В USB реализована возможность подключения большого количества периферийных устройств к компьютеру. При подключении устройств к USB не нужно устанавливать платы в разъемы системной платы и реконфигурировать систему; кроме того, экономно используются такие важные системные ресурсы, как IRQ (запросы прерывания). При подключении периферийного оборудования к персональным компьютерам, оснащенным шиной USB, его настройка происходит автоматически, сразу после физического подключения, без перезагрузки или установки. Шина USB позволяет одновременно использовать до 127 устройств, причем такие периферийные устройства, как монитор или клавиатура, могут предоставлять дополнительные разъемы и выступать в качестве концентраторов USB. Кабели, разъемы, концентраторы и периферийные устройства, поддерживающие USB, можно определить по значку, показанному на рис. 17.1. Обратите внимание на символ плюса, добавленный ко второму значку — он означает стандарт USB 2.0 (высокоскоростной стандарт). Основным инициатором разработки стандарта USB выступила Intel. Начиная с набора микросхем системной логики Triton II (82430HX), в котором стандарт USB был воплощен в микросхеме PIIX3 South Bridge, компания Intel поддерживает этот стандарт во всех своих наборах микросхем системной логики. Совместно с Intel над созданием универсальной последовательной шины работали еще семь компаний, среди которых Compaq, Digital, IBM, Microsoft, NEC и Northern Telecom. Ими был создан USB Implement Forum (USB_IF), целью которого является развитие, поддержка и распространение архитектуры USB. Первая версия USB анонсирована в январе 1996 года, а версия 1.1 — в сентябре 1998. В этой спецификации более подробно описаны концентраторы и другие устройства. Большинство USB_устройств должны быть совместимы со спецификацией 1.1, даже если они выпущены до ее официального опубликования. В появившейся относительно недавно спецификации USB 2.0 скорость передачи данных в 40 раз выше, чем в оригинальной USB 1.0; кроме того, обеспечивается полная обратная совместимость устройств. Платы расширения PCI (для настольных систем) и платы PC Card Cardbus_совместимых портативных компьютеров позволяют модернизировать компьютеры ранних версий, не имеющие встроенных разъемов USB. В настоящее время практически все системные платы имеют в стандартной комплектации четыре и больше портов USB 2.0. Портативные компьютеры отличались более низкой производительностью, что продолжалось до начала 2003 года, когда порты USB 2.0 появились в ноутбуках в качестве стандартных компонентов. Технические характеристики Универсальная последовательная шина версии 1.1 — это интерфейс, работающий со скоростью 12 Мбит/с (1,5 Мбайт/с) и основанный на простом 4_проводном соединении. Эта шина поддерживает до 127 подключаемых устройств и использует топологию звезды, построенную на расширяющих концентраторах, которые могут входить в персональный компьютер, любое периферийное устройство USB и даже быть отдельными устройствами. Для таких низкоскоростных периферийных устройств, как клавиатура и мышь, в универсальной последовательной шине предусмотрен более “медленный” подканал, работающий со скоростью 1,5 Мбит/с. В USB используется кодирование данных NRZI (Non Return to Zero Invent). В этом методе кодирования изменение уровня напряжения соответствует 0, а его отсутствие — 1. NRZI представляет собой весьма эффективную схему кодирования данных, поскольку при ее использовании не нужны дополнительные сигналы, например синхроимпульсы. Последовательность нулей означает переход с одного уровня на другой каждый бит времени; последовательность единиц означает длительный промежуток времени, при котором изменения данных не происходит. Этот эффективный метод кодирования передачи данных отменяет необходимость в дополнительных тактовых импульсах, которые занимали бы время и уменьшали пропускную способность шины. Для одновременного подключения нескольких устройств USB необходимо использовать концентратор. С помощью концентратора к одному порту USB можно подключить клавиатуру, мышь, цифровую камеру, принтер, телефон и т.д. В компьютере устанавливается модуль, называемый корневым концентратором, — начальная точка для подключения всех остальных устройств. Практически все системные платы имеют два или четыре порта USB. В некоторых системах порты USB размещены на передней панели компьютера, что очень удобно для подключения таких устройств, как цифровые камеры или считыватели данных с flash_карт. Благодаря звездообразной топологии концентраторы позволяют подключить множество устройств. Каждая точка подключения именуется портом. Большинство концентраторов имеют четыре или восемь портов, что далеко не предел. Кроме того, к портам одного концентратора можно подключать дополнительные концентраторы. Концентратор управляет как непосредственно подключением, так и распределением энергии между подключенными устройствами. Кроме предоставления дополнительных портов для подключения периферийных устройств, концентратор занимается распределением энергии. Он динамически распознает подключенное периферийное устройство и после инсталляции предоставляет ему по меньшей мере 0,5 Вт. В целом концентратор может подавать до 2,5 Вт энергии, что зависит от программного драйвера устройства. Существует четыре типа разъемов (штепселей) USB — А и В, Mini_A и Mini_B. Разъем типа А используется для организации входного/исходящего потока данных между устройством и портом/концентратором USB. Порты USB, имеющиеся в системных платах и концентраторах, обычно относятся к серии А. Разъемы серии В разработаны для передачи нисходящего потока данных к устройству с отсоединяемыми кабелями. В любом случае мини-разъемы являются просто уменьшенной версией стандартных разъемов, имеющей физически меньший форм-фактор. Разъемы USB совсем небольшие (особенно мини_разъемы), что выгодно отличает их от последовательных и параллельных кабелей, которые, кроме всего прочего, приходится прикреплять винтами или держателями. У разъема USB нет контактов, которые могут погнуться или сломаться, поэтому надежность разъема очень велика. Устройство USB удовлетворяет требованиям технологии Plug and Play компании Intel, в том числе требованию горячего подключения, при котором оно может подсоединяться к компьютеру без выключения питания и перезагрузки системы. Нужно просто подключить устройство, после чего контроллер USB, установленный в компьютере, самостоятельно его обнаружит, а также добавит необходимые для работы ресурсы и драйверы. Компания Microsoft уже разработала специальные драйверы USB и включила их в Windows 98 и Windows 2000. Операционные системы Windows 95B и 95C обеспечивают весьма ограниченную поддержку для стандарта USB 1.1; необходимые драйверы не входят в состав изначальных версий Windows 95 или 95А. В Windows 95B драйверы USB не устанавливаются автоматически и поставляются отдельно, хотя в последней версии Windows 95 — Windows 95C — обеспечена встроенная поддержка USB. Большинство устройств USB не будут работать с любой версией Windows 95, даже несмотря на установленные драйверы поддержки USB. Операционная система Windows 98 и более поздние версии имеют встроенную поддержку стандарта USB 1.1. Тем не менее для USB 2.0 требуются дополнительные драйверы, которые, как правило, можно загрузить с помощью сервисной программы обновления Windows (Windows Update). Многие системы, выпущенные еще до того, как в середине 1998 года была представлена операционная система Windows 98, содержат заблокированные встроенные порты USB. Следует заметить, что по внешнему виду компьютера нельзя определить, какие из систем имеют встроенную поддержку USB. В частности, это касается системных плат форм-фактора Baby_AT. Связано это с тем, что данные системы не были оснащены кабельными разъемами USB, необходимыми для вывода соединителей корневого концентратора USB из системной платы на заднюю панель системного блока.В том случае, если поддержка USB в базовой системе ввода-вывода отключена, перезапустите компьютер, откройте соответствующий экран настроек BIOS и установите необходимые параметры USB. Установите при необходимости прерывания USB. После перезапуска компьютера, который уже “знает” о существовании USB, операционная система распознает корневой концентратор USB. Если вы используете Windows 98 или более новую операционную систему, драйверы USB будут установлены автоматически; в Windows 95 это придется сделать вручную. “Обнаруженные” порты USB могут быть использованы сразу же после инсталляции драйверов и перезагрузки компьютера (конечно, при наличии соответствующих разъемов USB). В том случае, если системная плата не оснащена разъемами USB, следует приобрести соответствующие кабельные разъемы. Не забудьте перед этим проверить конфигурацию выводов разъема USB на системной плате. Стандартным является расположение в два ряда по пять выводов в каждом. Кабельные разъемы, совместимые со стандартными монтажными колодками USB, поставляются компаниями Belkin, CyberGuys и Cables To Go. Несомненным достоинством интерфейса типа USB является то, что для обслуживания всех устройств универсальной последовательной шины требуется только одно прерывание. Это означает, что можно присоединить 127 устройств и все они будут использовать одно прерывание. В современных персональных компьютерах так часто не хватает свободных адресов прерываний, что это, пожалуй, самое ценное достоинство USB. Интерфейс USB может быть адаптирован к периферийным устройствам более ранних версий.