19)Интерфейс Bluetooth. Назначение и технические характеристики.
Bluetooth — Технология беспроводного соединения мобильных устройств Bluetooth — это радиотехнология (радио-интерфейс) малой мощности, разработанная с целью замены существующих кабельных соединений персональных офисной и бытовой техники с широким спектром переносных устройств.
Технология использует FHSS — скачкообразную перестройку частоты (1600 скачков/с) с расширением спектра. При работе передатчик переходит с одной рабочей частоты на другую по псевдослучайному алгоритму. Для полнодуплексной передачи используется дуплексный режим с временным разделением (TDD). Поддерживается изохронная и асинхронная передача данных и обеспечивается простая интеграция с TCP/IP. Временные интервалы (Time Slots) развертываются для синхронных пакетов, каждый из которых передается на своей частоте радиосигнала.
Энергопотребление устройств Bluetooth должно быть в пределах 0.1 Вт. Каждое устройство имеет уникальный 48-битовый сетевой адрес, совместимый с форматом стандарта локальных сетей IEEE 802.
20)Интерфейс usb. Назначение и технические характеристики. Конструкция разъемов.
USB (англ. Universal Serial Bus) — универсальная последовательная шина, предназначенная для периферийных устройств.
Шина USB представляет собой последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. Для высокоскоростных устройств лучше применять FireWire.
USB-кабель представляет собой две витые пары: по одной паре происходит передача данных в каждом направлении (дифференциальное включение), а другая пара используется для питания периферийного устройства (+5 В). Благодаря встроенным линиям питания, обеспечивающим ток до 500 мА, USB часто позволяет применять устройства без собственного блока питания (если эти устройства потребляют ток силой не более 500 мА).
К одному контроллеру шины USB можно подсоединить до 127 устройств через цепочку концентраторов (они используют топологию «звезда»).
В отличие от многих других стандартных типов разъемов, для USB характерны долговечность и механическая прочность.
-высокая скорость обмена — 12 Мбит/с
-максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена — 3 м
-низкая скорость обмена — 1,5 Мбит/с
-максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена — 5 м
-максимальное количество подключённых устройств (включая размножители) — 127
-возможно подключение устройств с различными скоростями обмена
-напряжение питания для периферийных устройств — 5 В
-максимальный ток потребления на одно устройство — 500 мA
USB 2.0 отличается от USB 1.1 только большей скоростью и небольшими изменениями в протоколе передачи данных для режима Hi-speed (480Мбит/сек).
21)Аппаратные и программные аспекты «горячего» подключения устройств к интерфейсу.
Горячая замена (англ. Hot Swap — горячая замена и англ. HotPlug — горячее подключение) — термины означающие отключение или подключение электронного оборудования в/к (компьютерной) системе во время её работы без выключения питания и остановки (системы) (HotPlug), а также замену (переподключение) блока в целом (Hot Swap). Также существует термин, обозначающий противоположность горячей замене — Холодная замена, то есть все (пере)подключения производятся после остановки системы и снятия напряжения (остаточного потенциала).
Ранее оборудование, предназначенное для подключением во время работы, связанного с заменой, использовалось только в дорогих системах и считалось сложным в проектировании. В последнее время подобные системы стали распространенными даже на недорогих компьютерах.
-Предназначены для горячей замены и, следовательно, поддерживают горячую замену стандарты PCMCIA, USB, FireWire, Fibre Channel и eSATA. Среди устройств этого типа — флеш-накопители, некоторые жесткие диски в том числе для массивов в серверах, карты расширения форматов PCI-X, PCI Express, ExpressCard(PCMCIA, также ранее называемые PC Cards), находящие применение в ноутбуках и даже некоторые блоки питания.
-Не поддерживает полноценную горячую замену дисковые интерфейсы SATA и полностью не поддерживает протокол IDE (IDE поддерживает горячее подключение) .
Термин «горячее подключение» также используется применительно к программному обеспечению и означает возможность изменять программу без остановки ее выполнения. Такую возможность поддерживают лишь несколько языков программирования, включая Lisp, Erlang и Smalltalk. Язык Java поддерживает эту возможность только в процессе работы отладчика (Java Platform Debugger Architecture, JPDA).
22)Интерфейс FireWire (IEEE-1394). Назначение и технические характеристики.
IEEE 1394 (FireWire, i-Link) — последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами.
Компания Apple продвигает стандарт под торговой маркой FireWire. Компания Sony продвигает стандарт под торговой маркой i.LINK.
Цифровой интерфейс — позволяет передавать данные между цифровыми устройствами без потерь информации
Небольшой размер — тонкий кабель заменяет груду громоздких проводов
Простота в использовании — отсутствие терминаторов, идентификаторов устройств или предварительной установки
Горячее подключение — возможность переконфигурировать шину без выключения компьютера
Небольшая стоимость для конечных пользователей
Различная скорость передачи данных — 100, 200 и 400 Мбит/с (800, 1600Мбит/с IEEE 1394b)
Гибкая топология — равноправие устройств, допускающее различные конфигурации
Высокая скорость — возможность обработки мультимедиа-сигнала в реальном времени
Открытая архитектура — отсутствие необходимости использования специального программного обеспечения
Наличие питания прямо на шине (маломощные устройства могут обходиться без собственных блоков питания). До полутора ампер и напряжение от 8 до 40 вольт.
Подключение до 63 устройств.
Шина IEEE 1394 может использоваться с:
Аудио и видео мультимедийными устройствами
Жёсткими дисками, массивами RAID
Цифровыми видеокамерами и видеомагнитофонами
Организация уcтройств IEEE 1394
Уcтройства IEEE 1394 огранизованы по 3 уровневой схеме – Transaction, Link и Physical, соответствующие трем нижним уровням модели OSI.
Transaction Layer — маршрутизация потоков данных с поддержкой асинхронного протокола записи-чтения. Link Layer — формирует пакеты данных и обеспечивает их доставку. Physical Layer — преобразование цифровой информации в аналоговую для передачи и наоборот, контроль уровня сигнала на шине, управление доступом к шине.
Связь между шиной PCI и Transaction Layer осуществляет Bus Manager. Он назначает вид устройств на шине, номера и типы логических каналов, обнаруживает ошибки.
Данные передаются кадрами длиной 125 мксек. В кадре размещаются временные слоты для каналов. Возможен как синхронный, так и асинхронный режимы работы. Каждый канал может занимать один или несколько временных слотов. Для передачи данных устройство-передатчик просит предоставить синхронный канал требуемой пропускной способности. Если в передаваемом кадре есть требуемое количество временных слотов для данного канала, поступает утвердительный ответ и канал предоставляется.
Интерфейс Bluetooth
Интерфейсы с беспроводной средой передачи данных все более востребованы в современном мире и применяются для неответственных приложений. Внедрение IrDA позволило унифицировать соединения между различным периферийным оборудованием и базовыми устройствами. Небольшая производительность канала обмена данными не позволила использовать оптическую среду для более сложных задач.
Бóльшими возможностями обладает радиосреда передачи данных. Ее пропускная способность выше, не требуется прямой видимости между портами, возможна реализация полнодуплексного режима. Такие свойства заложены в спецификацию стандарта Bluetooth. Первоначально он разработан консорциумом фирм-производителей мобильных электронных устройств. Позже разработка была поддержана IEEE, что и выразилось в создании стандарта IEEE.802.15.1.
Архитектура интерфейса Bluetooth может быть как магистральной, так и радиальной. В радиальном варианте функциональность системы в части передачи синхронных данных шире. Магистральный вариант реализуется посредством пикосетей. В пикосеть входит одно устройство, являющееся контроллером, и до 255 оконечных устройств.
Одновременно могут быть активными только 8 портов. Остальные находятся в неактивном режиме до команды активизации от контроллера. Пикосети могут взаимодействовать между собой, так как контроллер одной из них может являться одновременно оконечным устройством другой.
Каждому изделию с Bluetooth при изготовлении присваивается уникальный 27-разрядный адрес, подобно тому, как это принято в интерфейсе 1-Wire.
Радиообмен в Bluetooth происходит на частотах от 2,4 до 2,4835 ГГц. Данный диапазон практически во всех странах является не лицензируемым и может быть использован свободно. Весь этот диапазон разделен на 76 каналов. В конкретный момент времени обмен происходит только по одному из них.
Конфигурации пикосетей Bluetooth (рис. 5.3):
A). Радиальное соединение. Контроллер связан только с одним оконечным устройством. В этом случае нет необходимости использовать при обращении 27-битный адрес, что повышает пропускную способность системы.
Б). Типичная пикосеть. С одним контроллером связано несколько оконечных устройств.
B). Связанные пикосети. Каждая из них работает независимо, но поскольку контроллер одной из них является одновременно оконечным устройством другой, возможен обмен данными между портами обеих сетей.
Рис. 5.3. Конфигурации пикосетей Bluetooth:
К – контроллер; ОУ – оконечное устройство
После передачи одного пакета данных обмен переходит на другой канал. Частота переходов до 1600 Гц. Выбор каналов осуществляется по псевдослучайному алгоритму, единому для пикосети. В этом алгоритме одной из переменных является адрес контроллера, поэтому для каждой пикосети последовательность использования каналов разная.
Для внешних по отношению к пикосети устройств такой широкополосный сигнал подобен шуму, не сильно влияет на связь в других системах. Помехи от них также не сильно влияют на работу пикосети, так как в случае ошибки обмена данными повторная передача происходит по другому каналу.
Любой порт интерфейса Bluetooth, попавший в зону действия пикосети, пытается войти в нее. Контроллер пикосети не разрешает этого до подтверждения оператора. Оператор может признать новое устройство «своим», его уникальный адрес запоминается контроллером, и при следующем контакте вмешательство оператора уже не требуется.
Интерфейс Bluetooth поддерживает синхронный и асинхронный режимы обмена данными. Синхронный режим возможен только в случае радиального соединения контроллера с оконечным устройством. Контроль передачи при этом не ведется. Производительность интерфейса в синхронном режиме дает возможность организовать до 3 каналов передачи голосовой информации.
Асинхронный режим позволяет достичь высокой надежности обмена данными. Передача каждого пакета данных квитируется. В случае ошибки приема передача сбойного пакета повторяется.
Стандартный пакет Bluetooth содержит код доступа пикосети (72 бита), заголовок (18 бит, рис. 5.4) и поле информации (не более 2745 бит). Заголовок или информация могут отсутствовать.
Рис. 5.4. Заголовок пакета Bluetooth
Код доступа идентифицирует пакеты данной пикосети. Он включает уникальный адрес контроллера и контрольную сумму.
- AM_ADDR – адрес оконечного устройства (3 бита);
- TYPE – код типа данных (4 бита);
- FLOW – готовность оконечного устройства (1 бит);
- ARQN – подтверждение правильности приема (1 бит);
- SRQN – последовательность пакетов (1 бит);
- НЕС – контрольная сумма (8 бит).