95 это придется сделать вручную. Драйверы USB 2.0 не входят в изначальную версию Windows XP, но доступны через обновление системы или установку пакета обновлений SP2. Платы расширения USB могут включать в комплект поставки собственные драйверы, которые следует установить.

Обнаруженные” порты USB могут быть использованы сразу же после инсталляции драйверов и перезагрузки компьютера (конечно, при наличии соответствующих разъемов USB). В том случае, если системная плата не оснащена разъемами USB, следует приобрести соответствующие кабельные разъемы. Не забудьте перед этим проверить конфигурацию выводов разъема USB на системной плате. Стандартным является расположение в два ряда по пять контактов. Кабельные разъемы, совместимые со стандартными монтажными колодками USB, поставляются компаниями Belkin, CyberGuys и Cables To Go. Типичный комплект кабельных разъемов USB показан на рис. 15.5.


Порты USB

Разъемы для подключения к системной плате

Рис. 15.5. Набор кабельных разъемов USB, используемый для подключения устройств ко встроенным портам USB системной платы

Несомненным достоинством интерфейса типа USB является то, что для обслуживания всех устройств универсальной последовательной шины требуется всего одно прерывание. Это означает, что можно присоединить 127 устройств, и все они будут использовать одно прерывание. В современных ПК так часто не хватает свободных адресов прерываний, что это, пожалуй, самое ценное достоинство USB.

Интерфейс USB может быть адаптирован к периферийным устройствам более ранних версий. Подробную информацию по этому вопросу можно найти в разделе Адаптеры USB”, приведенном далее.

USB 2.0/Hi-Speed USB

Спецификация USB 2.0 обратно совместима с USB 1.1 и использует те же кабели, разъемы и программное обеспечение, но работает в 40 раз быстрее оригинальной спецификации версий 1.0 и 1.1. Такое повышение производительности позволяет использовать более современные периферийные устройства — камеры для видеоконференций, сканеры, принтеры, устройства хранения данных. Для конечного пользователя USB 2.0 ничем не отличается от 1.1, за исключением производительности. Все существующие устройства USB 1.1 работают с шиной USB 2.0, так как этот стандарт поддерживает и более медленные соединения. Сравнительные значения производительности разных версий USB приведены в табл. 15.9.

Таблица 15.9. Скорость передачи данных различных версий USB



Если в системе или на материнской плате имеются порты USB 2.0 (Hi-Speed USB), необходимо обеспечить поддержку USB 2.0 в системной BIOS и установить соответствующий драйвер. В противном случае быстродействие портов USB 2.0 будет равнозначно быстродействию USB 1.1.

Для работы с высокопроизводительными устройствами USB 2.0 необходим концентратор, поддерживающий эту же версию спецификации USB. Можно использовать старый концентратор USB 1.1, но повышения производительности устройств USB 2.0 достичь не удастся (максимальная скорость передачи данных будет ограничена 1,5 Мбайт/с). Устройства, под­ключенные к концентратору USB 2.0, будут работать на своей максимальной скорости — до 60 Мбайт/с для USB 2.0 и до 1,5 Мбайт/с для USB 1.1.

Концентратор USB 2.0 обслуживает высокоскоростные транзакции на частоте USB 2.0 и может доставлять их к периферийным устройствам USB 2.0 и USB 1.1. Для одновременной совместной работы устройств USB 2.0 и 1.1, подключенных к высокопроизводительному концентратору USB 2.0, используется сложная система буферизации входящих данных. Таким образом, каждое устройство будет работать на максимально возможной скорости. При взаимодействии с подключенным периферийным устройством USB 2.0 концентратор просто повторяет высокоскоростные сигналы; в то же время при обработке данных, передаваемых к устройству USB 1.1 и от него, концентратор буферизирует транзакцию и уменьшает скорость передачи данных от высокоскоростного хост-контроллера 2.0 (в ПК) к устройству USB 1.1 с помощью компонента, называемого преобразователем транзакций (TT). Таким образом, устройства USB 1.1 могут одновременно работать с периферийными устройствами стандарта USB 2.0, что не отразится существенно на пропускной способности сети. Устройства и кон­центраторы USB 2.0 были представлены ведущими производителями и в настоящее время получили самое широкое распространение. Некоторые производители плат расширения USB 2.0 оснащают платы как внутренними, так и внешними портами USB.

Примечание

Если в концентраторе для всех портов используется всего один преобразователь транзакций, производительность USB 1.1 уменьшается. Высокую производительность обеспечивают только концентраторы, в которых для каждого порта USB существует отдельный преобразователь; разумеется, такие концентраторы и стоят дороже.

Как определить поддержку устройством конкретного стандарта USB? В конце 2000 года организация USB Implementer’s Forum (USB-IF), которая является владельцем и разработчиком стандартов USB, представила новые логотипы для изделий, прошедших сертификационные испытания. Эти логотипы (USB, USB OTG и Wireless USB) наносятся на упаковку изде­лий, прошедших сертификацию.



Обсудить статью на форуме


Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Технические характеристики USB", оказалась полезной или интересной, Вы можете поставить закладку в социальной сети или в своём блоге на данную страницу:

Так же Вы можете задать вопрос по статье через форму обратной связи, в сообщение обязательно указывайте название или ссылку на статью!
   


Copyright © 2008 - 2019 Дискета.info