Современный компьютер – штука красивая. Серенькие китайские «тазики» давно канули в Лету. Фирмы-производители корпусов соревнуются, предлагая покупателю ультрасовременный дизайн на любой вкус, буйным цветом цветет странное дитя XXI века – моддинг, украшательство компьютеров, когда системные блоки отделывают ценными породами дерева или делают их в виде подсвеченного аквариума с рыбками.
Но если посмотреть на заднюю стенку «системника», создается впечатление, что за последние 10-15 лет ничего не изменилось: та же путаница кабелей, множество разбросанных по задней стенке разъемов самых разных форм и размеров…
Такое положение дел – следствие идеологической ошибки, допущенной на самых ранних этапах развития персоналок. Тогда никому и в голову не приходила идея о необходимости создания единого программно-аппаратного интерфейса для связи ПК с периферийным оборудованием. Для клавиатуры использовали разъем DIN, для принтера – LPT, для мыши – COM, причем разъемы COM существовали в двух конструктивах. Потом для подключения мыши и клавиатуры стали использовать разъемы mini-DIN (PS/2), свои разъемы устанавливались на звуковых картах для джойстиков и на SCSI-контроллерах для сканеров. Словом, подключение периферийного оборудования к ПК стало для пользователей причиной изрядной головной боли, а для производителей периферии сложившаяся ситуация грозила падением объема продаж и снижением доходов. Со всей остротой встал вопрос о создании единого программно-аппаратного интерфейса для подключения к ПК любого периферийного оборудования.
В середине 90-х годов фирма Intel объявила о создании USB – Universal Serial Bus и начала активно продвигать свою разработку на рынок, однако первой была все-таки не она.
Еще в 1986 году Комитет по стандартам микрокомпьютеров поставил перед своими специалистами задачу по созданию универсального I/O (Input/Output) внешнего интерфейса, пригодного как для работы с мультимедиа, так и для работы с накопителями данных и другой периферией вроде принтеров и сканеров. В результате почти десятилетней работы в декабре 1995 года был утверждён стандарт под названием IEEE-1394 (IEEE – Institute of Electrical and Electronic Engineers, 1394 – порядковый номер стандарта). Новый стандарт сулил фантастические по тем временам скорости обмена и удобство подключения оборудования. Пожалуй, главный вклад в разработку нового стандарта внесла американская фирма Apple, которая традиционно считается законодателем мод в области ПК. Вскоре Apple зарегистрировала товарный знак «FireWire» и начала использовать новый стандарт в своих компьютерах. В апреле 1997 года поддержка FireWire впервые появилась в составе операционной системы Mac OS, а массовое появление периферии с интерфейсом FireWire началось в 1999 году, когда он стал стандартным компонентом всех профессиональных компьютеров Power Macintosh G3 и G4, а с осени – потребительских систем iMac DV.
Сначала дела шли не очень хорошо. Нет, на «Маках» все работало замечательно, а вот при переносе FireWire на платформу РС появились неприятные проблемы, связанные с совместимостью «железа». Поэтому в 2000 году была принята новая редакция стандарта – IEEE 1394a. Стандарт стал более четким, в него были внесены усовершенствования, улучшившие производительность.
Распространению FireWire в значительной степени способствовало то обстоятельство, что для цифровых видеокамер IEEE-1394 оказался единственно возможным внешним интерфейсом, и было принято решение использовать IEEE-1394 как стандартный интерфейс для них. Первыми цифровыми камерами с FireWire были модели DCR-VX1000 и DCR-VX700 фирмы Sony, но вскоре, оценив преимущества нового интерфейса, его стали использовать и другие производители. В настоящее время все современные цифровые видеокамеры имеют интерфейс IEEE-1394.
Что же представляет собой FireWire?
FireWire – это по сути высокоскоростная последовательная шина, обеспечивающая «горячее» подключение до 63 устройств с полной поддержкой принципа Plug-and-Play. Передача данных осуществляется по тонкому и гибкому кабелю длиной до 4,5 метров со скоростью 50 МБ/с.
Главными особенностями IEEE-1394 являются:
Интерфейс IEEE-1394 условно разбит на три уровня: физический уровень, уровень канала и сетевой уровень (см. рис 1).
| Рисунок 1 |
Физический уровень с помощью устройств интерфейса среды, кодирования-декодирования сигнала и арбитража шины обеспечивает преобразование и передачу электрических сигналов по кабелям и управление каналом, то есть определение последовательности доступа к нему подключенных устройств.
Уровень канала с помощью приемника и передатчика пакетов, а также устройства контроля циклов обеспечивает пересылку данных по сети FireWire-устройств. Физический уровень и уровень канала являются аппаратными (Hardware) и представляют собой специализированные микросхемы.
На сетевом уровне происходит проверка наличия и целостности полученных пакетов. Если какой-либо пакет не принят или принят с ошибками, осуществляется возврат на физический уровень и повторное получение данных.Если к ПК подключено более одного FireWire-устройства, автоматически создается логическая сеть по следующему алгоритму.
При подключении или отключении какого-либо FireWire-устройства происходит инициализация сети, которая начинается со сброса шины. Затем по определенному алгоритму строится логическое дерево. Одно из устройств будет являться родительским, а остальные – дочерними, причем для каждого порта строится свое дерево. На этапе самоидентификации каждое устройство получает свой ID в пределах дерева. Одновременно определяются скорости передачи информации, которые может обеспечить каждое устройство.
После окончания инициализации сеть переходит в рабочий режим. Арбитраж работы в сети осуществляет родительское устройство. Дочернее устройство, пославшее запрос на канал первым, выигрывает арбитраж и получает доступ к каналу. Одновременно остальным дочерним устройствам доступ к нему запрещается. Для того чтобы какое-нибудь одно устройство монопольно не захватило канал, введены специальные интервалы равнодоступности (fairness interval). В течение одного интервала каждое устройство получает однократную возможность передачи данных. После передачи порции данных доступ устройства к шине блокируется. Чтобы вновь получить доступ к шине, ему необходимо дождаться конца интервала равнодоступности и начала следующего цикла.
Как уже говорилось, при изохронной передаче данных проверка целостности информации не выполняется, поэтому пакеты механически следуют один за другим. IEEE-1394 позволяет одновременно передавать и изохронные, и асинхронные данные.
Поскольку скорость передачи информации весьма высока, для IEEE-1394 используют специальные кабели (см. рис. 2). Данные передаются по двум экранированным витым парам. Для питания периферийного оборудования в кабеле предусмотрены 2 силовые жилы, способные пропускать ток силой до 1,5 А и напряжением до 40 В. Все шесть жил кабеля закрыты общим плетеным металлическим экраном и защищены изоляцией из ПВХ.
| Рисунок 2 |
После долгих поисков удалось подобрать прочный и компактный разъем, который можно подключать вслепую. Его взяли от игровой приставки Nintendo GameBoy. По конструкции разъем напоминает отечественный разъем типа РША: силовые и сигнальные контакты размещены по центру и защищены прочным прямоугольным пластмассовым кожухом, два угла которого скошены, чтобы исключить неправильное подключение.
Для устройств, не использующих питание по кабелю FireWire, в частности для цифровых видеокамер, предусмотрели облегченный четырехжильный кабель с миниатюрным разъемом. Как правило, материнские платы, поддерживающие FireWire, имеют в комплекте планку с обоими типами разъемов.
До определенного момента развитие стандарта IEEE-1394 шло довольно успешно, его популярность росла и уже была сравнима с популярностью USB, но руководство фирмы Apple допустило серьезный просчет. Решив воспользоваться растущей популярностью нового интерфейса, фирма в начале 1999 года решила изменить схему лицензионных платежей. Вместо обычных фиксированных отчислений от производителей потребовали платить по одному доллару за каждый порт на новом ПК. Эта идея никому не понравилась, и производители стали отдавать предпочтение USB. «Эппловцы» спохватились и вновь стали продавать лицензии по 25 центов за устройство, но, как говорится, поезд уже ушел, и положение лидера оказалось утерянным.
Интересно, что сама фирма Intel изначально не считала IEEE-1394 конкурентом USB, так как последний изначально был предназначен для подключения к ПК нескоростных устройств вроде мышей, джойстиков, клавиатур и модемов. Ситуация изменилась после появления спецификации USB 2.0, поднявшей пропускную способность шины в 40 раз – до 480 Мб/с. Первым чипсетом, поддерживающим USB 2.0, стал чипсет i845G фирмы Intel, и после этого в южные мосты практически всех чипсетов стали встраивать контроллер USB 2.0. Из обзоров компьютерного «железа» видно, что только один производитель – фирма SiS – кроме USB 2.0 обеспечивает на своих материнских платах еще и поддержку IEEE-1394.
Если попытаться сравнить FireWire и USB 2.0 и попытаться сделать вывод, что лучше, однозначного ответа не получится.
Теоретически пропускная способность USB 2.0 на 20% выше, чем у IEEE-1394а, но на практике FireWire работает быстрее и стабильнее.FireWire позволяет подключать или отключать оборудование в любое время, даже когда идет обмен данными, причем не требуется установка никаких драйверов. Через FireWire без малейших проблем можно соединить несколько компьютеров, видеокамер, принтеров и т.п. Возможности подключения ограничиваются только количеством устройств (не больше 63 на одной шине). Кроме того, между двумя устройствами не должно быть больше 16 сегментов и в результате соединения не должны образовываться петли (это ограничение снято в 1394b).
При использовании USB устройства по каждому из портов подключаются последовательно, а USB-контроллер стоит в корне шины и управляет каждым устройством на ней. Такая архитектура позволяет удешевить периферийное оборудование, что существенно для изделий вроде мыши или клавиатуры, но гибкость такого решения ниже. Кроме того, по шине USB без использования специального моста (т.н. адаптера USB-to-USB) нельзя соединить два компьютера.
В отличие от USB FireWire позволяет запитывать устройства с довольно высокой по компьютерным меркам потребляемой мощностью – до 40 Вт.
FireWire гораздо лучше чем USB подходит для работы с мультимедиа и для создания полноценных компьютерных сетей с возможностью передачи видео в реальном времени и совместного использования оборудования.
Фирма Apple всеми силами старается вернуть себе положение лидера, продвигая новую спецификацию IEEE-1394b, которая получила название FireWire 800. Новый стандарт позволяет передавать данные со скоростью 800 Мб/с, а с использованием волоконно-оптических кабелей скорость может возрасти до 3200 Мб/с.
FireWire 800 совместим с обычным FireWire, но так как вместо 4- и 6-ти контактных разъемов использует 9-ти контактный коннектор, для их совместной работы необходим специальный шнур-переходник.
В свою очередь, фирма Intel объявила, что к концу 2005 года на рынке появятся устройства Wireless USB, предназначенные для беспроводной связи устройств со скоростью 480 Мб/с на расстоянии до 3 м.
Кто победит в этой схватке, покажет время. Для Apple ставки гораздо выше, ведь если победит USB 2.0, «Maки» окажутся изолированными от куда более обширного семейства IBM-совместимых ПК и, следовательно, будут обречены на медленное умирание. Впрочем, смерть «Макам» предрекали уже много раз…
Статья подготовлена по материалам курса Kramer AV Academy
