Інтерфейс USB

 

 

І. Вступ……………………………………………………………………………….	3
ІІ. Основна частина………………………………………………………………….	4
2.1 Архітектура USB…………………………………………………………...	4
2.2 Кабелі та роз'єми ………………………………………………………….	6
2.3 Програмне забезпечення………………………………………………….	8
2.4 Топологія …………………………………………………………………..	8
2.5 Історія стандарту USB ……………………………………………………	9
2.6 Технічні характеристики………………………………………………….	10
2.7 USB 2.0……………………………………………………………………..	10
2.8 USB OTG …………………………………………………………………..	12
2.9 USB wireless ……………………………………………………………….	12
2.10 USB 3.0……………………………………………………………………	14
ІІІ. Висновок…………………………………………………………………………	15
IV. Охорона праці…………………………………………………………………...	25
V. Список використаної літератури………………………………………………..	30
Додатки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

І. Вступ

В останні роки тисячоліття можна було спостерігати стрімкий прогрес в області інтерфейсів периферійних пристроїв.

У групі пристроїв, що забезпечують високошвидкісне підключення, відбулося поповнення! Новий стандарт отримав назву USB. Завдяки своїй  універсальності та здатності ефективно передавати різнорідний трафік, шина USB застосовується для підключення до PC найрізноманітніших пристроїв. Деякі з найбільш поширених і корисних на сьогоднішній день пристроїв мають одну спільну рису - вони використовують переваги технології USB. USB - це тип технології, довгий час використовувався на комп'ютерах і поступово перейшов на інші пристрої, які не обов'язково підключалися до комп'ютера. Технологія USB широко застосовується для підключення зовнішніх пристроїв до ПК, поступово поширюючись і на різні мобільні пристрої, а також побутову електроніку.

Тепер цей високошвидкісний і ефективний інтерфейс підключення  звільняється від проводів, зберігаючи функціональність традиційною провідний  технології USB. Порти і кабелі USB використовуються вже тривалий час для приєднання деяких пристроїв до комп'ютера. Наприклад, більшість принтерів, сканерів, цифрових камер, комп'ютерних мишок, зовнішніх і деяких інших пристроїв вже досить давно використовують технологію USB.Многіе не уявляють собі життя без usb flash накопичувачів і інших периферійних пристроїв.

Причиною виникнення нового стандарту для передачі інформації, послужила бажання спростити  з'єднання ПК з периферійними  пристроями. Основна мета стандарту, була створити для користувачів можливість користуватися таким інтерфейсом, який би володів максимальною простотою, універсальністю, і використовував принцип Plug & Play або гаряче з'єднання.

Це дозволило б підключати до ПК під час роботи різні пристрої введення-виведення, з умовою негайного  автоматичного розпізнавання типу та моделі, що підключаються.

 

ІІ. Основна  частина

2.1 Архітектура USB

USB (англ. Universal Serial Bus) - універсальна  послідовна шина, призначена для  периферійних пристроїв.) є промисловим  стандартом розширення архітектури  PC, орієнтованим на інтеграцію з телефонією і пристроями побутової електроніки.

Архітектура USB визначається наступними критеріями:

1) Легко реалізоване  розширення периферії PC.

2) Дешеве рішення, що  підтримує високі швидкості передачі  даних.

3) Повна підтримка в реальному часі передачі аудіо і (стиснутих) відеоданих.

4) Гнучкість протоколу  змішаної передачі ізохронних  даних і асинхронних повідомлень.

5) Інтеграція з випуском  пристроями.

6) Доступність в PC всіх конфігурацій і розмірів.

7) Забезпечення стандартного інтерфейсу, здатного швидко завоювати ринок.

8) Створення нових  класів пристроїв, що розширюють PC.

9) Повна сумісність  всіх версій

З точки зору кінцевого  користувача, привабливі такі риси USB: Простота кабельної системи і підключень. Шина USB представляє собою послідовний інтерфейс передачі даних для середньошвидкісних та низькошвидкісних периферійних пристроїв. Основна мета стандарту, поставлена ​​перед його розробниками - забезпечити користувачам реальну можливість роботи в режимі Plug & Play з периферійними пристроями. Це означає, що повинно бути передбачено підключення пристрою до ввімкненого комп'ютера, автоматичне розпізнавання його негайно після підключення та подальшої установки відповідних драйверів (якщо це необхідно). Крім того, бажано забезпечити подачу харчування для малопотужних пристроїв з самої шини. Швидкість шини повинна бути достатньою для переважної більшості низькошвидкісних периферійних пристроїв. При цьому контролер USB займає тільки одне переривання незалежно від кількості підключених до шини пристроїв.

Структура USB забезпечує одночасний обмін даними між хост-комп'ютером і безліччю периферійних пристроїв (ПУ). Розподіл пропускної здатності шини між ПУ планується хостом і реалізується ним за допомогою посилки маркерів.

Пристрою (Device) USB можуть бути хабами, функціями або їх комбінацією. Хаб (Hub) забезпечує додаткові точки підключення пристроїв до шини. Функції (Function) USB надають системі додаткові можливості, наприклад підключення до ISDN, цифровий джойстик, акустичні колонки з цифровим інтерфейсом і т. п. Пристрій USB повинно мати інтерфейс USB, що забезпечує повну підтримку протоколу USB, виконання стандартних операцій (конфігурація і скидання) і надання інформації, яка описує пристрій. Багато пристроїв, що підключаються до USB, мають у своєму складі і хаб, і функції. Роботою всієї системи USB управляє хост-контролер (Host Controller), є програмно-апаратної підсистемою хост-комп'ютера.

USB визначає, додано пристрій або відключено, завдяки своїй розумності, забезпечувана основною системою. Шина автоматично визначає, який системний ресурс, включаючи програмний драйвер і пропускну здатність, потрібний кожному периферійному пристрою і робить цей ресурс доступним без втручання користувача. Власники комп'ютерів, оснащених шиною USB мають можливість перемикати сумісні периферійні пристрої, так само просто, як вони вкручують нову лампочку в лампу.

Працює з USB будується на основі технологічно цілісною і відкритою специфікації, яка задовольняє потребам споживачів в легко розширюваних комп'ютерах. У свою чергу, для постачальників і реселерів комп'ютерів, периферії та програмного забезпечення, сумісність USB принесе прибуток, за рахунок використання нових методів маркетингу:

1. "Готова платформа"  дозволяє логічно пов'язати апаратне  і програмне забезпечення для спільної поставки покупцю.

2.USB може знизити ризик можливої ​​несумісності периферійного і програмного забезпечення, що поставляється з комп'ютерами, за рахунок постачання готових систем по ключ, які задовольняють вимогам спеціалізованих ринкових ніш.

3.USB-сумісна периферія може запропонувати приватним і корпоративним покупцям більший вибір устаткування, без страху зниження функціональних можливостей апаратних засобів.

4.USB може допомогти постачальникам знизити їхні витрати на розробки, що в свою чергу дозволить їм встановити нові, більш конкурентоспроможні ціни.

Пристрої на шині USB діляться на ведучі та ведені. Фактично, провідних пристроїв на шині може бути тільки одне, і таким є хост. Всі передачі даних ініціюються хостом відповідно певної часової програмою. Функціональні пристрої самі не можуть ініціювати передачу, а лише відповідають на запити хоста. Обмін даними можливий тільки між хостом і пристроєм, і не можливий на пряму між пристроями підключеними до шини (це означає, що в принципі в першу чергу USB - це шина висновку).

2.2 Кабелі та роз'єми

Сигнали USB передаються  по 4-х проводовому кабелю

Рис. 2. Розпаювання кабелю USB		Рис. 3.
Призначені тільки для  підключення до джерела, тобто до комп'ютера або хабу	Призначені тільки для підключення до периферійного пристрою

 

 

 

Номер контакту	Призначення	Колір дроту
1	V BUS	Червоний
2	D-	Білий
3	D+	Зелений
4	GND	Чорний
Оплетка	Екран	Оплетка

 

Тут GND - ланцюг "корпусу" для живлення периферійних пристроїв, VBus - +5 V також для ланцюгів харчування. Шина D + призначена для передачі даних по шині, а шина D-для прийому даних.

Кабель для підтримки  повної швидкості шини (full-speed) виконується  як вита пара, захищається екраном  і може також використовуватися  для роботи в режимі мінімальної швидкості (low-speed). Кабель для роботи тільки на мінімальній швидкості (наприклад, для підключення миші) може бути будь-яким і неекранованим.

USB-кабель представляє  собою виту пару, по якій відбувається  передача даних в обох напрямках  (диференціальне включення), і два дроти для живлення периферійного пристрою. Провід пофарбовані в такі кольори: червоний - +5 В, чорний - земля, зелений - Data +, білий - Data-. Завдяки вбудованим лініям живлення, USB часто дозволяє застосовувати пристрої без власного блоку живлення (якщо ці пристрої споживають струм силою не більше 500 мА). До одного контролера шини USB можна під'єднати до 127 пристроїв через ланцюжок концентраторів (вони використовують топологію "зірка"). Розміри роз'ємів: USB Тип A - 4x12 мм, USB Тип B - 7x8 мм, USB mini A і USB mini 2x7.

Рис. 4. USB-кабель

 

2.3 Програмне забезпечення

 

Програмне забезпечення, його призначення та потрібно для  роботи USB.

Операційна система Windows 95 (починаючих з версії OSR 2.1, віпущеної 29

жовтня 1996р.) поставляється уже з вбудованих драйверами, які

дозволяє Вашому персонального  комп'ютера розпізнаваті USB періферію. У результаті, Вам не потрібно купуваті або інсталюваті додаткова

Програмне забезпечення для шкірного нового періферійного пристрою. Тім  не менше, разом з новою USB періферією ві отрімаєте дискету з новими

драйверами. Однак, не все так райдужно - напріклад, коректно роботу

принтера з інтерфейсом USB здатно Забезпечити Тільки OC Windows 98 І Вище.

2.4 Топологія

 

Рис. 5.Офіціальная іконка USB

 

Такий іконкою офіційно позначається шина USB як в Windows 98, так  і на задніх стінках комп'ютерів (на жаль, далеко не всіх), а також  на всіх роз'ємах USB. Ця ікона на Насправді  правильно відображає ідею топології USB. Топологія USB практично не відрізняється від топології звичайної локальної мережі на кручений парі, яку часто називають "зіркою". Навіть термінологія схожа - концентратори шини також називаються HUB'амі.

 

2.5 Історія стандарту USB

 

Специфікації для USB 1.0 були представлені в листопаді 1995 року. Розробка USB підтримувалася Intel, Microsoft, Philips і US Robotics. Спочатку USB розраховувалася як заміна коннекторам ззаду персональних комп'ютерів так і для полегшення конфігурації програмного забезпечення в комунікаційних пристроях. У комп'ютері "Bondi blue" iMac G3 від Apple, представлений 6 травня 1998, був першим комп'ютером в якому USB порти були представлені без "Legacy" (традиційних) портів. USB 1.1 вийшов у вересні 1998, в ньому були виправлені проблеми і помилки, які виникали з версією 1.0.

              На даний момент, версія USB становить  2.0. Hewlett-Packard, Intel, Lucent (нині Alcatel-Lucent), Microsoft, NEC, і Philips спільно вели ініціативу  з розробки більш швидкісний  версії, ніж 1.1. Специфікації для  USB 2.0 були опубліковані в квітні 2000 року і в кінці 2001 року ця версія була стандартизована USB Implementers Forum. USB 2.0 є зворотно сумісним з усіма попередніми версіями USB.

Надалі були розроблені USB входи для переносних і мобільних  пристроїв, звані Mini-B. Нова версія міні-входів, званих Micro-USB, була представлена ​​USB Implementers Forum 4 січня 2007.

 

2.6 Технічні характеристики

дві швидкості:

висока швидкість обміну - 12 Мбіт / с

низька швидкість обміну - 1,5 Мбіт / с

максимальна довжина  кабелю для низької швидкості  обміну - 5 м [1]

максимальна довжина  кабелю для високої швидкості  обміну - 3 м [1]

максимальна кількість  підключених пристроїв (враховуючи концентратори) - 127

можливість підключення  пристроїв з різними швидкостями  обміну

напруга живлення для  периферійних пристроїв - 5 В

максимальний струм  споживання на один пристрій - 500 мA

 

2.7 USB 2.0

Рис. 6. Логотип USB 2.0 High Speed

 

USB 2.0 відрізняється від  USB 1.1 лише більшою швидкістю і  невеликими змінами в протоколі  передачі даних для режиму Hi-speed (480 Мбіт / сек). Існують три швидкості роботи пристроїв USB 2.0:

1.Low-speed, 10-1500 Кбіт / c (використовується  для інтерактивних пристроїв:  клавіатури, миші, джойстики)

2.Full-speed, 0,5-12 Мбіт / с (аудіо-, відеотехніка)

3.Hi-speed, 25-480 Мбіт / с (відеопристрої,  пристрої зберігання інформації)

При розробці USB 2.0 групі  було потрібно вирішити два основні  завдання: по-перше, необхідно було зберегти сумісність зі старим стандартом, по-друге, слід було добитися швидкості в 10-20 разів перевищує швидкість, яку забезпечує існуючий стандарт (USB 1.1)

 

Хоча в теорії швидкість USB 2.0 може досягати 480 Мбіт / с (60 МБайт / с), пристрої типу жорстких дисків і  взагалі будь-яких носіїв інформації в реальності ніколи не досягають  такої швидкості обміну по шині, хоча і можуть розвивати її. Це можна пояснити доволі великими затримками шини USB між запитом на передачу даних і власне початком передачі. Цей стандарт створювався для підключення периферійних пристроїв, що вимагають великої швидкості передачі даних, таких як: сканери, принтери, зовнішні накопичувачі і т.д.

Відмітна особливість USB 2.0 полягає в тому, що цей стандарт має зворотну сумісність з USB 1.1, тобто, в USB 2.0 порти можна підключити USB 1.1 пристрою. А так як пристрої, що підключаються по шині USB повсюдно поширені, то ця сумісність - один з головних козирів стандарту. Другий козир - введення підтримки USB 2.0 в більшості сучасних чіпсетів для материнських плат. Наприклад, інша шина FireWire хоча і забезпечує максимальну швидкість в 400 Мбіт / с, що на 80 Мбіт / с менше, ніж у USB, в реальності дозволяє досягти більших швидкостей обміну даними з жорсткими дисками та іншими пристроями зберігання інформації.

У яких же областях може бути затребуваний USB 2.0? У першу чергу  в якості інтерфейсу зовнішніх накопичувачів  даних. Мова йде про приводах DVD, CD-RW і різних мобільних компактних носіях. Поява нових мультимедійних цифрових пристроїв також диктує необхідність використання високошвидкісного інтерфейсу. До подібних апаратів відносяться цифрові, відео-і фотокамери. перевага інтерфейсу USB 2.0 - це його велика поширеність і дешевизна. Пропускної спроможності в 480 Мбіт / с у версії 2.0 досить для задоволення потреб усіх цих застосувань в повній мірі. Додавання пристроїв більше не пов'язане з встановленням додаткових адаптерів, виконанням складного конфігурування, ручним інсталювання додаткового програмного забезпечення: система автоматично визначає, який ресурс, включаючи програмний драйвер і пропускну здатність, потрібний кожному периферійному пристрою і робить цей ресурс доступним без втручання користувача. Популярна периферія сьогодні доступна у варіантах з USB набагато частіше, ніж з іншими.

2.8 USB OTG

 

Рис. 7. Логотип USB OTG

 

USB OTG (абр. від On-The-Go) - розширює специфікації USB 2.0, призначене  для легкого з'єднання периферійних USB-пристроїв один з одним без необхідності підключення до ПК. Наприклад, цифровий фотоапарат можна підключати до фотопринтера безпосередньо, якщо вони обидва підтримують стандарт USB OTG. До моделей КПК і комунікаторів, що підтримують USB OTG, можна підключати деякі USB-пристрої. Зазвичай це флеш-накопичувачі, цифрові фотоапарати, клавіатури, миші та інші пристрої, що не вимагають додаткових драйверів. Цей стандарт виник через різке зростання їх останнім часом необхідності надійного з'єднання різних USB-пристроїв без використання ПК. У даній специфікації пристрою обходяться без персонального комп'ютера, тобто виступають як однорангові прийомопередавачі (насправді тільки створюється таке відчуття). У дійсності ж пристрої визначають, яке з них буде майстер-пристроєм, а яке - підкорятися. Однорангові інтерфейс USB бути не може.

2.9 USB wireless

 

Рис. 8. Логотип USB wireless

 

USB wireless - новітня технологія USB (офіційна специфікація стала  доступна тільки в травні 2005 року). Дозволяє організовувати бездротовий зв'язок з високою швидкістю передачі інформації (до 480 Мбіт / с на відстані 3 метрів та до 110 Мбіт / с на відстані 10 метрів) .23 Липня 2007 міжнародна некомерційна організація USB Implementers Forum (USB-IF), що об'єднує розробників і виробників обладнання з інтерфейсом USB, оголосила про сертифікацію шести перших споживчих продуктів з підтримкою Wireless USB.

Ідея бездротового USB - конкурента бездротових інтерфейсів  ближнього радіусу дії IrDA і Bluetooth - лежить на поверхні: завдяки повній сумісності з проводовим USB він дозволив би без проводів підключати до комп'ютера, КПК або смартфону практично будь-які периферійні пристрої. За допомогою бездротових адаптерів будь-який пристрій з інтерфейсом USB може бути підключено по інтерфейсу Wireless USB.

Історія Wireless USB почалася в лютому 2004 року, коли була створена робоча група Wireless USB Promoter Group з представників  семи великих ІТ-компаній Agere Systems, Hewlett-Packard, Intel, Microsoft, NEC, Philips і Samsung. Головним завданням групи стала розробка специфікації нового бездротового стандарту, остаточний варіант якої був представлений громадськості в травні 2005 року. Функції сертифікації та просування на ринку обладнання на відповідність нового стандарту були покладені на організацію USB-IF, "опікує" всі різновиди стандартів "універсальної послідовної шини". Перша публічна демонстрація сертифікованих пристроїв з підтримкою Wireless USB USB-IF відбулася в червні 2006 року, а вже в жовтні перший комплект з бездротових хост-контролера і адаптера Wireless USB для використання як в приміщенні, так і поза ним, отримав схвалення Федеральної комісії із зв'язку США (FCC).

 

 

 

 

 

 

 

2.10 USB 3.0

 

 

Рис. 9. Роз'єм USB 3.0

 

USB 3.0 знаходиться на  стадії розробки. USB 3.0 планується  створити зворотно сумісним з  USB 2.0 і USB 1.1

Фінальна специфікація для стандарту USB 3.0 з'явиться на початку  літа 2008 року, а обладнання для нового порту з'явиться в 2009 році, досягнувши максимуму виробництва до 2010 року.

Створенням USB 3.0 займаються компанії: Intel, Microsoft, Hewlett-Packard, Texas Instruments, NEC і NXP Semiconductors.

У специфікації USB 3.0 розробники обіцяють зберегти повну сумісність з усіма попередніми стандартами USB. Теоретична пікова пропускна здатність складе 4,8 Гбіт / с. Якщо говорити не про мегабитах, а про все зрозумілою часу, то наведемо такий приклад. Перекачування відео розміром у 27 Гб з новим стандартом USB 3.0, займе всього 70 секунд, в той же час для стандарту USB2.0 це зайняло б 15 хвилин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III. Висновок

 

Безсумнівно, стандарт USB очікують великі перспективи. Впровадження технології OTG дозволить значно збільшити  кількість різних USB-пристроїв і  розширити надані ними можливості. Наявність інтерфейсу USB є вимогою до сучасних периферійних пристроїв. USB все більш широко використовується в розробках для промислових застосувань.

 

V. Список використаної літератури

 

 

1.Інтерфейси персонального  комп'ютера (електронне видання). - Propaganda Art's, 1999р .- 385с.