Как работают USB порты на компьютере-часть I.

Сегодня, пользователь ПК знает, что есть возможность подключить свои системы широкого спектра внешних устройств: не только принтеры и модемы, но и сканеры, видеокамеры, портативные запоминающие устройства, КПК и множество других периферийных устройств. Но в течение длительного времени любой, кто пытался сделать это , было затруднено отсутствием подходящих портов ввода / вывода.

В наш век инновационных технологий ни один человек не представляет свою жизнь без компьютера. Но что делать, если с ним возникли проблемы? Не всегда, даже самый продвинутый пользователь, в состоянии с справиться в одиночку в проблемами компьютера. Поэтому наша компьютерная помощь Перово предлагает свои услуги с выездом в любую точку Перово, ремонт компьютеров для вас , где бы Вы ни находились

Долгое время единственным универсальным интерфейсом для ПК был SCSI, дорогой вариант оправданный только для высокой пропускной способности устройств. Для  периферийных устройств как правило, требуется либо последовательный или параллельный порт, или используется фирменный интерфейс.
Разработанные изначально для принтеров и модемов , последовательные и параллельные порты компьютера оставляют желать лучшего как общие цели интерфейса. Их скорость передачи данных низкая (максимальная 115Kbit/sec для последовательного порта, до 400KB/sec для параллельного интерфейса), и каждое устройство требует своего собственного аппаратного прерывания (IRQ), которое ограничивает количество возможных расширений. И не было никакой надежды на достижение подключения и работы с этими интерфейсами, это и является существенным, если присоединение периферийных устройств к ПК должно быть сделано так, что может быть достигнуто путем нетехнических пользователей.
Необходимость средних скоростей , недорогого в подключении интерфейса, который может использоваться для подключения практически неограниченного числа устройств в конце концов признали, и нашли решение Universal Serial Bus — USB.
Дизайн цели
USB был разработан, чтобы позволить большому количеству (до 127) с низкой и средней скоростью периферийных устройств для установки на ПК , с максимальной скоростью передачи 12Mbit/sec . USB никогда не был предназначен для альтернативы SCSI порта, но всё же он намного быстрее, чем последовательный или параллельный порты.
Особое внимание было уделено нуждам аудио и видео устройствам, для которых было предусмотрено большее значение производительности для следующего поколения персональных приложений. Дизайн USB предоставляет собой изохронные данные, которые будут поставляться без задержек и которые могут отрицательно повлиять на качество изображения и речи .
USB интерфейс был разработан, чтобы просто подключить и работать. Устройства могут быть добавлены и удалены даже при работающей системе, что позволяет избежать необходимости перезагрузки системы и её перенастройки . Технические вопросы, такие как назначение устройству идентификатора ,которые заботятся об аппаратной и программной архитектуре , так что эти общие источники не будет проблемой и ошибкой конфигурации. Была введена  и система для энергосбережения, позволяя устройствам быть приостановленными .
Типичные устройства USB , требующие низкой и средней пропускной способности. На нижнем конце диапазона пропускной способности, USB может быть использовано для подключения клавиатуры и мыши к компьютеру. На верхнем , сканеры, устройства резервного копирования или камеры для видео-конференц-приложений которые могут использовать USB, что исключает необходимость для собственных интерфейсных плат и связанную с ними установку и проблемы настройки.
Архитектура шины, в которой данные для различных устройств путешествует по тому же кабелю, также имеет потенциал для упрощения связей . Например, мышь может подключаться к клавиатуре, и один кабель будет затем связывать их с ПК. Хотя мониторам по-прежнему необходим аналоговый кабель VGA, отдельное звено USB позволит мониторам  работать от программного обеспечения на ПК, а не на экране. В случае с мультимедийным монитором, аудио-данные для встроенных динамиков и микрофона также могут быть отправлены по тому же кабелю.
Физический уровень
USB-устройства соединяются вместе с помощью недорогого белого четырёх жильного  кабеля с волновым сопротивлением 90 Ом. USB-устройства могут быть как с автономным питанием (с собственным автономным питанием) или с питанием от  шины. Одна из пар проводов в кабеле USB используется для передачи питания  + 5 : контакт 1 несет напряжение питания +5 В, контакт 4 общий. Существуют два класса с питанием устройства от шины. Маломощные приборы могут потреблять не более 100 мА тока, в то время приборы большой мощности могут потреблять до 500 мА . Вторая пара проводов, D + и D-на выводах два и три, является витая пара используемая для передачи данных. Данные провода используют дифференциальную передачу сигналов: и несут сигнал по отношению к земле, переход происходит, когда две линии передачи данных от обратной полярности по отношению друг к другу. Это дает лучшую устойчивость к шуму, чем обычный однотактный логический сигнал.
Данные отправляются как синхронный последовательный поток битов, закодированных с помощью NRZI (0 представлен переход сигнала и 1 в переходный период.) Бит используется, чтобы гарантировать, что переходы происходят достаточно часто,так что приемники не теряют синхронизацию . Временные сигналы передаются вместе с данными, синхронизация поля предшествует каждому пакету данных.
USB работает на двух разных скоростях. Полная скорость даёт пропускную способность 12Mbit/sec. На такой скорости, экранированный кабель должен быть использован для получения адекватной помехоустойчивости и предотвращения электромагнитных помех (EMI). Экранированный кабель около 5 мм. в диаметре, сегменты кабеля могут иметь максимальную длину 5 метров.
Для приложений, требующих низкую пропускную способность ,   имеется более низкая скорость работы. Это позволяет сдлеать немного тоньше и дешевле неэкранированный кабель, который будет использоваться. Длина кабеля уменьшается на неэкранированном  кабеле и максимально может быть 3м. Для предотвращения сигнала высокая скорость передается через неэкранированный кабель (что приведет к EMI) и, чтобы избежать риска устройств с низкой скоростью передачи данных  неправильного определения полной скорости передачи данных в виде команд, которым они должны отвечать, связи с низкой скоростью устройств отключены в то время когда используется полная сигнализация скорости.
Два типа вилка и розетка, известный как серия А и серия B, которые заданы для USB портов. Серия вилка и розетка, предназначены для использования с устройствами, к которым прочно прикреплен внешний кабель, например, клавиатура, мышь и концентраторы. Серия B разъемов используются, когда кабель USB съемный, как в случае принтеров, сканеров и модемов. Эти два типа не являются взаимозаменяемыми.
Серия B имеет  разъемы  10.6mm х 12.0mm с контактными углублениями. Как вилки так  и розетки имеют небольшие размеры,так что порты USB устанавливаются  на ноутбуки, а также настольные ПК, так как технология становится все более распространенной. USB-портам назначаеться графический значок, показанный на рисунке .

Продолжение статьи следует , читаем в следующих статьях.