USB - Universal Serial Bus

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
Доклад на тему:
USB - Universal Serial
Bus
Выполнил: Комченко А.С.
РКТ1-41
Проверил: Пиминов М.Б.
USB - Universal Serial Bus
Сокращение от Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина, новый стандарт
внешней шины, поддерживающий скорость передачи данных 12 Mbps (12 миллионов бит в
секунду). К единственному порту USB можно подсоединять до 127(!!!!) периферийных устройств,
таких как мыши, модемы, клавиатуры. Следовательно, если на вашей материнской плате есть 8
USB портов + все слоты PCI
на материнской плате будут заняты контроллерами USB с 4-мя портами каждый, то вы,
теоретически, можете подключить к компьютеру до 4064 устройств. USB также поддерживает
Plug-and-Play и горячую замену.
Начиная с 1996, некоторые производители компьютеров начали включать поддержку USB в
новые изделия. Ожидается, что USB полностью заменит последовательный и параллельный
порты.
Новый стандарт USB 2.0
Еще в прошлом году Intel заявляла, что преимущества интерфейса IEEE 1394 позволят
использовать его с оборудованием видеоконференций, сканерами высокого разрешения,
принтерами и внешними накопителями. Теперь те же самые устройства корпорация упоминает
уже в связи с USB 2.0.
Между тем массовое распространение USB-устройств имеет не только плюсы, но и минусы.
С одной стороны, с появлением во второй половине 2000 года поддерживающих USB 2.0
устройств пользователи получат в свое распоряжение универсальное решение сопряжения
ноутбуков с внешними устройствами. Подключенный к шине USB репликатор(иначе говоря USBхаб) портов позволит модернизировать компьютер без необходимости приобретать
дополнительные расширители портов.
Шина USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) появилась по
компьютерным меркам довольно давно - версия первого утвержденного варианта стандарта
появилась 15 января 1996 года. Разработка стандарта была инициировна весьма авторитетными
фирмами - Intel, DEC, IBM, NEC, Northen Telecom и Compaq.
Основная цель стандарта, поставленная перед его разработчиками - создать реальную
возможность пользователям работать в режиме Plug&Play с периферийными устройствами. Это
означает, что должно быть предусмотрено подключение устройства к работающему компьютеру,
автоматическое распознавание его немедленно после подключения и последующей установки
соответствующих драйверов. Кроме этого, желательно питание маломощных устройств подавать
с самой шины. Скорость шины должна быть достаточной для подавляющего большинства
периферийных устройств. Попутно решается историческая проблема нехватки ресурсов на
внутренних шинах IBM PC совместимого компьютера - контроллер USB занимает только одно
прерывание независимо от количества подключенных к шине устройств.
Технические характеристики
Возможности USB следуют из ее технических характеристик:
1. Высокая скорость обмена (full-speed signaling bit rate) - 12 Mb/s
2. Максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена - 5 m
3. Низкая скорость обмена (low-speed signaling bit rate) - 1.5 Mb/s
4. Максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена - 3 m
5. Максимальное количество подключенных устройств (включая размножители) - 127
6. Возможно подключение устройств с различными скоростями обмена
7. Отсутствие необходимости в установке пользователем дополнительных элементов, таких
как терминаторы для SCSI
8. Напряжение питания для периферийных устройств - 5 V
9. Максимальный ток потребления на одно устройство - 500 mA
Поэтому целесообразно подключать к USB практически любые периферийные устройства, кроме
цифровых видеокамер и высокоскоростных жестких дисков. Особенно удобен этот интерфейс для
подключения часто подключаемых/отключаемых приборов, таких как цифровые фотокамеры.
Конструкция разъемов для USB рассчитана на многократное сочленение/расчленение.
Возможность использования только двух скоростей обмена данными ограничивает
применяемость шины, но существенно уменьшает количество линий интерфейса и упрощает
аппаратную реализацию.
Питание непосредственно от USB возможно только для устройств с малым потреблением, таких
как клавиатуры, мыши, джойстики и т.п.
Кабели и разъемы
Сигналы USB передаются по 4-х проводному кабелю
Предназначены только для подключения к
источнику, т.е. к компьютеру или хабу
Предназначены только для подключения к
периферийному устройству
Номер контакта Назначение Цвет провода
1
V BUS
Красный
2
D-
Белый
3
D+
Зеленый
4
GND
Черный
Оплетка
Экран
Оплетка
Здесь GND - цепь "корпуса" для питания периферийных устройств, VBus - +5V 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 неэкранированным.
Разъемы, используемые для подключения периферийных устройств, показаны на рисунке выше.
Внешний вид и типы разъёмов интерфейса USB
Любой интерфейс USB спецификации 1.0, 1.1, 2.0 - имеет на сегодняшний день 3 вида разъёмов.
Все они разрабатывались, - для совершенно конкретных устройств и аппаратуры, исходя из
области применения периферийных устройств. Ведь очень трудно уместить стандартный USB
разъём типа A, например, на малогабаритной фотокамере.
Во всех 3-типах разъёмов применяется разъём c 4-мя контактами:
1. GND (земля)
2. + 5 V (питающее напряжение, с нагрузкой 500мА)
3. Данные (приём)
4. Данные (передача)
Провода, для приёма и передачи данных, представляет витую пару, помещённую в
экранированную оболочку.
Внешний вид разъемов
Вилка USB разъёма типа А
Вилка USB разъёма типа мини (MiniUSB)
Розетка USB разъёма типа А
Самый распространенный тип разъёмов.
Применяется на стационарных и переносных
компьютерах.
Розетка USB разъёма типа мини (MiniUSB)
Миниатюрный тип USB соединений. Применяется
часто на цифровых фотоаппаратах, цифровых
камерах, и MP3 плеерах.
Вилка нестандартного разъёма для передачи данных
USB типа
Вилка USB разъёма типа В
Розетка нестандартного разъёма для передачи данных
USB типа
Розетка USB разъёма типа В
Тип разъёмов, применяющихся на многих
периферийных устройствах (принтеры, сканеры,
и т.д.)
Также, в последнее время, на многих - особо миниатюрных устройствах (MP3 плеера), использующие USB
интерфейс, применяются особо мало габаритные разъёмы, которые являются не стандартными, и
подключаются к стандартным соединителям через соответствующие переходники и специализированные
шнуры.
Вывод: У USB разъема большое будущее. В настоящее время это один из самый распространенных и
популярных разъемов во всем мире. А с приходом нового вида этого разъема, USB2.0, скорость которого
во много раз больше своего предшественник, то он станет еще более популярен в мире. Т.к. к нему
подходя большинство компьютерах дивайсов, как старых, так и новых, то он еще очень долго будет
оставаться востребованным.