USB шина - всичко за ИТ и програмиране
Написано на 05 август 2006 г. Публикувано в Разширителни гуми
Основната цел на стандарта, поставен пред неговите разработчици, е да създаде реална възможност за потребителите да работят в режим Plug&Play с периферни устройства. Това означава, че трябва да е възможно да свържете устройството към работещ компютър, да го разпознаете автоматично веднага след свързването и след това да инсталирате подходящите драйвери. Освен това е желателно захранването на устройства с ниска мощност да се захранва от самата шина. Скоростта на шината трябва да е достатъчна за по-голямата част от периферните устройства. По пътя историческият проблем с липсата на ресурси във вътрешните шини на IBM PC съвместим компютър е решен - USB контролерът приема само едно прекъсване, независимо от броя на устройствата, свързани към шината.
Почти всички задачи бяха решени в стандарта USB и през пролетта на 1997 г. започнаха да се появяват компютри, оборудвани с конектори за свързване на USB устройства (вижте снимката вляво), но периферните устройства с USB връзка се появиха едва в средата на 1998 г. Какъв е проблема? Защо едва в края на 1998 г. производителите на оборудване започнаха да предлагат по-активно устройства с USB интерфейс на пазара? Има няколко обяснения за това:
Няма нужда потребителите на настолни компютри да имат напълно активирани Plug&Play устройства. Периферните устройства са свързани към настолен компютър, като правило, сериозно и за дълго време и по-голямата част от потребителите нямат специална нужда от чести промени в периферните устройства.
по-висока цена на USB устройства в сравнение с подобни устройства със стандартни интерфейси
Сега USB се внедрява активно от производителите на компютрипериферия. Сензацията беше наличието в компютъра iMAC на компанията Apple Computers само USB като външна шина.
Спецификации
Възможностите на USB следват от неговите спецификации:
Висока скорост на обмен (битрейт на сигнализиране при пълна скорост) - 12 Mb/s
Максимална дължина на кабела за високоскоростен обмен - 5м
Нискоскоростна сигнализация - 1,5 Mb/s
Максимална дължина на кабела за ниска скорост на предаване - 3м
Максимален брой свързани устройства (включително умножители) - 127
Възможно е да се свързват устройства с различни скорости на предаване
Няма нужда потребителят да инсталира допълнителни елементи като терминатори за SCSI
Захранващо напрежение за периферни устройства - 5 V
Максималната консумация на ток на устройство е 500 mA (това не означава, че устройства с обща консумация на ток 127 x 500 mA=63,5 A могат да се захранват през USB)
Топология
Тази икона официално обозначава USB шината както в Windows 98, така и на задните стени на компютрите (за съжаление, не всички), както и на всички USB конектори. Тази икона всъщност представя правилно идеята за USB топологията. Топологията на USB е практически същата като топологията на конвенционалната LAN мрежа с усукана двойка, обикновено наричана "звезда". Дори терминологията е подобна - развъдчиците на автобуси се наричат още HUBs.
Обикновено дървото за свързване на USB устройства към компютър може да бъде изобразено по следния начин (цифрите показват периферни устройства с USB интерфейс):
Вместо някое от устройствата може да има и HUB. Основната разлика от топологията на конвенционалната локална мрежа е, че може да има само един компютър (или хост устройство). HUB може да бъде катоотделно устройство със собствено захранване или вградено в периферно устройство. Най-често HUB-овете се вграждат в монитори и клавиатури.
Фигурата по-горе показва пример за правилно свързване на периферни устройства към условна USB мрежа. Тъй като USB обменът на данни е само между компютър и периферно устройство (няма обмен между устройства), устройствата с големи обеми на получаване и / или предаване на данни трябва да бъдат свързани или към самия компютър, или към най-близкия свободен възел. В този случай колоните имат най-голям трафик (
1.3 Mb/s), след това идва модемът и скенерът, свързани към HUB в монитора и допълват веригата от клавиатура, джойстик и мишка, чийто трафик е близо до нула. Може да възникне въпросът - защо високоговорителите имат толкова висок трафик? Факт е, че високоговорителите с USB интерфейс са значително по-различни от обикновените. Звукова карта НЕ е ИЗИСКВАНА за използване на тези високоговорители. Драйверът на високоговорителя изпраща дигитализирания звук директно към високоговорителите, където той се преобразува в аналогов сигнал с помощта на ADC (ADC) и се подава към високоговорителите.
Кабели и конектори
USB сигналите се предават по 4-жилен кабел, показан схематично на фигурата по-долу:
Тук GND е веригата "тяло" за захранване на периферни устройства, VBus е + 5V също за захранващи вериги. Шината D+ е за пренос на данни по шина, а D-шината е за приемане на данни. Пълноскоростният кабел е направен като усукана двойка, екраниран и може да се използва и за работа с ниска скорост. Кабелът за работа само при минимална скорост (например за свързване на мишка) може да бъде всякакъв и неекраниран. Конекторите, използвани за свързване на периферни устройства, са показани на фигуратаПо-долу.
Съединители от серия A
Съединители от серия B
са предназначени САМО за връзка с източника, т.е. компютър или ХЪБ.
предназначен САМО за свързване към периферно устройство