4.1.7. Застосування шини usb

Завдяки своїй універсальності і здатності ефективно передавати різнорідний трафік, шина USB застосовується для підключення до РС найрізноманітніших пристроїв. Вона покликана замінити традиційні порти РС — СОМ і LPT, а також порти ігрового адаптера і інтерфейсу MIDI. Специфікація USB 2.0 дозволяє говорити і про підключення традиційних «клієнтів» шин АТА і SCSI, а також захоплення частини ніші застосування шини FireWire. Привабливість USB додає можливість підключення/відключення пристроїв на ходу і можливість їх використання практично відразу, без перезавантаження ОС. Зручна і можливість підключення великої кількості (до 127) пристроїв до однієї шини, правда, за наявності хабов. Хост-контроллер інтегрований в більшість сучасних системних плат. Випускаються і карти розширення з контроллерами USB (зазвичай для шини PCI). Проте повсюдне застосування USB стримується недостатньою активністю розробників ПО (виробників устаткування): проглядаючи переліки пристроїв, ми бачимо, що для всіх указується підтримка в Windows 98/SE/ME, а ось в графах Linux, MACOS, Unix і навіть Windows 2000 часто коштують неприємні позначки N/A (Not Allowed — «не дозволено»).

Для того, щоб система USB запрацювала, необхідно, щоб були завантажені драйвери хост-контроллера (або контроллерів, якщо їх декілька). При підключенні пристрою до шини USB ОС Windows видає повідомлення «Виявлений новий пристрій» і, якщо пристрій підключається вперше, пропонує завантажити для нього драйвери. Багато моделей пристроїв вже відомо системі, і драйвери входять в дистрибутив ОС. Проте може потрібно і драйвер виготівника пристрою, який повинен входити в комплект постачання пристрою, або його доведеться шукати в Мережі. На жаль, не всі драйвери працюють коректно — «сирий» драйвер початкової версії, можливо, потрібно буде замінити «правильнішим», щоб пристрій нормально пізнавався і добре працював. Але це загальне горе користувачів будь-яких пристроїв, а не тільки пристроїв для шини USB.

Перерахуємо основні області застосування USB.

• Пристрої введення — клавіатури, миші, трекболы, планшетні покажчики і тому подібне Здесь USB надає для різних пристроїв єдиний інтерфейс. Доцільність використання USB для клавіатури неочевидна, хоча в парі з мишею USB (що підключається до порту хаба, вбудованого в клавіатуру) скорочується кількість кабелів, що тягнуться від системного блоку на стіл користувача.

• Принтери. USB 1.1 забезпечує приблизно ту ж швидкість, що і LPT-порт в режимі ЕСР, але при використанні USB не виникає проблем з довжиною кабелю і підключенням декількох принтерів до одного комп'ютера (правда, потрібні хабы). USB 2.0 дозволить прискорити друк в режимі високого дозволу за рахунок скорочення часу на передачу великих масивів даних. Проте є проблема із старим ПО, яке безпосередньо працює з LPT-портом на рівні регістрів, — на принтер USB воно друкувати не зможе.

• Сканери. Застосування USB дозволяє відмовитися від контроллерів SCSI або від заняття LPT-порта. USB 2.0 при цьому дозволить ще і підвищити швидкість передачі даних.

• Аудіопристрої — колонки, мікрофони, головні телефони (навушники). USB дозволяє передавати потоки аудіоданих, достатні для забезпечення найвищої якості. Передача в цифровому вигляді від самого джерела сигналу (мікрофону з вбудованим перетворювачем і адаптером) до приймача і цифрова обробка в хост-компьютере дозволяють позбавитися від наведень, властивих аналогової передачі аудіосигналів. Використання цих аудио-компонентов дозволяє у ряді випадків позбавитися від звукової карти комп'ютера - аудіокодек (АЦП і ЦАП) виводиться за межі комп'ютера, а всі функції обробки сигналів (мікшер, еквалайзер) реалізуються центральним процесором чисто програмно. Аудіопристрої можуть і не мати власне колонок і мікрофону, а обмежитися перетворювачами і стандартними гніздами («Джекамі») для підключення звичайних аналогових пристроїв.

• Музичні синтезатори і MIDI-контроллеры з інтерфейсом USB. Шина USB дозволяє комп'ютеру обробляти потоки безлічі каналів MIDI (пропускна спроможність традиційного інтерфейсу MIDI вже набагато нижче за можливості комп'ютера).

• Відео- і фотокамери. USB 1.1 дозволяє передавати статичні зображення будь-якого дозволу за прийнятний час, а також передавати потік відеоданих (живе відео) з достатньою частотою кадрів (25-30 Кбіт/с) тільки з невисоким дозволом або стисненням даних, від якого, природно, страждає якість зображення. USB 2.0 дозволяє передавати потік відеоданих високого дозволу без стиснення (і втрати якості). З інтерфейсом USB випускають як камери, так і пристрої захоплення зображення з телевізійного сигналу і TV-тюнеры.

• Комунікації. З інтерфейсом USB випускають різноманітні модеми, включаючи кабельні і xDSL, адаптери високошвидкісного інфрачервоного зв'язку (IRDA FIR) — шина дозволяє подолати межу швидкості СОМ-ПОРТА (115,2 Кбіт/с), не підвищуючи завантаження центрального процесора. Випускаються і мережеві адаптери Ethernet, що підключаються до комп'ютера по USB. Для з'єднання декількох комп'ютерів в локальну мережу випускаються спеціальні пристрої, що виконують комутацію пакетів між комп'ютерами. Безпосередньо (без додаткових пристроїв) портами USB з'єднати між собою навіть два комп'ютери не можна — на одній шині може бути присутнім лише один хост-контроллер (див. вищий). Спеціальний пристрій для зв'язку пари комп'ютерів виглядає як «пігулка», врізана в кабель USB з двома вилками типу «А» на кінцях. Об'єднання більше двох комп'ютерів ускладнюється і топологічними обмеженнями USB: довжина одного сегменту кабелю не повинна перевищувати 5 м, а використовувати хабы для збільшення дальності неефективно (кожен хаб дає всього 5 м додаткового видалення).

• Перетворювачі інтерфейсів дозволяють через порт USB, що є тепер практично на всіх комп'ютерах, підключати пристрої з найрізноманітнішими інтерфейсами: Centronics і IEEE 1284 (LPT-порты), RS-232C (емуляція UART 16550A — основи СОМ-ПОРТОВ) і інші послідовні інтерфейси (RS-422, RS-485, V.35...), емулятори портів клавіатури і навіть Game-порта, перехідники на шину АТА, ISA, РС Card та будь-які інші, для яких достатньо продуктивності. Тут USB стає палочкой-выручалочкой, коли встає проблема 2-го (3-го) LPT- або СОМ-ПОРТА в блокнотному ПК і в інших ситуаціях. При цьому ПО перетворювач може забезпечити емуляцію класичного варіанту «заліза» стандартних портів IBM РС, але тільки під управлінням ОС захищеного режиму. Додаток MS-DOS може звертатися до пристроїв по адресах введення-виводу, пам'яті, перериваннями, каналами DMA, але тільки з сеансу MS-DOS, відкритого в ОС з підтримкою USB (частіше це Windows). При завантаженні «голої» MS-DOS «палочка-выручалочка» не працює. Перетворювачі інтерфейсів дозволяють продовжити життя пристроям з традиційними інтерфейсами, що зживаються з РС специфікаціями PC'99 і PC'2001. Швидкість передачі даних через конвертер USB — LPT може опинитися навіть вище, ніж у реального LPT-порта, що працює в режимі SPP.

• Пристрої зберігання — вінчестери, пристрої читання і запису CD і DVD, стриммеры — при використанні USB 1.1 отримують швидкість передачі, сумірну із швидкістю їх підключення до LPT, але зручніший інтерфейс (як апаратний, так і програмний). При переході на USB 2.0 швидкість передачі даних стає сумірною з АТА і SCSI, а обмежень по кількості пристроїв досягти важко. Особливо цікаве використання USB для електронних пристроїв незалежного зберігання (на флэш-памяти) — такий накопичувач може бути вельми компактним (розміром з брелок для ключів) і ємким (16-256 Мбайт, в перспективах — гігабайт і більш). Випускаються пристрою для мобільного підключення накопичувачів з інтерфейсом Ата-atapi — по суті, це лише перетворювачі інтерфейсів, поміщені в коробку-відсік формату 5" або 3,5", а іноді виконані прямо в корпусі 36-контактного роз'єму АТА. Є і пристрої читання-запису карт SmartMedia Card і CompactFlash

• Ігрові пристрої — джойстики всіх видів (від «паличок» до автомобільного керма), пульти з різноманітними датчиками (безперервними і дискретними) і виконавчими механізмами (чом би не зробити крісло автогонщика з вібраторами і гойдалками?) — підключаються уніфікованим способом. При цьому виключається ресурсопожирающий інтерфейс старого ігрового адаптера (скасованого вже в специфікації PC'99).

• Телефони — аналогові і цифрові (ISDN). Підключення телефонного апарату дозволяє перетворити комп'ютер на секретаря з функціями автодозвона, автовідповідача, охорона і тому подібне

• Монітори — тут шина USB використовується для управління параметрами монітора. Монітор повідомляє системі свій тип і можливості (параметри синхронізації) — це робилося і без USB по шині DDC. Проте USB-мониторы дозволяють системі ще і управляти ними — регулювання яскравості, контрасту, колірної температури і тому подібне можуть тепер виконуватися програмно, а не тільки від кнопок лицьової панелі монітора. У монітори, як правило, вбудовують хабы. Це зручно, оскільки настільну периферію не завжди зручно включати в «підстольний» системний блок.

• Електронні ключі — пристрою з будь-яким рівнем інтелектуальності захисту — можуть бути виконані в корпусі вилок USB. Вони набагато компактнее і мобильнее аналогічних пристроїв для СОМ- і LPT-портов.

Звичайно ж, перерахованими класами пристроїв сфера застосування шини USB не обмежується.

Хаби USB випускаються як у вигляді окремих пристроїв, так і вбудовуються в периферійні пристрої (клавіатури, монітори). Як правило, хабы харчуються від мережі змінного струму (вони повинні живити пристрої, що підключаються). Випускають і хабы, що встановлюються всередину системного блоку комп'ютера і живлення, що харчуються від його блоку. Такі хабы дешевше зовнішніх і не вимагають додаткової живлячої розетки. Один з варіантів виконання — установка хаба на дужку, що вмонтовується у вікно для додаткових роз'ємів. Доступ до їх роз'ємів з «спини» системного блоку не дуже зручний для користувачів. Інший варіант — хаб, що встановлюється в 3"-отсек. Його роз'єми досяжні, індикатори стану портів добре видно, але не завжди зручні кабелі, що виходять з передньої панелі системного блоку. З іншого боку, для підключення електронних ключів (якщо їх доводиться часто міняти) або мініатюрних накопичувачів цей варіант — найзручніший.

Недавно з'явилися і нові допоміжні пристрої, що збільшують дальність зв'язку (distance extender). Це пара пристроїв, що сполучаються між собою звичайним кабелем «витаючи пара» (або оптоволокном), що включається між периферійним пристроєм і хабом. «Подовжувач» з боку периферії може мати і хаб на декілька портів. На жаль, збільшення дистанції упирається в обмеження на час затримки сигналу, властиві протоколу шини USB, і досяжно лише видалення до 100 м. Але навіть і ця довжина дозволяє розширити сферу застосування USB, наприклад для видаленого відеоспостереження.