حافلة USB العالمية المتتالية (الحافلة التسلسلية العالمي). العالمي المسلسل الإطارات المسلسل أوضاع نقل بيانات الإطارات

حافلة USB المتسلسلة (الحافلة التسلسلية العالمية هي معايير كمبيوتر متتابعة عالمية) لفترة طويلة - إصدار الإصدار الأول المعتمد من المعيار الذي ظهر في 15 يناير 1996. بدأ تطوير المعيار من قبل الشركات الموثوقة للغاية - Intel، DEC، IBM، NEC، Northen Telecom و Compaq.

الهدف الرئيسي من المعيار المعياري قبل مطوريه هو إنشاء قدرة حقيقية على العمل في وضع التوصيل والتشغيل مع الأجهزة الطرفية. هذا يعني أن الجهاز يجب أن يكون متصلا بجهاز الكمبيوتر العاملة والتعرف التلقائي على الفور بعد الاتصال وتركيب برامج التشغيل المناسبة لاحقا. بالإضافة إلى ذلك، من المستحسن تشغيل أجهزة الطاقة المنخفضة للعمل من الإطارات نفسها. يجب أن تكون سرعة الإطارات كافية للأغلبية الساحقة للأجهزة الطرفية. على طول الطريق، تم حل المشكلة التاريخية لعدم وجود موارد على الإطارات الداخلية للكمبيوتر الدولي IBM PC - يستغرق وحدة تحكم USB مقاطعة واحدة فقط بغض النظر عن عدد الأجهزة المتصلة بالحافلة.

تتابع إمكانيات حافلة USB التسلسلية من خصائصها الفنية:

معدل تبادل سرعة البديل في التبادل - 12 ميغابايت / ثانية

الحد الأقصى لطول الكابل للأيض عالية - 5 م

سرعة الصرف المنخفضة (معدل بت منخفض الإشارة) - 1.5 ميغابايت / ثانية

أقصى طول كابل للتمثيل الغذائي المنخفض - 3 م

الحد الأقصى لعدد الأجهزة المتصلة (بما في ذلك المضاعف) هو 127.

من الممكن توصيل الأجهزة بأسعار صرف مختلفة

لا حاجة لتثبيت عناصر إضافية مثل ENTRINATONATONATONATOR

امدادات الطاقة الجهد للأجهزة الطرفية - 5 V

الحد الأقصى لاستهلاك الحالية على جهاز واحد - 500 مللي أمبير.

لذلك، من المستحسن الاتصال USB لأي أجهزة محيطية تقريبا، باستثناء كاميرات الفيديو الرقمية ومحركات الأقراص الصلبة عالية السرعة. تم تصميم تصميم موصلات USB لعدة مفصل / تقطيع.

تحد القدرة على استخدام سرتين فقط من تبادل البيانات استخدام الإطارات، ولكن يقلل بشكل كبير من عدد خطوط الواجهة ويبسط تطبيق الأجهزة.

يمكن للطاقة مباشرة من USB ممكنة فقط للأجهزة ذات الاستهلاك المنخفض، مثل لوحات المفاتيح والفئران والعناد القياجي، إلخ.

يتم نقل إشارات USB إلى كابل 4 أسلاك.

يتم تنفيذ الكابل لدعم سرعة الإطارات الكاملة (السرعة القصوى) كزوج ملتوي، محمي من الشاشة ويمكن أيضا استخدامه للعمل في وضع السرعة الدنيا (السرعة المنخفضة). يمكن أن يكون الكبل للتشغيل فقط في الحد الأدنى للسرعة (على سبيل المثال، لتوصيل الماوس) أن يكون أي غير محمول.

ينقسم نظام USB إلى ثلاثة مستويات مع بعض قواعد التفاعل. يحتوي جهاز USB على جزء واجهة وجزء من الجهاز والجزء الوظيفي. ينقسم المضيف أيضا إلى ثلاثة أجزاء - واجهة، الجهازية والأجهزة. كل جزء يجتمع فقط من أجل مجموعة معينة من المهام والتفاعل المنطقي والاختصار بينها يوضح الشكل. 69.

يتضمن الهيكل قيد الدراسة العناصر التالية:

الجهاز المادي USB هو جهاز في الحافلة التي تؤدي وظائف الاهتمام للمستخدم النهائي.

العميل SW - البرنامج المقابل لجهاز معين يتم تنفيذه على الكمبيوتر المضيف. قد يكون جزءا لا يتجزأ من نظام التشغيل أو منتج خاص.

نظام USB SW - دعم نظام USB، مستقلة عن أجهزة محددة وبرامج العميل.

وحدة تحكم مضيف USB - الأجهزة والبرامج لتوصيل أجهزة USB بجهاز كمبيوتر مضيف.

تين. 69 تفاعل مكونات USB

الواجهة المادية

يتم نقل إشارات المعلومات والجهد 5V الجهد 5V عبر كابل من أربعة أسلاك. يتم استخدام طريقة تفاضلية للإشارات D + و D-for اثنين من الأسلاك. يجب أن تكون مستويات إشارة الارسال في الوضع الثابت أقل من 0.3 فولت (منخفضة) أو أعلى من 2.8 فولت (مستوى عال). يتمكن أجهزة الاستقبال في وضع جهد الإدخال داخل - 0.5 ... + 3.8 V. يجب أن تكون أجهزة الإرسال قادرة على التبديل إلى حالة مقاومة عالية لإرسال نصف دوبلكس ثنائي الاتجاه عبر زوج واحد من الأسلاك.

لا يقتصر انتقال الإرسال عبر أسلاك USB على إشارات التفاضلية. بالإضافة إلى المتلقي التفاضلي، يحتوي كل جهاز على أجهزة استقبال خطية للإشارات D + و D-، ويتم إدارة أجهزة إرسال هذه الخطوط بشكل فردي. يتيح لك ذلك التمييز بين أكثر من حالتين للخط المستخدمة لتنظيم واجهة الأجهزة. يتم تحديد ولايات diffo و diff1 من خلال الفرق المحتمل على خطوط D + و D - أكثر من 200 ميغامي، شريطة أن تكون في أحدهم، احتمال عتبة الزناد الأيسر. حالة في كل من المدخلات D + و D- هل هناك مستوى منخفض، يسمى الصفر الخطي (SEO - صفر واحد المنتهية). تحدد الواجهة الدول التالية:

يتم تحديد حالة DATAJ والبيانات المقدمة - حالة القليل المرسلة (أو ببساطة J و K) من خلال حالة diffo و diff1.

حالة الخمول - وقفة على الحافلة.

استئناف الحالة - إشارة "الصحوة" لإخراج الجهاز من وضع "النوم".

بداية الحزمة (SOP) هي بداية الحزمة (الانتقال من حالة الخمول في ك).

نهاية الحزمة (EOP) هي نهاية الحزمة.

افصل - يتم تعطيل الجهاز من المنفذ.

الاتصال - الجهاز متصل بالمنفذ.

إعادة تعيين - إعادة تعيين الجهاز.

يتم تحديد الدول بمجموعات من الإشارات التفاضلية والخطية؛ لسرعات كاملة ومنخفضة من دول Diffo و Diff1 لها المهمة المعاكسة. في فك تشفير حالات قطع الاتصال والاتصال وإعادة التعيين، يتم أخذ وقت اكتشاف خطوط (أكثر من 2.5 مللي ثانية) في حظر بعض الدول في الاعتبار.

يحتوي الإطارات على وسائط ناقل الحركة. معدل نقل إجمالي إشارات USB هو 12 ميغابت في الثانية، منخفضة - 1.5 ميغابت في الثانية. من أجل السرعة الكاملة، يتم استخدام زوج ملتوي محمي بمعاوقة على 90 أوم وطول الجزء إلى 5 م، لكابل Unshrange منخفضة الاستخدام يصل إلى 3 أمتار.

يتم تشفير إشارات المزامنة مع طريقة NRZI (عدم العودة إلى Zero Inver)، فإن تشغيلها توضح الشكل. 72. يسبق كل حزمة حقل مزامنة مزامنة يسمح بضبط جهاز الاستقبال لضبط تردد الارسال.

يحتوي الكابل أيضا على خطوط VBUS و GND لنقل الجهد التوريد 5 إلى الأجهزة. يتم تحديد المقطع العرضي الموصل وفقا لطول الجزء لتوفير مستوى إشارة مضمون وجهد العرض.

تين. 70 توصيل جهاز كامل السرعة

تين. 71 ربط جهاز منخفض السرعة

تين. 72. بيانات الترميز وفقا لطريقة NRZI

يحدد المعيار نوعين من الموصلات (الجدول 7 و الشكل 73).

الجدول 7.

يتم استخدام موصلات "A" للاتصال بمركز (موصل Upstream). يتم تثبيت المقابس على الكابلات التي لا يتم فصلها من الأجهزة (على سبيل المثال، لوحة المفاتيح، الماوس، إلخ). يتم تثبيت الأعشاش على مراكز المنافذ الهبوطية (منفذ المصب).

يتم تثبيت موصلات "B" (موصل المصب) على الأجهزة التي يمكن من خلالها قطع كبل الاتصال (الطابعات والماسحات الضوئية). يتم تثبيت الاستجابة (الشوكة) على كبل الاتصال، والإنهاء المقابل له مكون من نوع "A".

نوع الموصلات "A" و "B" تختلف ميكانيكيا (الشكل 73)، مما يلغي اتصالات حلقة غير مقبولة من موانئ المحور. أربعة موصلات الاتصال لديها مفاتيح تستبعد اتصال غير صحيح. يوفر تصميم الموصل اتصالا لاحقا وفصيلا مبكرا لدوائر الإشارات مقارنة بالزدالة. للتعرف على موصل USB على علبة الجهاز، يتم تعيين التعميز الرمزي القياسي.

تين. 73. مآخذ USB: A - نوع "A"، B - النوع "في"، في - التعيين الرمز الرمزي

نقل البيانات نموذج

كل جهاز USB هو مجموعة من نقاط النهاية المستقلة (نقطة النهاية)، والتي تبادل وحدة تحكم المضيف المعلومات. يتم وصف نقاط النهاية بواسطة المعلمات التالية:

تردد الوصول إلى الحافلة وتأخر صيانة صالحة؛

عرض النطاق الترددي القناة المطلوبة؛

رقم نقطة

شروط معالجة الأخطاء

الأحجام القصوى للحزم المرسلة والمستلمة؛

نوع المشاركة؛

اتجاه تبادل (التبادلات الصلبة والإسواكرون).

يحتوي كل جهاز بالضرورة على نقطة محددة مع رقم 0 يستخدم لتهيئة، والتحكم الشامل والمسح بشرطه. يتم تكوين هذه النقطة دائما عند تشغيل الطاقة وتوصيل الجهاز بالحافلة. وهو يدعم نوع الإدارة "الإدارة".

بالإضافة إلى نقطة الصفر، يمكن أن تحتوي وظيفة الجهاز على نقاط إضافية تقوم بتنفيذ تبادل بيانات مفيد. يمكن أن يكون للأجهزة ذات السرعة المنخفضة ما يصل إلى نقطتين إضافيتين، وسرعة كاملة تصل إلى 16 نقطة إدخال و 16 نقطة إخراج (تقييد البروتوكول). لا يمكن استخدام النقاط قبل تكوينها (إنشاء قناة متفق عليها معهم).

يسمى القناة (الأنابيب) في USB نموذج نقل البيانات بين وحدة التحكم المضيف ونقطة النهاية (نقطة النهاية) من الاعتمادات. هناك نوعان من القنوات: التدفقات (الدفق) والاتصالات (رسالة). يوفر التدفق بيانات من طرف واحد من القناة إلى آخر، فهو دائما أحادي الاتجاه. يمكن استخدام رقم نقطة النهاية نفسها لقنوات دفق - المدخلات والإخراج. يمكن أن يقوم الدفق بتنفيذ الأنواع التالية من الصرف: صلبة ومتزونية ومقاطعات. التسليم دائما يذهب بالترتيب "دخلت لأول مرة - خرج لأول مرة" (FIFO)؛ من وجهة نظر USB، فإن بيانات التدفق غير منظم. الرسائل لها تنسيق يحدده مواصفات USB. يرسل المضيف طلبا إلى نقطة النهاية، وبعد ذلك ينتقل (مقبول) حزمة الرسالة، تليها حزمة مع حالة نقطة النهاية. لا يمكن إرسال الرسالة اللاحقة بشكل طبيعي قبل معالجة واحدة السابقة، ولكن عند إعادة تشغيل الأخطاء، تتم إعادة تعيين الرسائل غير المؤسسية. يتم توجيه المراسلة على الوجهين إلى نفس نقطة النهاية. لتقديم الرسائل، يتم استخدام تبادل النوع "الإدارة" فقط.

تعلق القنوات المقابلة لنقطة النهاية (عرض النطاق الترددي، نوع الخدمة، حجم المخزن المؤقت، إلخ إلى القنوات. يتم تنظيم القنوات عند تكوين أجهزة USB. لكل جهاز تم تشغيله، هناك قناة مراسلة (أنبوب التحكم 0)، والتي يتم إرسالها إلى تكوين معلومات التحكم والتحكم.

أنواع نقل البيانات

يدعم USB كلا من أوضاع الاتصال أحادية الاتجاهات ثنائية الاتجاه. يتم تحويل نقل البيانات بين المضيف ونقطة نهاية الجهاز. قد يحتوي الجهاز على نقاط نهاية متعددة، يتم تعيين التواصل مع كل منها (قناة) بشكل مستقل.

يعترف بنية USB بأربعة أنواع بيانات أساسية:

نقل التحكم المستخدمة في تكوين أثناء الاتصال و أثناء التشغيل لإدارة الأجهزة. يوفر البروتوكول تسليم البيانات المضمونة. لا يتجاوز مجال بيانات الطرود عنصر التحكم 64 بايت بأقصى سرعة و 8 بايت على الأقل.

إكمال الإرسال (نقل البيانات بالجملة) حزم كبيرة نسبيا دون متطلبات قاسية لتسليم وقت التسليم. عمليات الإرسال تحتل توزيع الإطارات المجاني بأكمله. تحتوي الحزم على حقل بيانات بحجم 8 أو 16 أو 32 أو 64 بايت. أولوية هذه التروس هي الأدنى، ويمكن إيقافها مع تحميل حافلة كبيرة. يسمح فقط بمعدل نقل كامل.

المقاطعة (المقاطعة) قصيرة (تصل إلى 64 بايت بأقصى سرعة، ما يصل إلى 8 بايت على الأقل) من الأحرف أو الإحداثيات المدخلة. يتمتع المقاطعات بحرف عفوي ويجب أن يخدموا أبطأ من يتطلب الجهاز. يتم تعيين المهلة الزمنية للخدمة في مدى 1-255 مللي ثانية للسرعة الكاملة و 10-255 مللي ثانية - منخفضة.

التحويلات غير المتزامنة (التحويلات غير المتزامنة) - عمليات الإرسال المستمرة في الوقت الفعلي، والتي تشغل جزءا متفق عليه مسبقا من عرض النطاق الترددي الإطارات ووجود تأخير التسليم المحدد. في حالة اكتشاف الأخطاء، يتم نقل البيانات المتزامنة دون تكرار - يتم تجاهل الحزم غير صالحة. مثال - انتقال الصوت الرقمي. يتم تحديد الإنتاجية بمتطلبات جودة النقل، ويمكن أن يكون تأخير التسليم أمرا بالغ الأهمية، على سبيل المثال، عند تنفيذ المؤتمرات الهاتفية.

ينقسم عرض النطاق الترددي بين جميع القنوات المثبتة. يتم إصلاح الشريط المحدد بواسطة القناة، وإذا كان إعداد قناة جديدة يتطلب مثل هذه النطاق لا يصلح إلى التوزيع الموجود بالفعل، فسيتم رفض القناة لتحديد القناة.

تنص بنية الاستخدام على التخزين المؤقت الداخلي لجميع الأجهزة، ويتطلب النطاق الترددي الأكبر جهازا، كلما كان يجب أن يكون المخزن المؤقت أكثر. يجب أن يوفر USB تبادلا في هذه السرعة بحيث لم يتجاوز تأخير البيانات في الجهاز الناجم عن التخزين المؤقت عدة مللي ثانية.

يتم تصنيف الإرسال غير المتزامنين وفقا لطريقة مزامنة نقاط النهاية - المصادر أو مستلمي البيانات - مع النظام: تميز فئات الأجهزة غير المتزامنة والمتزامنة والتكيفية، كل منها يتوافق مع نوع قناة USB الخاصة به.

بروتوكول

تتكون جميع التبادلات (المعاملات) عبر USB من ثلاث حزم. يتم التخطيط لكل معاملة وتبدأ في مبادرة وحدة التحكم، والتي ترسل علامة علبة (حزمة رمزية). فهو يصف نوع واتجاه النقل، وعنوان جهاز USB ورقم نقطة النهاية. في كل معاملة، من الممكن استبدالها فقط بين الجهاز المحلول (نقطة النهاية) والمضيف. يتعرف الجهاز الموجه مع العلامة عن عنوانه ويستعد للتبادل. ينقل مصدر البيانات (الذي يعرفه العلامة) حزمة بيانات (أو إخطار عدم وجود بيانات مخصصة للإرسال). بعد تلقي الحزمة بنجاح، يرسل جهاز استقبال البيانات حزمة تأكيد (حزمة المصافحة).

يوفر تخطيط المعاملات قنوات البث. عند مستوى الأجهزة، باستخدام فشل معاملات (NACK) مع شدة نقل غير صالحة يمنع المخازن المؤقتة من تجاوز الفضيل من أعلى وتحت. يتم إعادة إرسال علامات المعاملات المرفوضة إلى الوقت المجاني للإطارات. تتيح لك إدارة التدفق التخطيط بمرونة الحفاظ على تدفقات البيانات غير المتجانسة المتزامنة.

تأكد من مقاومة الخطأ خصائص USB التالية:

إشارات عالية الجودة التي تحققت بسبب أجهزة الاستقبال / المرسلات التفاضلية والكابلات المحمية.

حماية مجالات التحكم ورموز CRC البيانات.

اكتشاف الاتصال وتعطيل الأجهزة وتكوين الموارد على مستوى النظام.

بروتوكول مجموعة ذاتية مع مهلة عند فقدان الحزم.

التحكم في التدفق لضمان اسيوشونيزية والتحكم في أجهزة التحكم في الأجهزة.

استقلال الوظائف من التبادلات غير الناجحة مع وظائف أخرى.

للكشف عن أخطاء الإرسال، تحتوي كل حزمة على حقول التحكم في رموز CRC التي تتيح لك اكتشاف جميع الأخطاء الفردية والمزدوجة. كشف أجهزة نقل الأجهزة، وينتج وحدة التحكم تلقائيا محاولة نقل ثلاث مرات. إذا لم تنجح التكرار، فسيتم إرسال رسالة الخطأ إلى برنامج العميل.

تنسيقات الحزمة

يتم إرسال البايتات عبر سلسلة الحافلات، بدءا من القليل الأصغر سنا. يتم تنظيم جميع الطرود في الحزم. تبدأ كل حزمة بحقل مزامنة المزامنة، والتي تمثل تسلسل حالة KJKJKJKK (المشفرة بواسطة NRZI)، التالي بعد الحالة الخمول. آخر قطعتين (CC) هي علامة البداية لحزمة SOP المستخدمة لتحديد القليل الأول من معرف حزمة PID. معرف الحزمة هو حقل PID 4 بت تحديد نوع الحزمة (الجدول 8)، تليها نفس البتات 4، ولكن مقلوب.

في، الإعداد والحزم خارج، فيما يلي حقول العناوين: عنوان 7 بت من الوظيفة وعنوان 4 بت من نقطة النهاية. يتيح لك معالجة ما يصل إلى 127 وظيفة USB (يتم استخدام عنوان صفر للتكوين) و 16 نقطة نهاية في كل وظيفة.

في حزمة SOF، يوجد حقل رقم الإطار 11 بت (حقل رقم الإطار)، باستمرار (دوري) الموسع للإطار التالي.

قد يكون حجم حقل البيانات من 0 إلى 1023 بايت عدد صحيح. يعتمد حجم الحقل على نوع الإرسال وهو متسق عند إنشاء القناة.

الحقل SCC-COLA موجود في جميع علامات وحزم البيانات، فإنه يحمي جميع حقول الحزمة، باستثناء PID. يتم احتساب اتفاقية حقوق الطفل للعلامات (5 بت) وبيانات (11 بت) باستخدام صيغ مختلفة.

الجدول 8.

			المحتوى والغرض
			وظيفة العنوان ورقم نقطة النهاية - علامة المعاملة وظيفة
			وظيفة العنوان ورقم نقطة النهاية - علامة المعاملة المضيفة
			علامة بدء الإطار
			عنوان الوظيفة ورقم نقطة النهاية هو علامة المعاملة مع نقطة تحكم
			حزم البيانات مع PID حتى وغريبة بالتناوب لتحديد تأكيد دقيق
			تأكيد حزمة الخطأ
			فشل المتلقي في قبول أو فشل الارسال في نقل البيانات. يمكن استخدامها للتحكم في دفق البيانات (غير مستعد). في معاملات المقاطعات هي علامة على عدم وجود مقاطعات غير الاستماع
			نقطة النهاية تتطلب تدخل مضيف
			انخفاض سرعة انتقال ديباجة

يتم بدء تشغيل كل معاملة من قبل وحدة تحكم المضيف مع الطرود من العلامة وتكتمل بحزمة الاعتراف. توضح تسلسل الحزم في المعاملات التين. 7.7.

تقوم وحدة التحكم المضيف بتنظيم التبادلات بالأجهزة وفقا لخطة تخصيص الموارد. وحدة التحكم مليا (بفترة من 1 مللي ثانية) إطارات النماذج (الإطارات) التي يتم تكديسها جميع المعاملات المجدولة. يبدأ كل إطار بإرسال علامة SOF (بدء الإطار)، وهو إشارة مزامنة لجميع الأجهزة، بما في ذلك المراكز. في نهاية كل إطار، يتم تمييز الفاصل الزمني EOF (نهاية الإطار)، والتي تحظر المراجعات التي تحظر فيها المراكز ناقل الحركة باتجاه وحدة التحكم. كل إطار له رقم خاص به. تعمل وحدة التحكم المضيف عداد 32 بت، ولكن في علامة SOF يمر فقط 11 بت. يزيد عدد الإطار (دوري) أثناء EOF. تخطط المضيف لتحميل الإطارات بحيث يكون لديهم دائما مكان للتحكم والمعاملات المقاطعة. يمكن أن تملأ إطارات وقت الفراغ بأبعاد الإرسال الصلبة (التحويلات السائبة).

مهمة لأداء العمل

1. وصف وظائف إدارة الحافلات والمنفذ

أ) تشكيل عنوان المنفذ

ب) تنظيم القناة من خلالها في واجهة النظام لنقل البيانات بين ميناء جهاز I / O و MP.

2. هيكل ذاكرة المعالج الدقيق.

3. حافلة USB التسلسلية. أوضاع نقل البيانات.

4. شرائح. موعده. مخطط شرائح.

5. ذاكرة المعالجات الدقيقة. السجلات وموعدها.

6. واجهات قياسية وتنسيقات نقل البيانات.

7. إحضار المخططات لربط أجهزة المودم، الطابعات، المتآمرين إلى منفذ COM.

8. ارسم مخططا لتفاعل المكونات \\ USB.

يوفر USB تبادل البيانات بين الكمبيوتر المضيف والأجهزة الطرفية المتعددة (PU). وفقا لمواصفات USB أو الأجهزة والأجهزة قد تكون محاذاة أو وظائف أو تركيبة منها. يوفر جهاز المحور (HUB) نقاط اتصال إضافية فقط إلى الحافلة. يوفر جهاز USB (وظيفة) نظام لوظائف إضافية، مثل الاتصال ب ISDN وعمود التحكم الرقمي والسماعات الصوتية مع واجهة رقمية، إلخ. يظهر الجهاز المجمع (جهاز المركب)، الذي يحتوي على عدة وظائف، كمركز مع عدد قليل أجهزة تكنولوجيا المعلومات. يجب أن يحتوي جهاز USB على واجهة USB توفر دعم USB كامل، وتنفيذ العمليات القياسية (التكوين وإعادة تعيين) وتوفير المعلومات التي تصف الجهاز. يتحكم تشغيل نظام USB بأكمله في التحكم في وحدة تحكم المضيف (جهاز التحكم المضيف)، وهو جهاز كمبيوتر مضيف للبرامج والأجهزة. تتيح لك الحافلة الاتصال وتكوينها واستخدامها وافتقانها أثناء عمل المضيف والأجهزة نفسها. حافلة USB هي مضروبة: الجهاز الرائد الوحيد الذي يتحكم في Exchange هو كمبيوتر مضيف، وجميع الأجهزة الطرفية المرفقة بها مدفوعة بشكل استثنائي. الطوبولوجيا المادية للحافلة USB هي نجمة متعددة الطبقات. Vertex هي وحدة تحكم مضيف، جنبا إلى جنب مع مركز جذر (محور الجذر)، كقاعدة عامة، منفذ مزدوج. المحور هو جهاز الخائن، قد يكون مصدر الطاقة للأجهزة المتصلة به. يجوز لكل منفذ المحور ربط الجهاز الطرفي مباشرة أو المحور الوسيط؛ يعترف الإطارات ما يصل إلى 5 مستويات من محاور متتالية (وليس العد الجذر). نظرا لأن الأجهزة المشتركة داخل نفسها تحتوي على محور، فإن وصلاتها إلى محور الطبقة السادسة غير مقبولة بالفعل. يحتوي كل مركز متوسط \u200b\u200bمنافذ على العديد من منافذ المصب لربط الأجهزة الطرفية (أو المركبات الأساسية) وينفذ واحد في المنبع (المنبع) للاتصال بمركز الجذر أو المنفذ الهبوطي إلى مركز أعلى. الطوبولوجيا المنطقية من USB هو تحكيم النجم: بالنسبة لمضيفات المحور، قم بإنشاء وهم للاتصال المباشر لكل جهاز. على عكس إطارات الإطارات (ISA، PCI، بطاقة PC)، حيث يتفاعل البرنامج مع الأجهزة عن طريق المكالمات إلى خلايا الذاكرة الفعلية، يتم تنفيذ منافذ الإدخال / الإخراج، المقاطعات وقنوات DMA، فإن تفاعل التطبيقات مع أجهزة USB يتم تنفيذها فقط من خلال واجهة البرنامج. يتم توفير هذه الواجهة التي توفر استقلال المراجع إلى الأجهزة بواسطة نظام USB لوحدة تحكم USB.

على عكس حلقات باهظة الثمن المرهقة من الإطارات الموازية عند إطارات SCSI وخاصة مع تنوعها من الموصلات وتعقيد قواعد الاتصال، فإن زراعة كبل USB بسيط وأنيق. يحتوي كبل USB على زوج ملتوي محمي بمعاوقة على 90 أوم لدوائر الإشارة وواحدة غير محمية لامدادات الطاقة (+5 فولت)، طول القطاع المسموح به - ما يصل إلى 5 م. لسرعة منخفضة يمكن استخدامها من قبل الكابلات غير المحمية إلى 3 أمتار (أرخص). لا يجعل نظام كبل USB والموصل أن يكون من الممكن أن يكون مخطئا عندما تكون الأجهزة متصلة (الشكل 13.1، A و B). للتعرف على موصل USB على علبة الجهاز، يتم وضع تعيين رمزي قياسي (الشكل 13.1، ب). يتم تثبيت Jacks of Type "A" فقط على منافذ المحاور المصب أو المقابس من النوع "A" - على حبال الأجهزة الطرفية أو المنافذ المتصاعدة للمركبات. يتم استخدام المقابس والمقابس من النوع "B" فقط للحبال غير المتصلين من الأجهزة الطرفية ومنافذ المنبع من المحاور (من الأجهزة "الصغيرة" - الفئران، لوحات المفاتيح، إلخ. كبلات، كقاعدة عامة، لا يتم فصلها). بالإضافة إلى الموصلات القياسية الموضحة في الشكل 19، يتم استخدام خيارات مصغرة أيضا (الشكل 20، ب، ز، د). توفر HABS والأجهزة القدرة على اتصال "الساخنة" وإغلاقه. لهذا، يوفر الموصلات اتصالا سراذا وفصل دوائر التوريد فيما بعد بالنسبة للإشارة، بالإضافة إلى ذلك، يتم توفير بروتوكول إنذار الجهاز وتعطيل الجهاز. يتم تقديم تعيين استنتاجات موصلات USB في الجدول. 9، يظهر ترقيم الاتصالات في الشكل. 20. جميع كابلات USB "مستقيمة" - سلاسل الموصلات متصلة فيها.

تين. 19. موصلات USB: A - نوع "A"، نوع B - نوع "B"، في - التعيين الرمزي

تين. 20. مآخذ USB: A - النوع "A"، B - نوع "B" القياسي، في، G، D - مصغرة "B"

الجدول 9. تعيين موصل موصل USB

يستخدم الإطارات طريقة تفاضلية لنقل إشارات D + و D- إلى أسلاك. يتم تحديد سرعة الجهاز المتصل بمنفذ معين من قبل مركز محور على طول مستويات الإشارة على الأسطر D + و D- النازحين عن طريق تحميل مقاومات الإرسال والاستقبال: أجهزة منخفضة السرعة "تشديد" إلى مستوى عال من D- خط، مع كامل - د +. يتم تحديد توصيل جهاز HS في مرحلة تبادل معلومات التكوين - جسديا في المرة الأولى التي يجب أن تكون فيها HS متصلا مثل FS. لا يقتصر انتقال الإرسال عبر أسلاك USB على إشارات التفاضلية. بالإضافة إلى المتلقي التفاضلي، يحتوي كل جهاز على أجهزة استقبال خطية للإشارات D + و D-، ويتم إدارة أجهزة إرسال هذه الأسطر بشكل فردي. يتيح لك ذلك التمييز بين أكثر من حالتين للخط المستخدمة لتنظيم واجهة الأجهزة.

يتطلب إدخال السرعة العالية (480 ميغابايت - فقط 2 مرات أبطأ من إيثرنت جيجابت) تنسيقا دقيقا للإرسال والاستقبال وخطوط الاتصالات. في هذه السرعة، يمكن فقط كابل مع زوج ملتوية محمية لخطوط الإشارة. لسرعة عالية، يجب أن تحتوي أجهزة USB على أجهزة وإرسال واستقبال خاص إضافي. على عكس المولدات المحتملة لأوضوئ FS و LS، فإن أجهزة إرسال HS هي مصادر حالية تركز على وجود مقاومات المنهي على كلا خطوط الإشارة.

يتم تحديد معدل نقل البيانات (LS أو FS أو HS) بواسطة المطور المحيطي وفقا لاحتياجات هذا الجهاز. إن تنفيذ سرعات منخفضة للجهاز هو أرخص إلى حد ما (يسهل استخدام أجهزة الإرسال والاستقبال، ويمكن أن يكون كابل LS كلا زوجين غازي غير محمول). إذا كان في جهاز USB "القديم"، دون تفكير، قم بالاتصال بأي منفذ مجاني لأي محور، ثم في USB 2.0 في وجود أجهزة ومركبات إصدارات مختلفة، ظهرت إمكانيات الاختيار بين التكوينات المثلى غير الأمثل وغير المميزة.

يتم تحديد مراكز USB 1.1 للحفاظ على سرعات FS و LS، يتم تحديد سرعة الجهاز المتصل بالمركز تلقائيا من خلال الفرق في إمكانات خطوط الإشارة. HABS USB 1.1 عند إرسال الحزم هي ببساطة Repaters التي توفر اقتران شفافة للجهاز المحيطي باستخدام وحدة التحكم. يتم استهلاك عمليات الإرسال المنخفضة السرعة بشكل كبير من خلال عرض النطاق الترددي للحافلات المحتملة: خلال الوقت الذي يحتلون فيه الإطارات، يمكن للجهاز عالية السرعة أن ينقل البيانات 8 مرات أكثر. ولكن من أجل تبسيط وتغشن النظام بأكمله، وذهبت هذه التضحيات، ومخطط خطط معاملات المراقب المضيف يتبع توزيع الشريط بين الأجهزة المختلفة.

في المواصفات 2.0، يجب أن تؤخذ سرعة 480 ميغابايت / ثانية من نفسها، ولكن مع هذه النسبة من الأسعار، سوف تبادل FS و LS "تأكل" عرض نطاق ممكن للإطارات دون أي "متعة" (للمستخدم) وبعد أن هذا لا يحدث، واكتساء مراكز USB 2.0 ميزات مفاتيح الحزمة. في حالة توصيل جهاز عالي السرعة (أو محور مشابه) بمنفذ مثل هذا المحور، يعمل المحور في وضع الاسترداد، وتأخذ المعاملة مع الجهاز على HS القناة بأكملها إلى وحدة تحكم المضيف في كل وقت. إذا كان الجهاز أو HUB 1.1 متصل بمنفذ USB 2.0 Hub، فكل جزء من القناة إلى وحدة التحكم، يتم تذكر الحزمة في سرعة HS، في المخزن المؤقت HUB، والجهاز القديم أو Huba موجود بالفعل "أصلية" سرعة FS أو LS. في هذه الحالة، تعقد وظائف وحدة التحكم والمركز 2.0 (بما في ذلك الجذر) معقدة، نظرا لأن المعاملات الموجودة على FS و LS هي تقسيم ومعاملات عالية السرعة يتم تقسيمها بين أجزائها. من الأجهزة القديمة (1.1) الأجهزة والمركز، يتم إخفاء كل هذه الدقيقة، والتي توفر التوافق مع الوراء. من الواضح تماما أن جهاز USB 2.0 سيكون قادرا على تطبيق السرعة العالية، فقط إذا كان على المسار منه إلى وحدة تحكم المضيف (أيضا 2.0) سيتم العثور على Hubs 2.0 فقط. إذا كانت هذه القاعدة مكسورة بينها وبين 2.0 وحدة تحكم ستكون مركزا قديما، فيمكن تثبيت الاتصال فقط في وضع FS. إذا كان مثل هذا الجهاز وبرامج العميل يرضي (على سبيل المثال، بالنسبة للطابعة والماسح الضوئي، فسيتم إرجاء وقت انتظار وقت انتظار أطول فقط)، سيعمل الجهاز المتصل، ولكن رسالة حول التكوين غير الأمثل للاتصالات يظهر. إذا كان ذلك ممكنا، يجب تصحيحه (التكوين)، يمكن إجراء فائدة من تبديل كابلات USB أثناء التنقل. سيتم رفض الأجهزة والبرامج الحاسمة إلى عرض النطاق الترددي للحافلات، في التكوين الخطأ وتتطلب التبديل بشكل قاطع. إذا كان جهاز التحكم المضيف قديم، فسيحذر الوصول إلى جميع مزايا USB 2.0 للمستخدم. في هذه الحالة، سيكون عليك تغيير وحدة تحكم المضيف (تغيير اللوحة الأم أو الحصول على وحدة تحكم بطاقة PCI). تتيح لك وحدة تحكم USB 2.0 وحواسك تحسين عرض النطاق الترددي الإجمالي للإطارات والأجهزة القديمة. إذا كانت أجهزة FS تتصل بمختلف منافذ محور USB 2.0 (بما في ذلك الجذر)، فستكون عرض النطاق الترددي الكلي لنطاق ناقل USB مقارنة بمقدار 12 ميغابت في الثانية في عدة مرات يتم استخدام منافذ محور عالية السرعة.

Hub عنصر رئيسي في نظام PNP في بنية USB. HUB يؤدي العديد من الوظائف:

• يوفر الاتصال الجسدي للأجهزة،

تشكيل وتصور

• إشارات وفقا لمواصفات الإطارات على

كل من موانئها؛

• يتحكم في جهد العرض على

منافذ المصب، وتركيب قيود حالي يستهلكها كل منفذ؛

• يتتبع حالة الأجهزة المتصلة بها،

إخطار المضيف بالتغييرات؛

• بالكشف عن الأخطاء في الحافلة، يؤدي الإجراءات

استعادة وتناول مقاطع الإطارات الخاطئة؛

• يوفر اتصال قطاعات الإطارات تعمل على

سرعات مختلفة.

يراقب المحور الإشارات الناتجة عن الأجهزة. قد لا يجوز للجهاز المعيب "الصمت" (فقدان النشاط) أو، على العكس من ذلك، شيء "فقاعة" (babble). تراقب هذه المواقف أقرب HAB إلى الجهاز وستقدم عمليات نقل تصاعدي من هذا الجهاز في موعد لا يتجاوز طول إطار الحدود (Micro). بفضل يقظة المركبات، لن تسمح هذه المواقف بجهاز معيب لمنع الحافلة بأكملها.

يمكن السماح بكل من منافذ المصب أو المحظورة، ويتم تكوينها أيضا إلى عملية التمثيل الغذائي العالي أو الكامل أو المحدود. قد يكون لدى المراكز مؤشرات خفيفة من المنافذ المصب، التي تسيطر عليها تلقائيا (منطق المحور) أو البرامج (وحدة تحكم المضيف). يمكن أن يكون المؤشر زوجا من المصابيح - الأخضر والأصفر (العنبر) أو واحد يؤدي إلى لون متغير. حالة المنفذ هي كما يلي:

• لا يلمع - لا يتم استخدام المنفذ؛
• الأخضر - التشغيل العادي؛
• الأصفر - خطأ؛
• blinking الأخضر - يتطلب البرنامج الاهتمام

المستخدم (الاهتمام البرمجيات)؛

• وامض الأصفر - تتطلب الصك الانتباه

المستخدم (اهتمام الأجهزة).

تصاعدي (upstream) تم تكوين منفذ المحور وظهر خارجيا كقسم السرعة أو عالية السرعة (ل USB 2.0 فقط). عند توصيل منفذ USB 2.0 Hub يوفر الإنهاء وفقا لنظام FS، يتم ترجمةه إلى وضع HS فقط بواسطة أمر تحكم.

في التين. 13.3 يتم إعطاء متغير من أجهزة الاتصال والمركبات، حيث يكون جهاز USB 2.0 عالي السرعة فقط سوى تدفق الفيديو عن بعد عن بعد دون ضغط. توصيل طابعة وماسح ضوئي USB 1.1 لتفصيل ميناء HABA 2.0، وحتى التبادل منهم بالأجهزة الصوتية، يسمح لهم باستخدام شريط الإطارات 12 ميغابت في الثانية / كل منهما. وبالتالي، من الشريط الإجمالي البالغ 480 ميغابت في الثانية إلى الأجهزة "القديمة" (USB 1.0)، يتم إصدار 3 × 12 \u003d 36 ميغابت في الثانية. في الواقع، من الممكن التحدث عن 48 ميجابت / ثانية، نظرا لأن لوحة المفاتيح والماوس متصلة بمنفذ منفصل لوحدة تحكم مضيف USB 2.0، ولكن هذه الأجهزة "Toasting" فقط منتج صغير من 12 ميغابت في الثانية المميزة. بالطبع، يمكنك توصيل لوحة المفاتيح والماوس إلى منفذ مركز خارجي، ولكن من وجهة نظر زيادة الموثوقية، تكون أجهزة إدخال النظام أفضل توصيل أقصر (بواسطة عدد الكابلات والموصلات والوسيطة الأجهزة) بالطريقة. سيكون التكوين غير الناجح هو توصيل الطابعة (الماسح الضوئي) إلى مركز USB 1.1 - أثناء العمل مع أجهزة الصوت (إذا كانت عالية الجودة) ستسقط سرعة الطباعة (المسح). سيتم توصيل التكوين غير صالح للعمل الكاميرا بمنفذ HUB USB 1.1.

عند تخطيط الاتصالات، من الضروري مراعاة طريقة تغذية الأجهزة: يتم توصيل الأجهزة التي تتناولها الإطار، كقاعدة عامة، مع مراكز التغذية من الشبكة. يتم توصيل أجهزة الطاقة المنخفضة فقط بالمراكز التي يتم تغذيتها من الإطارات - لذلك، إلى لوحة مفاتيح USB التي تحتوي على محور داخل نفسه، يتم توصيل الماوس USB وغيرها من المؤشرات (Trackball أو Tablet).

إدارة الطاقة هي وظيفة USB متطورة للغاية. بالنسبة للأجهزة التي تتغذى على الإطارات، تكون الطاقة محدودة. يجب أن لا يستهلك أي جهاز عند الاتصال حارا من حافلة تتجاوز 100 مللي أمبير. يتم الإعلان عن العمل الحالي (لا يزيد عن 500 مللي أمبير) في التكوين. إذا لم يتمكن المحور على توفير الجهاز الحالي، فلن يتم تكوينه، وبالتالي لا يمكن استخدامه.

يجب على USB الحفاظ على وضع التعليق (الوضع المعلق)، حيث لا يتجاوز المستهلكة الحالية 500 ميكرة. يجب تعليق الجهاز تلقائيا عند إنهاء نشاط الحافلات.

تين. 21. مثال تكوين الاتصال

يسمح Remote Wakeup بالجهاز المعلق بتقديم جهاز كمبيوتر مضيف يمكن أن يكون أيضا في حالة معلقة. يتم وصف إمكانية الصحوة عن بعد في تكوين الجهاز. عند تكوين، قد يتم حظر هذه الميزة.

ظهرت حافلة USB (الحافلة التسلسلية العالمية - الإطارات المتسلسلة عالمية) على معايير الكمبيوتر لفترة طويلة - إصدار الإصدار الأول المعتمد من المعيار الذي ظهر في 15 يناير 1996. كان تطوير المعيار بدأ شركات موثوقة للغاية - Intel، DEC، IBM، NEC، Northen Telecom و Compaq.

الهدف الرئيسي من المعيار المعياري قبل مطوريه هو إنشاء قدرة حقيقية على العمل في وضع التوصيل والتشغيل مع الأجهزة الطرفية. هذا يعني أن الجهاز يجب أن يكون متصلا بجهاز الكمبيوتر العاملة والتعرف التلقائي على الفور بعد الاتصال وتركيب برامج التشغيل المناسبة لاحقا.

ميزات USB تابع من خصائصها الفنية: ارتفاع سعر الصرف (معدل بت الإشارات بالكامل) - 12 ميغابت في الثانية؛ أقصى طول كابل للأيض عالية - 5 م؛ انخفاض سعر الصرف (معدل بت التدوير المنخفض) - 1.5 ميغابت في الثانية؛ أقصى طول كابل للتمثيل الغذائي المنخفض - 3 م؛ الحد الأقصى لعدد الأجهزة المتصلة (بما في ذلك المضاعفات) - 127؛ من الممكن توصيل الأجهزة بأسعار صرف مختلفة؛ توفير الجهد للأجهزة الطرفية - 5 V؛ الحد الأقصى لاستهلاك الحالي على جهاز واحد - 500 مللي أمبير (هذا لا يعني أن عبر USB يمكن أن يكون يعمل بالطاقة مع إجمالي استهلاك الحالي 127 '500 MA \u003d 63،5 أ)

لا يختلف طوبولوجيا USB عمليا عن طوبولوجيا الشبكة المحلية المعتادة على زوج ملتوي، يسمى عادة "Star". حتى المصطلحات هي مشابهة - تتطلب مضاعفات الإطارات أيضا المحور.

يمكن تصوير جهاز أجهزة USB للأجهزة إلى الكمبيوتر (انظر الشكل 5.22) (يشار إلى الأرقام بالأجهزة الطرفية مع واجهة USB):

بدلا من أي من الأجهزة، يمكن للمركز أيضا الوقوف. الفرق الرئيسي من طوبولوجيا الشبكة المحلية المعتادة هو جهاز كمبيوتر (أو جهاز مضيف) يمكن أن يكون واحدا فقط. يمكن أن يكون المحور جهازا منفصلا به إمدادات الطاقة الخاصة به وجهازها الطرفي المدمج. غالبا ما يتم تضمين HUB "S" في الشاشات ولوحة المفاتيح.

يتم نقل إشارات USB عبر كابل 4 أسلاك موضح في الشكل. 5.22:

تين. 5.22. نقل كابل USB

هنا GND هي سلسلة "الإسكان" لتضمين الأجهزة الطرفية، VBUS - +5 V أيضا لدائرات الطاقة. تم تصميم D + Bus لنقل البيانات عبر الحافلة، والحافلة D هي لاستقبال البيانات. يتم تنفيذ الكابل لدعم سرعة الإطارات الكاملة (السرعة القصوى) كزوج ملتوي، محمي من الشاشة ويمكن أيضا استخدامه للعمل في وضع السرعة الدنيا (السرعة المنخفضة). يمكن أن يكون الكبل للتشغيل فقط في الحد الأدنى للسرعة (على سبيل المثال، لتوصيل الماوس) أن يكون أي غير محمول.

في عام 1999، نفس اتحاد شركات الكمبيوتر، التي بدأت في تطوير الإصدار الأول من المعيار على حافلة USB، بدأت في تطوير USB الإصدار 2.0 بنشاط، والذي يتميز بحقيقة أن عرض النطاق الترددي من الحافلة زيادة 20 مرة حتى 250 ميغابت في الثانية، مما يجعل من الممكن نقل بيانات الفيديو عن طريق USB ويجعلها منافس مباشر IEEE-1394 (FireWire). يتم الحفاظ على توافق جميع الأجهزة الطرفية التي تم إصدارها مسبقا والكابلات عالية السرعة بالكامل ويتم الحفاظ على واحدة من أهم مزايا USB - منخفضة التكلفة لوحدة التحكم.

الإطارات المتسلسلة عالمية

• موصل صغير B ECN: الإخطار الصادر في أكتوبر 2000.
• errata منذ ديسمبر 2000: الإخطار الصادر في ديسمبر 2000.
• مقاومات سحب / الانسحاب المنسدلة ECN
• errata منذ مايو 2002: الإخطار الصادر في مايو 2002.
• رابطات واجهة ECN.: الإخطار الصادر في مايو 2003.
  • تمت إضافة معايير جديدة لربط واجهات متعددة مع وظيفة جهاز واحدة.
• recher recfer ecn.: الإخطار الصادر في أكتوبر 2003.
• Unicode ECN.: الإخطار الصادر في فبراير 2005.
  • يحدد ECN هذا أنه يتم ترميز السلاسل باستخدام UTF-16LE.
• ملحق USB بين رقاقة: الإخطار الصادر في مارس 2006.
• مكمل عند الذهاب 1.3: الإخطار الصادر في ديسمبر 2006.
  • يتيح لك USB On-the-GO ربط جهازين USB مع بعضهما البعض دون مضيف USB منفصل. في الممارسة العملية، تلعب إحدى الأجهزة دور المضيف لآخر.

USB OTG.

USB 3.0.

USB 3.0 في المراحل النهائية للتنمية. تشارك إنشاء شركات USB 3.0 في الشركات: Microsoft، Texas Instruments، NXP أشباه الموصلات. في مواصفات USB 3.0، ستكون الاتصالات والكابلات من المعيار المحدث متوافقا فعليا وعمليا مع USB 2.0. يحتوي كابل USB 2.0 على أربعة أسطر - زوج لتلقي / نقل البيانات، واحدة - للسلطة وواحدة أخرى - للتأريض. بالإضافة إلى ذلك، يضيف USB 3.0 خمس خطوط جديدة (نتيجة لذلك أصبح الكبل أكثر سمكا بكثير)، ولكن توجد جهات اتصال جديدة بالتوازي فيما يتعلق بالقديمة على صف اتصال آخر. الآن يمكنك بسهولة تحديد الكابل الذي ينتمي إلى إصدار معين من المعيار، فقط النظر في موصله. يزيد مواصفات USB 3.0 من أقصى معدل نقل المعلومات إلى 4.8 جيجابت في الثانية - وهو أمر ذو حجم أكثر من 480 ميغابت في الثانية، والذي يمكن أن يوفر USB 2.0. يفتخر USB 3.0 بمعدل أعلى فقط لنقل المعلومات، ولكن أيضا زيادة القوة الحالية من 500 ماجستير إلى 900 مللي أمبير. من الآن فصاعدا، سيكون المستخدم قادرا على الإطعام فقط من محور واحد أكبر بكثير من الأجهزة، ولكن أيضا الأجهزة نفسها، والتي تم توفيرها مسبقا مع إمدادات الطاقة المنفصلة، \u200b\u200bسوف تتخلص منها.

هنا GND هي سلسلة "الحالة" لتشغيل الأجهزة الطرفية، VBUS - +5 V، وكذلك لدائرة الطاقة. يتم نقل البيانات بواسطة سلك D + و D-D-D-Delival (الولايات 0 و 1 (في مصطلحات الوثائق الرسمية Diff0 و Diff1، على التوالي) يتم تحديد الفرق المحتمل بين خطوط أكثر من 0.2 فولت وتحت الشرط واحدة من الخطوط (D- في حالة DIFF0 و D + مع Diff1) المحتملة بالنسبة إلى GND أعلاه 2.8 V. طريقة النقل التفاضلية هي الرئيسية، ولكن ليس الوحيد (على سبيل المثال، عند التهيئة، الجهاز تقارير المضيف في الوضع المدعوم من الجهاز (السرعة القصوى أو منخفضة السرعة)، وسحب واحدة من بيانات الخطوط إلى V_BUS عبر مقاوم 1.5 كوم (D- لوضع السرعة المنخفضة و D + for وضع السرعة، والأجهزة العاملة في وضع Hi-Speed، تتصرف في هذه المرحلة كجهاز في وضع كامل السرعة). في بعض الأحيان حول الأسلاك هناك متعرجا ليفي للحماية من الضرر البدني ..

USB 3.0 موصل نوع ب

USB 3.0 موصل نوع أ

الكابلات وموصلات USB 3.0

عيوب USB.

على الرغم من أن عرض نطاق الموافقة المسبقة عن علم من USB 2.0 هو 480 ميغابت في الثانية (60 ميغابايت / ثانية)، في الممارسة العملية، توفر عرض النطاق الترددي بالقرب من الذروة، ولا يمكن أن تكون متاحة. يتم تفسير ذلك من خلال تأخير حافلة USB كبيرة إلى حد ما بين طلب نقل البيانات والنقل الفعلي نفسه. على سبيل المثال، الإطارات FireWire على الرغم من أنه يحتوي على عرض النطاق الترددي الأصغر من 400 ميجابت في الثانية، وهو أقل من 80 ميغابت في الثانية أقل من USB 2.0، في الواقع يسمح لك بتقديم عرض النطاق الترددي الكبير لتبادل البيانات باستخدام أقراص صلبة وأجهزة تخزين المعلومات الأخرى

USB و FireWire / 1394

بروتوكول تخزين USB، وهي طريقة نقل الأوامر

بالإضافة إلى ذلك، لم يتم دعم تخزين USB في نظام التشغيل القديم (Windows 98)، وتطلب تثبيت برنامج التشغيل. SBP-2 مدعوم فيها. أيضا في نظام التشغيل القديم (نظام التشغيل Windows 2000)، تم تنفيذ بروتوكول تخزين USB في نموذج مقصول لا يسمح باستخدام وظيفة حرق القرص المضغوط / DVD على محرك أقراص USB متصل، لم يكن لدى SBP-2 من هذه القيود.

يتم توجيه حافلة USB بصرامة، لأن اتصال كمبيوتر أو جهازين محيطين يتطلبان معدات إضافية. يدعم بعض الشركات المصنعة اتصال الطابعة والماسح الضوئي أو الكاميرا والطابعة، لكن هذه التطبيقات مرتبطة بشدة بتصنيع معينة وغير موحدة. لا تخضع حافلة 1394 / Firewire لهذا النقص (يمكنك توصيل 2 كاميرات الفيديو).

ومع ذلك، نظرا لسياسة Apple المرخصة، بالإضافة إلى تعقيد أعلى بكثير من المعدات، فإن 1394 أقل شيوعا، فإن اللوحات الأم للأجهزة المحمولة القديمة لا تحتوي على وحدة تحكم 1394. بالنسبة للأحياء، عادة ما لا يتم العثور على الدعم 1394 أي شيء باستثناء كاميرات الفيديو والمرفقات لمحركات الأقراص الصلبة الخارجية ومحركات الأقراص المضغوطة / قرص DVD.

أنظر أيضا

• فايرواير.
• transferjet.

مصادر

روابط

• أخبار USB (ذلك)
• قائمة معرف USB (البائعين والأجهزة والواجهات) (المهندس)

الإطارات PCI و PCI Express مناسبة لتوصيل الأجهزة الطرفية عالية السرعة، ولكن استخدام واجهة PCI لأجهزة I / O منخفضة السرعة (على سبيل المثال، الفئران ولوحة المفاتيح) غير فعالة.

بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام فتحات ISA و PCI مجانية لإضافة أجهزة جديدة، والتي أدخلت وحدات تحكم UVV.

في الوقت نفسه، يجب على المستخدم تثبيت مفاتيح التبديل والاعتداء على، ثم يجب فتح وحدة النظام، وإدخال لوحة، وإغلاق وحدة النظام وتشغيل الكمبيوتر.

بالنسبة للكثيرين، هذه العملية معقدة للغاية وغالبا ما تؤدي إلى أخطاء. بالإضافة إلى ذلك، فإن عدد فتحات ISA و PCI صغيرة جدا (عادة ما يكونان أو ثلاثة).

في عام 1993، وضع ممثلو سبع شركات (Compaq، DEC، IBM، Intel، Microsoft، NEC و Nothern Telecom) إطار مناسب على النحو الأمثل لربط الأجهزة ذات السرعة المنخفضة.

أصبحت نتيجة عملهم الإطارات USBالناقل التسلسلي العالمي - الإطارات المتسلسلة عالمية)تلبية المتطلبات التالية:

• لا يتعين على المستخدمين تثبيت مفاتيح وامتيازات على المجالس والأجهزة؛
• يجب ألا يفتح المستخدمون جهاز كمبيوتر لتعيين أجهزة I / O جديدة؛
• يجب أن يكون هناك نوع واحد فقط من الكابل مناسب لربط جميع الأجهزة؛
• يجب تشغيل أجهزة I / O من خلال الكابل؛
• يجب أن يكون من الممكن الاتصال بجهاز كمبيوتر واحد إلى 127 جهازا؛
• يجب أن يدعم النظام الأجهزة في الوقت الفعلي (على سبيل المثال،
  الأجهزة الصوتية، الهاتف)؛
• يجب أن تكون هناك القدرة على تثبيت الأجهزة أثناء تشغيل الكمبيوتر؛
• يجب ألا تكون هناك حاجة لإعادة تشغيل الكمبيوتر بعد تثبيت جهاز جديد؛
• يجب ألا يحتاج إنتاج الحافلات الجديدة وأجهزة الإدخال / الإخراجية بتكلفة عالية.

عرض النطاق الترددي الإجمالي للإصدار الأول من الإطارات (USB 1.0) هو 12 ميغابت في الثانية.

يعمل الإصدار 2.0 بسرعة 480 ميغابت في الثانية بما يكفي تماما للطابعات والكاميرات الرقمية والعديد من الأجهزة الأخرى. تم اختيار الحد من أجل تقليل تكلفة المسامير.

يزيد إصدار USB 3.0 من الحد الأقصى لمعدل نقل المعلومات يصل إلى 5 جيجا بايت في الثانية - وهو أمر ذو حجم أكثر USB 2.0 (480 ميغابت في الثانية). مثل هذه الصورة، يزيد معدل النقل مع 60 ميغابايت / ثانية إلى 600 ميغابايت / ثانية

حافلة USB تتكون من هوبا الجذر(محور الجذر)، الذي يتم إدخاله في موصل الحافلات الرئيسية (انظر، الشكل 3.49). يحتوي هذا المحور الجذر (بشكل متكرر يسمى HUB ROG) على موصلات للكابلات التي يمكن توصيلها بأجهزة إخراج المدخلات أو إلى مراكز إضافية لزيادة عدد الموصلات.

وبالتالي، فإن طوبولوجيا الإطارات USB هي شجرة ذات جذر في مركز الجذر، وهو داخل الكمبيوتر.

تختلف الموصلات (الموصلات) من الجهاز من الجهاز من موصلات المحور بحيث يقوم المستخدم بتوصيل الكبل بطريق الخطأ بالجانب الآخر.

يتكون الكابل من أربعة أسلاك: اثنان منهم مخصص لنقل البيانات، واحد - للسلطة (+5 ج) وواحد - للأرض. ينقل النظام 0 مع تغيير في الجهد، و 1 - عدم وجود تغيير الجهد "لذلك، فإن التسلسل الطويل من البتات الصفرية ينشئ تدفق البقول العادية.

عندما يكون جهاز I / O جديد متصل، يكتشف محور الجذر هذه الحقيقة ويقاطع تشغيل نظام التشغيل.

ثم يطلب نظام التشغيل جهازا جديدا "معرفة ما يمثله ونطاق النطاق الترددي الحافلة مطلوبة لذلك.

إذا قرر نظام التشغيل أن جهاز عرض النطاق الترددي يكفي، فإنه يتسم به عنوان فريد (1-127) وتنزيل هذا العنوان والمعلومات الأخرى في سجلات التكوين داخل الجهاز.

وبالتالي، يمكن توصيل الأجهزة الجديدة * Sha Fly "، في حين أن المستخدم لا يحتاج إلى تثبيت بطاقات ISA أو PCI الجديدة.

تبدأ لوحات غير متجانسة بالعناوين 0، حتى تتمكن من الاتصال بهم. تم تجهيز العديد من الأجهزة مع مركبات شبكات مدمجة لأجهزة إضافية. على سبيل المثال، قد يحتوي الشاشة على مرحلتين للأعمدة اليمنى واليسارية.

Spikes USB هي سلسلة من القنوات بين موقد الجذر وأجهزة الإدخال / الإخراج. يمكن لكل جهاز تقسيم قناتيه إلى 16 علامة فرعية بحد أقصى لأنواع مختلفة من البيانات (على سبيل المثال، الصوت والفيديو).

في كل قناة أو Subchannel، يتم نقل البيانات من مركز الجذر إلى الجهاز والخلف بين جهازي I / O لا يحدث.

بالضبط من خلال كل محور جذر millisecond (± 0.05 مللي ثانية) ينقل إطار جديد لإطار جديد لمزامنة جميع الأجهزة في الوقت المناسب. يتكون الإطار من حزم، يتم إرسال أولها من المحور إلى الجهاز. يمكن نقل حزم الإطارات التالية في نفس الاتجاه، ويمكن أن تكون في المقابل (من الجهاز إلى المحور). في التين. 3.55 يظهر أربع إطارات متتالية.

في عام 1998، تم إنشاء إصدار USB عالي السرعة، يسمى USB 2.0. تشبه هذه المعيار إلى حد كبير إلى USB 1A ومتوافق معها، ومع ذلك، تتم إضافة جديد - 480 ميغابايت / ثانية إلى السرعات السابقة.

3 مؤسسة ذاكرة في الكمبيوتر

3.1 التنظيم الهرمي للذاكرة ومبدأ روابط المنطقة

ذاكرة - مجموعة من الأجهزة التي تعمل على تلقي وتخزين وإصدار البيانات إلى معالج مركزي أو بيئة كمبيوتر خارجية. عمليات الذاكرة الأساسية هي التسجيل والقراءة.

في أنظمة الحوسبة، تعد الذاكرة واحدة من المكونات الرئيسية التي تحدد السرعة ووظائف النظام بأكمله.

تنظيم الذاكرة معقدة وبناء على مبدأ هرمي. تتمثل الفكرة الرئيسية في التسلسل الهرمي للذاكرة في مطابقة سرعة الأجهزة التشغيلية، في المقام الأول معالج، مع أجهزة التخزين.

التنظيم الهرمي للذاكرة لديه مظهر مقدم في الشكل. 3.1، حيث يتم عرض نطاقات قيم سعة وأداء أجهزة الذاكرة للأجهزة الحوامل الحديثة.

ص و S. 3.1. التنظيم الهرمي للذاكرة

ذاكرة الوصول العشوائي هي جهاز تخزين تشغيلي؛

ROM هو جهاز تخزين ثابت؛

CD / DVD - محرك الأقراص على الأقراص البصرية؛

HDD (محرك الأقراص الصلبة) - جهاز تخزين على قرص مغناطيسي صلب؛

SSD (محرك الحالة الصلبة) - محرك الأقراص على القرص "الصلب"

في التين. 3.1 يمكن أن نرى أنه في مستويات أعلى من التسلسل الهرمي توجد أجهزة ذات سعة الذاكرة أصغر، ولكن مع سرعة أكبر.

يتم تصنيع سجل الذاكرة أو التسجيل في معالج الكريستال على طول نفس التكنولوجيا وله نفس السرعة مثل العناصر التشغيلية للمعالج.

يتم تنفيذ ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الأول أيضا داخل المعالج، مما يجعل من الممكن الرجوع إلى الأوامر والبيانات مع تردد الساعة للمعالج.

في العديد من النماذج، يتم دمج معالجات ذاكرة التخزين المؤقت المستوى الثاني في Core Processor Core.

يتم تنفيذ ذاكرة التخزين المؤقت للمستوى الثالث كصرف صغير منفصل بسرعة عالية، أو في المعالج، كما هو الحال في الهندسة المعمارية في Nehalem.

ترتبط فعالية المنظمة الهرمية بأهم مبدأ من محالاة المراجع أو مبدأ المحال بشأن التعامل معها.

عند الوفاء بمعظم البرامج، لوحظ أن عنوان الأمر التالي ستكون موجودا إما مباشرة عند عنوان الأمر القابل للتنفيذ، أو ليس بعيدا عنه.

في الوقت نفسه، مع احتمال كبير للغاية، عادة ما يتم تنظيم البيانات المستخدمة من قبل هذه الأوامر وتقع في خلايا الذاكرة المتتالية.

بالإضافة إلى ذلك، تحتوي البرامج على العديد من الدورات الصغيرة والبرامج الفرعية التي تتكرر تتكرر خلال الفاصل الزمني.

في التين. 3.2 يظهر قسمين من البرنامج ومنطقة البيانات المقابلة.

ص و S. 3.2. موقع البرنامج والبيانات في الذاكرة ومحل الروابط

وتسمى هذه الظاهرة محلة المراجع أو المنطقة في التعامل معها. ومن المعروف أن قاعدة "90/10" - أي أن 90٪ من وقت تشغيل البرنامج مرتبط بالنداء إلى 10٪ من مساحة عنوان هذا البرنامج.

3.2 التفاعل المعالج ومستويات الذاكرة المختلفة

مستويات التسلسل الهرمي للذاكرة مترابطين: يمكن أيضا العثور على جميع البيانات عند مستوى واحد على مستوى أقل، ويمكن العثور على جميع البيانات الموجودة في هذا المستوى الأدنى على المستوى الأساسي التالي وما إلى ذلك.

في كل لحظة من الوقت هناك تبادل مع مستويين قريبين. الحد الأدنى لوحدة المعلومات التي يمكن أن تكون موجودة أو غائبة في التسلسل الهرمي من مستويين يسمى كتلة.

يمكن أن يكون حجم الكتلة ثابتا أو متغيرا. إذا تم إصلاح هذا الحجم، فإن مقدار الذاكرة هو حجم كتلة متعددة.

نداء ناجح أو غير ناجح إلى مستوى أعلى يسمى على التوالي (ضرب) أو ملكة جمال (ملكة جمال).

يضرب - نداء إلى كائن في الذاكرة الموجودة في مستوى أعلى بروماش يعني أنه غير موجود في هذا المستوى.

نسبة الضربة أو معامل الزيارات هي حصة الاستئناف الموجودة في مستوى أعلى.

نسبة العبارات هي نسبة الاستئناف غير الموجودة على مستوى أعلى.

تخفيضات Promach - الوقت لاستبدال الكتلة على مستوى أعلى إلى كتلة من أعلى مستوى بالإضافة إلى وقت إعادة توجيه هذه الوحدة إلى الجهاز المطلوب (عادة في المعالج).

تتضمن الخسائر الموجودة على القمامة مكونين: وقت الوصول هو وقت الاستئناف إلى الكلمة الأولى من الكتلة أثناء ملكة جمال، ووقت النقل هو وقت إضافي لإعادة توجيه كلمات الكتلة المتبقية.

يرتبط وقت الوصول بتأخير ذاكرة المستوى الأدنى، في حين أن وقت الشحن مرتبط بنطاق عرض قناة بين جهازين من الذاكرة المجاورة.

البادئ من نداء الذاكرة هو دائما تقريبا معالج. استثناء - وضع الوصول المباشر للذاكرة عند تنظيم عملية نقل الملفات بين البرودة والذاكرة الخارجية من خلال الحافلة المقابلة، متجاوزة المعالج.

في عملية تنفيذ البرنامج، يقوم المعالج بمعالجة كل أمر وحدد العنوان التنفيذي لعامل الكمبيوتر الشخصي.

في هذه الحالة، فإن المعالج "لا يعرف" في أي مستوى من الذاكرة هو هذا العنوان التنفيذي، وبالتالي نداء إلى المرجع.

سننظر في تنظيم الكتلة للبيانات.

· في تسجيل الذاكرة، تتم كتابة البيانات عن طريق كتل في شكل كلمات 16 و 32 و 64 و 128 قليلا.

كلاك ذاكرة ذاكرة التخزين المؤقت هي سلسلة من 16 أو 32 أو 64 بايتوبعد في الصفحات الأكثر شيوعا صفحة 4 - 8 صفحات. كوب.

· على الأقراص الصلبة، كتل هي القطاعات 512 بايتوبعد كقاعدة عامة، حجم الصفحة هو طول Karaten لقطاع Winchesian.

إذا كان النظام لديه ذاكرة التخزين المؤقت، يتحقق وحدة التحكم في ذاكرة التخزين المؤقت ما إذا كان ذاكرة التخزين المؤقت تحتوي على العنوان المطلوب AC. إذا كانت هناك بيانات مع مثل هذا العنوان، تتم قراءة الكتلة بهذه البيانات من ذاكرة التخزين المؤقت للمعالج، ويتم حظر الاستئناف إلى OP.

إذا لم تكن هناك بيانات في ذاكرة التخزين المؤقت مع عنوان AP، يتم البحث في الكتلة المرغوبة في ذاكرة الوصول العشوائي، ثم تم تحميلها في ذاكرة التخزين المؤقت ويتم نقلها في وقت واحد إلى المعالج.

وبالمثل، عند الوصول إلى الذاكرة الرئيسية عند إدخال كتلة البيانات في المعالج. عند الاستهلاك، يتم تحميل البيانات من قرص صلب أو بصري في المرجع.

عند الوصول إلى ذاكرة الأرشيف، كتلة البيانات، أي القرص المرغوب يتم إرساله تلقائيا من التخزين وتثبيته في محرك الكمبيوتر.

3.3 ذاكرة العنوان

في جهاز تخزين العنوان (الذاكرة)، كل عنصر ذاكرة هو خلية، لديه عنوان يظهر موقعه في مساحة العنوان.

يتم إجراء البحث عن المعلومات حسب الرقم (العنوان) من بيانات تخزين خلية التخزين المخزنة.

مزيج من خلايا التخزين N يشكل مصفوفة تخزين ZM.

بالنسبة للموقع المدمج لخلايا التخزين وتبسيط الوصول إليهم، يتم تنظيم ZM ككعب ثلاثي الأبعاد.

له إحداثيات عنوانين 1 و 2، وعلى الإحداثيات الثالثة هناك

كلمات التفريغ n.

إذا كان العنوان القادم من الشار لديه بعض الشيء ل، ينقسم إلى عنصرين بواسطة BITS K / 2

م \u003d 2 ك / 2 × 2 ك / 2 \u003d 2 ك.

في هذه الحالة، بدلا من واحد dsh مع مخرجات م، يتم استخدام فك ترميز مع مخرجات 2 K / 2، والتي تبسط إلى حد كبير تنفيذ الدائرة.

في التين. 3.3. يتم عرض مخطط كتلة من جهاز تخزين العنوان.

مصفوفة تخزين ZM لديها إحداثيات اثنين: الصفوف والأعمدة. تدير وحدة التحكم (BU) أجهزة الذاكرة، والاستقبال من الإشارات الخارجية: RAS، CAS، CE، نحن أو OE.

تسمح إشارة الاختيار من CE Microcircuit بتشغيل Microcircuit هذه الذاكرة.

يتم تحديد وضع القراءة أو الكتابة من قبل إشارة. في كل وقت، في حين أن الشريحة لا تستخدم حافلة SHD للبيانات، فإن مخرجات المعلومات الخاصة بالسجلات ترجمتها إشارة OE في الحالة الثالثة ذات مقاومة إخراج عالية.

يرافق عنوان السلسلة الموجودة على حافلة Shine إشارة RAS التي تسمح بالعنوان وشهر فك التشفير. بعد ذلك، تسمح إشارة CAS الاستقبال وفك التشفير عن عنوان العمود.

يحتوي كل عمود على خط القراءة / الكتابة الثانية - للبيانات. هذه الخطوط في الشكل. 3.3 الموضح من قبل خط منقط.

تتم إدارة عمليات الذاكرة بواسطة وحدة تحكم الذاكرة. كل عملية مطلوبة خمس ساعات على الأقل.

تحديد نوع العملية (القراءة أو الكتابة) وتعيين عنوان السلسلة.

تشكيل إشارة RAS.

تحديد عنوان العمود.

تشكيل إشارة CAS.

تسجيل أو إصدار البيانات وإعادة إشارات RAS و CAS إلى حالة غير نشطة.

ص و S. 3.3. عنوان تخزين العنوان

ZM - حفظ مصفوفة؛

RAS - بوابة الصف إشارة (عنوان الصف القوية)؛

CAS - إشارة بوابة العمود (عنوان العمود ستروب)؛

نحن - اكتب تمكين (كتابة تمكين)؛

OE - دقة إشارات الإخراج (تمكين الإخراج)؛

CS - رقاقة حدد رقاقة

الكمون الذاكرة وتوقيت

تحت الكمون، فهم يفهمون التأخير بين وصول اللجنة إلى الذاكرة وتنفيذها. لا يمكن أن تتحرك الذاكرة على الفور من حالة إلى أخرى. لعملية الذاكرة المستقرة، تحتاج إلى تمرير دورات متعددة عند تغيير حالة خلية الذاكرة.

على سبيل المثال، بعد تنفيذ أمر القراءة، يجب أن يتبع تأخير CAS (CAS). هذا هو الكمون (CL) - أهم ميزة الذاكرة.

من الواضح، أصغر الكمون، أسرع يعمل الذاكرة.

يتم تحديد زمن الذاكرة من قبل توقيتها، أي التأخير المقاسة بعدد ساعات بين الأوامر الفردية.

هناك عدة أنواع من توقيت الذاكرة.

CL: CAS الكمون - الوقت الذي يمر من لحظة إطعام الأمر إلى الذاكرة قبل بدء الإجابة على هذا الطلب. هذه المرة التي تمر بين طلب المعالج لاستلام بعض البيانات من الذاكرة لحظة إصدار هذه البيانات إلى الذاكرة.

RAS-TO-CAS (TRCD): تأخير RAS إلى CAS - الوقت الذي يجب أن يمر من لحظة الرجوع إلى سلسلة مصفوفة (RAS)، حتى يناشد عمود مصفوفة عموده (CAS)، من أجل أخذ عينات البيانات في التي يتم تخزين البيانات اللازمة.

RAS Precharge (TRP) - الفاصل الزمني بين إغلاق الوصول إلى سطر واحد وبداية الوصول إلى سلسلة بيانات أخرى.

نشط إلى وقت التقييم أو دورة الدورة (TRAS) - إيقاف مؤقت يحتاج إلى الذاكرة للعودة إلى حالة الانتظار للاستعلام التالي.

CMD: معدل الأوامر (معدل الأوامر) - الوقت من لحظة تنشيط رقاقة الذاكرة حتى يمكن أن يؤدي الأمر الأول إلى ذلك. هذا عادة T1 (دورة ساعة واحدة) أو T2 (دورتين على مدار الساعة).

تنمو سعة الذاكرة بسرعة، ولم يتم تحسين زمن الدعون لها عمليا.

في بعض الأنواع الجديدة من الذاكرة مع عرض النطاق الترددي الكبير، تبين أن الكمون أعلى من التطبيقات السابقة.

خلال السنوات ال 25 الماضية، انخفضت زمن بيانات RAM ثلاث مرات فقط. في الوقت نفسه، زاد تردد ساعة المعالجات على مدار الساعة مئات المرات.

3.4 الذاكرة الإرشادية

يشير مفهوم "جمعية"، قبل كل شيء، إلى الذاكرة التي يتم فيها تنفيذ العينة ليس في مبدأ العنوان، ولكن عن طريق المحتوى.

تستخدم الذاكرة الإرتقائية تسجيل البيانات وقراءةها بطريقة توفر عينة من الكلمات وجود محتوى معين من حقول معينة.

يتم إجراء البحث باستخدام علامات إرشادية. يتم تقديم هيكل هذه الذاكرة في الشكل. 3.4.

ص و S. 3.4. ذكرى ذكرى

ZM - حفظ مصفوفة؛

SP - علامة الإطارات؛

SHD - حافلة البيانات

تخزن الذاكرة M M + 1 كلمات موضحة لها علامات.

Service M + 1st تفريغ العروض: "0" - خلية مجانية للتسجيل، "1" - الخلية مشغولة. يتم تشكيل قيم الميزة المشاركة في سجل القناع من ميزات العلامات القادمة من إطار SPP في سجل الإشارة النقابي.

يتم إجراء البحث عن مصفوفة تخزين في ساعة واحدة في وقت واحد من خلال مجالات العلامات الإرشادية لجميع الكلمات المخزنة.

هذه ميزة مميزة لأجهزة الذاكرة المنشأ.

يتم تنفيذ مثل هذا البحث من خلال المخططات الجوفية من الصدفة على أساس العناصر "إضافة الوحدة 2".