Правильная установка терминаторов крайне существенна - отсутствие/избыток терминаторов может привести к неустойчивости или неработоспособности интерфейса.

Питание терминаторов (Terminator Power). Когда используются активные терминаторы (для современных устройств - всегда), питание терминаторов должно быть включено (джампером или программно) хотя бы на одном устройстве.

Хост-адаптер является важнейшим узлом интерфейса, определяющим производительность системы SCSI.

Существует широкий спектр адаптеров. К простейшим можно подключать только устройства, не критичные к производительности.

Такие адаптеры входят в комплект поставки сканеров, а подключение к ним диска невозможно. Высокопроизводительные адаптеры имеют собственный специализированный процессор, большой объем буферной памяти и используют высокоэффективные режимы прямого управления шиной для доступа к памяти компьютера.

Адаптеры SCSI существуют для всех шин: ISA (8-16 бит), EISA, МСА, PCI, VLB, PCMCIA и для параллельного порта. Ряд системных плат имеют встроенный SCSI-адаптер, подключенный к одной из локальных шин. При выборе интерфейса, к которому подключается хост-адаптер, необходимо учитывать производительность - интерфейс не должен стать УЗКИМ местом при обмене с высокопроизводительными устройствами SCSI.

Наибольшую эффективность имеют хост - адаптеры для шины PCI. Цена такого адаптер может превышать цену рядового настольного компьютера. Еще дороже хост - адаптеры со встроенными контроллерами RAID-массивов, которые содержат мощный RISC-процессор и большой объем локальной памяти.

Конфигурирование хост - адаптеров с точки зрения шины SCSI не отличается от конфигурирования других устройств. Утилита конфигурирования обычно входит в расширение BIOS, установленное на плате адаптера.

 

Системные ресурсы для SCSI-адаптера включают:

· область памяти для расширения ROM BIOS, необходимого для поддержки конфигурирования устройств и дисковых функций. Если в системе установлено несколько однотипных хост - адаптеров, ROM BIOS для них используется с одного адаптера. Разнотипные хост - адаптеры всегда могут работать вместе.

· область разделяемой буферной памяти;

· область портов ввода-вывода (I/O Port);

· IRQ - запрос прерывания;

· DMA - канал прямого доступа к памяти (для ISA/EISA), часто используемый для захвата управления шиной.

Далее перейдем к рассмотрению основного, на сегодняшний день, интерфейса USB.

Интерфейс USB

 

Общая информация

USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) - стандарт последовательного соединения, предложенный фирмой Intel совместно с фирмами IBM, Microsoft, NEC. Первая версия спецификации на шину появилась 11 ноября 1994 г. С 2007 г. основной считается версия USB-3. С середины 1996 года выпускаются PC со встроенным контроллером USB, реализуемые чипсетами.

Создание USB было продиктовано тремя факторами:

§ Интеграция PC и телефонии

Признано, что симбиоз вычислительной техники и связи - основа развития информационных технологий и следующего поколения приложений. Возникает потребность в создании универсального, качественного, дешевого, имеющего хорошую масштабируемость канала передачи данных. USB обеспечивает связь, которая может использоваться в широком диапазоне коммуникации PC и телефонной связи.

§ Лёгкость использования

По мере увеличения сложности вычислительных систем и ростом их характеристик - гибкость конфигурирования PC стала «узким местом» дальнейшего развития. Комбинация дружественных графических интерфейсов и аппаратных средств ЭВМ с механизмами программной настройки шин нового поколения сделали компьютеры более простыми и понятными для пользователя. Однако, устройства ввода/вывода: последовательные и параллельные порты, клавиатуры, мыши, джойстики и т.д., не имели атрибутов автоматического конфигурирования – «Plug -and- Play».

§ Увеличение количества портов

Число внешних периферийных устройств PC ограничивается количеством свободных портов. Недостаток двунаправленных дешевых среднескоростных внешних шин сдерживал увеличение количества устройств типа телефон/факс/модем, автоответчиков, сканеров, клавиатур и т.д. Новый интерфейс был разработан, в том числе, чтобы увеличить число портов PC.

 

 

Архитектура USB определяется следующими критериями:

§ Легко реализуемое расширение периферии PC.

§ Дешевое решение, поддерживающее скорость передачи до 12 Мбит/сек.

§ Полная поддержка в реальном времени передачи аудио и (сжатых) видеоданных.

§ Гибкость протокола смешанной передачи данных и сообщений.

§ Интеграция с внешними устройствами.

§ Доступность в PC всех конфигураций и размеров.

§ Создание новых классов внешних устройств PC.

§ И как следствие перечисленного выше, обеспечение стандартного интерфейса, способного быстро завоевать рынок, потеснить и в перспективе вытеснить другие интерфейсы.

 

С точки зрения конечного пользователя, привлекательны следующие черты USB.

 

Удобное конфигурирование:

§ Простота кабельной системы и подключений.

§ Скрытие подробностей электрического подключения от конечного пользователя.

§ Автоматическая связь устройств с драйверами и конфигурирование.

§ Возможность динамического подключения и конфигурирования ПУ.

 

Широкий диапазон рабочих нагрузок и прикладных программ:

§ Скорость обмена данными в пределах от нескольких кбит/c до 12 Мб/сек для разных устройств.

§ Поддержка работы многих устройств в параллельном режиме (до 127 устройств).

§ Работа с многофункциональным периферийным оборудованием.

 

 

Обзор архитектурыch2

Приведем краткий обзор архитектуры USB и ключевых концепций, реализованных в шине. USB обеспечивает одновременный обмен данными между главным (хост) компьютером и множеством периферийных устройств (ПУ). Распределение пропускной способности шины между ПУ планируется хостом и реализуется им с помощь посылки маркеров. Шина позволяет подключать, конфигурировать, использовать и отключать устройства во время работы хоста и самих устройств.

Структура системы USB

Шина USB может быть описана с помощью трёх составляющих:

§ USB коммутация (interconnect);

§ USB устройства (devices);

§ USB хост (host).

Коммутация USB - способ, которым USB устройства связаны с хостом. Под этим понятием подразумевается следующее:

§ Топология шины: способ организации физических связей между USB устройствами и хостом;

§ Межуровневые зависимости: USB задачи, которые выполняет каждый уровень в системе;

§ Модели потока данных: способ, которым данные перемещаются в системе посредством USB между источником и приёмником информации;

§ Планирование: USB предоставляет коммуникации (каналы связи), совместно используемые устройствами. Доступ к каналам планируется так, чтобы поддерживать изохронную передачу данных и снизить затраты на арбитраж.

Напомним, что изохронная передача это передача данных, применяемая для обмена информацией в "реальном времени". На каждом временном интервале требуется передавать строго определенное количество данных, но доставка информации не гарантирована (передача ведется без повторения при сбоях, допускается потеря пакетов). Такие передачи занимают предварительно согласованную часть пропускной способности шины и имеют заданную задержку доставки. Изохронные передачи обычно используются в мультимедийных устройствах для аудио и видеоданных, например, цифровая передача голоса.

Топология шины

Физическое соединение устройств осуществляется по топологии многоярусной звезды (пирамиды) (рис. 4)pic>frame@img/21.hlp.

Центром каждой звезды является хаб. Каждый кабельный сегмент соединяет две точки — хаб и другой хаб.

В системе имеется один (и только один) хост-контроллер, расположенный в вершине пирамиды устройств и хабов. Хост-контроллер интегрируется с корневым концентратором - хабом (Root Hub), обеспечивающим одну или несколько точек подключения — портов. Контроллер USB, входящий в состав чипсетов, обычно имеет встроенный двух портовый хаб. Логически устройство, подключенное к любому хабу USB и сконфигурированное, может рассматриваться как непосредственно подключенное к головному (хост) контроллеру.

 

Рис. 4. Т опология многоярусной звезды (пирамиды)

Устройства USB

Устройства (Device) USB могут являться хабами, функциями или их комбинацией. Хаб (Hub) - концентратор обеспечивает дополнительные точки подключения устройств к шине.

Функции USB предоставляют системе дополнительные возможности, например подключение цифрового джойстика, акустических колонок с цифровым интерфейсом и т.п. Подключаемое устройство должно иметь интерфейс USB, обеспечивающий полную поддержку протокола, выполнение стандартных операций (конфигурирование и сброс) и предоставление информации, описывающей устройство.

Хаб (концентратор) — ключевой элемент системы PnP в архитектуре USB. Хаб является кабельным концентратором, поэтому в русскоязычной литературе часто используется именно термин концентратор. На рис. 5 pic>frame@img/22.hlpпредставлен хаб типичной архитектуры. Точки подключения называются портами хаба.

Рис. 5. Хаб типичной архитектуры

Хаб преобразует одну точку подключения в их множество. Архитектура допускает соединение нескольких хабов. У каждого хаба имеется один восходящий порт (Upstream Port), предназначенный для подключения к хосту или хабу верхнего уровня. Остальные порты являются нисходящими (Downstream), предназначенными для подключения функций или хабов нижнего уровня. Хаб может распознать подключение устройств к портам или отключение от них и управлять подачей питания на их сегменты. Каждый из портов может быть разрешен или запрещен и сконфигурирован на полную или ограниченную скорость обмена. Хаб обеспечивает изоляцию сегментов с низкой скоростью от высокоскоростных. Хабы могут управлять подачей питания на нисходящие порты.

На рис. 6 pic>frame@img/23.hlpпоказано, как хабы обеспечивают связность различных устройств в компьютерной системе.

Рис. 6. Связностьустройств в компьютерной системе

Функция

Функции представляют собой устройства, способные передавать или принимать данные или управляющую информацию по шине. Это отдельные ПУ с кабелем, подключаемым к порту хаба. В одном корпусе может быть несколько функций со встроенным хабом. Он обеспечивает их подключение к одному порту. Эти комбинированные устройства для хоста являются хабами с постоянно подключенными устройствами. Каждая функция предоставляет конфигурационную информацию, описывающую возможности ПУ и требования к ресурсам. Перед использованием функция должна быть сконфигурирована хостом — ей должна быть выделена полоса в канале и выбраны опции конфигурации.

Примерами функций являются 9 (рис. 6):

§ Указатели — мышь, планшет, световое перо.

§ Устройства ввода — клавиатура или сканер.

§ Устройство вывода — принтер, звуковые колонки (цифровые).

§ Телефонный адаптер.

Физический интерфейс

Стандарт USB определяет электрические и механические спецификации шины.

Электрические характеристики

Информационные сигналы и питающее напряжение 5В передаются по четырехпроводному кабелю (рис. 7)pic>frame@img/24.hlp. Используется дифференциальный способ передачи сигналов D+ и D- по двум проводам. Кабель также имеет линии VBus и GND для передачи питающего напряжения 5В к устройствам.

Рис. 7. Четырехпроводной кабель

Шина имеет два режима передачи:

· полная скорость передачи сигналов USB составляет - 12 Мбит/сек;

· низкая скорость - 1,5 Мбит/сек.

Для полной скорости используется экранированная витая пара с волновым сопротивлением 90 Ом и длиной сегмента до 5 м, для низкой скорости – не витой неэкранированный кабель до 3 м. Низкоскоростные кабели и устройства дешевле высокоскоростных. Одна и та же система может одновременно использовать оба режима; переключение для устройств осуществляется прозрачно. Низкая скорость предназначена для работы с небольшим количеством устройств, не требующих высокой скорости. Скорость, используемая устройством, подключенным к конкретному порту, определяется хабом по уровням сигналов на линиях D+ и D-.

Питание устройств USB возможно от кабеля (Bus - Powered Devices) или от собственного блока питания (Self - Powered Devices). Хост обеспечивает питанием непосредственно подключенное к нему ПУ. Каждый хаб, в свою очередь, обеспечивает питание устройств, подключенных к его нисходящим портам. В некоторых вариантах топологий допускается применение хабов, питающихся от шины.

Механические характеристики

В системе USB используются два типа разъёмов. Разъемы типа “А” (рис. 8 pic>frame@img/25.hlp) применяются для подключения к хабам (Upstream Connector). Вилки устанавливаются на кабелях, отсоединяемых от устройств (например, клавиатура, мышь и т. п.). Гнезда устанавливаются на нисходящих портах (Downstream Port) хабов. Разъемы типа “В” (Downstream Connector) (рис. 8 pic>frame@img/25.hlp) устанавливают на устройствах, от которых соединительный кабель может отсоединяться (принтеры и сканеры). Ответная часть (вилка) устанавливается на соединительном кабеле, противоположный конец которого имеет вилку чипа “А”.

 

Рис. 8. Типы разъёмов

Разъемы типов “А” и “В” различаются механически, что исключает недопустимые петлевые соединения портов хабов. Четырех контактные разъемы имеют ключи, исключающие неправильное присоединение. Конструкция разъемов обеспечивает позднее соединение и раннее отсоединение сигнальных цепей по сравнению с питающими цепями. Для распознавания разъемов USB на корпусе устройства ставится стандартное символическое обозначение.

 

 

Модель передачи данных

Ch3