USB интерфейс - как устроен и типы

Следующая статья: Интерфейс Fire Ware - как все устроено

Содержание

• USB
• Таблица нумерации контактов разъемов USB

USB

USB (Universal system bus) - стандарт, разработанный совместно фирмами Compaq, DEC, Microsoft, IBM, Intel, NEC и Northern Telecom (версия первого утвержденного варианта появилась довольно давно - 15 января 1996 года ) и предназначенный для организации соединения многочисленных и разнотипных внешних устройств с помощью единого интерфейса.

Стандарт USB предполагает взаимодействие по архитектуре «клиент-сервер» (используется терминология «Master-Slave», или «главный-служебный») и позволяет подключать до 127 устройств последовательно или используя концентратор USB (hub), к которому подсоединяется до семи устройств. Разъемы содержат четыре контакта, включая провода питания (5 В) для устройств с малым потреблением, таких как клавиатуры, мыши, джойстики и тому подобное

Концентраторы USB (хабы)

• а - общий вид устройства;
• б - вид со снятой крышкой.

Топология USB практически не отличается от топологии обычной локальной сети на витой паре, обычно называемой «звездой». Паже терминология похожа - концентратор шины также называется хаб (hub). Шина USB позволяет многоуровневое каскадирование «многоуровневая звезда».

Пример соединения периферийных устройств в USB-сеть

Вместо любого из устройств может также стоять хаб. Основное отличие от топологии обычной локальной сети - компьютер (или host-устройство) может быть только один. Хаб может быть как отдельным устройством с собственным блоком питания, так и встроенным в периферийное устройство. Наиболее часто хабы встраиваются в мониторы и клавиатуры.

Пропускной способности в 480 Мбиг/с в версии 2.0 достаточно для удовлетворения потребностей всех этих применений в полной мере. Добавление устройств больше не сопряжено с установкой дополнительных адаптеров, выполнением сложного конфигурирования, ручным инсталлированием дополнительного программного обеспечения: система автоматически определяет, какой ресурс, включая программный драйвер и пропускную способность, нужен каждому периферийному устройству и делает этот ресурс доступным без вмешательства пользователя.

В связи с прогнозируемым ростом в области интеграции компьютеров и телефонии шина USB сможет выступать в качестве интерфейса для подключения устройств цифровой связи (ISDN) и цифровых устройств Private Branch exchange (РВХ).

Технические характеристики. Возможности USB (версия 1.1) следуют из ее технических характеристик:

• режим высокой скорости обмена (full-speed signaling bit rate) -12 Мбит/с;
• максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена 5 м;
• режим низкой скорости обмена (low-speed signaling bit rate) -1.5 Мбит/с;
• максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена - 3 м;
• максимальное количество подключенных устройств (включая концентраторы) - 127;
• возможно подключение устройств с различными скоростями обмена;
• отсутствие необходимости в установке пользователем дополнительных элементов, таких как терминаторы для SCSI;
• максимальное потребление тока на одно устройство - 500 мА.

На рисуноке показан пример рационального соединения периферийных устройств в условную USB сеть. Так как обмен данными по USB идет только между компьютером и периферийным устройством (между устройствами обмена нет), то устройства с большими объемами приема и/или передачи данных должны подключаться либо к самому компьютеру, либо к ближайшему свободному узлу. В данном случае наивысший трафик у колонок (около 1.3 Мбит/с), затем модем и сканер, подключенные к хабу в мониторе, и завершают цепь клавиатура, джойстик и мышь, трафик у которых минимален.

Колонки USB имеют такой высокий трафик, так как для использования их не требуется звуковая карта. Драйвер колонок отправляет оцифрованный звук сразу в колонки, где он преобразуется в аналоговый сигнал и подается на громкоговоритель.

Кабели и разъемы. Сигналы USB передаются по 4-проводному кабелю. Здесь «Земля» - цепь «корпуса» для питания периферийных устройств, VBus - +5 В также для цепей питания. Шина D+ предназначена для передачи данных по шине, а шина D- - для приема данных. Кабель для поддержки полной скорости шины (full-speed) выполняется как витая пара, защищается экраном и может также использоваться для работы в режиме минимальной скорости (low-speed). Кабель для работы только на минимальной скорости (например, для подключения мыши) может быть любым и не экранированным.

Структура кабеля USB

Таблица нумерации контактов разъемов USB

Конструкция разъемов для USB рассчитана на многократное сочленение/расчленение. Различают стандартные и мини разъемы, используемые для подключения периферийных устройств.

Как видно из рисунка, невозможно подключить устройство неправильно, так как разъем серии «А» можно подключить только к активному устройству на USB - концентратору или компьютеру, а серии «В» только к собственно периферийному устройству.

Большинство контактов мини-USB аналогичны стандартному USB-разъему, за исключением № 4. Контакт 4 называется «ID» и в разъеме Mini-A соединен с землей, однако в Mini-B - свободен. Это приводит к тому, что устройства, поддерживающие USB On-The-Go (с разъемом Mini-AB), выполняют функции хоста, будучи подсоединенными к разъему USB Mini-A (конец «А» кабеля Mini-A-Mini-B). Разъем Mini-A содержит также дополнительный ключ (кусочек пластика внутри), чтобы предотвратить включение в Устройство типа «В».

«USB на ходу» (On-The-Go - OTG). Быстрое возрастание числа мобильных цифровых устройств выявило потребность в промышленном стандарте на связь таких устройств и внешних устройств (например, принтеров). Множество методов обеспечения связи, используемых изготовителями мобильных систем, свидетельствуют об этой потребности (это доки, слоты, соединители и различные технологии карточек с памятью).

Интерфейс USB

• а - тип «А» (подсоединение к источнику, то есть компьютеру или хабу);
• б - тип «В» (предназначены только для присоединения к периферийному устройству);
• в - розетка типа «А»;
• г - вилка типа «А»;
• д - розетка типа «В»;
• е -вилка типа «В»;
• ж - мини-разъемы (схема);
• з - общий вид.

К началу 2001 года рыночное проникновение USB составило более 1.1 млрд устройств с этим интерфейсом (Персональные компьютеры, внешние устройства, устройства бытовой электроники). Это делает USB естественным кандидатом на обеспечение мобильной связи «точка-точка». Однако, его несимметричный протокол «клиент-сервер» (точнее, «главой-подчиненный», master-slave protocol), который полагается на «интеллект» хоста, является главным неудобством USB. Помещение полнофункционального USB хоста на портативное устройство просто невыполнимо. Кроме того, что стандарт хоста USB нанесет ущерб аккумулятору маломощного устройства, разъемы USB являются слишком крупными для этих миниатюрных устройств.

Для решения проблемы ряд изготовителей мобильных телефонов, КПК и мобильных персональных компьютеров (USB Promoter Group) объединились, чтобы разработать определить новое добавление к спецификации USB 2.0, которая была названа «USB на ходу» (On-The-Go, OTG). Выпущенный в декабре 2001 года, стандарт определяет новые небольшие разъемы, протокол установления связи, требования к электропитанию, используемому на хосте и в периферии. Спецификация также определяет новый тип устройства, названного «внешнее устройство двойного назначения», способное к действию как хост или периферия в зависимости от того, как пользователь подключает кабель с его «мини-АВ» разъемом. Будучи включенным в разъем «мини-А», устройство двойной роли ведет себя как хост, а включение в «мини-В» превращает его во внешнее устройство.

Видео: «Подборка кандидатов на премию дарвина»

Видео современных кандидатов на премию Дарвина (самых идиотских поступков человека)