Глава 28. Интерфейсы USB 3.0, USB 3.1 и SATA
Актуальность интерфейса USB 3.0
Интерфейс USB 2.0 успешно решил задачу, которая ставилась его создателями. Он практически вытеснил все морально устаревшие внешние интерфейсы для подключения периферии к компьютеру, возведя в ранг само собой разумеющихся такие функции, как «горячее» подключение, автоматическая распознавание (идентификация) и установка драйверов, простое расширение количества портов, подключение устройств по цепочке.
Благодаря интерфейсу USB есть внешние сменные накопители, не требующие специальных приводов для своей работы, не требуются дополнительные устройства и программное обеспечение для обмена данными с любыми мультимедийными, коммуникационными устройствами. Интерфейс USB 2.0 — по-настоящему универсальный и гибкий интерфейс, снявший большое количество ограничений и упростивший работу с компьютером для людей, слабо разбирающихся в технике.
Тем не менее и у интерфейса USB 2.0 имеются недостатки.
Максимальная теоретическая пропускная способность интерфейса USB 2.0 составляет 480М бит/с, что соответствует скорости передачи не более 60М байт/с. В реальности эта цифра практически недостижима, и приходится довольствоваться скоростью около 30М байт/с, что почти вдвое меньше возможного максимума. Это связано с высокими "накладными расходами" протокола на согласование передачи данных. Помимо этого, у стандарта USB 2.0 есть и другие ограничения - возможна только односторонняя передача данных, а максимальный потребляемый ток с одного порта не превышает 500 мА.
Разумеется, далеко не все приведенные ограничения являются критичными при повседневном использовании. Так, USB-флэш накопители не требуют большого тока, а их скорость передачи часто не превосходит реальных возможностей интерфейса USB 2.0. Однако современные жесткие диски, даже форм-фактора 2.5" со скоростью вращения 5400 об/мин, значительно производительнее, и скорость обмена данными с ними уже может ограничиваться скоростью интерфейса. Это еще более заметно в случае использования внешних накопителей, использующих стандартные жесткие диски 3,5", скорость которых в настоящее время превышает 100 Мбайт/с.
Очевидно, что возникла необходимость перейти к использованию более скоростного интерфейса в периферийных устройствах. На смену интерфейсу USB 2.0 пришла новая версия – интерфейс USB 3.0.
Основные особенности интерфейса USB 3.0 следующие:
максимальная теоретическая скорость передачи равна 5 Гбит/с;
поддерживается одновременная двунаправленная передача данных (full duplex);
кардинально переработан механизм согласования передачи, что позволяет подключаемым устройствам использовать гораздо больший процент от максимальной теоретической пропускной способности шины, чем в случае интерфейса USB 2.0.
стандарт допускает максимальный потребляемый ток порта USB до 900 мА, что значительно расширяет круг подключаемых к компьютеру мобильных устройств, которые вполне могут обойтись без отдельного блока питания.
Интерфейс USB 3.0 получил статус официального в 2008 году. При создании этого интерфейса разработчики ставили перед собой сразу четыре противоречивые задачи:
1) повысить скорость подключения устройств как минимум в 10 раз;
2) обеспечить полную совместимость с интерфейсом USB 2.0 как для устройств, так и для компьютера (хоста);
3) обеспечить экономный расход энергии интерфейсом и устройствами;
4) улучшить возможности питания устройств по интерфейсу USB.
Задача снижения энергопотребления стала особенно актуальной с развитием мобильных технологий. Дело в том, что во многих мобильных устройствах подключение внутренних устройств осуществляется по интерфейсу USB, проложенному внутри корпуса. Это касается прежде всего веб-камер, кардридеров, модулей Bluetooth, некоторых модулей Wi-Fi. В то же время интерфейс USB изначально не был рассчитан на мобильные системы и имел достаточно простую схему управления энергопотреблением. Кроме того, в силу особенностей архитектуры он интенсивно «нагружал» все каналы (трафик, по сути, является широковещательным, доводится до всех устройств).
Все вышеперечисленные задачи были успешно решены, но не совсем стандартным способом.
