Федеральное агентство железнодорожного транспорта Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

Омский государственный университет путей сообщения ОмГУПС (ОмИИТ)

Кафедра «Информатика, прикладная математика и механика»

Тематический реферат по дисциплине «Информатика»

ИСТОРИЯ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ПОРТА USB

Студент гр. 53Я К.И. Шихова

Омск 2013

Содержание

Предметный указатель Введение

1.Устройство USB

2.История развития USB

3.Версии USB

4.Тенденции развития USB Заключение Литература

Предметный указатель

Временное согласование - асинхронная дифференциальная передача данных с произвольными интервалами времени и нестрогими требованиями ко времени ожидания (появления информации).

Концентратор – устройство для объединения компьютеров в сеть Ethernet c применением кабельной инфраструктуры типа витая пара. В настоящее время вытеснены сетевыми коммутаторами.

Мультиплексирование - передача адреса, данных, управления и состояния по одной и той же шине в режиме разделения времени. Вид передачи с учетом направления - полудуплексный (данные передаются в обе стороны по двум дифференциальным линиям D+ и D- в различные моменты времени).

Па́тч (англ. patch заплатка) — информация, предназначенная для автоматизированного внесения определённых изменений в компьютерные файлы.

Режим обмена - программный (драйвер хоста выполняет все программные операции, необходимые для обслуживания устройств).

Способ коммутации - временной с централизованным управлением, типа «точка - много точек» (один хост и много устройств). В шине USB связь хоста с устройствами выполняется в режиме разделения времени (возможна передача данных между хостом и только одним каким-либо устройством).

Структура данных - специальные пакеты различного формата, определяемые требованиями передачи данных, их контроля, синхронизации и настройки разнообразных типов устройств.

Тип передачи байтов и битов - последовательно-последовательный, то есть последовательно передаются байты данных один за другим и последовательно – биты, размещенные в байтах (младший разряд байта поступает первым).

Хост - центральное устройство – является полным хозяином шины, а

все подключенные к шине называются устройствами-исполнителями. Хаб – сетевой концентратор.

Шина – в архитектуре компьютера подсистема, которая передаёт данные между функциональными блоками компьютера.

Введение

Тема данного реферата – история и тенденции развития универсальной последовательной шины USB. USB (англ. Universal Serial Bus –

универсальная последовательная шина) – последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике. Символом USB являются четыре геометрические фигуры: большой круг, малый круг, треугольник и квадрат, расположенные на концах древовидной блок-схемы (рис. 1).

Рисунок 1 - Символ USB

Актуальность работы обусловлена распространенностью использования данного устройства передачи и приема данных, а также его постоянной модернизацией.

Задачи работы: 1) раскрыть особенности устройства USB через историю его развития; 2) перечислить современные модификации USB; 3) определить основные тенденции дальнейшего развития USB.

1. Устройство USB

Разработка спецификаций на шину USB производится в рамках международной некоммерческой организации USB Implementers Forum (USB-IF), объединяющей разработчиков и производителей оборудования с шиной USB [7].

Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводный кабель, при этом два провода (витая пара) в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода – для питания периферийного устройства.

Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА).

К одному контроллеру шины USB можно подсоединить до 127 устройств по топологии «звезда», в том числе и концентраторы. На одной шине USB может быть до 127 устройств и до 5 уровней каскадирования хабов, не считая корневого.

Рисунок 2 - USB-хаб с круглой основой

В настоящее время широко используются устройства, выполненные в соответствии со спецификацией USB 2.0. Ведётся внедрение в производство

устройств спецификации USB 3.0 [7].

Шина USB предназначена для сопряжения ПК с различными устройствами типа телефона, факса, модема, сканера, автоответчика, клавиатуры, мыши и т. д.1 Эта шина для настольных систем отвечает требованиям технологии plug and play и является среднескоростной, двунаправленной дешевой шиной, повышающей взаимосвязность компонентов ПК и расширяющей его архитектуру. Основные свойства шины

USB:

•возможность подключения до 127 физических устройств;

•автоматическое распознавание периферии;

•образование различных конфигураций;

•поддержка передачи голоса, звука и сжатого видео;

•реализация как изохронных, так и синхронных типов передач с широким диапазоном скоростей;

•наличие механизма обработки ошибок;

•управление питанием и т. д.

Технология шины USB представлена имеет многоуровневую звездообразную структуру (древовидную конфигурацию). Каждую звезду образует хаб (пункт присоединения), обеспечивающий подключение одного или нескольких функционеров (функ), периферийных устройств. Шина USB содержит один хост (контроллер), образующий корневой уровень и управляющий работой функционеров. Хаб является основным элементом в архитектуре USB, поддерживающей соединение нескольких хабов. В состав хаба входит один верхний потоковый порт ВПП, необходимый для подключения хаба к «хвосту», и несколько нижних потоковых портов (НПП), соединяющих его с другими хабами и (или) функционерами2.

Хаб выполняет следующие функции: обнаружение присоединения

1 Авдеев В.А. Периферийные устройства: интерфейсы, схемотехника, программирование. – М.: ДМК Пресс, 2009. – С. 124.

2 Там же.

(отсоединения) другого хаба или функционера; управление питанием и конфигурированием устройств, подключенных к соответствующим НПП. Хаб содержит контроллер и репитер (управляемый протоколом переключатель портов). Контроллер использует интерфейсные регистры для выполнения связи с хостом, который с помощью управляющих команд конфигурирует хаб и следит за его партнерами. Функционер представляет собой отдельное USB-устройство, которое кабелем подключается к какомулибо порту хаба. Хаб/функционер выполняется как устройство, содержащее встроенный хаб. Каждый функционер перед его использованием должен быть сконфигурирован хостом, который включает распределение диапазона частот и выбор специфических опций для конфигурации [1, с. 124].

USB-хост (центральная ЭВМ) осуществляет доступ к USB-устройствам

спомощью хост-контроллера, который выполняет следующие действия:

•координацию потоков управления и данных между хостом и устройствами;

•обнаружение подключенных (отключенных) устройств;

•сбор информации о состоянии системы;

•управление питанием.

Протокол шины выполняется следующим образом. Хост направляет по шине USB эстафетный пакет, в котором указываются тип пакета, направление транзакции (действия на шине), адрес устройства и номер конечной точки. Конечная точка – это уникально определяемая часть USBустройства, содержащего несколько таких точек (конечных пунктов связи). Комбинация адреса устройства и номера конечной точки в этом устройстве позволяет выбрать каждую точку в отдельности. Любая конечная точка должна быть сконфигурирована перед употреблением и характеризуется частотой, временем ожидания доступа к шине, шириной полосы частот, максимальным размером пакета, типом и направлением передачи.

Устройства с низким быстродействием содержат не более двух конечных точек, а устройства с высоким быстродействием – до 16 выходных

точек. После того как передача данных завершена, USB-устройство [2, с.221] (приемник) отвечает пакетом подтверждения, в котором отмечается успешность этой передачи. Сигналы данных D+ и D- и питание (V и G - земля) в шине USB передаются от точки к точке по четырем проводам 90омного кабеля с максимальной длиной 5 м. Номинальное напряжение питания - 5 В.

Рисунок 3 - Многозвенная коммутация информационного канала

Хост (хаб) обеспечивает питанием устройства USB, которые подключены к нему. Кроме того, устройства USB могут иметь автономное питание. Питание по шине USB имеет ограниченную величину [4]. Шина USB обеспечивает два диапазона скоростей передачи информации: низкая скорость (1,5 Мбита/с) и высокая скорость (12 Мбит/с). Низкоскоростной режим применяется для взаимодействия с интерактивными устройствами (мышью, трекболом и т. п.), а высокоскоростной режим - с адаптером телефона, аудиоили видеоустройствами. Каждому пакету данных предшествует поле синхронизации, которое позволяет приемникам согласовывать во времени их таймеры (генераторы) для приема данных. Поле синхронизации содержит синхроимпульсы, закодированные по методу NRZI с битовым заполнением. В шине USB используется метод кодирования NRZI (без возвращения к нулю с инверсией).

В этом случае метод кодирования NRZI состоит в том, что если бит передаваемых данных равен 0, то происходит изменение уровня напряжения, а если равен 1, то уровень напряжения сохраняется. Таким образом, строка нулей вызывает переключение уровней сигналов, а строка единиц образует длительные отрезки уровней без всяких переходов, что может нарушить условие синхронизации при выделении каждого бита. Поэтому при передаче данных через каждые шесть последовательных единиц вставляется нуль, чтобы гарантировать достоверное определение каждого битового интервала при приеме в наиболее худшем случае, когда передаются единичные значения битов данных. Приемник декодирует код NRZI и отбрасывает вставленные биты нулей. Устройство USB может иметь конечную точку, поддерживающую только канал управления, или конечную точку, использующую канал для передачи данных [1, с. 124, 125].

2. История развития USB

Первые спецификации для USB 1.0 были представлены в 1994–1995 гг. Разработка USB поддерживалась фирмами Intel, Microsoft, Philips, US Robotics. USB стал « общим знаменателем» под тремя не связанными друг с другом стремлениями разных компаний:

•Расширение функциональности компьютера. На тот момент для подключения внешних периферийных устройств к персональному компьютеру использовалось несколько «традиционных» (англ. legacy) интерфейсов (PS/2, последовательный порт, параллельный порт, порт для подключения джойстика, SCSI), и с появлением новых внешних устройств разрабатывали и новый разъём. Предполагалось, что USB заменит их все и заодно подхлестнёт разработку нетрадиционных устройств.

•Подключить к компьютеру мобильный телефон. В то время поднимались на ноги компьютерные сети, телефоны переходили на цифровую передачу голоса, и ни один из имеющихся интерфейсов не годился