Предсказание переходов. 3 страница
ВРЁРёРЅР° USB является С…РѕСЃС‚-центрической: единственным ведущим устройством, которое управляет обменом, является С…РѕСЃС‚-компьютер, Р° РІСЃРµ присоединенные Рє ней периферийные устройства — исключительно ведомые.
ВР’ отличие РѕС‚ РіСЂРѕРјРѕР·РґРєРёС… РґРѕСЂРѕРіРёС… шлейфов параллельных шин РђРўРђ Рё особенно шины SCSI СЃ ее разнообразием разъемов Рё сложностью правил подключения, кабельное хозяйство USB простое Рё изящное. Кабель USB содержит РѕРґРЅСѓ экранированную витую пару СЃ импедансом 90 РћРј для сигнальных цепей Рё РѕРґРЅСѓ РЅРµВэкранированную для подачи питания (+5 Р’), допустимая длина сегмента — РґРѕ -5 Рј. Система кабелей Рё коннекторов USB РЅРµ дает возможности ошибиться РїСЂРё подключении устройств. Для распознавания разъема USB РЅР° РєРѕСЂРїСѓСЃРµ устройства ставится стандартное символическое обозначение.
ВКаждое устройство РЅР° шине USB (РёС… может быть РґРѕ 127) РїСЂРё подключении автоматически получает СЃРІРѕР№ уникальный адрес. Логически устройство представляет СЃРѕР±РѕР№ набор независимых конечных точек (endpoint), СЃ которыми С…РѕСЃС‚-контроллер (Рё клиентское РџРћ) обменивается информацией.
ВКаждое устройство обязательно имеет конечную точку СЃ номером 0, используемую для инициализации, общего управления Рё РѕРїСЂРѕСЃР° его состояния.
ВРљСЂРѕРјРµ нулевой точки устройства-функции РјРѕРіСѓС‚ иметь дополнительные точки, реализующие полезный обмен данными. Дополнительные точки РЅРµ РјРѕРіСѓС‚ быть использованы РґРѕ РёС… конфигурирования (установления согласованного СЃ РЅРёРјРё канала).
Каналом (pipe) РІ USB называется модель передачи данных между С…РѕСЃС‚-контроллером Рё конечной точкой устройства. Рмеются РґРІР° типа каналов: потоки Рё сообщения. Поток (stream) доставляет данные РѕС‚ РѕРґРЅРѕРіРѕ конца канала Рє РґСЂСѓРіРѕРјСѓ, РѕРЅ всегда однонаправленный. Сообщения (message) имеют формат, определенный спецификацией USB.
ВКаналы организуются РїСЂРё конфигурировании устройств USB. Для каждого включенного устройства существует канал сообщений (Control Pipe 0), РїРѕ которому передается информация конфигурирования, управления Рё состояния.
^ Типы передач данных
ВАрхитектура USB допускает четыре базовых типа передачи данных.
В1 Управляющие посылки (control transfers) 1
В2 Передачи массивов данных (bulk data transfers)
В3 Прерывания (interrupt)
В4 Рзохронные передачи (isochronous transfers)
ВАрхитектура USB предусматривает внутреннюю буферизацию всех устройств, причем чем большей полосы пропускания требует устройство, тем больше должен быть его буфер. USB должна обеспечивать обмен СЃ такой скоростью, чтобы задержка данных РІ устройстве, вызванная буферизацией, РЅРµ превышала нескольких миллисекунд.
^ Устройства и хабы
Хаб — кабельный концентратор — является ключевым элементом системы РnР РІ архитектуре USB. Хаб выполняет множество функций:
В1 обеспечивает физическое подключение устройств, формируя Рё воспринимая сигналы РІ соответствии СЃРѕ спецификацией шины РЅР° каждом РёР· СЃРІРѕРёС… портов;
Вуправляет подачей питающего напряжения РЅР° нисходящие порты, причем предусматривается установка ограничения РЅР° ток, потребляемый каждым портом;
Вотслеживает состояние подключенных Рє нему устройств, уведомляя С…РѕСЃС‚ РѕР± изменениях;
Вобнаруживает ошибки РЅР° шине, выполняет процедуры восстановления Рё изолирует неисправные сегменты шины;
В5 обеспечивает СЃРІСЏР·СЊ сегментов шины, работающих РЅР° разных скоростях.
Устройства, подключенные к шине USB, могут пребывать в следующих состояниях:
Attached — устройство подключено, но питание еще не подано;
Powered — устройство подключено, питание подано, но еще не выполнен сброс;
В3 Default — устройство подключено, питание подано Рё выполнен СЃР±СЂРѕСЃ, РЅРѕ уникальный адрес еще РЅРµ назначен, Рё устройство отзывается РїРѕ «дежурному» нулевому адресу;
В4 Address — устройство подключено, питание подано, выполнен СЃР±СЂРѕСЃ Рё назначен уникальный адрес, РЅРѕ устройство еще РЅРµ сконфигурировано;
В5 Configured — устройство подключено, питание подано, выполнен СЃР±СЂРѕСЃ, назначен уникальный адрес Рё устройство сконфигурировано; С…РѕСЃС‚ может использовать функции, предоставляемые устройством; после конфигурирования (начального или смены конфигурации) РІСЃРµ регистры, счетчики Рё С‚. Рї. программные Рё аппаратные элементы устанавливаются РІ РёСЃС…РѕРґРЅРѕРµ состояние;
В6 Suspended — устройство подключено Рё питание подано, РЅРѕ приостановлено РІ целях энергосбережения (РїРѕ отсутствию активности шины РІ течение определенного времени); устройство может уже иметь уникальный адрес Рё быть сконфигурированным, РЅРѕ С…РѕСЃС‚ РЅРµ «может использовать функции, предоставляемые устройством (устройство выйдет РёР· этого состояния, РєРѕРіРґР° обнаружит активность шины).
РҐРѕСЃС‚
ВРЈ каждой шины USB должен быть РѕРґРёРЅ (Рё только РѕРґРёРЅ!) С…РѕСЃС‚-компьютер СЃ контроллером USB. РҐРѕСЃС‚ делится РЅР° три основных СѓСЂРѕРІРЅСЏ.
^ 1 Рнтерфейс шины USB
2 Система USB. Система состоит из трех основных частей.
ВРђ Драйвер С…РѕСЃС‚-контроллера — HCD (Host Controller Driver) —
ВР‘ Драйвер USB — USBD (USB Driver)
ВР’ Программное обеспечение хоста
3 Клиенты USB
ВР’ совокупности СѓСЂРѕРІРЅРё хоста имеют следующие возможности:
Вобнаружение фактов подключения Рё отсоединения устройств USB;
Вманипулирование потоками управления между устройствами Рё хостом;
Вманипулирование потоками данных;
ВСЃР±РѕСЂ статистики активности Рё состояний устройств;
5 управление электрическим интерфейсом между хост-контроллером и устройствами USB, включая управление электропитанием.
Хост-контроллер является аппаратным посредником между устройствами USB и хостом.
ВUSB поддерживает динамическое подключение Рё отключение устройств. Нумерация устройств шины является постоянным процессом, отслеживающим изменения физической топологии.
ВРҐРѕСЃС‚ определяет, является РЅРѕРІРѕРµ подключенное устройство хабом или функцией, Рё назначает ему уникальный адрес USB.
^ Применение шины USB
ВБлагодаря своей универсальности Рё способности эффективно передавать разнородный трафик шина USB применяется для подключения Рє PC самых разнообразных устройств. РћРЅР° призвана заменить традиционные порты PC — РЎРћРњ Рё LPT, Р° также порты РёРіСЂРѕРІРѕРіРѕ адаптера Рё интерфейса MIDI. Привлекательность USB придает возможность подключения/отключения устройств РЅР° С…РѕРґСѓ Рё возможность РёС… использования практически сразу, без перезагрузки РћРЎ.
ВОсновные области применения USB:
Устройства ввода — клавиатуры, мыши, трекболы, планшетные указатели и т. п. Здесь USB предоставляет единый интерфейс для различных устройств.
Принтеры — USB обеспечивает примерно ту же скорость, что Рё LPT-РїРѕСЂС‚ РІ режиме ЕСР, РЅРѕ РїСЂРё использовании USB РЅРµ возникает проблем СЃ длиной кабеля Рё подключением нескольких принтеров Рє РѕРґРЅРѕРјСѓ компьютеру (правда, требуются хабы), Р° так же позволит ускорить печать РІ режиме высокого разрешения Р·Р° счет сокращения времени РЅР° передачу больших массивов данных:
Сканеры: применение USB позволяет отказаться от использования контроллеров SCSI или занятия LPT-порта.
Аудио — колонки, микрофоны, головные телефоны (наушники). USB позволяет передавать потоки данных, достаточные для обеспечения самого высокого качества. Передача в цифровом виде от самого источника сигнала до приемника и цифровая обработка в хост-компьютере обеспечивают избавление от проблем наводок.
^ Музыкальные синтезаторы и MIDI-контроллеры с интерфейсом USB — шина позволяет компьютеру обрабатывать потоки множества каналов MIDI
Видео- и фотокамеры — USB позволяет передавать статические изображения любого разрешения за приемлемое время, а также передавать поток видеоданных с достаточной частотой кадров и высоким разрешением без сжатия (и потери качества). С интерфейсом USB выпускают как камеры, так и устройства захвата изображения с телевизионного сигнала и TV-тюнеры.
Коммуникации — с интерфейсом USB выпускают разнообразные модемы, включая кабельные и xDSL, адаптеры высокоскоростной инфракрасной связи (IrDA FIR) — шина позволяет преодолеть предел скорости СОМ-порта (115,2 Кбит/с), не повышая загрузку центрального процессора.
^ Преобразователи интерфейсов позволяют через порт USB, имеющийся теперь практически на всех компьютерах, подключать устройства с самыми разнообразными интерфейсами.
^ Устройства хранения — винчестеры, устройства чтения и записи CD и DVD, стримеры скорость передачи данных становится соизмеримой с АТА и SCSI, а ограничений по количеству устройств достичь трудно.
Ргровые устройства — джойстики всех РІРёРґРѕРІ (РѕС‚ «палочек» РґРѕ автомобильных рулей), пульты СЃ разнообразными датчиками (непрерывными Рё дискретными) Рё исполнительными механизмами— подключаются унифицированным СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј.
Телефоны — аналоговые и цифровые (ISDN). Подключение телефонного аппарата позволяет превратить компьютер в секретаря с функциями автодозвона, автоответчика, охраны и т. п.
Мониторы. — здесь шина USB используется для управления параметрами монитора. USB-мониторы позволяют системе управлять ими — регулировки яркости, контраста, цветовой температуры и т. п. могут теперь выполняться программно, а не только от кнопок лицевой панели монитора.
Рлектронные ключи — устройства СЃ любым уровнем интеллектуальной защиты РјРѕРіСѓС‚ быть выполнены РІ РєРѕСЂРїСѓСЃРµ вилок USB. РћРЅРё гораздо компактнее Рё мобильнее аналогичных устройств для РЎРћРњ- Рё LPT-портов.
Хабы USB выпускаются как в виде отдельных устройств, так и встраиваются в периферийные устройства (клавиатуры, мониторы).
1.232C (COM port)
ВРґРѕ 115 KР±РёС‚/СЃ (~ 10 Кбайт/СЃ)
2.Centronics (LPT port)
30 – 100 Кбайт/с
IEEE-1284 (EPP, ECP)
ВРґРѕ 1-2 Мбайт/СЃ (зависит РѕС‚ кабеля)
3. USB
1.0 – РґРѕВВВВВ 12 РњР±РёС‚/СЃВВВ (РґРѕВВВВ 1.5 Мбайт/СЃ)
2.0 – РґРѕВВВ 480 РњР±РёС‚/СЃВВВ (РґРѕВВ 60ВВ Мбайт/СЃ)
3.0 – РґРѕ 4.8ВВВ Гбит/СЃ (*)(РґРѕ 600ВВ Мбайт/СЃ)
4. IEEE-1394 (FireWire 800)
ВРґРѕ 90 Мбайт/СЃ
ВIEEE-1394b (FireWire S3200)
ВРґРѕ 3.2 Гбит/СЃ (РґРѕ 400 Мбайт/СЃ)
5. PCMCIA первоначально расшифровывалась как Peripheral Component Microchannel Interconnect Architecture, позднее – Personal Computer Memory Card International Association, начиная со второй версии спецификации стали использовать термин PC Card.
Принтеры, модемы и другое периферийное оборудование подключается к компьютеру через стандартизированные интерфейсы, иногда называемые портами. В зависимости от способа передачи информации (параллельного или последовательного) между сопрягаемыми устройствами различают параллельные и последовательные интерфейсы.
Последовательный порт RS-232-C
Рнтерфейс RS-232-C разработан EIA (Electronic Industries Association - Ассоциация производителей электроники) Рё является стандартом для соединения РР’Рњ СЃ различными последовательными внешними устройствами, РІ качестве которых первоначально выступали РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј терминалы Рё печатающие устройства. Р’ операционных системах компьютеров IBM PC каждому порту RS-232-C присваивается логическое РёРјСЏ РЎOРњ1: -COM4:.
Последовательная передача данных состоит в побитовой передаче каждого байта цифровой информации, в форме кадра данных, содержащего сигнал начала передачи (Start), сигнал окончания передачи (Stop) и информационные биты.
Структура кадра данных при передаче байта информации в стандарте RS-232-C
Бит ST сигнализирует о начале передачи данных, затем передается информационные биты - вначале младшие, потом старшие.
РРЅРѕРіРґР° используется контрольный Р±РёС‚ Р, которому присваивается такое значение, чтобы общее число единиц или нулей было четным или нечетным. Рто применяется для контроля правильности передачи кадра. Приемное устройство проверяет кадр РЅР° четность Рё РїСЂРё несовпадении СЃ ожидаемым значением передает запрос Рѕ повторе передачи кадра. Бит (или биты) SP сигнализирует РѕР± окончании передачи байта.
Рспользование (или нет) битов СЂ, ST, SP задает формат передачи данных (кадра) РЅР° СѓСЂРѕРІРЅРµ RS-232. Принимающее Рё передающее устройства должны применять одинаковые форматы.
Основу последовательного порта составляет микросхема UART (Universal Asyncronous Receiver-Transmitter - универсальный асинхронный приемопередатчик - Intel 16450/16550/16550А).
Разъем для подключения последовательного порта может содержать 25 или 9 выводов (соответственные обозначения - D25 Рё D9). Только РґРІР° РїСЂРѕРІРѕРґР° этих разъемов используются для передачи Рё приема данных, остальные отведены для вспомогательных Рё управляющих сигналов.
Стандарт RS-232-C определяет взаимодействие между устройствами двух типов:
§ DTE (Data terminal equipment - оконечное/терминальное устройство);
§ DCE (Data communication equipment - устройство связи).
В большинстве случаев компьютер, терминал являются DTE, модемы, принтеры, графопостроители - DCE.
Если опустить ненужные подробности, то можно сказать, что для СЃРІСЏР·Рё DTE-DCE (например, компьютер-внешний модем) РІ Разъемах необходимо осуществить соединение РїСЂРѕРІРѕРґРѕРІ РїРѕ принципу «вход-РІС…РѕРґВ» Рё «выход-выход», для СЃРІСЏР·Рё же DTE-DTE (например, компьютер-компьютер) принцип соединения РґСЂСѓРіРѕР№ - «вы-С…РѕРґ-РІС…РѕРґВ» Рё «вход-выход» (такое соединение РІ РѕР±РёС…РѕРґРµ получило название нуль-модем).
При передаче цифровых (импульсных) данных на большие расстояния по обычным проводам начинают сказываться эффекты так называемых «длинных линий», впервые обнаруженные при прокладке трансатлантического кабеля для телеграфной связи Европа-Америка. Сигналы расплываются, накладываются друг на друга создают помехи и подвержены внешним помехам. Для избежания данных эффектов необходимо использование кабелей связи с высокими характеристиками, а также установка на линии электронных устройств, корректирующих передаваемые сигналы (повторители), либо применение модемов.
Рскажение импульсных сигналов РІ длинных линиях
а - исходный вид; б - вид на стороне приемника
По аналогичным причинам передача цифровой информации при соединениях типа DCE-DCE и DCE-DTE, описанных выше, ограничена определенными расстояниями. Официальное ограничение по длине соединительного кабеля по стандарту RS-232-C составляет 15.24 м. На практике это расстояние зависит от скорости передачи данных и может быть значительно больше.
Параллельный РїРѕСЂС‚ (Centronics) используется для одновременной передачи 8 битов информации. Р’ компьютерах этот РїРѕСЂС‚ используется главным образом для подключения принтера, хотя это РЅРµ исключает возможность подсоединения Рє нему РґСЂСѓРіРёС… устройств, например графопостроителей или даже РґСЂСѓРіРёС… РџРР’Рњ.
Параллельные порты компьютера обозначаются LPT1- LPT4, поддерживаются BIOS-прерыванием INT 17h:
00h - вывод символа без аппаратных прерываний;
O1h - инициализация интерфейса и принтера;
02h - опрос состояния принтера.
Конструктивно порт обычно оформлен в виде 25-контактного разъема типа D (DB25).
Рмеется восемь шин данных, для каждой РёР· РЅРёС… - СЃРІРѕСЏ линия заземления.
Кроме того, имеются управляющие сигналы:
§ сигнал строба strobe на контакте 1 сообщает принтеру, что текущая передача данных окончена и принтер может печатать символ;
§ линия подтверждения готовности АСК на контакте 10. До тех пор, пока на этой линии высокий потенциал, компьютер не посылает данных;
§ линия занятости Busy сигнализирует компьютеру о том, что принтер занят;
§ линия выбора Select показывает, что принтер выбран (то есть режим on-line);
§ линия автоматического перевода строки Fdxt;
§ линия ошибки Error - принтер сообщает об ошибке (например, кончилась бумага);
§ линия Ink - компьютер переводит принтер в то состояние, в котором он находился после включения питания (то есть начальное состояние);
§ линия Slctin - по этой линии компьютеру сообщается, готов ли принтер принимать данные (при низком уровне сигнала - готов, при высоком - нет).
Параллельное соединение применяется на расстояниях не более 5 метров, некоторые источники ограничивают расстояние 1-2 метров; при увеличении длины параллельных проводов возрастает межпроводная емкость, что приводит к перекрестным помехам, кроме того, растут материальные затраты на реализацию линии.
Р’ принципе, параллельные порты должны быть двунаправленными Рё соответствовать требованиям стандарта Р•РР, поскольку РѕРЅ позволяет передавать данные РІ 10 раз быстрее, чем стандартные параллельные порты (2 РњР±РёС‚/СЃ против 200 РљР±РёС‚/СЃ).
Порт располагается обычно на задней стенке компьютера как D-образная 25-контактная розетка. Там может также иметься D-об-разная 25-контактная вилка.
Более новые параллельные порты выполнены РІ стандарте IEEE 1284, первая редакция которого вышла РІ 1994 РіРѕРґСѓ Ртот стандарт определяет пять следующих режимов работы: