Standardele USB au fost dezvoltate din iniţiativa celor mai puternice companii constructoare de echipamente de calcul, începând cu anul 1995 şi anume Compacq Computer Corp., Digital Equipment Corp., Internaţional Business Machines PC Corp., Microsoft Corp., NEC Corp. şi Northerm Telecom. Scopul dezvoltării acestor standarde a fost acela de a defini şi dezvolta din punct de vedere hardware o magistrală externă, un Universal Bus, iar din punct de vedere software nişte module “ultra prietenoase”, care să permită adăugarea unor periferice la calculator atât de uşor, ca şi cum ai introduce un telefon în priză, şi acestea să funcţioneze imediat. Două idei majore au călăuzit această iniţiativă şi anume: preţul de cost scăzut şi uşurinţa în utilizare. Acum după aproape 7 ani putem afirma că cele două scopuri au fost atinse. Preţul de cost al echipamentelor este mult redus datorită existenţei unor cabluri şi periferice USB standardizate (mai puţin categoria echipamentelor de adaptare, USB Adapter, care deocamdată mai suferă din punct de vedere al preţului) iar uşurinţa în utilizare a acestora este realizată prin aceea că un periferic USB poate fi introdus sau scos din sistem în timp ce acesta funcţionează, fără a mai fi nevoie de altă intervenţie a operatorului, cum ar fi instalarea de programe, repornirea calculatorului, etc., calitate cunoscută sub denumirea de Hot Swappable.
Deşi inovaţia tehnologică este destul de recentă, numărată în ani, cantitatea de informaţie referitoare la USB este foarte mare, dovadă interesul enorm al proiectanţilor de hard (calculatoare, periferice) cât şi al celor care produc soft, de aceea o prezentare exhaustivă a domeniului este aproape imposibilă. Voi încerca în acest articol să fac o sinteză a problematicii USB, urmând ca în numere viitoare ale ziarului să prezint unele din cele mai interesante echipamente care beneficiază de această inovaţie tehnologică. Voi prezenta la început aspectele teoretice privitoare la USB după care aspectele practice legate de utilizatorul calculatorului sau al echipamentelor prevăzute cu port USB.
O întrebare poate fi pusă încă de la început, de ce a fost atât de mare nevoie de această inovaţie tehnologică încât ea să apară şi să se impună atât de categoric, într-un timp atât de scurt?
Pentru a răspunde la această întrebare trebuie să ne amintim, în special cei care am evoluat odată cu tehnica de calcul, cât de mult se complicase existenţa noastră prin faptul că existau, (şi mai există încă, dar vor dispărea în perioada următoare) mai multe standarde şi echipamente anexe referitoare la transferul informaţiei între diverse periferice şi calculator, unele destul de bine standardizate, altele mai puţin. Această diversitate a dus la apariţia mai multor tipuri de conectoare şi cabluri specifice, destul de dificil de cunoscut şi de utilizat de către cei care lucrează cu aceste echipamente. În plus, modul de cuplare şi instalare a unui periferic era, de cele mai multe ori complicat, necesitând un soft dedicat de instalare, de obicei furnizat de firma care a produs echipamentul periferic. Apariţia conceptului plug and play nu a rezolvat decât parţial această problemă. Răspunsul la întrebarea de mai sus este aproape implicit. Apariţia USB-ului a fost determinată de nevoia de simplificare şi de generalizare (de universalizare). Simplificarea s-a realizat prin faptul că această legătură USB între calculator şi un periferic, sau mai multe periferice, se realizează printr-un cablu simplu şi unic, prevăzut la capete cu conectoare USB. Calculatorul şi perifericele sunt şi ele prevăzute cu port, respectiv conector USB. Această simplitate este doar aparentă, pentru utilizator. În realitate, în intimitatea calculatorului sau perifericului lucrurile sunt mult mai complicate dar sunt rezolvate într-un mod performant, prin introducerea unor controlere specializate. În figura 1 se prezintă structura cablului USB, precum şi semnalele aferente. După cum se observă, acesta are o structură simplă şi foarte funcţională: 2 conductoare pentru alimentare unor periferice USB sau adaptoare USB, (VBus şi GND) şi 2 conductoare pentru date (D+ şi D-).
Cu primele două conductoare se realizează alimentarea din calculator a acelor dispozitive USB cuplate la un port USB al calculatorului care consumă până la 500 mA, iar cu ultimele două se face transferul serial de date între calculator şi perifericul sau perifericele cuplate prin port USB.
Generalizarea s-a realizat prin aceea că orice periferic prevăzut cu port USB, face schimb de date cu calculatorul în acelaşi fel. Acest lucru este acoperitor pentru majoritatea perifericele cunoscute, ţinând cont de faptul că viteza de transfer USB este, aşa cum vom vedea în continuare, destul de mare, mai ales pentru varianta 2.0 a standardului USB.
Există două standarde USB de bază USB 1.1 şi USB 2.0, diferenţa dintre ele fiind doar de viteză, aşa cum vom vedea din tabelul 1 în care se prezintă comparativ, cele mai cunoscute standarde pentru transferuri de date.
Tabelul 1
Sunt necesare totuşi câteva observaţii privind datele din tabelul de mai sus şi anume:
• standardele sunt trecute în tabel în ordinea creşterii complexităţii lor. Cele seriale au trecută viteza în biţi/sec.(b/sec.), iar cele paralele au trecută viteza în byte/sec.(B/sec.). După cum se observă, standardul USB se plasează undeva la mijloc. Nu se aşteaptă ca standardul USB să înlocuiască standardul SCSI, dar cu siguranţă, în scurt timp, va înlocui toate celelalte standarde pentru transferul de date.
• diferenţa de viteză între cele două standarde USB, este foarte mare, de peste 40 ori. Acest lucru trebuie să-l avem în vedere atunci când suntem puşi în situaţia de a achiziţiona convertoare USB sau periferice prevăzute cu port USB. Dacă este prevăzut standardul USB 2.0 înseamnă că adaptorul sau perifericul este performant şi suportă şi standardele USB de viteză mai mică. Evident că invers raţionamentul nu mai este valabil.
Atunci când vorbim despre USB, trebuie să avem în vedere, pentru analiză, cele trei elemente şi anume: calculatorul, legătura către periferic şi modul de cuplare al perifericelor USB. Le vom prezenta pe rând, în continuare.
Calculatorul, pentru a putea suporta porturi USB trebuie să conţină, pe placa de bază, o componentă hard (un circuit electronic), denumită USB Controller. Aceasta face legătura dintre magistrala PCI a calculatorului şi cele două porturi USB scoase, la tipurile mai noi de calculatoare, în partea din spate a carcasei calculatorului, aşa cum se vede în figura 2, iar la tipurile mai vechi de calculatoare, la un conector cu pini, dispus pe placa de bază.
Legătura de la acesta din urmă şi carcasa calculatorului se face cu un cablu prelungitor, prevăzut cu doi conectori USB standard.
În cazul în care nu există USB Controller în calculator, pe placa de bază, dar vrem ca acesta să dispună de porturi USB, problema este rezolvabilă numai dacă placa de bază este prevăzută cu sloturi PCI, din care unul este disponibil. În acest caz se poate adăuga o placă PCI prevăzută cu porturi USB. Un exemplu de placă de acest tip este IC-250U (5 port USB 2.0 PCI Card) produsă de firma Veriplus din Taiwan. Aceasta oferă la ieşirea calculatorului 4 porturi USB, un port fiind intern.
În figura 3 este prezentată această placă. Facem precizarea că firma Veriplus produce o gamă largă de dispozitive USB, pe care le vom prezenta mai detaliat, în continuarea acestui articol, în numărul următor al ziarului Electronica azi.
Conectorii USB dispuşi pe carcasa calculatorului sunt cunoscuţi sub denumirea de conectori de tip A. Aceştia au pinii dispuşi în linie, pe un rând. Unele periferice au conectori USB, cunoscuţi sub denumirea de conectori de tip B. Aceştia au pinii dispuşi în linie, pe două rânduri. Sunt şi periferice care, din motive de miniaturizare au conectorii USB miniaturizaţi. Este cazul, în mod deosebit, al camerelor digitale.
În figura 4 se prezintă cele mai uzuale tipuri de conectoare. Din punct de vedere al softului calculatorului, care tratează problematica USB, situaţia se prezintă în felul următor: sistemele de operare Windows 98 şi Windows 2000 oferă suport complet USB. În cazul sistemului de operare Windows 95, numai varianta rev. B oferă suport USB, acest lucru necesitând instalarea unui “supliment” soft.
În numărul următor al ziarului vom prezenta celelalte două probleme enumerate în acest articol şi anume: legătura către periferic şi modul de cuplare al perifericelor USB.
Mai multe informaţii tehnice şi comerciale despre echipamente USB se pot obţine de la:
Ing. Toader Melinte S.C.SEEKTRON S.R.L.
e-mail: melin@xnet.ro
Tel: 094-650352, Tel/Fax: 044-185920.
www.veriplus.com