Шина USB

курсова робота з інформатики

ЗМІСТ

Розділ 1. Аналіз, передумови

USB (Universal Serial Bus – універсальна послідовна шина) є промисловим стандартом розширення архітектури PC, орієнтованим на інтеграцію з телефонією і пристроями побутової електроніки. Шина розроблена порівняно недавно – специфікація версії 1.0 була опублікована в січні 1996 року, – і в ній відобразилися сучасні досягнення різних областей комп'ютерної техніки. Архітектура USB визначалася наступними критеріями:

З погляду кінцевого користувача привабливі такі риси USB:

З середини 1996 року багато фірм випускають PC з вбудованим контроллером USB, реалізовуваним прямо чіпсетом системної плати. Спочатку USB єхидно розшифровували як "Unused Serial Bus" – "невживана послідовна шина", але ситуація, схоже, змінилася. З'явилися модеми, клавіатури, сканери, динаміки та інші пристрої введення-виведення з підтримкою технології USB, а також монітори з USB-адаптерами – такий монітор грає роль хаба для підключення інших пристроїв.

Розділ 2. Будова, принцип функціонування

USB забезпечує обмін даними між хост-комп'ютером і множиною одночасно доступних периферійних пристроїв. Розподіл пропускної спроможності шини між підключеними пристроями планується хостом і реалізується їм за допомогою посилки маркерів. Шина дозволяє підключати, конфігурувати, використовувати і відключати пристрої під час роботи хосту і самих пристроїв – динамічне (або "гаряче") підключення і відключення.

Пристрої (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 повинен мати інтерфейс USB, що забезпечує повну підтримку протоколу USB, виконання стандартних операцій (конфігурація і скидання) і стандартне представлення інформації, що описує пристрій. Багато пристроїв, що підключаються до USB, мають в своєму складі і хаб і "функції".

Роботою всієї системи USB управляє хост-контроллер (host controller), що є програмно-апаратною підсистемою хост-комп'ютера.

Фізичне з'єднання пристроїв USB здійснюється по топології багатоярусної зірки.

Центром кожної зірки є хаб, кожний кабельний сегмент сполучає дві точки – хаб з іншим хабом або з функцією. В системі з USB є один (і лише один) хост-контроллер, розташований на вершині піраміди пристроїв і хабів USB. Хост-контроллер інтегрується з кореневим хабом (root hub), що забезпечує одну або декілька точок підключення – портів. Контроллер USB, що входить до складу чіпсетів більшості сучасних системних плат, звичайно має вбудований двопортовий хаб.

Логічно пристрій, підключений до будь-кого хаба USB і конфігурований (див. нижче), може розглядатися як безпосередньо підключений до хост-контроллера.

"Функції" є пристроями USB, здатними передавати або приймати дані або управляючу інформацію по шині. Типово "функції" є окремими периферійними пристроями з кабелем, що підключається до порту хаба. Проте фізично в одному корпусі може бути і декілька "функцій" із вбудованим хабом, який забезпечує їх підключення до одного порту. Ці комбіновані пристрої для хосту є хабами з постійно підключеними пристроями - "функціями".

Кожна "функція" надає конфігураційну інформацію, що описує її можливості і вимоги до ресурсів. Перед використанням "функція" повинна бути конфігурована хостом – їй повинна бути виділена смуга в каналі і вибрані специфічні опції конфігурації.

Прикладами "функцій" є:

Хаб – ключовий елемент системи Plug-and-Play в архітектурі USB. Хаб є кабельним концентратором, точки підключення називаються портами хаба. Кожний хаб перетворює одну точку підключення в їх множину. Архітектура має на увазі можливість з'єднання декількох хабів.

Біля кожного хаба є один висхідний порт (upstream port), призначений для підключення до хоста або хаба верхнього рівня. Решта портів є низхідними (downstream ports) і призначені для підключення функцій або хабів нижнього рівня. Хаб може розпізнати підключення або відключення пристроїв до цих портів і управляти подачею живлення на їх сегменти. Кожний з цих портів індивідуально може бути дозволений або заборонений і конфігурований на повну або обмежену швидкість обміну. Хаб забезпечує ізоляцію сегментів з низькою швидкістю від високошвидкісних.

Хаби можуть мати нагоду управління подачею живлення на низхідні порти, причому передбачається керована установка обмеження на струм, споживаний кожним портом.

Система USB розділяється на три рівні з певними правилами взаємодії (аналогічно семирівневій моделі OSI). Пристрій USB ділиться на інтерфейсну частину, частину пристрою і власне функціональну частину. Хост теж ділиться на три частини – інтерфейсну, системну і ПЗ пристрою. Кожна частина відповідає тільки за певне коло задач, логічна і реальна взаємодія між ними ілюструє рис. 1.

Рис. 1. Взаємодія компонентів USB

В дану структуру входять наступні елементи:

Фізичний пристрій USB – пристрій на шині, що виконує функції, що цікавлять кінцевого користувача.