Операционные системы

1394 соединение что это

1394 соединение что это

3.4.1 Интерфейсная шина FireWire (IEEE1394)

Семенов Ю.А. (ИТЭФ-МФТИ)
Yu. Semenov (ITEP-MIPT)

Протокол FireWire (также известный как i.Link или IEEE 1394) предназначен для персональных компьютеров в качестве быстродействующего последовательного интерфейса, возможно применение и для задач реального времени. Стандарт был утвержден в 1995 году. Стандарт IEEE 1394-1995 для скоростной последовательной шины определяет протокол последовательной передачи данных. Возможности стандарта 1394 достаточны для поддержки широкого круга цифровых аудио/видео приложений, таких как маршрутизация сигналов, домашние сети, управление аудио/видео устройствами, нелинейное DV редактирование и 32-канальное (или более) цифровое аудио-микширование. Смотри FireWire (IEEE1394) bus interface pinout

Особенности IEEE – 1394

  • Скорости передачи 100 – 200 – 400 – 800 Мбит/с
  • Оперативные подключения/отключения без потери данных или прерывания работоспособности.
  • Свободная топология сети, допускающая как древовидную, так и петлевую (daisy-chains) схемы.
  • Возможность установки гарантированной полосы пропускания для приложений реального времени
  • Стандартные разъемы для различных устройств и приложений.

FireWire допускает подключение до 63 периферийных устройств. Стандарт допускает коммуникации между устройствами в режиме P2P, например, соединение сканера и принтера без использования ресурсов памяти или ЦПУ компьютера. FireWire поддерживает также подключение нескольких машин к шине, а с помощью программного обеспечения возможно формирование IP-сетей между машинами, соединенными через FireWire. Для реализации протокола используется 6-проводный кабель, что более удобно, чем в случае SCSI, и может также обеспечить до 45 ватт питания на порт. Это позволяет в случае применения устройств с малым потреблением обойтись без отдельных сетевых кабелей.

FireWire 400 может передавать данные между устройствами со скоростью 100, 200 или 400 Мбит/с (в действительности это 98.304, 196.608 или 393.216 Мбит/с, и называется S100, S200 и S400). Длина кабеля ограничивается 4.5 метрами, но в случае использования петлевой, ромашка-подобной схемы с 16-ю кабелями, суммарная длина соединений может достигать 72 метров. Стандарт FireWire 800 был введен в 2003, и позволяет поднять пропускную способность до 786.432 Мбит/с при сохранении совместимости для работы при более низких скоростях.

Архитектура IEEE-1394

Стандарт IEEE 1394-1995 определяет две категории шины: backplane и кабель. Шина backplane служит для обеспечения параллельной передачи данных, которая является альтернативой последовательной передачи данных между устройствами, подключенными к backplane. Кабельная шина представляет собой древовидную сеть, состоящую из шинных бриджей и узлов (кабельные устройства). 6-битовый идентификатор имени узла позволяет иметь до 63 узлов, подключенных к одному шинному бриджу; 10 битовый шинный идентификатор позволяет иметь до 1,023 бриджей в системе. Это означает, например, что до 63 устройства может быть подключено к одной карте адаптера 1394 в PC.

Каждый узел обычно имеет три разъема, хотя стандарт предусматривает от 1 до 27 разъемов на одно устройство уровня PHY. До 16 узлов может быть подключено к сети при схеме типа ромашки с помощью кабелей длиной 4.5 м. При этом суммарная длина кабелей оказывается равной 72 м. Шина 1394 может рассматриваться как plug-and-play шина.

Стандарт для кабеля 1394 определяет три базовые скорости передачи: 98.304, 196.608 и 393.216 Мбит/с. Пользователь DV устройства использует скорость S100, но большинство адаптеров 1394 PC поддерживают скорость S200. Скорость работы всей шины обычно является самой медленной; однако, если мастер шины (контроллер) использует Topology_Map и Speed_Map для специфицированной пары узлов, шина может поддерживать кратные (более высокие) скорости обмена для данной пары устройств.

Возможен изохронный и асинхронный обмен данными. Изохронный режим передачи шины 1394 обеспечивает гарантированную полосу и необходимую задержку при высокоскоростной передаче через несколько каналов. При сбросе шины или при включении изохронного режима узла, узел запрашивает полосу. Если нужная полоса недоступна, запрашивающее устройство периодически повторяет запросы.

IEEE 1394 является платформа независимым стандартом. Его характеристики превосходят известные I/O интерфейсы. IEEE 1394 может предоставить интерфейс с верхним слоем нового параллельного стандарта для порта, IEEE 1284. Хотя скорости передачи IEEE 1284 4 – 32 Мбит/с ниже по быстродействию, чем 1394, 1284 находит применение при работе с принтерами, так как нужна обратная совместимость с существующим параллельным интерфейсом Centronics. Устройства IEEE 1394 с различными скоростями передачи могут соединяться друг с другом, обеспечивая обратную совместимость с устройствами меньшего быстродействия.

Стандартные соединения шины осуществляются через 6-проводный кабель, содержащий две отдельные экранированные скрученные пары для передачи данных, два провода для подвода питания, и общий экран. Скрученные пары используются для передачи и приема данных. Силовые провода служат для подачи напряжения (8 – 40) В, при токе до 1.5 А. Для гальванической изоляции применяются трансформаторы, которые могут работать при разности потенциалов до 500 В, или конденсаторы, обеспечивающие изоляцию при напряжениях до 60В относительно земли.

В 2004 году был утвержден стандарт IEEE 1394.1, который позволяет расширить число подключаемых устройств до 64449.

В 2005 году принята версия стандарта IEEE 1394c, которая позволяет использовать кабель категории 5е (Ethernet). При этом появилась возможность использовать параллельно IEEE 1394c и GigaEthernet на одном кабеле. Максимальная заявленная длина сегмента — 100 м, Максимальная скорость соответствует S800 — 800 Мбит/с.

FireWire 800 против всех: сравнение стандартов IEEE-1394a, IEEE-1394b, USB 2.0, ATA-133 и Serial ATA 150

Внешние накопители всё чаще дополняют, а кое-где уже и вытесняют внутренние. Внешние винчестеры сегодня используются уже не просто как мобильные носители информации ёмкостью в сотни гигабайт, но и как рабочие накопители, на которых производится работа – видеомонтаж, работа со звуком и т.д. Действительно удобно иметь винчестер на столе, который можно перенести на другой компьютер, легко подключить к ноутбуку или сносить к соседу за обновлениями фильмов, теперь уже не в MPEG4, как было пару лет назад, а в MPEG 2, то есть, в формате DVD. Благо, ёмкости жёстких дисков позволяют записывать на них что угодно и в больших объёмах. Внешний винчестер включается по мановению вашей руки, поэтому он не всегда мешается в списке носителей проводника Windows, на нём удобно хранить бэкап, так как в выключенном состоянии ему не страшны вирусы и повреждения компьютера. Кроме того, внешние винчестеры сейчас всё чаще используются в качестве дополнительных накопителей для компьютеров, собранных на платформах класса SFF (типа Shuttle XPC или ECS EZ-Buddie), в которых есть место для установки только одного HDD. Но если раньше внешние жёсткие диски и внешние мобильные шасси для HDD имели только два интерфейса – USB 1.1/2.0 и FireWire (IEEE 1394a), то за последний год ситуация немного поменялась: получили распространение два новых стандарта – Serial ATA 150 и IEEE 1394b, так называемый FireWire 800. Первый – последовательный интерфейс, пришедший на смену Parallel ATA, привычного нам ATA-133. Этот интерфейс поддерживает функцию „горячей замены“ устройства и, в общем-то, разрабатывался с учётом его использования для внешних накопителей. Второй, FireWire 800, является логическим продолжением FireWire и отличается, в первую очередь, большей в два раза пропускной способностью – 800 МБит/с. В этой статье мы рассмотрим современные стандарты, использующиеся для подключения внешних накопителей и сравним их по скорости с „родным“ ATA-133.

Стандарт IEEE 1394a, более известный как FireWire, разрабатывался, прежде всего, для подключения видеотехники – цифровых видеокамер, устройств оцифровки видео и тому подобного медиа-окружения. Поэтому FireWire оптимизирован для передачи потоковой информации без задержек. Максимально возможная скорость, 400 Мбит/с (50 Мб/с), отдаётся большей частью именно на передачу основных данных, оставляя меньшую часть для служебной информации. Не стоит забывать, что по шине IEEE 1394 может производиться и управление техникой, а так же её питание. Максимальная длина кабеля по стандарту IEEE 1394a составляет 4.5 метра. Сами кабели, как и разъёмы, бывают двух видов – четырёхконтактные и шестиконтактные. Первые используются в том случае, если нет необходимости питать подключенное устройство. Например, при перекачки данных с видеокамеры. В таких устройствах, как правило, используются разъёмы I-Link, четырёхконтактные, без питания. Зачастую разъёмы I-Link устанавливаются на лицевой панели компьютеров для облегчённого подключения именно видеокамер. Так как камеры подключаются к компьютеру редко, то на эстетический вид они не портят. Шестиконтактные разъёмы (именно они и называются FireWire), как правило, не выносятся на лицевую панель компьютеров. К ним стационарно или на длительное время подключаются принтеры, сканеры и внешние винчестеры. Трапецеидальный 6-контактный разъём IEEE 1394a прижился только на персональных компьютерах, которые могут быть источниками питания для периферии. Так как несмотря на число контактов, интерфейс остаётся одним и тем же, существуют переходники с FireWire на I-Link.

Два устройства стандарта FireWire общаются друг с другом по типу Peer-To-Peer, минуя основной управляющий элемент. То есть, теоретически, могут обходиться и без компьютера.

Цифровые видеокамеры стали иметь всё большее разрешение матрицы. Нагрузка на шину IEEE 1394 начала увеличиваться, и на смену IEEE 1394a приходит новый стандарт, IEEE 1394b. Принятый в 2002 году, новый стандарт поднял планку пропускной способности шины до предела 800 Мбит/с (100 МБ/с), то есть, в два раза выше, чем было у FireWire 1 и в 1.66 раз выше, чем у USB 2.0. Этот стандарт использовал новое кодирование, основанное на алгоритмах, используемых в оборудовании для гигабитных сетей и для оптоволокна. Это кодирование, имеющее маркировку 8B10B позволило снизить затухание сигнала по сравнению с оригинальным кодированием data/strobe, используемом в FireWire стандарте. Помимо увеличения пропускной способности стандарта выросла и максимально допустимая длина кабеля, но только теперь она составляет 100 метров, что в 22 раза больше, чем позволял стандарт IEEE 1394a. Правда, для подключения устройств на таком расстоянии должен использоваться специальный кабель – оптоволокно или стандартная витая пара для сетевых карт Ethernet. Если будет использоваться кабель с жёстким пластиковым оптоволокном, то максимальная скорость будет ограничена 200 Мбит/с, а если Ethernet-кабель, то 100 Мбит/с. Обычный же 9-контактный кабель по-прежнему может соединять два устройства IEEE 1394b на расстоянии до 4.5 метров. Кстати, о кабелях и разъёмах. В отличие от стандарта USB, который плавно перешёл с версии 1.1 до 2.0, сохраняя полную обратную совместимость, новый стандарт потребовал введения нового 9-контактного разъёма.

^^ 9-контактный кабель стандарта IEEE 1394b ^^

Для сохранения совместимости со стандартом IEEE 1394a и тысячами устройств, использующих порты FireWire 400, новый стандарт имеет два типа передачи данных – „бета-режим“, когда соединяются устройства, поддерживающие IEEE 1394b и режим обратной совместимости, при котором возможно подключение устройств IEEE 1394a. В режиме обратной совместимости максимальная скорость шины автоматически снижается до 400 Мбит/с.

Ну а раз остаётся обратная совместимость IEEE 1394b со старыми устройствами IEEE 1394a, то подключение, скажем, видеокамеры или внешнего накопителя с интерфейсами FireWire и I-Link к новому контроллеру – лишь вопрос покупки соответствующего кабеля. Стандартом предусмотрены и переходник с 9-контактного разъёма на 4-контактный

^^ Переходник с 9-контактного на 4-контактный разъём ^^

и с 9-контактного на 6-контактный.

^^ Переходник с 9-контактного на 6-контактный разъём ^^

Что касается питания, то в стандарте IEEE 1394b возможности по передаче электроэнергии так же были расширены. Теперь по шине можно передавать ток величиной до 1.5 Ампер при напряжении до 30 Вольт. То есть, 45 Ватт, чего достаточно для питания четырёх современных винчестеров с частотой вращения шпинделя 7200 оборотов в минуту. Причём, стандарт FireWire подразумевает разумное управление питанием – мощность передаётся только тогда, когда она требуется. Теперь по шине можно питать не только жёсткие диски, но и принтеры и сканеры. Мы уже ни раз укоряли производителей внешних мобильных шасси для HDD в том, что они не желали использовать питание от шины. Если и теперь, когда им предлагают аж 45 Ватт (реально платы-контроллеры могут нести нагрузку 15-18 Ватт на порт), если они не будут делать Bus-powered HDD External Enclosure, это будет хамством.

^^ Девятиконтактный и шестиконтактный кабели IEEE 1394 ^^

Сегодня стандарт IEEE 1394b поддерживает передачу на скоростях 100 Мбит/с, 200 Мбит/с, 400 Мбит/с и 800 Мбит/с; в планах расширить пропускную способность до 1600 Мбит/с и 3200 Мбит/с. Но этого стоит ожидать лишь с приходом шины PCI Express, так как 1600 Мбит/с – это 200 Мб/с, в полтора раза больше, чем пропускная способность шины PCI 2.1. Надеюсь, что и для этих скоростей будут использоваться 9-контактные разъёмы. Всё же даже при наличии любых переходников на рынке, лучше придерживаться одного стандарта разъёмов, а не покупать дополнительные кабели.

Стандарт USB 2.0 – не более, чем „разгон“ уже существовавшего USB 1.1. Та же направленность – на подключение периферийных устройств типа мышек, цифровых фотокамер, картридеров и тому подобных устройств, не требующих гарантированной постоянной пропускной способности. USB 2.0, как и USB 1.1, использует четырёхконтактные плоские разъёмы, полностью совместимые между собой. Так же существуют разъёмы Mini-USB, используемые на компактных устройствах – MP3 плеерах, цифровых камерах и т.д. Переходники найти в продаже достаточно сложно. Единственная разница в подключении USB 1.1 и USB 2.0 в том, что стандарт второго поколения требует экранирования кабелей. Теоретическая скорость USB 2.0 составляет 480 Мбит/с (60 Мб/с), передаваемая электрическая мощность – 2.5 Ватта (хватит лишь для вебкамеры и 2.5″ винчестеров с низкой частотой вращения шпинделя). Общение устройств стандарта USB 2.0 происходит по схеме Master/Slave, то есть, все потоки данных управляются компьютером, что замедляет работу интерфейса. Длина кабеля для соединения двух устройств по шине USB 2.0 может составлять не более 5 метров. Единственное преимущество интерфейса USB 2.0 – это его большая распространённость и дешевизна. Покажите мне современный компьютер без портов USB 2.0 и я вам подарю Host-контроллер USB 2.0. А те же самые внешние мобильные шасси с интерфейсом USB 2.0 стоят значительно дешевле, чем аналоги с портами FireWire.

Интерфейс Serial ATA начал в качестве альтернативы уже устаревшему Parallel ATA. Имея пропускную способность до 1200 Мбит/с (150 Мб/с), – этот стандарт может дать фору любому другому из ныне использующихся для подключения внешних жёстких дисков. Прежде всего, потому что при подключении внешнего Serial ATA диска не будут использоваться никакие мосты типа USB-ATA или FireWire-ATA, присущие остальным. А это значит, что удастся избежать лишних задержек интерфейса. Кроме того, этот стандарт разрабатывался именно для работы с жёсткими дисками, а значит он полностью оптимизирован для передачи данных любыми потоками и в любых объёмах. Кроме того, являясь „родным“ стандартом ATA, он упрощает загрузку с внешнего накопителя. Ведь до сих пор не все материнские платы могут загружаться с FireWire или USB 2.0 источника. Но почему же внешние Serial ATA накопители не получают распространение? К сожалению, всё очень просто, чтобы быть правдой.

Развитию USB 1.1 и USB 2.0 помогали 200 миллионов устройств, проданных в течение одного лишь 2002 года. Мышки, вебкамеры и тому подобные девайсы. В случае с IEEE 1394 это были 60 миллионов цифровых камер и различных профессиональных аудио- и видео- устройств. А вот Serial ATA и внутри самого-то компьютера не очень охотно-то распространяется – пользователей устраивает и Parallel ATA. Так что нет того самого катализатора. Ведь согласитесь, что для распространения внешних мобильных шасси, коробочек с интефейсом Serial ATA должны получить распространение и сами винчестеры с Serial ATA. Ведь в противном случае при применении мостов Parallel ATA – Serial ATA для установки ATA-133 винчестеров в эти коробочки потеряется преимущество прямого подключения жёсткого диска извне. А кроме того, Serial ATA внутренний и Serial ATA внешний – не совсем одно и то же.

Кабели Serial ATA 150 для внутреннего использования необычно хлипкие. Стандарт вообще не подразумевает перемещение кабеля Serial ATA во время работы. Уровень сигнала и экранированность кабелей не смогут защитить от помех при работе с внешними устройствами. Питание по кабелю Serial ATA не передаётся, а максимальная длина интерфейсного кабеля составляет всего 1 метр, чего может не хватить даже для проводки внутри большого компьютерного корпуса. Разъёмы Serial ATA очень хлипкие и могут просто не выдержать перегибов, характерных для подключения внешних устройств. В общем, для внешних устройств вскоре будет применяться разновидность стандарта Serial ATA II, позволяющая подключать до четырёх устройств и организовывать их в RAID массивы. А что сегодня?

Сегодня некоторые производители Host-контроллеров и материнских плат устанавливают внешние Serial-ATA порты. Специальные, внешние, более толстые кабели Serial ATA уже имеются в продаже и поставляются с некоторыми коробочками. Конечно, ничего конструктивно нового в них нет – просто усиление защиты против электромагнитного излучения и механических нагрузок. К примеру, металлическая окантовка разъёма S-ATA 150, но ведь сам разъём не меняется. Сегодня внешние накопители с интерфейсом Serial ATA – это попытка сделать что-то, исправив своими силами недостатки интерфейса, рассчитанного на применение в мягких условиях. Поэтому, возможно, за Serial ATA и есть будущее, но очень далёкое и не за тем Serial ATA, который мы имеем сегодня.

Однако, уже сегодня разработаны стандарты для внешних Serial ATA кабелей. Максимально разрешённая длина внешнего кабеля составляет всего 2 метра. Питания по шине, естественно, нет. Шлейфы не такие гибкие, как у USB 2.0 или FireWire. Хотя, некоторые производители заявляют пропускную способность для внешних S-ATA шлейфов до 4.5 Гбит/c.

Подведём промежуточные итоги и сравним интерфейсы по различным параметрам

В последние годы взгляды разработчиков новых стандартов обратились в сторону высокоскоростных последовательных интерфейсов.

Стандарт IEEE 1394 ведет свое происхождение от последовательного интерфейса 1394 (называемого еще FireWire) разработки Apple . Этот интерфейс был разработан в качестве недорогого дополнения к SCSI , стандартного для Macintosh и PowerMac . Он должен был обеспечить пропускную способность, не меньшую, чем SCSI , но при меньшей стоимости и большем удобстве пользования. Применение шестижильного (вместо 50 или 68 жил у SCSI ) кабеля и минимальные требования к интеллекту соединяемых устройств заложили основу успеха. Первоначально интерфейс разрабатывался как имеющий скорость передачи 100 Мбит/с. Успешное внедрение позволило IEEE разработать спецификации и рекомендовать интерфейс в качестве стандарта. Проведенная в дальнейшем модификация позволила увеличить скорость передачи до 200 и 400 Мбит/с, разрабатываются модификации, обеспечивающие 800 и 1600 Мбит/с.

Спецификации стандарта предусматривают три уровня описания — взаимодействия ( transactional ), связи ( link ) и физический ( physical ).

На уровне взаимодействия устанавливается соответствие выводов, регистров и сигналов со стандартом ANSI / IEEE Std 1212, 1994, что минимизирует трудности соединения с существующими параллельными компьютерными интерфейсами.

Уровень связи поддерживает обмен дейтаграммами и подтверждениями с уровнем взаимодействия, а также контроль изохронных каналов (об этом речь пойдет ниже).

Физический уровень обеспечивает инициализацию и арбитраж доступа узлов к среде передачи. Он также преобразует уровни сигналов и последовательные данные в параллельные. Между физическим уровнем и уровнем связи может быть установлена гальваническая развязка — в этом случае питание устройств физического уровня осуществляется от интерфейса IEEE 1394. Гальваническая развязка применяется в тех устройствах, которые имеют трехпроводной шнур электропитания во избежание «земляных петель».

Мост для связи двух подсистем

IEEE 1394 — последовательный интерфейс, позволяющий объединять устройства в древовидную структуру. Концентраторы, повторители и мосты являются служебными устройствами. Концентраторы позволяют объединять несколько ветвей в один узел. Повторители служат для усиления сигнала при передаче на расстояние более 4,5 м. Обычно повторитель встраивается в каждое устройство. Внутри одного дерева допускается переход сигнала между любыми двумя узлами не более чем через 16 промежуточных. Петли не допускаются (отсюда и термин «дерево»). Мосты объединяют несколько деревьев в одну сеть. Примечательно, что ведущее устройство в дереве не обязательно расположено в корне. Более того, ведущим может быть любое устройство, а в процессе работы допускается смена ведущего. Несмотря на то, что внешне интерфейс напоминает сеть, для работы устройств с ним достаточно уровня интеллекта, присущего видеоплейеру или камере.

Соединительные кабели шестижильные: по двум жилам подается питание на устройства, не имеющие собственного источника питания, а остальные четыре жилы образуют две экранированные витые пары, каждая в собственном экране. В видеоплейерах и других стационарных видеоустройствах часто используется четырехпроводной кабель, в котором отсутствуют жилы питания. Максимальная длина стандартного кабеля составляет 4,5 м. Напряжение питания нормировано не строго и может колебаться согласно спецификациям стандарта от 7,5 до 33 В.

Скорость передачи составляет 98,304, 196,608, и 393,216 Мбит/с, что повсеместно округляется до 100, 200 и 400 Мбит/с соответственно. Стандартом предусмотрена совместная работа устройств с разной скоростью. При этом общая скорость не устанавливается равной минимальной, а поддерживается на том уровне, на который способно каждое из устройств. Таким образом, на периферии могут подключаться устройства со скоростью передачи 100 Мбит/с, а ближе к центру (корню) — 200 и 400 Мбит/с без потери производительности.

Наиболее замечательным свойством интерфейса IEEE 1394 является способ адресации устройств. Она производится не по адресу устройства, а согласно страничной модели памяти. Адрес пакета имеет ширину 64 бита; из них десять бит выделено на адрес сети, шесть — на адрес устройства, а остальные 48 — на адрес внутри устройства.

Таким образом, воедино может быть связано 1024 сети по 63 устройства (адресация от 0 до 62, адрес 63 зарезервирован) с 281 Тбайт памяти в каждом. С точки зрения процессора имеется нечто вроде прямого доступа к памяти, поделенной на страницы.

Временная диаграмма обычной работы интерфейса разбита на интервалы длиной 125 микросекунд, называемые фреймами, которые обозначаются специальными времязадающими сигналами. Внутри фреймов располагаются пакеты с данными, размещаемые согласно правилам арбитража. Для доступа к интерфейсу каждому устройству во время инициализации выделяется один или несколько каналов. Одному физическому устройству с одним разъемом может соответствовать несколько логических каналов различных типов.

При обработке определенных типов информации (видео, звук) требуется не только передавать значительные объемы данных, но и гарантировать определенную постоянную скорость передачи для обеспечения плавного, без «заиканий», представления. Для этой цели в спецификациях стандарта IEEE 1394 предусмотрены изохронные каналы передачи (по-гречески «изо» — «равный», «хроно» — «время»). Для передачи по изохронным каналам в каждом фрейме отведена его начальная часть. Всего для одного интерфейса может быть отведено до 64 изохронных каналов — по максимальному числу устройств. При инициализации интерфейса после сброса, происходящего при включении питания, подсоединении или отсоединении устройств, каждое из устройств, которому требуется гарантированная полоса передачи, запрашивает необходимое количество единиц времени из общей длины фрейма. Затем, во время нормального функционирования, устройство занимает запрошенное количество времени из каждого фрейма, обеспечивая таким образом непрерывную и равномерную доставку данных. Асинхронные данные передаются в остатке фрейма. При изохронной передаче доставка данных не гарантирована, и подтверждение получения адресатом не высылается.

Передача асинхронной информации (команды, файлы и т. д.) осуществляется по мере наличия свободного времени, оставшегося во фрейме после передачи по изохронным каналам. Пакет, состоящий из адресов приемника, передатчика и собственно информации, поступает на приемник, который высылает пакет, подтверждающий прием. При длинных пересылках возможна отправка одного подтверждения на группу принятых пакетов (до 64 пакетов в группе). При отсутствии подтверждения или наличия сигнала об ошибке происходит повторная передача. Таким образом, по асинхронному каналу обеспечивается гарантированная доставка пакетов.

Автоматическая конфигурация производится каждый раз после включения электропитания, подключения или отсоединения устройства. Тот узел, который обнаружил изменение конфигурации, подает сигнал сброса. Для гарантированного обнаружения этот сигнал имеет длительность 1б7 мкс — это больше длины фрейма. После сброса следует фаза идентификации дерева, во время которой устанавливается топология дерева, образованного устройствами; она продолжается примерно 10 мкс, и за ней следует фаза самоидентификации длиной около 1 мкс, служащая для выделения номеров узлам и выделения каналов. По окончании автоконфигурации начинается режим нормального арбитража, то есть стационарной работы, продолжающийся до следующего сброса.

С точки зрения конструкции материнской платы замена параллельного интерфейса на последовательный может показаться весьма привлекательной, так как позволяет значительно уменьшить количество печатных проводников и упростить их разводку.

Интерфейс IEEE 1394 положен в основу концепции Home Network (Домашняя сеть). Предполагается объединить все информационные устройства в доме (компьютер, кабельный модем, приемник спутникового телевидения, цифровой видеомагнитофон, телевизор, DVD RAM и т д.) в единую сеть, причем из-за способности к самоконфигурированию интерфейса включенные по мере необходимости устройства будут самостоятельно взаимодействовать друг с другом.

Технология FireWire

Внешние накопители всё чаще дополняют, а кое-где уже и вытесняют внутренние. Внешние винчестеры сегодня используются уже не просто как мобильные носители информации ёмкостью в сотни гигабайт, но и как рабочие накопители, на которых производится работа – видеомонтаж, работа со звуком и т.д. Действительно удобно иметь винчестер на столе, который можно перенести на другой компьютер, легко подключить к ноутбуку или сносить к соседу за обновлениями фильмов, теперь уже не в MPEG4, как было пару лет назад, а в MPEG 2, то есть, в формате DVD. Благо, ёмкости жёстких дисков позволяют записывать на них что угодно и в больших объёмах. Внешний винчестер включается по мановению вашей руки, поэтому он не всегда мешается в списке носителей проводника Windows, на нём удобно хранить бэкап, так как в выключенном состоянии ему не страшны вирусы и повреждения компьютера. Кроме того, внешние винчестеры сейчас всё чаще используются в качестве дополнительных накопителей для компьютеров, собранных на платформах класса SFF (типа Shuttle XPC или ECS EZ-Buddie), в которых есть место для установки только одного HDD. Но если раньше внешние жёсткие диски и внешние мобильные шасси для HDD имели только два интерфейса – USB 1.1/2.0 и FireWire (IEEE 1394a), то за последний год ситуация немного поменялась: получили распространение два новых стандарта – Serial ATA 150 и IEEE 1394b, так называемый FireWire 800. Первый – последовательный интерфейс, пришедший на смену Parallel ATA, привычного нам ATA-133. Этот интерфейс поддерживает функцию „горячей замены“ устройства и, в общем-то, разрабатывался с учётом его использования для внешних накопителей. Второй, FireWire 800, является логическим продолжением FireWire и отличается, в первую очередь, большей в два раза пропускной способностью – 800 МБит/с. В этой статье мы рассмотрим современные стандарты, использующиеся для подключения внешних накопителей и сравним их по скорости с „родным“ ATA-133.

IEEE 1394a

Стандарт IEEE 1394a, более известный как FireWire, разрабатывался, прежде всего, для подключения видеотехники – цифровых видеокамер, устройств оцифровки видео и тому подобного медиа-окружения. Поэтому FireWire оптимизирован для передачи потоковой информации без задержек. Максимально возможная скорость, 400 Мбит/с (50 Мб/с), отдаётся большей частью именно на передачу основных данных, оставляя меньшую часть для служебной информации. Не стоит забывать, что по шине IEEE 1394 может производиться и управление техникой, а так же её питание. Максимальная длина кабеля по стандарту IEEE 1394a составляет 4.5 метра. Сами кабели, как и разъёмы, бывают двух видов – четырёхконтактные и шестиконтактные. Первые используются в том случае, если нет необходимости питать подключенное устройство. Например, при перекачки данных с видеокамеры. В таких устройствах, как правило, используются разъёмы I-Link, четырёхконтактные, без питания. Зачастую разъёмы I-Link устанавливаются на лицевой панели компьютеров для облегчённого подключения именно видеокамер. Так как камеры подключаются к компьютеру редко, то на эстетический вид они не портят. Шестиконтактные разъёмы (именно они и называются FireWire), как правило, не выносятся на лицевую панель компьютеров. К ним стационарно или на длительное время подключаются принтеры, сканеры и внешние винчестеры. Трапецеидальный 6-контактный разъём IEEE 1394a прижился только на персональных компьютерах, которые могут быть источниками питания для периферии. Так как несмотря на число контактов, интерфейс остаётся одним и тем же, существуют переходники с FireWire на I-Link.

Два устройства стандарта FireWire общаются друг с другом по типу Peer-To-Peer, минуя основной управляющий элемент. То есть, теоретически, могут обходиться и без компьютера.

IEEE 1394b

Цифровые видеокамеры стали иметь всё большее разрешение матрицы. Нагрузка на шину IEEE 1394 начала увеличиваться, и на смену IEEE 1394a приходит новый стандарт, IEEE 1394b. Принятый в 2002 году, новый стандарт поднял планку пропускной способности шины до предела 800 Мбит/с (100 МБ/с), то есть, в два раза выше, чем было у FireWire 1 и в 1.66 раз выше, чем у USB 2.0. Этот стандарт использовал новое кодирование, основанное на алгоритмах, используемых в оборудовании для гигабитных сетей и для оптоволокна. Это кодирование, имеющее маркировку 8B10B позволило снизить затухание сигнала по сравнению с оригинальным кодированием data/strobe, используемом в FireWire стандарте. Помимо увеличения пропускной способности стандарта выросла и максимально допустимая длина кабеля, но только теперь она составляет 100 метров, что в 22 раза больше, чем позволял стандарт IEEE 1394a. Правда, для подключения устройств на таком расстоянии должен использоваться специальный кабель – оптоволокно или стандартная витая пара для сетевых карт Ethernet. Если будет использоваться кабель с жёстким пластиковым оптоволокном, то максимальная скорость будет ограничена 200 Мбит/с, а если Ethernet-кабель, то 100 Мбит/с. Обычный же 9-контактный кабель по-прежнему может соединять два устройства IEEE 1394b на расстоянии до 4.5 метров. Кстати, о кабелях и разъёмах. В отличие от стандарта USB, который плавно перешёл с версии 1.1 до 2.0, сохраняя полную обратную совместимость, новый стандарт потребовал введения нового 9-контактного разъёма.

^^ 9-контактный кабель стандарта IEEE 1394b ^^

Для сохранения совместимости со стандартом IEEE 1394a и тысячами устройств, использующих порты FireWire 400, новый стандарт имеет два типа передачи данных – „бета-режим“, когда соединяются устройства, поддерживающие IEEE 1394b и режим обратной совместимости, при котором возможно подключение устройств IEEE 1394a. В режиме обратной совместимости максимальная скорость шины автоматически снижается до 400 Мбит/с.

Ну а раз остаётся обратная совместимость IEEE 1394b со старыми устройствами IEEE 1394a, то подключение, скажем, видеокамеры или внешнего накопителя с интерфейсами FireWire и I-Link к новому контроллеру – лишь вопрос покупки соответствующего кабеля. Стандартом предусмотрены и переходник с 9-контактного разъёма на 4-контактный

^^ Переходник с 9-контактного на 4-контактный разъём ^^

и с 9-контактного на 6-контактный.

^^ Переходник с 9-контактного на 6-контактный разъём ^^

Что касается питания, то в стандарте IEEE 1394b возможности по передаче электроэнергии так же были расширены. Теперь по шине можно передавать ток величиной до 1.5 Ампер при напряжении до 30 Вольт. То есть, 45 Ватт, чего достаточно для питания четырёх современных винчестеров с частотой вращения шпинделя 7200 оборотов в минуту. Причём, стандарт FireWire подразумевает разумное управление питанием – мощность передаётся только тогда, когда она требуется. Теперь по шине можно питать не только жёсткие диски, но и принтеры и сканеры. Мы уже ни раз укоряли производителей внешних мобильных шасси для HDD в том, что они не желали использовать питание от шины. Если и теперь, когда им предлагают аж 45 Ватт (реально платы-контроллеры могут нести нагрузку 15-18 Ватт на порт), если они не будут делать Bus-powered HDD External Enclosure, это будет хамством.

^^ Девятиконтактный и шестиконтактный кабели IEEE 1394 ^^

Сегодня стандарт IEEE 1394b поддерживает передачу на скоростях 100 Мбит/с, 200 Мбит/с, 400 Мбит/с и 800 Мбит/с; в планах расширить пропускную способность до 1600 Мбит/с и 3200 Мбит/с. Но этого стоит ожидать лишь с приходом шины PCI Express, так как 1600 Мбит/с – это 200 Мб/с, в полтора раза больше, чем пропускная способность шины PCI 2.1. Надеюсь, что и для этих скоростей будут использоваться 9-контактные разъёмы. Всё же даже при наличии любых переходников на рынке, лучше придерживаться одного стандарта разъёмов, а не покупать дополнительные кабели.

Стандарт USB 2.0 – не более, чем „разгон“ уже существовавшего USB 1.1. Та же направленность – на подключение периферийных устройств типа мышек, цифровых фотокамер, картридеров и тому подобных устройств, не требующих гарантированной постоянной пропускной способности. USB 2.0, как и USB 1.1, использует четырёхконтактные плоские разъёмы, полностью совместимые между собой. Так же существуют разъёмы Mini-USB, используемые на компактных устройствах – MP3 плеерах, цифровых камерах и т.д. Переходники найти в продаже достаточно сложно. Единственная разница в подключении USB 1.1 и USB 2.0 в том, что стандарт второго поколения требует экранирования кабелей. Теоретическая скорость USB 2.0 составляет 480 Мбит/с (60 Мб/с), передаваемая электрическая мощность – 2.5 Ватта (хватит лишь для вебкамеры и 2.5″ винчестеров с низкой частотой вращения шпинделя). Общение устройств стандарта USB 2.0 происходит по схеме Master/Slave, то есть, все потоки данных управляются компьютером, что замедляет работу интерфейса. Длина кабеля для соединения двух устройств по шине USB 2.0 может составлять не более 5 метров. Единственное преимущество интерфейса USB 2.0 – это его большая распространённость и дешевизна. Покажите мне современный компьютер без портов USB 2.0 и я вам подарю Host-контроллер USB 2.0. А те же самые внешние мобильные шасси с интерфейсом USB 2.0 стоят значительно дешевле, чем аналоги с портами FireWire.

Интерфейс Serial ATA начал в качестве альтернативы уже устаревшему Parallel ATA. Имея пропускную способность до 1200 Мбит/с (150 Мб/с), – этот стандарт может дать фору любому другому из ныне использующихся для подключения внешних жёстких дисков. Прежде всего, потому что при подключении внешнего Serial ATA диска не будут использоваться никакие мосты типа USB-ATA или FireWire-ATA, присущие остальным. А это значит, что удастся избежать лишних задержек интерфейса. Кроме того, этот стандарт разрабатывался именно для работы с жёсткими дисками, а значит он полностью оптимизирован для передачи данных любыми потоками и в любых объёмах. Кроме того, являясь „родным“ стандартом ATA, он упрощает загрузку с внешнего накопителя. Ведь до сих пор не все материнские платы могут загружаться с FireWire или USB 2.0 источника. Но почему же внешние Serial ATA накопители не получают распространение? К сожалению, всё очень просто, чтобы быть правдой.

Развитию USB 1.1 и USB 2.0 помогали 200 миллионов устройств, проданных в течение одного лишь 2002 года. Мышки, вебкамеры и тому подобные девайсы. В случае с IEEE 1394 это были 60 миллионов цифровых камер и различных профессиональных аудио- и видео- устройств. А вот Serial ATA и внутри самого-то компьютера не очень охотно-то распространяется – пользователей устраивает и Parallel ATA. Так что нет того самого катализатора. Ведь согласитесь, что для распространения внешних мобильных шасси, коробочек с интефейсом Serial ATA должны получить распространение и сами винчестеры с Serial ATA. Ведь в противном случае при применении мостов Parallel ATA – Serial ATA для установки ATA-133 винчестеров в эти коробочки потеряется преимущество прямого подключения жёсткого диска извне. А кроме того, Serial ATA внутренний и Serial ATA внешний – не совсем одно и то же.

Кабели Serial ATA 150 для внутреннего использования необычно хлипкие. Стандарт вообще не подразумевает перемещение кабеля Serial ATA во время работы. Уровень сигнала и экранированность кабелей не смогут защитить от помех при работе с внешними устройствами. Питание по кабелю Serial ATA не передаётся, а максимальная длина интерфейсного кабеля составляет всего 1 метр, чего может не хватить даже для проводки внутри большого компьютерного корпуса. Разъёмы Serial ATA очень хлипкие и могут просто не выдержать перегибов, характерных для подключения внешних устройств. В общем, для внешних устройств вскоре будет применяться разновидность стандарта Serial ATA II, позволяющая подключать до четырёх устройств и организовывать их в RAID массивы. А что сегодня?

Сегодня некоторые производители Host-контроллеров и материнских плат устанавливают внешние Serial-ATA порты. Специальные, внешние, более толстые кабели Serial ATA уже имеются в продаже и поставляются с некоторыми коробочками. Конечно, ничего конструктивно нового в них нет – просто усиление защиты против электромагнитного излучения и механических нагрузок. К примеру, металлическая окантовка разъёма S-ATA 150, но ведь сам разъём не меняется. Сегодня внешние накопители с интерфейсом Serial ATA – это попытка сделать что-то, исправив своими силами недостатки интерфейса, рассчитанного на применение в мягких условиях. Поэтому, возможно, за Serial ATA и есть будущее, но очень далёкое и не за тем Serial ATA, который мы имеем сегодня.

Однако, уже сегодня разработаны стандарты для внешних Serial ATA кабелей. Максимально разрешённая длина внешнего кабеля составляет всего 2 метра. Питания по шине, естественно, нет. Шлейфы не такие гибкие, как у USB 2.0 или FireWire. Хотя, некоторые производители заявляют пропускную способность для внешних S-ATA шлейфов до 4.5 Гбит/c.

Подведём промежуточные итоги и сравним интерфейсы по различным параметрам

Компьютерная Энциклопедия

Архитектура ЭВМ

Компоненты ПК

Интерфейсы

Самое читаемое

Купить сендвичные панели цена в спб: сэндвич панели купить цены profnastilvspb.ru. Продажа коттеджей всеволожский район купить дачу во всеволожском районе 1358 дач на продажу.

Шина IEEE 1394 — FireWire

Физический уровень шины IEEE 1394

Общая информация о физическом уровне

Физический уровень PHY (Physical Layer) IEEE 1394 обеспечивает связь узлов в единую шину. Физический уровень стандарта определяет механические характеристики соединительных разъемов, а также требования к их характеристикам передачи сигналов. В стандарте определено несколько типов разъемов, соответствующих применяемым кабелям. В 1394b в физическом уровне введено дополнительное разделение: введен подуровень PMD (Physical Medium Dependent), зависящий от используемой среды передачи (разновидностей медных и оптических кабелей).

В современной редакции стандарта IEEE 1394 фигурирует два типа сигнализации — традиционная DS-сигнализация шин 1394 и 1394a и бета-сигнализация, введенная в IEEE 1394b. Эти типы используют разные схемы сигнального кодирования — DS-кодирование и кодирование 8B10B; бета-сигнализация допускает и разнообразие типов среды передачи (электрические и оптические кабели). Все эти различия в основном сосредоточены на физическом уровне.

Физический уровень выполняет кодирование и декодирование сигналов состояния шины и потоков данных. В многопортовых узлах он обеспечивают и трансляцию сигналов между своими портами.

Физический уровень узла обеспечивает функционирование шины (включая трансляцию сигналов и отработку автоконфигурирования) без участия и даже при отключенном LINK-уровне (и вышестоящих). Узел может и не иметь LINK-уровня — его многопортовый PHY будет выполнять функции кабельного сетевого концентратора-повторителя.

Физический уровень отвечает за кабельное питание — его подачу или потребление. На физическом уровне может быть организована гальваническая развязка узлов. Для DS-сигнализации эта развязка реализуется в интерфейсе PHY-LINK, для бета-сигнализации развязка возможна в сигнальных цепях кабеля.

Первый вариант физического интерфейса шины был определен в IEEE 1394–1995 и в дополнениях 1394a–2000 не претерпел существенных изменений. В этом варианте каждое кабельное соединение состоит из двух пар сигнальных электрических проводов и, дополнительно, пары проводов для подачи питания. Обе сигнальные пары используются для двунаправленной передачи сигналов, дифференциальных и линейных. При передаче данных по одной паре узел передает данные в последовательном коде, по другой — стробы. Этот режим получил название DS-Mode (DataStrobe), он обеспечивает простой механизм синхронизации приемника и передатчика при любой скорости обмена. Для служебной сигнализации (например, об обнаружении подключения/отключения узла) используется сигнализация постоянным током. Кроме того, требуется различать несколько уровней напряжения для сигнализации скорости. Из-за этого гальваническая развязка узлов на уровне кабельного интерфейса оказывается невозможной.

В IEEE 1394b введен режим сигнализации Beta-Mode, в котором используются две встречные однонаправленные сигнальные линии. Примененный метод сигнального кодирования 8B/10B избавляет от постоянной составляющей сигнала; избыточность кодирования позволяет использовать «лишние» символы для специальной сигнализации. Приемнику не требуется распознавать несколько уровней сигнала. Это позволяет использовать как электрическую, так и оптическую передачу, а для электрической передачи возможна полная гальваническая развязка приемников и передатчиков через импульсные трансформаторы. Порты 1394b могут быть универсальными «двуязычными» (bilingual), поддерживающими оба режима, или чисто бета-портами.

Кабели и коннекторы для DS-режима

Разъемы, используемые в кабельной шине IEEE 1394, специально разработаны для обеспечения «горячего» подключения/отключения. Контакты, используемые для цепей земли и питания (VG и VP), длиннее других — они при подключении соединяются раньше, а при отключении разъединяются позже сигнальных. На портах устанавливаются гнезда, на кабелях — вилки.

Стандарт IEEE 1394 определяет малогабаритный 6-контактный разъем для подключения устройств. Его экранирующий кожух используется как дополнительный контакт и связывается с оплетками витых пар и контактом цепи VG.

В IEEE 1394a дополнительно определен миниатюрный 4-контактный разъем: вилка (на кабель) с плоскими контактами и розетка с пружинными контактами. В качестве дополнительного контакта (цепь VG) используется экранирующий кожух. Подача питания через такой разъем не предусмотрена. Существуют кабели-адаптеры с 4-контактной и 6-контактной вилками на разных концах.

В IEEE 1394b определен миниатюрный 9-контактный разъем: вилка с пружинными контактами и розетка с плоскими контактами. Разъемы имеют две модификации:

  • для бета-портов с широким ключом на кожухе;
  • для «двуязычных» портов с узким ключом.

На вилках имеются соответствующие ключи; к бета-порту можно подключить кабель только с бета-вилкой, к «двуязычному» — с любой вилкой 1394b. Кабель с «двуязычной» вилкой может на противоположном конце иметь вилку любого типа (4-, 6- или 9-контактную). Контакт 7 (SC, Status Contact) пока не используется (остается неподключенным).

Стандартный 6-проводный кабель 1394 содержит две экранированные витые пары для передачи сигналов (TPA и TPB) и, дополнительно, два провода для питания устройств. Все эти провода помещаются в общий экран. Сигнальные пары проводников соединяются перекрестно. При необходимости могут использоваться адаптеры-переходники с разъемами разных типов.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht.

Schaltfläche "Zurück zum Anfang"