Всего за 159 руб. Купить полную версию
Теоретически одного USB достаточно на все про все, ведь к одной линии можно подключать до 127 устройств (при условии, что хватит питания, которое здесь ограничено 5 вольтами при 0,5 А). Размножение USB-устройств производится с помощью разветвителей-хабов (их часто называют концентраторами), которые могут иметь свое питание. Некоторые устройства, например, внешние жесткие диски, требуют подключения к двум портам сразу, причем второй порт используется исключительно как источник дополнительного питания (что не очень, конечно, красивое решение). Собственно, в любом ПК есть обычно только один USB (корневой концентратор), а 4 или 6 портов на задней панели, плюс 2–4 порта на передней образуются из него тем же способом, что и в отдельных концентраторах. Отсюда иногда наблюдающаяся неравноценность портов – например, один из портов на передней панели у меня категорически отказывается воспринимать флэш-накопители, хотя в остальном работает нормально. Самое ценное достоинство шины USB – она использует только одно прерывание, даже если подключить все возможные 127 устройств, а прерывания в PC – это всегда дефицитный ресурс.
В USB применяется кодирование данных NRZI (Non Return to Zero Invent). В этом методе кодирования изменение уровня напряжения соответствует 0, а его отсутствие – 1. Последовательность нулей означает переход с одного уровня на другой каждый квант времени; последовательность единиц означает длительный промежуток времени, при котором изменения данных не происходит. При таком способе отменяется необходимость в дополнительных синхроимпульсах (по отдельной "проволоке", как в PS/2, или в виде стартовых-стоповых битов, как в СОМ), которые занимали бы время и снижали пропускную способность шины.
Теоретически повсеместно устанавливаемые сейчас порты по стандарту USB 2.0 поддерживают скорость до 480 Мбит в секунду (60 Мбайт/с), хотя на практике с такими скоростями справляются лишь немногие устройства. Причем стандарт USB 2.0 предусматривает два режима работы: HR (высокоскоростной) и FS (низкоскоростной, по сути – USB 1.1 со скоростью до 12 Мбит/с). В самом деле, зачем мышам 480 Мбит/с?
Максимальная длина кабеля между двумя работающими на предельной скорости устройствами (или устройством и концентратором) – 5 метров, но может быть и до 10, в зависимости от качества его изготовления. Чтобы увеличить дальность, приходится ставить промежуточные хабы или просто усилители сигнала. Последние бывают двух типов: пассивные (с питанием от предыдущего концентратора) и активные (с собственным источником питания, иногда более мощным, чем предусматриваемый стандартом 0,5-амперный).
Стандартом предусматривается несколько типов разъемов USB (рис. 3.5): А, В, mini-А и mini-B, miniAB (универсальный), в 2007 году появились и Micro-USB A, B и AB. Разъем типа А (плоский) устанавливается со стороны ведущего устройства, а типа В (квадратный) – ведомого, соответственно, большинство соединительных кабелей и имеют эту конфигурацию: А-В.
Рис. 3.5. Разъемы USB на кабеле, слева направо: microUSB AB, miniUSB AB, тип B, тип A (гнездо удлинителя USB), тип A (вилка)
С mini-USB все не так однозначно. Разъемы Mini-A употребляются редко (все миниатюрные устройства, как правило, являются ведомыми), потому для них даже не предусмотрено отдельной конфигурации, все mini-гнезда одинаковы (с оговорками, о которых далее) и различаются лишь цветом пластмассы (mini-A – белый, mini-B – черный, mini A/B – серый). Но так утверждает стандарт, на практике же по части mini-USB-разъемов существует неприятный разброд среди производителей. Теоретически стандартом предусматривается 5-контактный разъем mini-USB (5-й контакт, точнее, 4-й по порядку, никуда не подключается). Но я встречал как минимум три разновидности mini-USB – 5-контактный, и более узкие 4-контактные двух разновидностей. Сейчас эта пестрота, впрочем, сходит на нет – все новые устройства снабжаются стандартными разъемами, они одинаковы и для мобильников, и для цифровых камер, и для КПК, потому взаимозаменяемы по соединительным кабелям. Все USB-разъемы спроектированы так, чтобы шины питания входили в контакт первыми – тем самым обеспечивается беспроблемное "горячее" подключение.
В 2008 году появилась окончательная спецификация USB 3.0, предусматривающая скорости передачи до 4,8 Гбит/с и повышение максимального тока по линии питания до 0,9 А, но в практику она пока внедряется медленно. Разъемы USB 3.0 типа A совместимы с USB 2.0, но легко отличаются от них наличием дополнительного ряда контактов в глубине разъема. А вот разъемы типа B и micro-USB могут быть несовместимыми как минимум в одну сторону – например, кабель micro-USB 3.0 вставить в USB 2.0-устройство не получится (рис. 3.6).
Рис. 3.6. Кабель с разъемом micro-USB 3.0
Секреты мобильного USB
Во многих дешевых моделях мобильных телефонов и по сей день нет настоящего USB-порта – вместо него используется обычный последовательный порт, замаскированный под разъем mini-USB (или иной, часто собственной фирменной конфигурации). Через такой порт вы иногда можете даже подзаряжать телефон от компьютера вместо зарядного блока, но Windows не сможет обнаружить подключенное устройство – в последовательном порту нет для этого средств. Для общения с компьютером такого мобильника придется приобретать специальный переходной кабель, ценой обычно около 20 долларов, аналогичный тем, что используются в переходниках USB-COM, и устанавливать драйвер под используемую в кабеле микросхему сопряжения. Потому я советую обращать внимание на эту особенность при покупке мобильного телефона, который вы планируете использовать, например, в качестве модема – требование специального кабеля с драйвером приводит к значительным неудобствам в эксплуатации, и часто бывает проще в таких случаях использовать беспроводные средства связи вроде Bluetooth.
3.2. Голубой зуб
Первоначально поклонники датского конунга Х века Харальда I Синезубого, работавшие в фирме Ericsson, предполагали использовать свою разработку для построения беспроводных сетей. Только в отличие от Wi-Fi, прямо предназначенного для замены проводного Ethernet, Bluetooth (IEEE 802.15.1) не замахивался так высоко – сети, для которых он был предназначен, получили название "персональных" (WPAN, Wireless Personal Area Network). Предполагалось, что это будут сети масштаба комнаты или офиса – радиус действия Bluetooth не превышал 10 метров, и одновременно в сеть могли быть объединены до 8 устройств (одно главное, ведущее – Master, и еще 7 ведомых – Slave).
Конечно, сети на основе Bluetooth тоже выстраивают – особенно с вводом нового стандарта IEEE 802.15.3, базирующегося на той же технологии, что и Bluetooth, но имеющего радиус действия до 100 м (уже масштаба здания, как и Wi-Fi) и позволяющего подключать значительно большее число общающихся между собой устройств. Но сложилось так, что больше распространен оригинальный Bluetooth (IEEE 802.15.1), который стал использоваться в значительной степени, как замена интерфейсов парных соединений "точка-точка" – проводных COM и USB, а также очень неудобного на практике инфракрасного порта IrDA, хоть и беспроводного, но требовавшего прямой видимости устройств, да еще и в определенной ориентации друг к другу.
На практике Wi-Fi и Bluetooth конкурируют между собой слабее, чем это можно было предположить, и вытеснения одного другим пока что не предполагается: каждый занимает свою нишу. Приемопередатчики Bluetooth имеют маленькую мощность (порядка 1 мВт), сейчас стали совсем дешевыми и встраиваются не то что в сотовые телефоны, но даже в головные беспроводные гарнитуры, есть и Bluetooth-клавиатуры или мыши (хотя большинство таких устройств использует проприетарный радиоинтерфейс). В таких задачах, как переслать с мобильника на мобильник телефонный номер из записной книжки – здесь Bluetooth пока вне конкуренции, в силу крайней простоты его использования.
Семьдесят девять синих зубов
"Синий зуб" работает в том же самом частотном диапазоне 2400–2483,5 МГц, что и Wi-Fi, предназначенном для безлицензионного использования в промышленности, науке и медицине (Industry, Science and Medicine, ISM). Но в Bluetooth используется совершенно иной механизм передачи на физическом уровне, чем в Wi-Fi, – вместо хитрых способов фазовой модуляции применяется более простая частотная манипуляция, когда логический ноль передается частотой на 160 кГц ниже базовой, а логическая единица – на 160 кГц выше. Ширина канала получается 320 кГц, а всего в диапазоне в большинстве стран, в том числе и России, выделяют 79 каналов (а вот во Франции каналов всего 23). При этом для снижения помех частота передачи все время меняется (каждые 625 мкс или 1600 раз в секунду) между этими каналами по псевдослучайному закону – это т. н. метод FHSS, Frequency Hop Spread Spectrum, расширение спектра при скачкообразном изменении частоты (тот же самый метод используется и в системах спутниковой навигации).