Високошвидкісні стандартні інтерфейси

1. Високошвидкісні стандартні інтерфейси

USB, SCSI, Fire Wire

2. USB

USB (англ. Universal Serial Bus, абревіатура
читається ю-ес-бі) — укр. універсальна
послідовна шина, призначена для з'єднання
периферійних пристроїв. Символом USB є
чотири геометричні
фігури: квадрат, трикутник,
велике коло та мале коло.
Шина USB представляє собою послідовний
інтерфейс передавання даних для середньо
швидкісних та низько
швидкісних периферійних пристроїв.

3. USB

USB-кабель представляє собою дві виті пари:
по одній парі відбувається передавання даних в
кожному напрямку (диференціальне включення),
а інша пара використовується для живлення
периферійного пристрою (+5 В). Завдяки
вбудованим лініям живлення, що забезпечують
струм до 500 мА, USB часто дозволяє
використовувати пристрої без власного блоку
живлення (якщо ці пристрої споживають струм
потужністю не більше 500 мА).

4. USB

Поєднання USB-кабелями формує інтерфейс між
USB-пристроями та USB-хостом. В якості хоста
використовується керований з операційної
системи USB-контролер, до складу якого входить
USB-концентратор, або ж хаб. Цей хаб є
відправною точкою у створенні
ланцюжка пристроїв, що відповідають
вимогами топології «зірка». Він має спеціальну
назву — кореневий концентратор. Загальна
кількість пристроїв не може перевищувати 127.

5. USB 1.0

Версія представлена в січні 1995 року.
Технічні характеристики:
високошвидкісне з'єднання — 12 Мбіт/с
максимальна довжина кабелю для високошвидкісного
з'єднання — 3 м
низькошвидкісне з'єднання — 1,5 Мбіт/с
максимальна довжина кабелю для низькошвидкісного
з'єднання — 5 м
максимальна кількість пристроїв підключення
(враховуючи концентратори) — 127
можливість підключення пристроїв з різними швидкостями
обміну інформацією
напруга живлення для периферійних пристроїв — 5 В
максимальний струм споживання на один пристрій — 500

6. USB 2.0

Версія випущена в квітні 2000 року. USB 2.0 відрізняється від
USB 1.1 лише швидкістю передачі, яка зросла та незначними
змінами в протоколі передачі даних для режиму Hi-speed
(480 Мбіт/сек). Існує три швидкості роботи пристроїв USB 2.0:
Low-speed 10—1500 Кбіт/c (використовується для
інтерактивних пристроїв: клавіатури, мишки, джойстики)
Full-speed 0,5—12 Мбіт/с (аудіо/відео пристрої)
Hi-speed 25—480 Мбіт/с (відео пристрої, пристрої зберігання
інформації)
В дійсності ж хоча швидкість USB 2.0 і може досягати
480Мбіт/с, пристрої типу жорстких дисків чи взагалі будь-які
інші носії інформації ніколи не досягають її по шині USB, хоча і
могли б. Це можна пояснити доволі просто, шина USB має
доволі велику затримку між запитом на передачу інформацію і
самою передачею даних («довгий ping»). Наприклад
шина FireWire забезпечує максимальну швидкість у 400 Мбіт/с,
тобто на 80Мбіт/с менше чим у USB, дозволяє досягнути
більшої швидкості обміну даними з носіями інформації.

7. USB OTG

Технологія USB On-The-Go розширює
специфікації USB 2.0 для легкого з'єднання між
собою периферійних USB-пристроїв
безпосередньо між собою без задіяння
комп'ютера. Прикладом застосування цієї
технології є можливість підключення
фотоапарата напряму до принтера. Цей
стандарт виник через об'єктивну потребу
надійного з'єднання особливо поширених USBпристроїв без застосування комп'ютера,
якого в потрібний момент може і не
виявитися під руками.

8. Бездротовий USB

Офіційна специфікація протоколу була анонсована в
травні 2005 року. Дозволяє організовувати
бездротовий зв'язок з високою швидкістю передачі
даних до 480 Мбіт/с на відстані 3 метрів та до
110 Мбіт/с на відстані 10 метрів. Для безпровідного
USB часом використовують абревіатуру WUSB.
Розробник протоколу USB-IF віддає перевагу практиці
іменування протокол офіційно Certified Wireless USB.

9. USB 3.0

В листопаді 2008 року робоча група USB 3.0
Promoter Group заявила про завершення робіт
над специфікацією нового високошвидкісного
інтерфейсу USB 3.0, названого SuperSpeed
USB. USB 3.0 є наступним етапом еволюції
добре відомою нам всім технології USB. Новий
інтерфейс забезпечує максимальну швидкість
передачі даних в 10 разів більшу, ніж USB 2.0
(тобто 10 × 480 Мбіт/с = 4,8 Гбіт/с). Друга
важлива властивість — покращені показники
енергоефективності. Крім того, розробниками
заявлена зворотна сумісність USB 3.0 з
ранішими версіями USB.

10. SCSI

SCSI (англ. Small Computer Systems Interface,
традиційно вимовляється сказі) — інтерфейс,
розроблений для об'єднання на одній шині різних за своїм
призначенням пристроїв, таких як жорсткі диски,
накопичувачі на магнітооптичних дисках, приводи CD,
DVD, стримери, сканери,принтери тощо. Раніше мав
неофіційну назву Shugart Computer Systems Interface на
честь творця Алана Ф. Шугарта.
Теоретично можливий випуск пристрою будь-якого
типу на шині SCSI.

11. SCSI

Після стандартизації в 1986 році, SCSI почав широко
застосовуватися в комп'ютерах Apple Macintosh, Sun Microsystems.
У персональних комп'ютерах, сумісних з IBM РС, SCSI не
користується такою популярністю у зв'язку з своєю складністю і
порівняно високою вартістю, і застосовується переважно
в серверах.
SCSI широко застосовується на серверах,
високопродуктивних робочих станціях; RAID-масиви на серверах
часто будуються на твердих дисках з SCSI-інтерфейсом. Система
команд SCSI на рівні програмного забезпечення вживається в
єдиних стеках підтримки пристроїв зберігання даних у ряді
операційних систем, таких, як Microsoft Windows. Існує реалізація
системи команд SCSI поверх устаткування (контролерів і кабелів)
IDE / ATA / SATA, звана ATAPI — ATA Packet Interface. Всі
використовувані в комп'ютерній техніці спільні з IDE / ATA / SATA
приводи CD / DVD / Blu-Ray використовують цю технологію.

12. Стандарти SCSI

Існує три стандарти SCSI
SE — англ. single-ended,
LVD — англ. low-voltage-differential —
інтерфейс диференціальної шини низької
напруги,
HVD — англ. high-voltage-differential —
інтерфейс диференціальної шини високої
напруги), кожен з яких має безліч додаткових і
необов'язкових можливостей.
Деякі комбінації можливостей мають власні
найменування. Контроллер SCSI може
працювати з будь-яким пристроєм, на якому
присутній даний інтерфейс (твердий диск,
сканер).

13. SCSI-1

Стандартизований ANSI в 1986 р.
Використовувалася восьмибітова шина,
з пропускною здатністю в 3,5
МБайт/сек в асинхронному режимі і 5
МБайт/сек в синхронному режимі.
Максимальна довжина кабелю — до 6
метрів. В наш час майже не
використовується, можна побачити
лише в архаїхчних пристороях.

14. SCSI-2

Цей стандарт був запропонований в 1989 році і
існував в двох варіантах — Fast SCSI і Wide SCSI.
Fast SCSI характеризується подвоєною пропускною
здатністю (до 10 МБайт/сек).
Wide SCSI на додаток до цього має подвоєну
розрядність шини (16 бітів), що дозволяє досягти
швидкості передачі 20 МБ/сек. При цьому
максимальна довжина кабелю обмежувалася трьома
метрами. Також в цьому стандарті була
передбачена 32-х бітова версія Wide SCSI, яка
дозволяла використовувати два
шестнадцятибітових кабелі на одній шині, але ця
версія не набула поширення.

15. SCSI-3

Також відомий під назвою Ultra SCSI.
Запропонований в 1992 році. Пропускна
здатність шини склала 20 МБайт/сек
для восьмибітової шини і 40
МБайт/сек — для шестнадцятибітної.
Максимальна довжина кабелю так і
залишилася рівною трьом метрам.
Пристрої, що відповідають цьому
стандарту, відомі своєю чутливістю до
якості елементів системи (кабель,
термінатори).

16. Ultra-2 SCSI

Запропонований в 1997 році. Використовує LVDS.
Максимальна довжина кабелю — 12 метрів, пропускна
здатність — до 80 МБайт/сек.
Ultra-3 SCSI
Також відомий під назвою Ultra-160 SCSI.
Запропонований в кінці 1999 року. Має подвоєну
пропускну здатність (в порівнянні з Ultra-2 SCSI), яка
склала 160 МБайт/сек. Збільшення пропускної
здатності вдалося досягти за рахунок одночасного
використання фронтів і зрізів імпульсів.
У цей стандарт було додано використання CRC (Cyclic
Redundancy Check), виправлення помилок.

17. Ultra-320 SCSI

Розвиток стандарту Ultra-3 з подвоєною швидкістю
передачі даних (до 320 МБайт/сек).
Ultra-640 SCSI
Також відомий під назвою Fast Ultra-320. Запропонований
на початку 2003 року. Подвоєна пропускна здатність
(640 МБайт/сек). У зв'язку з різким скороченням
максимальної довжини кабелю незручний для
використання з більш ніж двома пристроями, тому не
набув широкого поширення.

18. Команди SCSI

Всього існує порядка 60 різних команд SCSI, з яких найчастіше
використовуються:
Test unit ready — перевірка готовності пристрою.
Inquiry — запит основних характеристик пристрою.
Send diagnostic — вказівка пристрою провести самодіагностику і
повернути результат.
Request sense — повертає код помилки попередньої команди.
Read capacity — повертає ємкість пристрою.
Format Unit Read (4 варіанти) — читання.
Write (4 варіанти) — запис.
Write and verify — запис і перевірка.
Mode select — установка параметрів пристрою.
Mode sense — повертає поточні параметри пристрою.

19. SCSI кабелі

Внутрішні SCSI кабелі це звичайно стрічкові кабелі
(шлейфи), що мають 50 або 68 (в широкому варіанті
SCSI) контактів. Зовнішні кабелі як правило екрановані і
мають конектори на кінцях.

20. FireWire

FireWire — послідовна високошвидкісна шина,
призначена для обміну цифровою інформацією
між комп'ютером і іншими електронними пристроями.
Шина розроблена Sony та Apple і
стандартизована IEEE під кодом IEEE-1394.
Різні компанії просувають стандарт під своїми
торговими марками:
Apple — FireWire
Sony — i.LINK
Yamaha — mLAN
Texas Instruments — Lynx

21. Переваги FireWire

Цифровий інтерфейс — дозволяє передавати дані між цифровими
пристроями без втрат інформації
Невеликий розмір — тонкий кабель замінює купу громіздких проводів
Простота у використанні — відсутність термінаторов, ідентифікаторів
пристроїв або попередньої установки
Гаряче підключення — можливість переконфігурувати шину без вимкнення
комп'ютера
Невелика вартість для кінцевих користувачів
Різна швидкість передачі даних — 100, 200 і 400 Мбіт/с (800, 1600Мбіт/с
IEEE 1394b)
Гнучка топологія — рівноправ'я пристроїв, що допускає різні конфігурації
(можливість «спілкування» пристроїв без комп'ютера )
Висока швидкість — можливість обробки мультимедіа-сигнал в реальному
часі
Відкрита архітектура — відсутність необхідності використання
спеціального програмного забезпечення
Наявність живлення прямо на шині (малопотужні пристрої можуть
обходитися без власних блоків живлення).
До півтора ампер і напруга від 8 до 40 вольт.
Підключення до 63 пристроїв.

22. Шина IEEE 1394 може використовуватися з:

Комп'ютерами
Аудіо і відео мультимедійними пристроями
Принтерами і сканерами
Жорсткими дисками, масивами RAID
Цифровими відеокамерами і відеомагнітофонами

23. Організація пристроїв FireWire

Пристрої IEEE-1394 організовано по 3 рівневій схемі — Transaction,
Link і Physical, відповідні трьом нижнім рівням моделі OSI.
Transaction Layer — маршрутизація потоків даних з підтримкою
асинхронного протоколу запису-читання.
Link Layer — формує пакети даних і забезпечує їх доставку.
Physical Layer — перетворення цифрової інформації в аналогову
для передачі і навпаки, контроль рівня сигналу на шині, управління
доступом до шини.
Зв'язок між шиною PCI і Transaction Layer здійснює Bus Manager. Він
призначає вид пристроїв на шині, номери і типи логічних каналів,
виявляє помилки.
Дані передаються кадрами довжиною 125 мксек. У кадрі
розміщуються тимчасові слоти для каналів. Можливий як
синхронний, так і асинхронний режими роботи. Кожен канал може
займати один або декілька тимчасових слотів. Для передачі даних
пристрій-передавач просить надати синхронний канал необхідної
пропускної спроможності. Якщо в передаваному кадрі є необхідна
кількість тимчасових слотів для даного каналу, поступає
ствердна відповідь і канал надається.

24. IEEE 1394

В кінці 1995 року IEEE прийняв стандарт під порядковим
номером 1394. У цифрових камерах Sony інтерфейс IEEE
1394 з'явився раніше ухвалення стандарту і під назвою
iLink.
Інтерфейс спочатку позиціонувався для передачі
відеопотоків. Він сподобався і виробникам
зовнішніх накопичувачів, забезпечуючи високу пропускну
спроможність для сучасних високошвидкісних дисків.
Сьогодні багато системних плат, а також майже всі
сучасні моделі ноутбуків підтримують цей інтерфейс.
Швидкість передачі даних — 100, 200 і 400 Мбіт/с,
довжина кабелю до 4,5 м.

25. IEEE 1394a

У 2000 році був затверджений стандарт IEEE
1394а. Було проведено ряд удосконалень, що
підвищило сумісність пристроїв.
Було введено час очікування 1/3 секунди на
скидання шини, поки не закінчиться
перехідною процес установки надійного
під'єднування або від'єднання пристрою.

26. IEEE 1394b

У 2002 році з'являється стандарт IEEE 1394b з новими
швидкостями: S800 — 800 Мбіт/с і S1600 — 1600
Мбіт/с. Також збільшується максимальна довжина
кабелю до 50, 70 а при використанні високоякісних
оптоволоконних кабелів до 100 метрів.
Відповідні пристрої позначаються FireWire 800 або
FireWire 1600, залежно від максимальної швидкості.
Змінилися використовувані кабелі і розніми. Для
досягнення максимальних швидкостей на максимальних
відстанях передбачено використання оптики:
пластмасової, — для довжини до 50 метрів,
і скляною — для довжин до 100 метрів.
Не зважаючи на зміну рознімів, стандарти залишилися
сумісні, чого можна добитися використовуючи
перехідники.
12 грудня 2007 року була представлена специфікація
S3200 з максимальною швидкістю — 3,2 Гбит/с.

27. IEEE 1394.1

У 2004 році побачив світ стандарт IEEE 1394.1. Цей
стандарт був прийнятий для можливості побудови
великомасштабних мереж і різко збільшує кількість
пристроїв, що підключаються, до гігантського числа —
64 449.
IEEE 1394c
Стандарт 1394с, що з'явився в 2006 році, дозволяє
використовувати кабель 5-ї категорії (Cat 5e)
від Ethernet. Можливо використовувати паралельно з
Gigabit Ethernet, тобто використовувати дві логічні і
незалежні одна від одної мережі на одному кабелі.
Максимальна заявлена довжина — 100 м,
Максимальна швидкість відповідає S800 — 800
Мбіт/с.

28. Роз'єми FireWire:

4pin (IEEE 1394a без живлення) стоїть на ноутбуках і
відеокамерах. Два дроти для передачі сигналу
(інформації) і два для прийому.
6pin (IEEE 1394a). Додатковий два дроти для живлення.
9pin (IEEE 1394b). Додаткові дроти для прийому і
передачі інформації.