Аппаратные, програмные и пользовательские интерфейсы информационных систем

     USB 2.0

     Спецификация  выпущена в апреле 2000 года.

     USB 2.0 отличается от USB 1.1 введением режима Hi-speed.

     Для устройств USB 2.0 регламентировано три  режима работы:

     Low-speed, 10—1500 Кбит/c (используется для интерактивных  устройств: клавиатуры, мыши, джойстика)

     Full-speed, 0,5—12 Мбит/с (аудио-, видеоустройства)

     Hi-speed, 25—480 Мбит/с (видеоустройства, устройства  хранения информации)

Последующие модификации

     Последующие модификации к спецификации USB публикуются  в рамках Извещений об инженерных изменениях (англ. Engineering Change Notices — ECN). Самые важные из модификаций ECN представлены в наборе спецификаций USB 2.0 (англ. USB 2.0 specification package), доступном на сайте USB Implementers Forum.

     Mini-B Connector ECN: извещение выпущено в октябре 2000 года.

     Errata, начиная с декабря  2000: извещение выпущено в декабре 2000 года.

     Pull-up/Pull-down Resistors ECN: извещение выпущено в мае 2002 года.

     Errata, начиная с мая  2002: извещение выпущено в мае 2002 года.

     Interface Associations ECN: извещение выпущено в мае 2003 года.

     Были  добавлены новые стандарты, позволяющие  ассоциировать множество интерфейсов  с одной функцией устройства.

     Rounded Chamfer ECN: извещение выпущено в октябре 2003 года.

     Unicode ECN: извещение выпущено в феврале 2005 года.

     Данное ECN специфицирует, что строки закодированы с использованием UTF-16LE.

     Inter-Chip USB Supplement: извещение выпущено в марте 2006 года.

     On-The-Go Supplement 1.3: извещение выпущено в декабре 2006 года.

     USB On-The-Go делает возможным связь  двух USB-устройств друг с другом  без отдельного USB-хоста. На практике  одно из устройств играет роль  хоста для другого.

     USB OTG (аббр. от On-The-Go) — дальнейшее расширение спецификации USB 2.0, предназначенное для лёгкого соединения периферийных USB-устройств друг с другом без необходимости подключения к ПК. Например, цифровой фотоаппарат можно подключать к фотопринтеру напрямую, если они оба поддерживают стандарт USB OTG. К моделям КПК и коммуникаторов, поддерживающих USB OTG, можно подключать некоторые USB-устройства. Обычно это флэш-накопители, цифровые фотоаппараты, клавиатуры, мыши и другие устройства, не требующие дополнительных драйверов. Этот стандарт возник из-за резко возросшей в последнее время необходимости надёжного соединения различных устройств без использования ПК.

     Хотя  соединение USB OTG выглядит как одноранговое, на самом деле только создаётся такое  ощущение — в действительности устройства сами определяют, какое из них будет  мастер-устройством, а какое —  подчинённым. Одноранговый интерфейс USB существовать не может.

     USB Wireless

     USB wireless — технология USB (официальная  спецификация доступна с мая 2005 года), позволяющая организовать беспроводную связь с высокой скоростью передачи информации (до 480 Мбит/с на расстоянии 3 метра и до 110 Мбит/с на расстоянии 10 метров).

     23 июля 2007 года USB Implementers Forum (USB-IF) объявила  о сертификации шести первых  потребительских продуктов с  поддержкой Wireless USB. 

     USB 3.0

     Окончательная спецификация USB 3.0 появилась в 2008 году.

     Созданием USB 3.0 занимались компании Intel, Microsoft, Hewlett-Packard, Texas Instruments, 

     NEC и NXP Semiconductors.

     В спецификации USB 3.0 разъёмы и кабели обновлённого стандарта физически  и функционально совместимы с USB 2.0. Кабель USB 2.0 содержит в себе четыре линии — пару для приёма/передачи данных, плюс и ноль питания. В дополнение к ним USB 3.0 добавляет еще четыре линии связи (две витых пары), в  результате чего кабель стал гораздо  толще. Hовые контакты в разъемах USB 3.0 расположены отдельно от старых на другом контактном ряду. Теперь можно  будет с лёгкостью определить принадлежность кабеля к той или  иной версии стандарта, просто взглянув на его разъём. Спецификация USB 3.0 повышает максимальную скорость передачи информации до 4,8 Гбит/с — что на порядок  больше 480 Мбит/с, которые может обеспечить USB 2.0. 
Версия 3.0 может похвастаться не только более высокой скоростью передачи информации, но и увеличенной силой тока с 500 мА до 900 мА. Отныне пользователь может не только подпитывать от одного хаба большее количество устройств, но и сами устройства во многих случаях смогут избавиться от отдельных блоков питания.

     Компания Asus выпустила материнскую плату P6X58 Premium, у которой есть два USB 3.0 порта. А компания Gigabyte выпустила первую материнскую плату с поддержкой USB 3.0 и SATA 6Gb/s для процессоров AMD — Gigabyte GA-790FXTA-UD5.Порты USB 3.0 на материнской плате синего цвета.

     В блоге разработчика Linux USB subsystem Sarah Sharp объявлено о поддержке USB 3.0 ядром Linux, начиная с версии 2.6.31.

     Фирмой Intel анонсирована предварительная версия программной модели контроллера USB 3.0.

     Но  в октябре 2009 года появилась информация (от EE Times со ссылкой на сотрудника одной из крупнейших компаний по производству персональных компьютеров), что корпорация Intel решила повременить с внедрением поддержки USB 3.0 в свои чипсеты до 2011 г. Это решение приведет к тому, что данный стандарт не станет массовым ещё как минимум год. 

     Недостатки  USB 2.0

     Хотя пиковая пропускная способность USB 2.0 составляет 480 Мбит/с (60 Мбайт/с), на практике обеспечить пропускную способность, близкую к пиковой, не удаётся (~33,5 Мбайт/сек на практике). Это объясняется достаточно большими задержками шины USB между запросом на передачу данных и собственно началом передачи. Например, шинаFireWire, хотя и обладает меньшей пиковой пропускной способностью 400 Мбит/с, что на 80 Мбит/с (10 Мбайт/с) меньше, чем у USB 2.0, в реальности позволяет обеспечить бо́льшую пропускную способность для обмена данными с жёсткими дисками и другими устройствами хранения информации. В связи с этим разнообразные мобильные накопители уже давно «упираются» в недостаточную практическую пропускную способность USB 2.0.

     PATA/SATA

     ATA (англ. Advanced Technology Attachment — присоединение по передовой технологии) — параллельный интерфейс подключения накопителей (жёстких дисков и оптических приводов) к компьютеру. В 1990-е годы был стандартом на платформе IBM PC; в настоящее время вытесняется своим последователем — SATA и с его появлением получил название PATA (Parallel ATA). 

     SATA (англ. Serial ATA) — последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA).

     Первоначально стандарт SATA предусматривал работу шины на частоте 1,5 ГГц, обеспечивающей пропускную способность приблизительно в 1,2 Гбит/с (150 МБ/с). (20%-я потеря производительности объясняется использованием системы кодирования 8B/10B, при которой на каждые 8 бит полезной информации приходится 2 служебных бита). Пропускная способность SATA/150 незначительно выше пропускной способности шины Ultra ATA (UDMA/133). Главным преимуществом SATA перед PATA является использование последовательной шины вместо параллельной. Несмотря на то, что последовательный способ обмена принципиально медленнее параллельного, в данном случае это компенсируется возможностью работы на более высоких частотах за счёт избежания необходимости синхронизации каналов и большей помехоустойчивости кабеля. Это достигается применением принципиально иного способа передачи данных  

     Стандарт SATA/300 работает на частоте 3 ГГц, обеспечивает пропускную способность до 2,4 Гбит/с (300 МБ/с). Впервые был реализован в контроллере чипсета nForce 4 фирмы «NVIDIA». Часто стандарт SATA/300 называют SATA II или SATA 2.0. ^[1] Теоретически устройства SATA/150 и SATA/300 должны быть совместимы (как контроллерSATA/300 с устройством SATA/150, так и контроллер SATA/150 с устройством SATA/300) за счёт поддержки согласования скоростей (в меньшую сторону), однако для некоторых устройств и контроллеров требуется ручное выставление режима работы (например, на НЖМД фирмы Seagate, поддерживающих SATA/300, для принудительного включения режима SATA/150 предусмотрен специальный джампер).

     Спецификация SATA Revision 3.0 предусматривает возможность передачи данных на скорости до 6 Гбит/с (практически до 5.89 Гбит/с — 700 Мбайт/с). В числе улучшений SATA Revision 3.0 по сравнению с предыдущей версией спецификации, помимо более высокой скорости, можно отметить улучшенное управление питанием. Также будет сохранена совместимость, как на уровне разъёмов и кабелей SATA, так и на уровне протоколов обмена. Кстати, консорциум SATA-IO предостерегает от применения для обозначения поколений SATA терминов вроде SATA III, SATA 3.0 или SATA Gen 3. Полное правильное название спецификации — SATA Revision 3.0; название интерфейса — SATA 6Gb/s.

     SATA использует 7-контактный разъём вместо 40-контактного разъёма у PATA. SATA-кабель  имеет меньшую площадь, за счёт  чего уменьшается сопротивление  воздуху, обдувающему комплектующие  компьютера, упрощается разводка  проводов внутри системного блока.

     SATA-кабель  за счёт своей формы более  устойчив к многократному подключению.  Питающий шнур SATA также разработан  с учётом многократных подключений.  Разъём питания SATA подаёт 3 напряжения  питания: +12 В, +5 В и +3,3 В; однако современные устройства могут работать без напряжения +3,3 В, что даёт возможность использовать пассивный переходник со стандартного разъёма питания IDE на SATA. Ряд SATA-устройств поставляется с двумя разъёмами питания: SATA и Molex.

     Стандарт SATA отказался от традиционного для PATA подключения по два устройства на шлейф; каждому устройству полагается отдельный кабель, что снимает  проблему невозможности одновременной  работы устройств, находящихся на одном  кабеле (и возникавших отсюда задержек), уменьшает возможные проблемы при  сборке (проблема конфликта Slave/Master устройств  для SATA отсутствует), устраняет возможность  ошибок при использовании нетерминированных PATA-шлейфов. 

     Стандарт SATA поддерживает функцию очереди  команд (NCQ, начиная с SATA Revision 2.x).

      
Стандарт SATA не предусматривает горячую замену активного устройства (используемого Операционной Системой) (вплоть до SATA Revision 3.x), дополнительно подключенные диски отключать нужно постепенно — питание, шлейф, а подключать в обратном порядке — шлейф, питание.