Евгений ПЕТРОВ
Музыкальное Оборудование
ноябрь 1999
USB — сокращение от Universal Serial Bus (универсальная последовательная шина). Время рождения — 1995 год. Родители — альянс компаний, производящих компьютерное оборудование. В их число вошли Compaq, Digital, IBM, Intel, Microsoft, NEC, Northern Telecom.
К моменту создания первой версии стандарта USB, уже было ясно, что многообразные коннекторы, заполонившие заднюю стенку ставших такими популярными персональных компьютеров, на самом деле не нужны. Чехарда с подключением не только утомляет пользователя, но и снижает прибыли производителей, так как во многих случаях пользователи вынуждены отказываться от установки каких-то дополнительных устройств просто в силу того, что их невозможно подключить из-за острого дефицита компьютерных ресурсов. Особенно остро вопрос встал в связи с массовым распространением портативных компьютеров, на которых в силу малых габаритов практически отсутствовала возможность размещения традиционных коннекторов. Тем самым, важнейший сегмент рынка оказался отсечен от многого из того, что было доступно пользователям настольных компьютеров. Потребителя это категорически не устраивало, так как в том, что он должен иметь принтер, сканер или модем в двух вариантах (настольном и переносном), убедить его было невозможно.
Технический анализ показал, что почти любую периферию можно уложить в канал с пропускной способностью 10-12 мегабод (1 бод = 1 бит/сек), или же примерно 1,5 мегабайта в секунду. Напомню, что это примерно в пять раз превышает поток с флоппи-диска, в восемь раз — звуковой поток с компакт-диска, и соответствует средней производительности массовых жестких дисков того периода. Именно на такую пропускную способность был ориентирован первый вариант нового стандарта. Легкость подключения и простоту конструкции можно было обеспечить только при помощи последовательного интерфейса. Таким образом, основные технические требования были сформированы и зафиксированы в первой версии спецификации на новый стандарт.
Этим документом определялось, что сигнал передается по витой паре, причем в обоих направлениях по одной и той же физической линии. Для разделения потоков применяется система специальных буферных формирователей-приемников и жестко заданный временной график передачи. Эта система позволила иметь на одной физической линии до 127 устройств (теоретически), протоколы взаимодействия с которыми также подробно стандартизированы на нескольких иерархических программно-информационных уровнях. Для коррекции одиночных ошибок, возникающих из-за помех на линии, применяется CRC код. В целях упрощения устройств, которым не требуется такой скоростной поток, в стандарте предусмотрен «подканал» с пропускной способностью в 1,5 мегабода — к нему можно подключить USB мышь, USB клавиатуру и т. п.
Стандартный кабель для подключения USB устройств имеет четыре жилы в общем экране. Витая пара проводов обеспечивает передачу информации, а по второй паре передается напряжение питания +5 В (предельный ток — 500 мА). Это позволяет во многих случаях отказаться в периферийном устройстве от собственного источника питания. Разъемы на концах стандартного USB кабеля выполнены различными по конструкции, что по замыслу разработчиков должно не позволить пользователю нарушить правильную архитектуру соединений.
КонтактНазначениеЦвет проводника1питание +5красный2сигнал D-белый3сигнал D+зеленый4общийчерный
Поскольку на персональном компьютере в стандартной конфигурации имеется только два коннектора USB, то наращивание числа подключенных устройств производится при помощи «хабов» — сетевых разветвителей, принцип действия которых практически идентичен тому, который используется в сетевых колодках питания. То есть, одним проводом в источник, а в свободные гнезда — вторичные потребители. Пока что на рынке не видно подобных устройств, выполненных в независимых корпусах, но уже есть модели мониторов, в которые такой хаб встроен. Поскольку популярность USB пока невелика, то, по всей вероятности, отдельно выполненные хабы будут появляться по мере формирования спроса на них.
Появившись на свет, USB (по спецификации 1.1) не остался в одиночестве. Apple — главный соперник Wintel — нашел способ достойно ответить. Как всегда, удар был если не нокаутирующим, то, по крайней мере, посылающим в нокдаун. Ответ этот назван FireWire. Следует признать, что собственно ответом было не изобретение альтернативного интерфейса — он успешно существовал с 1986 (!) года, а стандартизация новой версии этого интерфейса под официальным названием IEEE 1394. И как всегда, по техническим характеристикам «яблочники» оказались далеко впереди, на лихом скакуне. При общем подобии двух этих систем высокоскоростной передачи по последовательной шине, «огненные» оправдывают свое название огромной пропускной способностью — сначала 100, а потом и 400 мегабит в секунду! Это позволяет передавать через этот интерфейс профессиональные видеопотоки (высококачественную телевизионную картинку), что и предопределило захват им профессиональной сферы деятельности.
По основным принципам организации между USB и FireWire наблюдается примерно такое же сходство, как между графическими интерфейсами MacOS и Windows. Отличие в том, что для передачи информации в кабеле FireWire имеется еще одна витая сигнальная пара, а коннекторы — шестиконтактные. Запас мощности на питание внешних устройств в этой системе тоже посолиднее — до 1,5 ампер при большем напряжении питания. Перспективная версия IEEE 1394.2 использует для передачи оптоволокно и позволяет передавать поток шириной до 1 гигабайта…
Естественно, что прямая конкуренция с таким соперником требует совершенствования USB, что и привело к разработке улучшенной спецификации USB 2.0. Пока что в компьютерах современного поколения еще не заложено использование данной спецификации, но это должно произойти в ближайшем будущем.
К числу усовершенствований в первую очередь следует отнести увеличение скорости до 430 мегабит в секунду (больше 50 Мбайт/сек). Напомню, что современные UltraATA жесткие диски имеют пиковую скорость передачи по параллельной шине 66 Мбайт/сек. Причем, эта скорость еще не реализована поддержкой на самом компьютере (по крайней мере, на большинстве из находящихся в эксплуатации). Я, например, пока вынужден довольствоваться 33 Мбайт/сек, хотя диск у меня мог бы позволить системе «бегать» и побыстрее.
Не стоит думать, что такая производительность нужна какому-то одному устройству — просто, когда устройств несколько, одно из них имеет шанс «выставить другие за дверь», монопольно захватив шину своим скоростным процессом. В случае же высокоскоростной шины, несколько быстрых устройств поделят ресурс между собой без особых скандалов…
Другой важной особенностью новой спецификации является то, что на одной физической шине могут существовать и старые, и новые устройства. Правда, в этом случае автоматика шины подстроит ее под производительность медленного устройства и скоростные начнут тормозить. Поэтому, лучше их подключать на разные ветви…
Более подробно вы можете ознакомиться с характеристиками USB на сайте www.usb.org.
