С десяток лет назад на вопрос "Как подключить к компьютеру [вставить название любого устройства по своему усмотрению]" можно было ответить "Подключай в подходящий разъем". И действительно, раньше принтеры работали через LPT, мыши через COM, клавиатуры через COM или PS/2, кабель монитора подходил точно к D-SUB и только лишь колонки могли быть подсоединены в один из трех (иногда четырех) одинаковых по форме и размерам разъемов.
С одной стороны достаточно удобно иметь на задней панели компьютера по отдельному разъему для устройства – риск некорректного подключения снижается. Но с другой производителям материнских плат приходится устанавливать чипы для каждого из интерфейсов, а заодно и размещать соответствующие настройки в BIOS Setup. Да и интерфейсы эти требуется поддерживать, развивать. Кроме того, многие из них имеют довольно большие разъемы, например, LPT.
Слева направо: разъемы COM, LPT и PS/2
Второй выход из положения – подключать все возможные устройства в разъемы одного типа и одного стандарта. Ошибка также исключается – куда не подключи все верно. Да и значительно облегчается работа для производителей чипсетов и материнских плат. Ведь проще разместить в южном мосте несколько контроллеров USB, чем LPT, COM и PS/2, а затем вывести их на заднюю панель. Под общую гребенку можно создать специальную версию разъема, занимающую куда меньше места.
Одним из первопроходцев в этом деле был уже упомянутый USB. Сегодня через него подключается вся компьютерная периферия. Тем не менее, из-за не стоящего на месте прогресса, появились новые устройства, потребовавшие новых скоростей и новых возможностей. Так был создан стимул как обновлять USB, так и придумывать новые интерфейсы.
USB-разъемы
Современные настольные компьютеры могут иметь от 2 до 10 портов USB, а с помощью специальных хабов это число можно увеличить еще в несколько раз. Конечно, этот интерфейс подходит для многого, но для некоторых категорий оборудования не самым лучшим образом. Итог – если взглянуть на заднюю панель современного компьютеры мы там увидим практически не меньшее разнообразие разъемов, чем несколько лет назад: USB, FireWire, eSATA, RJ-45 (Ethernet), PS/2, аудио разъемы (включая S/PDIF). А если плата оснащена встроенной графикой, то к обозначенному списку можно добавить D-SUB, DVI, HDMI, DisplayPort, иногда S-Video (причем двух видов). В разной степени все эти входы и выходы представлены и на мобильных компьютерах.
Чтобы не потеряться в разнообразии интерфейсов, а также понять зачем опять делать так много портов и разъемов, мы и подготовили этот материал. Далее мы пройдемся по истории создания, текущих версиях и будущих перспективах наиболее распространенных сегодня интерфейсов для подключения внешних устройств и компьютеров: USB, FireWire, SATA/eSATA, Ethernet, HDMI, DisplayPort.
USB
Начнем с нашего "первопроходца" – USB. Аббревиатура USB (Universal Serial Bus) может быть расшифрована и переведена как "универсальная последовательная шина", из чего явно следует, что передача данных через этот интерфейс происходит последовательно. Но прежде чем углубляться в особенности работы быстро пройдемся по его основным периодам развития и внедрения.
Логотип USB
USB ведет свою историю с первой половины 90-х годов прошлого века. Предварительные версии стандарта были выпущены еще в 1994 году, то есть даже до выхода Windows 95. Тем не менее, завершили его к началу 1996 года – 1 января была представлена финальная спецификация USB 1.0.
В разработке участвовали (и участвуют) крупнейшие компании IT-индустрии. В частности Intel разработала UHCI (Universal Host Controller Interface), Microsoft обеспечила программную поддержку нового интерфейса в Windows, а Philips сделала возможным увеличение числа разъемов USB за счет хабов.
По-настоящему массовое внедрение USB началось с широким распространением корпусов и системных плат форм-фактора ATX примерно в 1997-1998 годах. Не упустила шанс воспользоваться достижениями прогресса и компания Apple, представившая 6 мая 1998 года свой первый iMac, также оснащенный поддержкой USB.
Как это часто бывает первая версия USB имела некоторые проблемы совместимости и содержала несколько ошибок в реализации. В итоге ноябрь 1998 года озарился выходом спецификаций USB 1.1. Как и в случае с Bluetooth, именно данная версия стала наиболее распространенной. До выхода USB 2.0 конечно.
Логотип USB 2.0
Спецификация USB 2.0 была представлена в апреле 2000 года. Но до принятия ее в качестве стандарта прошло больше года. После этого началось массовое внедрение второй версии универсальной последовательной шины. Главным ее достоинством было 40-кратное увеличение скорости передачи данных. Но кроме этого были и другие нововведения. Так появились новые типы разъемов Mini-B и Micro-USB, добавилась поддержка технологии USB On-The-Go (позволяет USB-устройствам вести обмен данными между собой без участия USB-хоста), появилась возможность использования напряжения, подаваемого через USB, для зарядки подключенных устройств, а также некоторые другие.
Совсем недавно было объявлено о разработке USB 3.0. Не сложно догадаться, что его главная "фишка" будет заключаться в очередном повышении скорости обмена данными. Она вырастит в 10 раз в сравнении с USB 2.0.
Теперь подробнее о том, как работает шина USB. Все начинается с так называемого USB-хоста. К нему сходятся данные от подключенных устройств и он же обеспечивает взаимодействие с компьютером. Все устройства подключаются по топологии "звезда". Чтобы увеличить число активных разъемов USB можно воспользоваться USB-хабами. Таким образом получится аналог логической структуры "дерево". "Ветвей" у такого дерева может быть до 127 штук на один хост-контроллер, а уровень вложенности USB-хабов не должен превышать пяти. Кроме того, в одном USB-хосте может быть несколько хост-контроллеров, что пропорционально увеличивает максимальное число подключенных устройств.
USB-хабы
Хабы бывают двух видов. Одни просто увеличивают число USB-разъемов в одном компьютере, а другие позволяют подключать несколько компьютеров. Второй вариант позволяет использовать нескольким системам одни и те же устройства. Например, вместо покупки дорого сетевого принтера можно приобрести обычный с интерфейсом USB, подключить его к такому специальному хабу, после чего печатать на нем смогут все подсоединенные к хабу ПК. В зависимости от хаба переключение может производится как вручную, так и автоматически.
Фотопринтер со встроенным карт-ридером
Одно физическое устройство, подключенное через USB, может логически подразделяться на "под-устройства", выполняющие те или иные определенные функции. Например, сегодня фотопринтер может быть оснащен карт-ридером. Таким образом одно под-устройство печатает, а второе — считывает информацию с карт памяти. Либо же у веб-камеры может быть встроенные микрофон — получается, что у нее два под-устройства: для передачи аудио и видео.
Передача данных происходит через специальные логические каналы. Каждому USB-устройству может быть выделено до 32 каналов (16 на прием и 16 на передачу). Каждый канал подключается к условно называемой "конечной точке". Конечная точка может либо принимать данные, либо передавать их, но не способна делать это одновременно. Группа конечных точек, необходимых для работы какой-либо функции, называется интерфейсом. Исключение составляет "нулевая" конечная точка, предназначающаяся для конфигурации устройства.
Когда к USB-хосту подключается новое устройство начинается процесс присвоения ему идентификатора. Первым делом устройству посылается сигнал перехода в исходное состояние. Тогда же происходит и определение скорости, с которой может вестись обмен данными. После считывается конфигурационная информация с устройства, и ему присваивается уникальный семибитный адрес. Если устройство поддерживается хостом, то загружаются все необходимые драйвера для работы с ним, после чего процесс завершен. Перезагрузка USB-хоста всегда вызывает повторное присвоение идентификаторов и адресов всем подключенным девайсам.
Углубляться в особенности определения типа подключенного устройства мы не станем. Согласитесь, ведь это мало кого волнует. Главное, чтобы нашелся разъем USB. А если такой есть, то значит и с подключением проблем возникнуть не должно. Давайте лучше разберем режимы работы универсальной последовательной шины. Пока их три, но скоро будет четыре.
- Low Speed. Поддерживается стандартами версии 1.1 и 2.0. Пиковая скорость передачи данных — 1.5 Мбит/с (187.5 Кбайт/с). Чаще всего применяется для HID-устройств (клавиатур, мышей, джойстиков).
- Full Speed. Поддерживается стандартами версии 1.1 и 2.0. Пиковая скорость передачи данных — 12 Мбит/с (1.5 Мбайт/с). До выхода USB 2.0 был наиболее быстрым режимом работы.
- Hi-Speed. Поддерживается стандартом версии 2.0 (в перспективе и 3.0). Пиковая скорость передачи данных — 480 Мбит/с (60 Мбайт/с).
- Super-Speed. Поддерживается стандартом версии 3.0. Пиковая скорость передачи данных — 4.8 Гбит/с (600 Мбайт/с).
Зачем нужны столь высокие скорости для USB версии 2.0 и тем более 3.0? Если разобраться, то весьма ограниченное число устройств может загрузить такой широкий канал, но они все же есть. В первую очередь это современные жесткие диски. В среднем скорость чтения настольных 3.5-дюймовых моделей составляет порядка 80-85 Мбайт/с, а если взять какой-нибудь внешний RAID-массив от LaCie, то это значение смело можно увеличить на 30-40%. Но для жестких дисков придуман eSATA, о котором речь идет дальше.
Оптическим приводам пока хватает USB 2.0, хотя с ростом скоростей Blu-ray накопителей эта ситуация может измениться. И третий тип скоростных устройств — флэш-память. Пока USB-флэшки редко работают на скоростях выше 30 Мбайт/с, но этот показатель постоянно растет. Заметим также, что 60 Мбайт/с — это теоретическое пиковое значение. На практике скорость передачи данных редко превышает 53-54 Мбайт/с. В этом свете выход USB 3.0 становится вполне обоснованным.
Немаловажное значение имеют и электрические характеристики интерфейса USB. По спецификации его рабочее напряжение составляет 5 В ±5%. При этом сила тока может составлять от 2 до 500 мА. При подключении устройства через хаб, поддерживающий передачу питания, сила тока может составлять не более 100 мА и не более 400 мА на хаб. Поэтому такие хабы имеют не более четырех разъемов. Так что не удивляйтесь проблемам работы той или иной флэшки, либо другого устройства, подключенного к компьютеру через хаб — ему (устройству) банально может не хватить электричества.
Логотип USB On-The-Go
В последнее время были приняты спецификации USB On-The-Go и Battery Charging Specification. Повторимся, что первая позволяет вести обмен данными между USB-устройствами без участия хост-контроллера, а вторая обеспечивает зарядку аккумуляторов через шину USB. Само собой на это требуется дополнительная энергия. В итоге самые последние версии контроллеров способны обеспечить силу тока до 1.5 А.
Хаб с четырьмя портами PoweredUSB
Но это еще не предел. Для самых "суровых" пользователей существует дополнение PoweredUSB, также известное как Retail USB, USB PlusPower и USB +Power. Оно обеспечивает силу тока до 6 А, а напряжение может быть 5, 12 или 24 В. При этом используется другая, нестандартная, версия разъема, позволяющая передавать больше энергии. Кстати, о разъемах. Надо разобраться и с ними.
Существует пять видов USB-разъемов:
Слева направо: micro USB, mini USB, B-type, A-type разъем, A-type коннектор
- micro USB — используется в самых миниатюрных устройствах вроде плееров и мобильных телефонов;
- mini USB — также часто обнаруживается на плеерах, мобильных телефонах, а заодно и на цифровых фотоаппаратах, КПК и тому подобных устройствах;
- B-type — полноразмерный разъем, устанавливаемый в принтерах, сканерах и других устройствах, где размер не имеет очень принципиального значения;
- A-type (приемник) — разъем, устанавливаемый в компьютерах (либо на удлинителях USB), куда подключается коннектор типа A-type;
- A-type (вилка) — коннектор, подключаемый непосредственно к компьютеру в соответствующий разъем.
И немного о кабелях (те, которые длинные и из проводов, а не живые, волосатые и постоянно гавкают). Максимальная длина USB-кабеля может составлять 5 метров. Данное ограничение введено для снижения времени отклика устройства. Хост-контроллер ожидает поступление данных ограниченное время, и если они задерживаются, то соединение может быть потеряно.
В качестве основного материала стандартного USB-кабеля используется витая пара, чтобы снизить помехи. Но для обеспечения скоростей 4.8 Гбит/с, которые нам наобещали с приходом USB 3.0, потребуется использовать специальные кабеля. В них для передачи данных будут использоваться две пары проводов, вместо одной, а максимальная длина не сможет превысить 3 метра. Также стандартом предусмотрена поддержка оптоволоконных кабелей, которые позволят передавать информацию на большее расстояние с такой же скоростью, но из-за более высокой стоимости они определенно получат меньшее распространение.
Ну и в конце раздела немного о сроках внедрения нового поколения шины USB. Окончательная спецификация ее третей версии должна быть представлена уже во второй половине этого года. Первые устройства с ее поддержкой ожидаются примерно во втором квартале следующего года.
Теперь переходим к главному оппоненту USB — стандарту FireWire (IEEE 1394 в девичестве).
FireWire (IEEE 1394)
Стандарт под техническим названием IEEE 1394 был официально представлен в 1995 году. Но его разработка была начала еще в конце 80-х годов прошлого века. Начала ее небезызвестная Apple. Тогда она планировала выпустить альтернативу интерфейсу SCSI. Причем альтернативу, ориентированную на работу с аудио и видео устройствами. Со временем разработка была передана институту IEEE.
Логотип FireWire
У IEEE 1394 есть несколько имен. FireWire — это коммерческое именование самой Apple. Сегодня оно встречается чаще всего на пару с техническим названием. Со временем японская Sony, часто идущая своим путем, стала именовать этот стандарт i.LINK. Не осталась в долгу и Panasonic, предложив свое имя: DV.
Несмотря на то, что FireWire изначально был ориентирован на аудио/видео оборудование (даже был принят в качестве A/V-стандарта организацией со смешной для нашего языка аббревиатурой HANA - High Definition Audio-Video Network Alliance) со временем с его поддержкой появились устройства хранения данных вроде внешних жестких дисков и оптических приводов.
Давайте разберемся как работает IEEE 1394. В сравнении с USB есть множество отличий. Прежде всего FireWire работает по принципу "точка-точка" (peer-to-peer), а не "мастер-подчиненный" (master-slave). Получается, что каждое устройство, подключенное по FireWire, имеет одинаковый ранг. Одним из преимуществ такого подхода — возможность вести обмен данными между устройствами напрямую без участия компьютера, не затрачивая на это его ресурсы. Некоторые читатели могут заметить, что USB On-The-Go предоставляет такую же функциональность. Но ведь в FireWire она была изначально, а в универсальной последовательной шине — буквально пару лет как появилась.
Так же как и USB FireWire поддерживает систему Plug-and-Play и hot swap (возможность подключать устройства без выключения компьютера). В отличие от USB устройствам FireWire не присваивается уникальный идентификатор при подсоединении к системе. В каждом из них зашит свой уникальный идентификатор, соответствующий стандарту IEEE EUI-64. Последний является расширением для MAC-адресов, широко применяемых среди сетевых устройств.
Хаб FireWire
Топология шины FireWire также дерево. При необходимости увеличить число портов можно подключать специальные FireWire-хабы. О глубине "вложенности" мы данных не нашли, поэтому предположим, что она может быть достаточно большой. Но максимальное число подключенных устройств (надо полагать на один FireWire-контроллер) составляет 63.
И немного о принятых стандартах и версиях шины FireWire. Всего мы их насчитали пять штук.
FireWire 400 (IEEE 1394-1995). Самая первая версия стандарта, принятая в 1995 году. Поддерживает скорость передачи данных 100 (подстандарт S100), 200 (S200) и 400 (S400) Мбит/с. Длина кабеля может составлять 4.5 метра. Тем не менее, в отличие от USB, FireWire работает по принципу репитеров. Репитеры (по сути усилители сигнала) могут быть независимыми, увеличивая общую длину кабеля, либо встроенными в хабы и устройства с поддержкой FireWire. Таким образом общая длина провода для стандарта S400 может составлять до 72 метров.
Коннектор FireWire
Основной тип коннектора FireWire выполнен в виде шестиугольника и имеет шесть контактов. По своим физическим размерам он несколько толще разъема USB. Зато через него может проходить значительно больше энергии. Так напряжение может составлять от 24 до 30 В, а сила тока — 1.5 А.
IEEE 1394a-2000. Данный стандарт был принят в 2000 году. Он внес некоторые дополнения в оригинальную спецификацию FireWire. В частности добавилась поддержка асинхронной передачи данных, более быстрое распознание подключенных устройств, объединение пакетов и энергосберегающий "спящий" режим. Кроме того был "узаконена" маленький вариант коннектора.
Четырехконтактный коннектор FireWire (i.LINK)
Уменьшенная версия разъема работает только с четырьмя контактами, но питания она может передавать значительно меньше. Сегодня именно этот тип наиболее распространен и он же чаще всего встречается в ноутбуках (лишь Apple продолжает устанавливать шестиконтактные разъемы). Соединить маленький разъем и большой коннектор (или наоборот) можно через специальный кабель-переходник.
FireWire 800 (IEEE 1394b-2002). В 2002 году было принято еще одно дополнение к стандарту FireWire. Оно получило название IEEE 1394b (а первая версия стала именоваться IEEE 1394a) или FireWire 800. Цифра "800" прямо указывает на максимальную скорость передачи данных — 800 Мбит/с.
Коннектор FireWire 800
Вдвое более высокая скорость потребовала разъем другого типа. Теперь в нем уже используется 9 контактов. При этом была сохранена обратная совместимость с FireWire 400 через кабель-переходник. Конечно, подключая старые устройства к новому порту или наоборот скорость упадет.
Заметим, что 800 Мбит/с для IEEE 1394b не предел. В тестовом режиме поддерживается передача на скорости до 3200 Мбит/с, но эта возможность будет раскрыта несколько позже. Также стало возможным использовать два типа кабеля: обычный и оптический. В первом случае максимальная длина составит 5 метров, а во втором — до 100 метров. Электрические характеристики обновленного стандарта не изменились.
FireWire 800 сегодня чаще всего можно встретить в рабочих станциях и компьютерах Apple. На обычные материнские платы пока если и устанавливается, то FireWire 400. Да и пока на рынке сравнительно мало устройств с поддержкой более быстрой спецификации FireWire. Как правило это внешние жесткие диски, объединенные в RAID-массив. Да и то, они чаще всего поддерживают передачу по 3-4 интерфейсам (USB 2.0, FireWire 400/800, eSATA).
FireWire S800T (IEEE 1394c-2006). Главное нововведение этого стандарта — поддержка возможности использования витой пары категории 5e, на конце которой разведены обычные коннекторы RJ-45. Первое нововведение потребовало и второго — автоматического определение подключенного кабеля. Кроме этого были внесены незначительные изменения и исправления в IEEE 1394b.
FireWire S3200. Ну и о будущем. Объявление о планах выпустить USB 3.0 не могло не отразиться на FireWire. Итог — в декабре было объявлено о намерениях представить спецификацию стандарта, способного передавать на скорости до 3.2 Гбит/с. И в данном случае сделать это, вероятно, будет проще чем с USB. Ведь современный FireWire 800 уже может передавать на такой скорости данные. Остается лишь отладить технологию и хорошо ее протестировать, а не серьезно дорабатывать.
На этом создатели FireWire останавливаться не собираются. Следующий на очереди стандарт со скоростью передачи до 6.4 Гбит/с. Правда, если S3200 может появится в течение года-двух, то второй пока неизвестно когда увидит свет. Но надо полагать, затягивать с ним не станут.
В конце рассказа о FireWire попробуем разобраться почему при всей его прелести он №2 после USB. Первый аргумент против — более низкая скорость (если сравнить наиболее распространенный FireWire 400 и USB 2.0). Тем не меняя, речь идет о теоретической максимальной пропускной способности. Она достижима, но лишь при определенных условиях, довольно редко выполняемых в реальности.
Мы не стали сами тестировать скорость (все же это не статья "Что выбрать: USB или FireWire?"), но нашли в Интернете довольно много отзывов и заметок по этой теме. Так вот, в реальных ситуациях FireWire оказывается практически всегда быстрее. Разница порой может составлять довольно много — до 30-70%. Отмечается, что скорость USB 2.0 редко превышает 35 Мбайт/с (при теоретическом пике 60 Мбайт/с), тогда как FireWire спокойно передает данные со скоростью до 49 Мбайт/с.
И возможности обеспечения питанием у IEEE 1394 куда лучше. При использовании полноразмерного шестиконтактного разъема подключение внешнего источника питания требуется куда реже, чем в случае USB. Да и устройства заряжались бы значительно быстрее.
Так почему же в каждом компьютере установлено по 4-10 портов USB и хорошо если один FireWire, а не наоборот? Потому же почему на 90% ПК проинсталлирована Windows, а на Mac OS только на 5%. В свое время Apple отказалась начать лицензирование своей операционной системы производителям компьютеров и в итоге Microsoft теперь первая.
На FireWire не было наложено столь категорических ограничений (таких, что их можно устанавливать на "яблочные" системы), но Apple, как владелец патента на технологию, вполне законно хочет получать отчисления. Для производителей компьютеров установлена такса $0.25, а для производителей оборудования (камер, внешних HDD и т.д.) - $1-2.
USB изначально открытый стандарт, ориентированный на широкую аудиоторию. То есть он банально обходится дешевле, поэтому его все и предпочли, даже сама Apple совсем не брезгует им (достаточно вспомнить MacBook Air, оснащенный только одним USB и обделенный традиционным FireWire, а также перевод iPod с FireWire на USB).
Мы же посоветуем при возможности все же использовать FireWire, особенно если требуется передавать большие объемы данных. Например, при подключении внешнего жесткого диска. Впрочем, для последнего типа устройств уже есть собственный стандарт — eSATA.
SATA/eSATA
Вообще интерфейс SATA (Serial ATA) несколько не подходит под тему данной статьи. Это внутренняя шина компьютера, а мы говорим о внешних. Тем не менее, в середине 2004 года был принят стандарт eSATA, позволивший внешнее использование SATA. Сегодня он все чаще устанавливается на материнских платах и ноутбуках. Но объяснение принципов работы eSATA по сути сводится к описанию таковых у обычного SerialATA.
Логотип SATA
Работы над SATA начали вестись в самом конце прошлого века. Данный стандарт был призван заменить распространенный Parallel ATA (PATA), тогда успешно применявшийся для подключения жестких дисков в компьютерах. Скорость последнего интерфейса тогда составляла 100-133 Мбайт/с, тогда как винчестеры могли обеспечить в среднем не более 60-70 Мбайт/с. У самых современных моделей этого показатель вырос до 120 Мбайт/с, что даже еще не покрывает возможности UDMA133. Так зачем тогда нужен SATA?
Как это не странно, но один из главных аргументов в его пользу — более высокая скорость. Первая версия стандарта (известная также как SATA 1.5 Gbit/s) позволяет передавать данные на скорости до 150 Мбайт/с (у некоторых может возникнуть вопрос, куда делись 42 Мбайт/с, ведь 1.5 Гбит/с — это 192 Мбайт/с; отвечаем — SATA поддерживает кодирование по алгоритму 8b10b, которое забирает 20% канала). Остальные аргументы менее существенны: меньший размер разъема, более тонкий кабель, возможность горячего подключения (которая не всегда реализована, но об этом далее).
Буквально через пару лет после выхода первых версий SerialATA стали говорить о подготовке и внедрении SATA2 (известный также как SATA II и SATA 3 Gbit/s). Его главное достоинство... конечно же вдвое выросшая скорость передачи данных. Теперь она составила 3 Гбит/с или 300 Мбайт/с (если учесть затраты на кодирование), вплотную приблизившись к UltraSCSI 320.
Как вы думаете, нужен ли жестким дискам такой быстрый интерфейс? Ответ на наш взгляд очевиден. Но организация SATA-IO (Serial ATA International Organization), занимающиеся принятием стандартов SerialATA, добавила еще одну весьма полезную технологию — NCQ (Native Command Queuing). Принцип заимствован из SCSI. При ее инициализации контроллер SATA анализирует запросы к жесткому диску и выстраивает из них такую очередность, чтобы запрошенные данные находились как можно близко друг к другу. Как показали многочисленные тесты порой прирост скорости весьма существенный.
Правда, заметим, что операционные системы младше Windows Vista, а также Mac OS X и Linux 2-3 летней давности не поддерживают Advanced Host Controller Interface (AHCI) без специальных драйверов. А именно AHCI обеспечивает работу NCQ и горячего подключения. Без этого интерфейса жесткие диски работают как обычные IDE.
Еще одна особенность SATA2 — обратная совместимость с первой версией стандарта. Подключая к нему жесткий диск старого типа контроллер должен сам определить какой скоростной режим следует установить. С реализацией этого автораспознавания справились не все производители. Так контроллер SATA в южных мостах VIA VT8237 и VT8237R, а также в чипах VIA VT6420 и VT6421L делал это мягко говоря "плохо". В итоге могли возникнуть проблемы с подключением новых SATA2-винчестеров. Таким же недугом страдали чипсет SiS760 и южным мост SiS964. Лечился он ручной установкой режима SATA 1.5 Gbit/s при помощи перемычки.
Схема подключения нескольких жестких дисков к одному разъему SerialATA
Еще одна новая возможность SerialATA II — поддержка подключения более одного устройства к одному порту SATA. Делается это через специальные расширители портов. А теперь давайте считать. Что будет если подключить допустим четыре самых быстрых HDD к одному разъему SATA через расширитель? Правильно, им понадобится скорость до 450-480 Мбайт/с, что уже выходит за рамки возможностей SATA2.
Выход из этой ситуации очевиден — подготовка более быстрого стандарта. Следующим в планах стоит SATA 6 Gbit/s с максимальной скоростью обмена данными 600 Мбайт/с. Конечно, все это "счастье" в обычном домашнем или офисном компьютере не к чему, но если вам потребуется создать сложную конфигурацию из многих HDD, то подобные скорости будут весьма кстати. Сроки принятия и внедрения пока неизвестны, но 6 Гбит/с версия SAS (интерфейс, призванный заменить SCSI, основан на принципах передачи данных SATA) должна появиться уже в следующем году.
Разъемы SerialATA
Теперь о разъемах. Для подключения устройств используется специальный 7-контактный кабель. Четыре контакта передают информацию, остальные служат для заземления. Максимальная длина кабеля — 1 метр. Для Parallel ATA это значение составляло 45 см, хотя некоторые выпускали 90 см шлейфы.
Еще одно отличие SATA от PATA — напряжение, необходимое для передачи данных. Чтобы снизить шумы и наводки в широких шлейфах PATA используется напряжение 5 В. Для SATA этот показатель в десять раз меньше — 0.5 В. Из этого следует, что последние должны потреблять меньше энергии, но это не совсем так. Контроллеры SATA требуют высокой скорости для декодирования данных, что перекрывает плюсы меньшего напряжения.
Питание SerialATA
Сменился и разъем питания. Стандарт SATA предусматривает специальный 15-контактный разъем вместо четырехконтактного Molex. Девять из пятнадцати контактов используются для подведения трех напряжений: 3.3 В, 5.0 В и 12.0 В. При этом каждый контакт обеспечивает силу тока до 1.5 А.
Современные блоки питания поставляются с питателями для SATA-устройств. Но существует возможность подключить и обычный Molex через специальный переходник. Также первые версии жестких дисков Serial ATA оснащались не только новым разъемом, но и Molex. Последний не поддерживает напряжение 3.3 В, которое используется при горячем подключении. Так что если вы подсоедините свой SATA HDD к Molex (напрямую или через переходник), то отключить его вы сможете только выключив компьютер.
Логотип eSATA
Ну и наконец eSATA. Добавленный символ "e" к названию означает "external", то есть "внешний". По сути eSATA является вынесенным "наружу" портом SATA. Но, конечно же, есть несколько отличий. Стандарт пришлось немного доработать с учетом некоторых "внешних" особенностей среды.
Коннектор eSATA
В частности были повышены электрические требования, что позволило довести максимальную длину кабеля до 2 метров. Но в сравнении с длинами USB и FireWire тягаться eSATA не может. Пока во всяком случае. Сам разъем и коннектор также были преобразованы. У них пропал специальный "L"-ключ, блокирующий возможность использования обычных SATA-кабелей с портами eSATA. Для предотвращения повреждений была увеличена длина контактов на разъеме с 5.5 до 6.0 мм. Сам кабель был дополнительно экранирован, а его коннектор доработан — он поддерживает до 5000 подключений/отключений, тогда как обычный — не более 50.
Вывести разъем eSATA можно и самостоятельно. Делается это через пассивный удлинитель, подключаемый к SATA-порту на материнской плате. В случае ноутбука он может быть выведен через адаптеры PC Card или ExpressCard. Правда, в этом случае максимальная длина провода ограничивается 1 метром. Поэтому для полноценной поддержки eSATA придется несколько переработать существующие контроллеры. В нашей статье "От Windows Vista к Windows XP или маленькая история глобального даунгрейда" мы подбирали драйвера как для SATA-контроллера Intel (что интегрирован в южный мост ICH8-M), так и для eSATA-контроллера JMicron.
Так зачем же нужен eSATA, когда есть USB 2.0 и FireWire 400/800? Ну прежде всего дело в скорости. Первый обеспечивает передачу данных до 60 Мбайт/с (да и то в теоретическом пике), а второй — 50/100 Мбайт/с. Этого недостаточно для самых быстрых жестких дисков. А некоторые производители ставят по два и более винчестеров в одну коробку, объединяя их порой в RAID-массивы, что делает USB и FireWire еще менее пригодными. Потом USB и FireWire не поддерживают функции, свойственные жестким дискам. Речь идет о таких технологиях как S.M.A.R.T. и NCQ. Они просто отключаются. В случае eSATA они полностью работоспособны.
Но есть у eSATA один недостаток. Он не способен передавать питание по кабелю, что требует дополнительного источника энергии для внешнего жесткого диска. Такой может подаваться как из розетки, так и из USB или FireWire под отдельному кабелю. Впрочем, в начале года организация SATA-IO объявила о ведении работ над данной проблемой. Во второй половине этого года она собирается представить версию eSATA, обеспечивающую достаточно питания для подключенных к разъему устройств.
Собственно это все что мы хотели рассказать о SATA/eSATA. Полагаем, что у последнего есть большие перспективы в будущем. Он определенно сможет вытеснить USB и FireWire с рынка внешних HDD.
Ethernet
Ethernet — это самый старый, самый распространенный и в то же время самый сложный стандарт из всех рассматриваемых в этой статье. Хотя если быть более корректными, то это даже не стандарт — это семейство сетевых технологий и стандартов, призванных обеспечить обмен данными между компьютерами. Именно между компьютерами (то есть равноправными участниками, если речь идет об одноранговой сети), а не между компьютером и периферией. В этом самое главное отличие Ethernet от остальных внешних проводных интерфейсов. Само название Ethernet происходит от английского слова "ether" — "эфир" (в плане радиоэфир, а не органическое соединение).
Вообще о локальных сетях пишут огромные тома книжек, а также годами подготавливают различных специалистов в этой области. Так что излагать всю подноготную данной технологии мы здесь не станем. Даже не коснемся топологии, типов коннекторов, способов шифрования, протоколов и других ее аспектов. Но вкратце затронем историю раннюю развития, основные текущие стандарты (для проводных версий, беспроводные описаны нами в статье "Беспроводные сети: локальные и немного глобальные") и перспективы развития.
Xerox PARC
Традиционно начнем с истории. Разработкой Ethernet в 1973-1975 годах занимались ученые Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) и Дэвид Боггс (David Boggs) в исследовательском центре Xerox PARC. Вообще в этом центре было создано очень много перспективных разработок, в число которых входят мышь и графические операционные системы.
Первое описание концепции Ethernet было опубликовано в начале 1974 года. В марте 1974 года R.Z. Bachrach ознакомился с ней и заметил, что ничего принципиально нового в технологии нет, а также что она содержит ошибку. На ошибку не обратили внимания, поскольку все работало и с ней. И лишь в 1994 году жареный петух клюнул в "одно место". Ошибка, получившая название "channel capture effect" (эффект захвата канала) вызывала коллизии при формировании очереди пакетов, которая была решена пересмотром служебной информации, отправляемой в заголовках пакетов. Она была довольно быстро решена без серьезных изменений существовавших протоколов.
В 1975 году Xerox подала документы на получение патента, а в 1976 году развернула экспериментальную сеть на территории комплекса Xerox PARC. Скорость передачи данных составляла порядка 3 Мбит/с, а все адреса были 8-битными. Позже их сделали 16-битными.
Меткалф покинул Xerox в 1979 году для продвижения идеи персональных компьютеров, а также объединения их в локальные сети. Всеми разработками занималась созданная им компания 3Com. Он убедил компании DEC, Intel и Xerox начать совместную работу над единым стандартом Ethernet. 30 сентября 1980 года он был опубликован. Скорость передачи данных составляла 10 Мбит/с с поддержкой 48-битной адресации (сейчас она скрывается под MAC-адресами). В то время он выступал конкурентом сетей ARCNET и Token Ring. В середине 80-х была создана новая версия Ethernet, где в дополнение к коаксиальному кабелю для объединения компьютеров применялась витая пара.
Сетевая карта Fast Ethernet
Теперь немного о современных скоростях работы Ethernet. Сетей со скоростью 10 Мбит/с уже почти не существуют, но 10 лет назад (плюс-минус несколько лет) они были очень распространены. 100 Мбит/с версия стандарта (известная также как Fast Ethernet) за последнее десятилетие получила огромнейшее распространение. Сегодня это наиболее популярный тип Ethernet для объединения компьютеров в единую сеть. А популярный он потому, что в большинстве случаев предлагает приемлемую скорость и его развертывание стоит дешевле всего.
Сетевая карта Gigabit Ethernet
Но прогресс не стоит на месте. Следующим шагом стало появление Gigabit Ethernet. Этот вариант сетей поднял максимальную скорость передачи данных еще на порядок — до 1 Гбит/с. Для передачи информации может использоваться как витая пара, так и оптоволокно. Последний вариант дороже, но в то же время предлагает более стабильное соединение, более вероятную возможность достижения максимальной скорости, а заодно и передачу данных на большие расстояния.
Сетевая карта 10Gbit Ethernet
В 2002 году был принят стандарт, получивший название IEEE 802.3ae, повышающий скорость работы Ethernet-сетей до 10 Гбит/с. Он предполагает использование как оптоволоконных кабелей, так и медной витой пары. Для единичного компьютера он, конечно, будет не так полезен (поскольку нет устройств, поддерживающих запись и чтение с такой скоростью), но для объединения датацентров и тому подобных задач он подходит достаточно хорошо.
Но совершенству, как известно, предела нет. В ноябре 2006 года было принято решение начать разработку более быстрой версии Ethernet — до 100 Гбит/с, что в 1000 раз быстрее, самой популярной сегодня Fast Ethernet.
В июле 2007 года комиссии, отвечающей за принятие стандартов из группы IEEE 802, был отправлен запрос на принятие стандарта IEEE 802.3ba. Он предполагает поддержку передачи данных на скорости до 40 и 100 Гбит/с. Поддерживаются расстояния от 10 метров (по медному кабелю) и до 40 км (по оптоволокну). Режим передачи данных — только Full-Duplex. 5 декабря 2007 года стандарт был принят. В феврале 2008 года уже были продемонстрированы первые устройства, способные передавать с такой скоростью.
Итак Ethernet. Данное семейство стандартов и протоколов сегодня используется практически всеми и практически везде. Хотя самой популярной версией пока остается дешевый Fast Ethernet (100 Мбит/с), в потребительский сегмент давно метит более быстрый Gigabit Ethernet. Поддержкой последнего уже заручились большинство сетевых карт, встроенных в материнские платы для настольных компьютеров, и ноутбуки. Но из-за сравнительно высокой стоимости роутеров и отсутствия насущной необходимости в десятикратном увеличении скорости внедряется он довольно вяло.
Самые быстрые стандарты Ethernet достигли скоростей 100 Гбит/с, что может быть полезно при объединении нескольких больших сетей. Такие широкие каналы будут иметь смысл только при их использовании на магистралях, но для единичного компьютера очень маловероятно. Ведь обмен данными на скорости 12.5 Гбайт/с (100 Гбит/с) внутри обычного ПК может вестись только между процессором и оперативной памятью (да и то, не во всех случаях), не говоря уже о жестких дисках, для которых предел пока составляет 120 Мбайт/с. В любом случае здесь нам застой не грозит — пространство для роста определенно есть.
HDMI
Нам осталось рассмотреть еще два интерфейса: HDMI и DisplayPort. Оба они имеют схожее предназначение - передача несжатого видео. Но первый более ориентирован на бытовую электронику, тогда как второй на подключение мониторов к компьютерам. В этом разделе мы остановимся на HDMI.
Логотип HDMI
Аббревиатура HDMI расшифровывается как "High-Definition Multimedia Interface" или "Мультимедийный интерфейс высокого разрешения". Взгляните на заднюю панель современного DVD-проигрывателя или ЖК-телевизора. Там в зависимости от уровня устройства и его производителя вы обнаружите разъемы для коаксиального и композитного кабелей, а также S-Video (эти чаще встречаются у видеокамер), SCART (есть почти на каждом телевизоре и видеопроигрывателе), D-SUB (такие попадаются на ЖК-телевизорах и ЖК-панелях) и некоторые другие. Все это разнообразие призван заменить HDMI.
Самая первая версия спецификаций HDMI 1.0 была представлена 9 декабря 2002 года. Ее разработали семь следующих компаний: Hitachi, Matsushita, Philips, Silicon Image, Sony, Thomson и Toshiba. Данный интерфейс обеспечивал следующие возможности: при частоте 165 МГц максимальное разрешение передаваемого видео составляет 1080p (1920x1080) или WUXGA (1920x1200), что обозначала максимальную скорость передачи данных 4.9 Гбит/с. Вместе с тем поддерживается передача восьмиканального 24-битного несжатого аудио с частотой 192 КГц, также как и любого другого сжатого формата — Dolby Digital или DTS.
Переходник DVI->HDMI
Не забыли и о совместимости с DVI (в частности DVI-I и DVI-D). Через переходник к DVI можно подключить устройство с поддержкой HDMI. Это может быть как монитор, так и ЖК-телевизор. Правда, некоторые возможности, присущие исключительно HDMI, поддерживаться не будут. Так аудио придется выводить по отдельному кабелю.
HDMI 1.1 представили в мае 2004 года. Спецификация добавляла только поддержку DVD-Audio. Годом позже, в августе 2005, вышел HDMI 1.2. Он позволил передавать звук в формате One Bit Audio, использующийся на дисках Super Audio CD (стандарт Sony). Стало возможно устанавливать HDMI-разъемы типа A (о типах разъемов чуть ниже) на компьютерные видеокарты. Для расширения поддержки компьютеров стало возможно передавать данные в стандартной для них RGB-палитре, тогда как палитра YCbCr CE осталась как опция. В декабре 2005 было представлено незначительное обновление, добавлявшее несколько дополнительных функций — HDMI 1.2a.
Куда более значимым стал анонс HDMI 1.3 22 июня 2006 года. Прежде всего увеличили частоту интерфейса до 340 МГц, повысив скорость передачи данных до 10.2 Гбит/с, а это в свою очередь позволило иметь дело с разрешениями до 2560х1600. Добавили опциональную поддержку нескольких новых палитр и новых аудио-форматов Dolby TrueHD и DTS-HD Master Audio, что используются на дисках HD DVD и Blu-ray. Появился новый тип C коннектора. В ноябре 2006 года имел место анонс HDMI 1.3a, внесший несколько корректировок в версию 1.3. Тоже самое делала и спецификация HDMI 1.3b, представленная 7 октября 2007 года.
HDMI type A
Теперь о типах HDMI-разъемов. На данный момент их три: HDMI Type A, Type B и Type C. Наиболее распространен первый. Он устанавливается как на ноутбуках, видеокартах, так и на DVD-плеерах, телевизорах и даже приставках Microsoft Xbox 360 и Sony PlayStation 3. Он имеет ширину 13.9 мм и высоту 4.45 мм, а также 19 контактов для передачи данных. Максимальная скорость для HDMI версии младше 1.3 — 4.9 Гбит/с, равной 1.3 или старше — 10.2 Гбит/с. Обратно совместим с single-link DVI.
HDMI type B
Для более высоких разрешений (вплоть до WQSXGA — 3200x2048) был создан разъем HDMI Type B. Он имеет ширину 21.2 мм и 29 контактов. По своим электрическим параметрам он совместим с dual-link DVI. В случае использования HDMI Type B скорость интерфейса выше в два раза.
Переходник HDMI type C -> HDMI type A
Ну и самый новый HDMI Type C, появившийся со стандартом версии 1.3. Это уменьшенная версия типа A, имеющая размеры 10.42 мм на 2.42 мм. Предназначена для установки на портативные устройства. Заметим, что Type A и Type C могут быть подсоединены через специальные кабель-проводник, тогда как Type B с ними не совместим.
Что касается спецификаций самого кабеля, то стандарт не устанавливает строгих рамок для производителей на использование материалов определенного типа, а также на максимальную длину. Варьируя первый параметр провод можно сделать длиннее или короче, а заодно дороже или дешевле.
Чтобы избежать путаницы (которая все-таки возникла) стандарт HDMI версии 1.3 определил два вида кабеля: Category 1 и Category 2. Первый должен быть в состоянии передавать любой из форматов HDTV (720p, 1080p и 1080i), тогда как второй — еще более емкие форматы видео и аудио. Так кабель первой категории длиной 5 метров будет стоить довольно мало. Но если вам требуется большая длина и разрешение, то придется обратить внимание на вторую категорию, для которой уже может использоваться как витая пара категорий 5 или 6, а то и оптоволокно. Цена самых дешевых HDMI-кабелей составляет порядка $15-25. Полагаем, что более длинные и скоростные версии могут обходится куда больше $100.
В заключение рассказа хотелось бы упомянуть об его беспроводной альтернативе — WirelessHD. Но ее спецификации были приняты только в начале 2008 года, так что широкого распространения данный стандарт еще не получил. Да и расстояние в большинстве случаев ограничено пределами одной комнаты. Зато проводов не надо.
Тем временем переходим к DisplayPort.
DisplayPort
Из всех описанных выше интерфейсов DisplayPort является самым молодым. Его самая первая версия была представлена в мае 2006 года. 2 апреля 2007 года была утверждена версия 1.1. Именно она сегодня и поддерживается производителями оборудования. Главное отличие DisplayPort от HDMI заключается в большей компьютерной ориентации первого. Он предназначен для соединения ПК с монитором или системой домашнего кинотеатра (а не DVD-плеера и ЖК-панели и т.д.). Именно этот стандарт был принят VESA (Video Electronics Standards Association) в качестве приемника современных D-SUB (VGA) и DVI.
Логотип DisplayPort
Передача данных через DisplayPort осуществляется через четыре канала, пропускная способность каждого из которых может быть от 1.6 до 2.7 Гбит/с. Таким образом через этот интерфейс максимум можно "прогнать" до 10.8 Гбит/с. Число каналов производитель также может варьировать от 1 до 4. Разрядность цвета может быть от 6 до 16 бит на цветовой канал. Имеется и технический канал, работающий на скорости до 1 Мбит/с, передающий технические данные о подключенном устройстве, а также предназначенный для управления и настройки.
Пока что максимальное разрешение для DisplayPort составляет 2560х1600, но этот стандарт разработан таким образом, что его очень просто модернизировать. Имеется также и опциональная поддержка шифрования DPCP (DisplayPort Content Protection), разработанная ATI (ныне AMD).
Умеет DisplayPort передавать и аудио. Несжатое, восьмиканальное с частотой 192 КГц, разрядностью до 24 бит и максимальным битрейтом 6.144 Мбит/с. В этом отношении DisplayPort отстает от HDMI, который поддерживает еще множество сжатых форматов.
По своим сигнальным и электрическим параметрам DisplayPort не совместим с HDMI и DVI. Но если использовать активный переходник-преобразователь, будет возможно подключить старый монитор к новой видеокарте и наоборот.
Коннектор DisplayPort
Разъем DisplayPort имеет 20 контактов. Он существует только в одной версии, не как HDMI или DVI в трех. Длина кабеля составляет 3 метра для максимального разрешения, либо 15 метров для формата 1080p. В будущем планируется внедрить поддержку оптоволоконных проводов, что позволит значительно увеличить максимальную длину.
На данный момент несколько производителей уже представили мониторы на основе DisplayPort. Среди них выделилась Dell, выпустившая 24- и 30-дюймовые модели с поддержкой новейшего интерфейса.
Резюме
Сегодня мы живем на пороге внедрения новых высокоскоростных стандартов связи компьютерного оборудования. USB 2.0, FireWire 400, SATA II и Ethernet (в частности Fast и Gigabit) уже прочно вошли в нашу жизнь и практически достигли своего максимального предела по скорости. На этот процесс понадобилось несколько лет. Теперь организации, занимающиеся их разработкой, уже анонсировали, а через год готовы представить финальные спецификации более быстрых версий. Полагаем, первые устройства с поддержкой USB 3.0 и FireWire 3200 увидят свет в следующем году.
Комплектация разъемом eSATA современных системных плат и ноутбуков подтверждает успех этого интерфейса. Он однозначно лучше подходит для внешних хранилищ данных, чем USB или FireWire, поскольку почти не отличается от своего внутреннего аналога SATA. Пока что скорость eSATA составляет 3 Гбит/с. Но в скором будущем она может быть увеличена вдвое до 6 Гбит/с. Особенно если производители не станут брезговать возможностью подключать несколько жестких дисков к одному разъему.
Перспективы развития Ethernet для среднего потребителя мало интересны. Обычному компьютеру хватает скорости 1 Гбит/с, тогда как уже готов стандарт, позволяющий вести обмен данными в 100 раз быстрее. Куда полезнее он будет для крупных корпораций, которым требуется объединять в сети большие датацентры.
HDMI и DisplayPort — это наше будущее в области мультимедиа. Первый уже активно устанавливается на ноутбуках и постепенно приходит на видеокарты. Полагаем, что через год-два он окончательно сможет вытеснить S-Video, SCART, коаксиальный и другие аналоговые разъемы. DisplayPort вряд ли приживется в бытовой электронике, но вот в мониторах очень может быть. С момента его выхода прошло около двух лет, а производители мониторов уже "зашевелились", анонсируя поддержку нового типа разъема. Полагаем, долгое время он будет сосуществовать с DVI, как этот в свою очередь уже долго сосуществует с D-SUB.
Несмотря на стремительное развитие беспроводных стандартов связи (описанных нами в соответствующей статье) проводные интерфейсы все же остаются более надежными и в перспективе более скоростными. Поэтому в ближайшее десятилетие они вряд ли будут полностью вытеснены, особенно из консервативного корпоративного сегмента, где на первом месте всегда ставились стабильность и надежность. И, как ясно из этой статьи, прогресс в области "проводов" пока останавливаться не собирается.
