На выставке Comdex’93 было впервые продемонстрировано небывалое по тем временам достижение: компьютер в одном окне показывал видеоклип с жесткого диска, а в другом - полномасштабную видеозапись в реальном времени, которая считывалась с цифровой видеокамеры. Процессор компьютера при этом не тратил вычислительные ресурсы на показ видео в реальном времени, поскольку в видеопамять по шине 1394 поступала уже сформатированная картинка.
Изобретателем нового высокоскоростного последовательного интерфейса является фирма Apple. Еще в 1986 году она предложила использовать подобный метод при построении системной шины, а также внешнего и внутреннего интерфейса для подключения отдельных компонентов и высокоскоростных периферийных устройств для компьютеров Macintosh. FireWire (такое название дала ему фирма Apple) вначале разрабатывался как высокоскоростной последовательный вариант SCSI. Взяв за основу относительно медленную шину, инженеры Apple сначала увеличили скорость передачи данных до 50 Мбит/с, а затем еще в два раза.
Основными требованиями при разработке этого интерфейса были следующие: двунаправленная скорость передачи до 400 Мбит/с (в настоящее время готовятся к выходу устройства, работающие на скоростях до 800 Мбит/с), а также возможность «горячего» подключения, то есть подсоединения внешних устройств без перезагрузки системы. Общее число подключенных устройств в одном бридже может достигать 63.
Решение Apple «открыть» стандарт привело к сотрудничеству с заинтересованными в таком проекте разработчиками из Texas Instruments, Stewart Connector, Molex, Adaptec и Western Digital (впоследствии к ним присоединился IBM, представитель которого и возглавил работы над всем проектом).
В стандарте кабелей FireWire существует два варианта кабелей с общим экраном: 6-проводной со скоростью обмена до 400 Мбит/с и 4-проводной (без проводов питания) со скоростью обмена до 100 Мбит/с. Они заканчиваются небольшими компактными разъемами.
Техническое описание этой шины в виде стандарта IЕЕЕ-1394 (IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers) вышло в 1990 году. А к моменту публикации окончательного варианта стандарта на шину IEEE-1394 максимальная скорость обмена данных по шине достигла 400 Мбит/с.
Массовое распространение новинка получила главным образом после заключения в конце апреля 1995 года лицензионного соглашения между фирмами Apple и Adaptec, в результате чего вскоре появились контроллеры Adaptec IEEE-1394, а чуть позже - и цифровые DV-камеры фирмы Sony с вариантом соединения по FireWire-интерфейсу (i.Link). Таким образом, данный интерфейс начал широко применяться в области цифрового видео, хотя основным его назначением и областью его развития и совершенствования были и остаются компьютерные технологии.
Прежде всего, посмотрите на заднюю стенку своего компьютера. Там можно найти множество всяких разъемов: последовательный порт для модема, принтерный порт для принтера, разъемы для клавиатуры, мыши и монитора, SCSI-интерфейс, предназначенный для подключения внешних носителей информации и сканеров, разъемы для подключения аудио и MIDI устройств, а также для устройств захвата и работы с видеоизображениями. Это изобилие сбивает с толка пользователей и создает беспорядок из соединительных кабелей. Причем, нередко производители ноутбуков используют и другие типы коннекторов.
Новый интерфейс призван избавить пользователей от этой мешанины и к тому же имеет полностью цифровой интерфейс. Таким образом, данные с компакт-дисков и цифровых магнитофонов смогут передаваться без искажений, потому что в настоящее время эти данные сначала конвертируются в аналоговый сигнал, а затем обратно оцифровываются устройством-получателем сигнала. Кабельное телевидение, радиовещание и видео CD передают данные также в цифровом формате.
Цифровые устройства генерируют большие объемы данных, необходимые для передачи качественной мультимедиа-информации. Например:
Высококачественное видео Цифровые данные = (30 frames / second) (640 x 480 pels) (24-bit color / pel) = 221 Mbps
Видео среднего качества Цифровые данные = (15 frames / second) (320 x 240 pels) (16-bit color / pel) = 18 Mbps
Высококачественное аудио Цифровые данные = (44,100 audio samples / sec) (16-bit audio samples) (2 audio channels for stereo) = 1.4 Mbps
Аудио среднего качества Цифровые данные = (11,050 audio samples / sec) (8-bit audio samples) (1 audio channel for monaural) = 0.1 Mbps
Обозначение Mbps - мегабит в секунду.
Для решения всех этих проблем и высокоскоростной передачи данных была разработана шина IEEE 1394 (Firewire).
Горячее подключение - возможность переконфигурировать шину без выключения компьютера
Различная скорость передачи данных - 100, 200 и 400 Мбит/с в стандарте IEEE 1394/1394a, дополнительно 800 и 1600 Мбит/с в стандарте IEEE 1394b и 3200 Мбит/с в спецификации S3200.
Гибкая топология - равноправие устройств, допускающее различные конфигурации (возможность «общения» устройств без компьютера)
Высокая скорость - возможность обработки мультимедиа-сигнала в реальном времени
Поддержка изохронного трафика
Поддержка атомарных операций - сравнение/обмен, атомарное увеличение (операции семейства LOCK - compare/swap, fetch/add и т. д.).
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 для:
Создания компьютерной сети.
Подключения аудио и видео мультимедийных устройств.
Подключения принтеров и сканеров.
Подключения жёстких дисков, массивов RAID.
Шесть контактов FireWire подсоединены к двум проводам, идущим к источнику питания, и двум витым парам сигнальных проводов. Каждая витая пара и весь кабель в целом экранированы.
Провода питания рассчитаны на ток до 1,5 А при напряжении от 8 до 40 В, поддерживают работу всей шины, даже когда некоторые устройства выключены. Они также делают ненужными кабели питания во многих устройствах. Не так давно инженеры Sony разработали еще более тонкий четырехпроводный кабель, в котором отсутствуют провода питания. (Они намерены добавить свою разработку к стандарту.) Этот так называемый AV-разъем будет связывать небольшие устройства, как "листья" с "ветками" 1394.
Гнездо разъема имеет небольшие размеры. Ширина его составляет 1/10 ширины гнезда разъема SCSI, у него всего шесть контактов (у SCSI - 25 или 50 разъемов).
К тому же кабель 1394 тонкий - приблизительно в три раза тоньше, чем кабель SCSI. Секрет тут прост - ведь это последовательная шина. Все данные посылаются последовательно, а не параллельно по разным проводам, как это делает шина SCSI.
Устройство может иметь до 4 портов (разъёмов). В одной топологии может быть до 64 устройств. Максимальная длина пути в топологии - 16. Топология древовидная, замкнутые петли не допускаются.
При присоединении и отсоединении устройства происходит сброс шины, после которого устройства самостоятельно выбирают из себя главное, пытаясь взвалить это «главенство» на соседа. После определения главного устройства становится ясна логическая направленность каждого отрезка кабеля - к главному или же от главного. После этого возможна раздача номеров устройствам. После раздачи номеров возможно исполнение обращений к устройствам.
Во время раздачи номеров по шине идет трафик пакетов, каждый из которых содержит в себе количество портов на устройстве, а также ориентацию каждого порта - не подключен/к главному/от главного, а также максимальную скорость каждой связи (2 порта и отрезок кабеля). Контроллер 1394 принимает эти пакеты, после чего стек драйверов строит карту топологии (связей между устройствами) и скоростей (наихудшая скорость на пути от контроллера до устройства).
Операции шины делятся на асинхронные и изохронные.
Асинхронные операции - это запись/чтение 32-битного слова, блока слов, а также атомарные операции. Асинхронные операции используют 24-битные адреса в пределах каждого устройства и 16-битные номера устройств (поддержка межшинных мостов). Некоторые адреса зарезервированы под главнейшие управляющие регистры устройств. Асинхронные операции поддерживают двухфазное исполнение - запрос, промежуточный ответ, потом позже окончательный ответ.
Изохронные операции - это передача пакетов данных в ритме, строго приуроченном к ритму 8 КГц, задаваемому ведущим устройством шины путем инициации транзакций «запись в регистр текущего времени». Вместо адресов в изохронном трафике используются номера каналов от 0 до 31. Подтверждений не предусмотрено, изохронные операции есть одностороннее вещание.
Изохронные операции требует выделения изохронных ресурсов - номера канала и полосы пропускания. Это делается атомарной асинхронной транзакцией на некие стандартные адреса одного из устройств шины, избранного как «менеджер изохронных ресурсов».
Помимо кабельной реализации шины, в стандарте описана и наплатная (реализации неизвестны).
Стандарт 1394 определяет общую структуру шины, а также протокол передачи данных и разделения носителя. Древообразная структура шины всегда имеет "корневое" устройство, от которого происходит ветвление к логическим "узлам", находящимся в других физических устройствах.
Корневое устройство отвечает за определенные функции управления. Так, если это ПК, он может содержать мост между шинами 1394 и PCI и выполнять некоторые дополнительные функции по управлению шиной. Корневое устройство определяется во время инициализации и, будучи однажды выбранным, остается таковым на все время подключения к шине.
Сеть 1394 может включать до 63 узлов, каждый из которых имеет свой 6-разрядный физический идентификационный номер. Несколько сетей могут быть соединены между собой мостами. Максимальное количество соединенных шин в системе - 1023. При этом каждая шина идентифицируется отдельным 10-разрядным номером. Таким образом, 16-разрядный адрес позволяет иметь до 64449 узлов в системе. Поскольку разрядность адресов устройств 64 бита, а 16 из них используются для спецификации узлов и сетей, остается 48 бит для адресного пространства, максимальный размер которого 256 Терабайт (256х10244 байт) для каждого узла.
Конструкция шины удивительно проста. Устройства могут подключаться к любому доступному порту (на каждом устройстве обычно 1 - 3 порта). Шина допускает "горячее" подключение - соединение или разъединение при включенном питании. Нет также необходимости в каких-либо адресных переключателях, поскольку отсутствуют электронные адреса. Каждый раз, когда узел добавляется или изымается из сети, топология шины автоматически переконфигурируется в соответствии с шинным протоколом.
Однако есть несколько ограничений. Между любыми двумя узлами может существовать не больше 16 сетевых сегментов, а в результате соединения устройств не должны образовываться петли. К тому же для поддержки качества сигналов длина стандартного кабеля, соединяющего два узла, не должна превышать 4,5 м.
Интерфейс позволяет осуществлять два типа передачи данных: синхронный и асинхронный. При асинхронном методе получатель подтверждает получение данных, а синхронная передача гарантирует доставку данных в необходимом объеме, что особенно важно для мультимедийных приложений.
Протокол IEEE 1394 реализует три нижних уровня эталонной модели Международной организации по стандартизации OSI: физический, канальный и сетевой. Кроме того, существует "менеджер шины", которому доступны все три уровня. На физическом уровне обеспечивается электрическое и механическое соединение с коннектором, на других уровнях - соединение с прикладной программой.
На физическом уровне осуществляется передача и получение данных, выполняются арбитражные функции - для того чтобы все устройства, подключенные к шине Firewire, имели равные права доступа.
На канальном уровне обеспечивается надежная передача данных через физический канал, осуществляется обслуживание двух типов доставки пакетов - синхронного и асинхронного.
На сетевом уровне поддерживается асинхронный протокол записи, чтения и блокировки команд, обеспечивая передачу данных от отправителя к получателю и чтение полученных данных. Блокировка объединяет функции команд записи/чтения и производит маршрутизацию данных между отправителем и получателем в обоих направлениях.
"Менеджер шины" обеспечивает общее управление ее конфигурацией, выполняя следующие действия: оптимизацию арбитражной синхронизации, управление потреблением электрической энергии устройствами, подключенными к шине, назначение ведущего устройства в цикле, присвоение идентификатора синхронного канала и уведомление об ошибках.
Чтобы передать данные, устройство сначала запрашивает контроль над физическим уровнем. При асинхронной передаче в пакете, кроме данных, содержатся адреса отправителя и получателя. Если получатель принимает пакет, то подтверждение возвращается отправителю. Для улучшения производительности отправитель может осуществлять до 64 транзакций, не дожидаясь обработки. Если возвращено отрицательное подтверждение, то происходит повторная передача пакета.
В случае синхронной передачи отправитель просит предоставить синхронный канал, имеющий полосу частот, соответствующую его потребностям. Идентификатор синхронного канала передается вместе с данными пакета. Получатель проверяет идентификатор канала и принимает только те данные, которые имеют определенный идентификатор. Количество каналов и полоса частот для каждого зависят от приложения пользователя. Может быть организовано до 64 синхронных каналов.
Шина конфигурируется таким образом, чтобы передача кадра начиналась во время интервала синхронизации. В начале кадра располагается индикатор начала и далее последовательно во времени следуют синхронные каналы 1, 2… На рисунке изображен кадр с двумя синхронными каналами и одним асинхронным.
Оставшееся время в кадре используется для асинхронной передачи. В случае установления для каждого синхронного канала окна в кадре шина гарантирует необходимую для передачи полосу частот и успешную доставку данных.
Или Firewire - это последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами. Благодаря невысокой цене и большой скорости передачи данных эта шина становится новым стандартом шины ввода-вывода для персонального компьютера. Ее изменяемая архитектура и одноранговая топология делают Fireware идеальным вариантом для подключения жестких дисков и устройств обработки аудио- и видеоинформации. Эта шина также идеально подходит для работы мультимедийных приложений в реальном времени. В этом материале приведены некоторые общие сведения о стандарте IEEE 1394.
Прежде всего, посмотрите на заднюю стенку своего компьютера. Там можно найти множество всяких разъемов: последовательный порт для модема, принтерный порт для принтера, разъемы для клавиатуры, мыши и монитора, SCSI-интерфейс, предназначенный для подключения внешних носителей информации и сканеров, разъемы для подключения аудио и MIDI устройств, а также для устройств захвата и работы с видеоизображениями. Это изобилие сбивает с толка пользователей и создает беспорядок из соединительных кабелей. Причем, нередко производители ноутбуков используют и другие типы коннекторов.
Новый интерфейс призван избавить пользователей от этой мешанины и к тому же имеет полностью цифровой интерфейс. Таким образом, данные с компакт-дисков и цифровых магнитофонов смогут передаваться без искажений, потому что в настоящее время эти данные сначала конвертируются в аналоговый сигнал, а затем обратно оцифровываются устройством-получателем сигнала. Кабельное телевидение, радиовещание и видео CD передают данные также в цифровом формате.
Цифровые устройства генерируют большие объемы данных, необходимые для передачи качественной мультимедиа-информации. Например:
Высококачественное видео
Цифровые данные = (30 frames / second) (640 x 480 pels) (24-bit color / pel) = 221 Mbps
Видео среднего качества
Цифровые данные = (15 frames / second) (320 x 240 pels) (16-bit color / pel) = 18 Mbps
Высококачественное аудио
Цифровые данные = (44,100 audio samples / sec) (16-bit audio samples) (2 audio channels for stereo) = 1.4 Mbps
Аудио среднего качества
Цифровые данные = (11,050 audio samples / sec) (8-bit audio samples) (1 audio channel for monaural) = 0.1 Mbps
Обозначение Mbps - мегабит в секунду.
Для решения всех этих проблем и высокоскоростной передачи данных была разработана шина IEEE 1394 (Firewire).
Стандарт поддерживает пропускную способность шины на уровнях 100, 200 и 400 Мбит/с. В зависимости от возможностей подключенных устройств одна пара устройств может обмениваться сигналами на скорости 100 Мбит/с, в то время как другая на той же шине - на скорости 400 Мбит/с. В начале следующего года будут реализованы две новые скорости - 800 и 1600 Мбит/с, которые в настоящее время предлагаются как расширение стандарта. Такие высокие показатели пропускной способности последовательной шины практически исключают необходимость использования параллельных шин, основной задачей которых станет передача потоков данных, например несжатых видеосигналов, внутри компьютера.
Таким образом, Firewire удовлетворяет всем вышеперечисленным требованиям, включая:
Простейшая система для видеоконференций, построенная на шине IEEE 1394, использующая два 15 fps аудио/видео канала загрузит всего третью часть 100Mbps интерфейса 1394. Но, в принципе, для этой задачи возможно и использование 400Mbps интерфейса.
Шесть контактов FireWire подсоединены к двум проводам, идущим к источнику питания, и двум витым парам сигнальных проводов. Каждая витая пара и весь кабель в целом экранированы.
Провода питания рассчитаны на ток до 1,5 А при напряжении от 8 до 40 В, поддерживают работу всей шины, даже когда некоторые устройства выключены. Они также делают ненужными кабели питания во многих устройствах. Не так давно инженеры Sony разработали еще более тонкий четырехпроводный кабель, в котором отсутствуют провода питания. (Они намерены добавить свою разработку к стандарту.) Этот так называемый AV-разъем будет связывать небольшие устройства, как "листья" с "ветками" 1394.
Гнездо разъема имеет небольшие размеры. Ширина его составляет 1/10 ширины гнезда разъема SCSI, у него всего шесть контактов (у SCSI - 25 или 50 разъемов).
К тому же кабель 1394 тонкий - приблизительно в три раза тоньше, чем кабель SCSI. Секрет тут прост - ведь это последовательная шина. Все данные посылаются последовательно, а не параллельно по разным проводам, как это делает шина SCSI.
Корневое устройство отвечает за определенные функции управления. Так, если это ПК, он может содержать мост между шинами 1394 и PCI и выполнять некоторые дополнительные функции по управлению шиной. Корневое устройство определяется во время инициализации и, будучи однажды выбранным, остается таковым на все время подключения к шине.
Сеть 1394 может включать до 63 узлов, каждый из которых имеет свой 6-разрядный физический идентификационный номер. Несколько сетей могут быть соединены между собой мостами. Максимальное количество соединенных шин в системе - 1023. При этом каждая шина идентифицируется отдельным 10-разрядным номером. Таким образом, 16-разрядный адрес позволяет иметь до 64449 узлов в системе. Поскольку разрядность адресов устройств 64 бита, а 16 из них используются для спецификации узлов и сетей, остается 48 бит для адресного пространства, максимальный размер которого 256 Терабайт (256х1024 4 байт) для каждого узла.
Конструкция шины удивительно проста. Устройства могут подключаться к любому доступному порту (на каждом устройстве обычно 1 - 3 порта). Шина допускает "горячее" подключение - соединение или разъединение при включенном питании. Нет также необходимости в каких-либо адресных переключателях, поскольку отсутствуют электронные адреса. Каждый раз, когда узел добавляется или изымается из сети, топология шины автоматически переконфигурируется в соответствии с шинным протоколом.
Однако есть несколько ограничений. Между любыми двумя узлами может существовать не больше 16 сетевых сегментов, а в результате соединения устройств не должны образовываться петли. К тому же для поддержки качества сигналов длина стандартного кабеля, соединяющего два узла, не должна превышать 4,5 м.
Интерфейс позволяет осуществлять два типа передачи данных: синхронный и асинхронный. При асинхронном методе получатель подтверждает получение данных, а синхронная передача гарантирует доставку данных в необходимом объеме, что особенно важно для мультимедийных приложений.
Протокол IEEE 1394 реализует три нижних уровня эталонной модели Международной организации по стандартизации OSI: физический, канальный и сетевой. Кроме того, существует "менеджер шины", которому доступны все три уровня. На физическом уровне обеспечивается электрическое и механическое соединение с коннектором, на других уровнях - соединение с прикладной программой.
На физическом уровне осуществляется передача и получение данных, выполняются арбитражные функции - для того чтобы все устройства, подключенные к шине Firewire, имели равные права доступа.
На канальном уровне обеспечивается надежная передача данных через физический канал, осуществляется обслуживание двух типов доставки пакетов - синхронного и асинхронного.
На сетевом уровне поддерживается асинхронный протокол записи, чтения и блокировки команд, обеспечивая передачу данных от отправителя к получателю и чтение полученных данных. Блокировка объединяет функции команд записи/чтения и производит маршрутизацию данных между отправителем и получателем в обоих направлениях.
"Менеджер шины" обеспечивает общее управление ее конфигурацией, выполняя следующие действия: оптимизацию арбитражной синхронизации, управление потреблением электрической энергии устройствами, подключенными к шине, назначение ведущего устройства в цикле, присвоение идентификатора синхронного канала и уведомление об ошибках.
Чтобы передать данные, устройство сначала запрашивает контроль над физическим уровнем. При асинхронной передаче в пакете, кроме данных, содержатся адреса отправителя и получателя. Если получатель принимает пакет, то подтверждение возвращается отправителю. Для улучшения производительности отправитель может осуществлять до 64 транзакций, не дожидаясь обработки. Если возвращено отрицательное подтверждение, то происходит повторная передача пакета.
В случае синхронной передачи отправитель просит предоставить синхронный канал, имеющий полосу частот, соответствующую его потребностям. Идентификатор синхронного канала передается вместе с данными пакета. Получатель проверяет идентификатор канала и принимает только те данные, которые имеют определенный идентификатор. Количество каналов и полоса частот для каждого зависят от приложения пользователя. Может быть организовано до 64 синхронных каналов.
Шина конфигурируется таким образом, чтобы передача кадра начиналась во время интервала синхронизации. В начале кадра располагается индикатор начала и далее последовательно во времени следуют синхронные каналы 1, 2… На рисунке изображен кадр с двумя синхронными каналами и одним асинхронным.
Оставшееся время в кадре используется для асинхронной передачи. В случае установления для каждого синхронного канала окна в кадре шина гарантирует необходимую для передачи полосу частот и успешную доставку данных.
Таким образом, в скором будущем, на задней панели компьютера можно будет увидеть выходы всего двух последовательных шин: USB для низкоскоростных применений и Firewire - для высокоскоростных. Причем путь в жизнь у шины IEEE 1394 произойдет гораздо быстрее, чем у USB. В этом случае производители программных продуктов и аппаратуры действуют сообща. Уже сейчас доступны различные виды устройств с шиной Firewire, поддержка этой шины будет встроена в операционную систему Windows 98 и в ближайшем будущем ведущие производители чипсетов для PC встроят поддержку этой шины в свои продукты. Так что 1998 год станет годом Firewire.
В последнее время, в
связи с бурным ростом возможностей
компьютерной обработки
видеоизображений в компьютерном мире
возникла острейшая нужда в
высокоскоростной шине, по которой было
бы возможно передавать значительные
потоки данных, и кроме этого, требовала
всего нескольких проводов (т.е. была бы
последовательной), позволяла бы
строить "деревья", на которые
можно было бы "нанизывать"
различные периферийные устройства. По
скоростным характеристикам из
существующих шин, допускающих
подключение внешних устройств к
компьютеру, подходит только SCSI, но она
не удовлетворяет многим из условий,
описанных выше.
Во-первых, для высокоскоростной
передачи данных необходим вариант Ultra
Wide SCSI, который требует разъемов с
большим числом контактов, что делает
практически невозможным размещение
такого разъема на, например, цифровой
видеокамере. Во-вторых, топология SCSI
шины предпологает только
последовательное подключение
устройств к шине, что приводит как к
необходимости иметь на внешнем
устройстве два разъема и так и иметь в
обязательном порядке терминатор для
установки его на последнем разъеме в
цепи. В-третьих, шина SCSI не
предусматривает цепей питания для
периферийных устройств и это приводит
к обязательной необходимости внешнего
источника питания для каждого из
периферийных устройств. В-четвертых,
шина SCSI не предусматривает "горячего"
(т.е. без быключения питания и
перезагрузки компьютера) подключения/отключения
устройств на шине.
Интерфейс USB, который очень подходит
конструктивно (маленький разъем, есть
цепи питания для периферийных
устройств), не имеет необходимой для
переноса больших потоков данных
пропускной способности.
Именно из-за ограничений имеющихся шин
интерфейс IEEE-1394 (FireWire) стал широко
внедряться в компьютерной индустрии в
последние годы уходящего века. Так как
название FireWire (огненный провод)
принадлежит фирме Apple Computers и может
использоваться только для описания
изделий Apple или с ее разрешения,
правильное название - IEEE-1394. Некоторые
компании придумали собственное
зарегистрированное название, например
у Sony - iLink. Пока основная сфера
применения IEEE-1394 - поддержка обмена
данными между компьютером и
видеокамерами и видеомагнитофонами; DV
стандарта. В связи с тем, что DV
видеокамеры выпускаются во все больших
и больших количествах и при
непрерывном падении стоимости,
некоторые производители материнских
плат (В частности, фирма ASUSTeK Computers) уже
объявили о выходе плат со встроенным
контроллером IEEE-1394.
Новая сфера применения, получившая
основное развитие с начала 2000 года -
устройства хранения информации с
интерфейсом IEEE-1394. Начали выпускаться
внешние box"ы для установки в них любых IDE/ATAPI
устройств с внешним интерфейсом IEEE-1394,
питанием по этому же интерфейсу и
возможностью "горячего"
подключения к компьютеру. В первую
очередь такие устройства находят себе
применение для обмена
видеоинформацией, так как на один IDE
жесткий диск сейчас возможно записать
до 3 часов видео DV формата и, как правило,
в компьютерах, предназначенных для
обработки цифрового видео, есть
контроллер интерфейса IEEE-1394. Фирма Fujitsu
также выпустила аналогичные
накопители на магнитооптических
дисках емкостью до 1.3 GBytes.
Технические характеристики
Основные характеристики шины можно свести к следующим показателям:
Топология шины
Топология IEEE-1394
позволяет как древовидную, так и
цепочечную архитектуру, а также
комбинацию из того и другого. Поэтому
легко строить любые варианты
подключения различных устройств к шине.
Стандарт предусматривает
архитектурное разделение шины на 2
основных блока - кабельная часть и
контроллер (контроллеры). Так как
контроллеров может быть несколько, эту
часть также называют объединительной (backplane
- дословно задний план, кросс-плата и т.п.).
Адрес узла на "дереве" 16-ти
разрядный, что позволяет адресовать до
64К узлов. К каждому узлу может быть
подключено до 16-ти конечных устройств.
На объединительной панели (backplane) может
быть подключено до 63 узлов к одному
мосту (bridge) шины. Так как под
идентификатор номера шины (моста)
отведено 10 разрядов, то общее
количество узлов и составляет 64K.
Каждый узел обычно предусматривает
подключение 3-х устройств, хотя
собственно стандарт разрешает
подключение до 27 устройств. Устройства
могут быть подключены через
стандартные кабели длиной до 4.2 метра.
Пример топологии IEEE-1394
Физические адреса (ID)
устройствам назначаются при подаче
питания на контроллер шины и
устройства, подключенные к ней, после
общего сброса шины, а также при "горячем"
подключении устройства к шине. Адреса
присваиваются в порядке
последовательности обнаружения и/или
подключения устройств. Никакая
установка перемычек или
переключателей на самих устройствах не
требуется.
Стандарт на кабельную часть
предусматривает три скорости передачи
данных по шине - 98.304, 196.608 и 393.216 Mbits/s.
Обычно эти значения в различных
документах огругляют до 100, 200 и 400 Mbits/s,
используя для краткости обозначения
S100, S200 и S400.
Благодаря применению размножителей, репитеров и т.п. устройств топология IEEE-1394 может быть достаточно сложной, хотя в 90% случаев ее применения наверняка столь сложная топология не потребуется.
Совместимость
Для удобства
программирования и совместимости
устройств на IEEE-1394 был разработан
стандарт, названный Open Host Controller Interface (OHCI).
Он предъявляет определенные
требования к регистрам контроллера
IEEE-1394 и их отображению в памяти. Кроме
этого, OHCI совместимый контроллер
должен удовлетворять требованиям по
управлению энергопотреблением в
соответствии со спецификацией ACPI.
Microsoft в своих операционных системах
Windows 98 Second Edition и Windows 2000 поддерживает
только OHCI совместимые контроллеры
IEEE-1394. Все остальные контроллеры (например,
от Adaptec) должны сопровождаться
соответствующими драйверами и
совместимость таких устройств с
драйверами жестких дисков
операционной системы, например, не
гарантируется.
Кабели и разъемы
Стандартный кабель для IEEE-1394 состоит из 2 витых пар передачи сигналов шины, двух проводов питания и все это заключено в экранированную оболочку. Провода питания рассчитаны на ток до полутора ампер и напряжение от 8 до 40 вольт. На рисунке ниже показан один из вариантов кабеля IEEE-1394.
Кабели и розетки для подключения периферийных устройств существуют в нескольких вариантах, в зависимости от требуемых параметров:
| Кабель на 6/6 проводов, поддержка скорости передачи до 400 Mbits/s. Напряжение питания до 40 V при токе до 1.5 А. Длина от 0.7 м до 4.5 м. | |
| Кабель на 6/4 проводов, поддержка скорости передачи до 100 Mbits/s. Напряжение питания до 5 V при токе до 0.5 А. Длина от 1 м до 4.5 м. | 
|
| Кабель на 4 провода, поддержка скорости передачи до 100 Mbits/s. Напряжение питания до 5 V при токе до 0.5 А. Длина от 1 м до 4.5 м. | 
|
| Розетка на 4 провода, поддержка скорости передачи до 400 Mbits/s. Напряжение питания до 5 V при токе до 0.5 А. | 
|
|
|
| Розетка на 6 проводов, поддержка скорости передачи до 400 Mbits/s. Напряжение питания до 40 V при токе до 1.5 А. | 
|
FireWire - компьютерный лексикон обогатился именно таким термином благодаря развитию информационных технологий в середине 90-х гг.. И наверняка это название не ускользнуло от внимания ни одного пользователя, не говоря уже о компьютерных специалистах. В чем же причина большой популярности, которой пользовалась эта технология, и что она представляет собой сегодня?
Стандарт FireWire появился на свет в качестве версии стандарта высокоскоростной последовательной шины IEEE 1394, предназначенной для подключения периферийных устройств к персональному компьютеру. Автором данной реализации являлась небезызвестная компания Apple. Основным преимуществом FireWire являлось то, что она обеспечивала подключение до 63 устройств и передачу данных со скоростью до 400 Мбит/c. По сути, стандарт IEEE 1394 является описанием последовательной шины, а также средств, обеспечивающих соединение между одним или большим количеством периферийных устройств и процессором компьютера.
Устройства, оснащенные FireWire, а также другими реализациями IEEE 1394, обладают следующими особенностями:
Первоначально предполагалось, что различные реализации IEEE 1394 станут заменой для всех параллельных и последовательных интерфейсов, таких, как , последовательный порт COM () и внешний SCSI.
Существуют два уровня, на котором работает интерфейс FireWire, один из которых представляет собой шину внутри компьютера, а другой предназначен для обеспечения соединения между компьютером и устройством при помощи последовательного кабеля. Первые версии стандарта обеспечивали для внутренней шины скорость передачи данных в 12.5, 25 и 50 Мбит/c, а интерфейс кабеля при этом поддерживал скорости в 100, 200 и 400 Мбит/c. При работе IEEE 1394 способен переключаться на любую из доступных скоростей при возникновении необходимости.
Функции внутренней последовательной шины заключаются также в обеспечении общего использования пространства памяти подключенными к ней устройствами. Каждое устройство может использовать 64-битные адреса, что обеспечивает гибкость при конфигурировании устройств в цепочках и организацию деревьев устройств, подключенных к одному разъему.
IEEE 1394 обеспечивает два типа передачи данных – асинхронный и изохронный. Асинхронный способ больше подходит для традиционных приложений, которые загружают данные и затем их сохраняют. При этом способе инициализируется передача данных, которая затем может быть прервана после того, как в буфере окажется необходимое количество данных. Изохронный метод поддерживает постоянную заранее установленную скорость передачи данных. Для мультимедиа-приложений данный способ уменьшает потребность в использовании буферизации и облегчает вывод непрерывного контента.
Также в стандарте IEEE 1394 содержится требование к максимальной длине кабеля, который может соединять два устройства в цепочке – 4,5 м. В том случае, если в цепь подключено несколько устройств, то расстояние между компьютером и самым дальним элементом подобной цепочки может быть гораздо большим.
Со времени появления интерфейса было разработано несколько версий IEEE 1394. В самой последней версии, S3200, скорость передачи данных достигла уровня в 3,2 Гбит/c. Однако данная технология так и не стала стандартной для мира персональных компьютеров, и тому было несколько причин.
На момент своего появления технология IEEE 1394 считалась гораздо более многообещающей, чем похожая технология USB, которая в своей ранней версии могла поддерживать скорость передачи данных всего лишь до 12 Мбит/c. Однако в том, что последняя в итоге оказалась более распространенной, сыграла свою роль более высокая стоимость устройств, поддерживающих FireWire. Недостатком FireWire также является слабая совместимость между различными версиями стандарта, которая выражается в частности в том, что порт для старых версий интерфейса имеет разъем, отличающийся от разъема порта для новых версий.
Кроме того, широкому распространению технологии помешала лицензионная политика фирмы Apple, ограничивающая продажи устройств, оснащенных ею. В настоящее время большинство современных материнских плат ПК уже не имеет в своем составе порт FireWire, и данная шина используется лишь в некоторых специализированных системах топ-уровня.
Несмотря на высокую производительность и гибкие возможности конфигурирования, порт IEEE 1394 так и не стал универсальным портом для подключения скоростных устройств. Тем не менее, до сих пор существует немало материнских плат, которые оснащены разъемами для подключения устройств FireWire, а также периферийных устройств, поддерживающих данную технологию.
IEEE 1394
| IEEE 1394 Interface | ||
|---|---|---|
| Тип | Последовательная связь | |
| История | ||
| Разработчик | Apple Computer (сейчас Apple, Inc.) | |
| Разработано | 1995 | |
| Производитель | Разнообразный | |
| Произведено | 1995–н.в | |
| Спецификации | ||
| Длина | 4.5 м максимально | |
| Ширина | 1 | |
| Подключение на ходу | Да | |
| Внешнее | Да | |
| Макс. напряжение | 30 В | |
| Макс. ток | 1.5 A | |
| Сигнал данных | Да | |
| Полоса пропускания | 400–3200 Мбит /с (50–400 Мбайт/с) | |
| Выводы | 4, 6, 9 | |
IEEE 1394 (FireWire, i-Link) - последовательная высокоскоростная шина , предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами.
Различные компании продвигают стандарт под своими торговыми марками:
Шина IEEE 1394 может использоваться для:
Кабель представляет собой 2 витые пары - А и B, распаянные как A к B, а на другой стороне кабеля как B к A. Также возможен необязательный проводник питания.
Устройство может иметь до 4 портов (разъёмов). В одной топологии может быть до 64 устройств. Максимальная длина пути в топологии - 16. Топология древовидная, замкнутые петли не допускаются.
При присоединении и отсоединении устройства происходит сброс шины, после которого устройства самостоятельно выбирают из себя главное, пытаясь взвалить это «главенство» на соседа. После определения главного устройства становится ясна логическая направленность каждого отрезка кабеля - к главному или же от главного. После этого возможна раздача номеров устройствам. После раздачи номеров возможно исполнение обращений к устройствам.
Во время раздачи номеров по шине идет трафик пакетов, каждый из которых содержит в себе количество портов на устройстве, а также ориентацию каждого порта - не подключен/к главному/от главного, а также максимальную скорость каждой связи (2 порта и отрезок кабеля). Контроллер 1394 принимает эти пакеты, после чего стек драйверов строит карту топологии (связей между устройствами) и скоростей (наихудшая скорость на пути от контроллера до устройства).
Операции шины делятся на асинхронные и изохронные.
Асинхронные операции - это запись/чтение 32-битного слова, блока слов, а также атомарные операции. Асинхронные операции используют 24-битные адреса в пределах каждого устройства и 16-битные номера устройств (поддержка межшинных мостов). Некоторые адреса зарезервированы под главнейшие управляющие регистры устройств. Асинхронные операции поддерживают двухфазное исполнение - запрос, промежуточный ответ, потом позже окончательный ответ.
Изохронные операции - это передача пакетов данных в ритме, строго приуроченном к ритму 8 КГц, задаваемому ведущим устройством шины путем инициации транзакций «запись в регистр текущего времени». Вместо адресов в изохронном трафике используются номера каналов от 0 до 31. Подтверждений не предусмотрено, изохронные операции есть одностороннее вещание.
Изохронные операции требует выделения изохронных ресурсов - номера канала и полосы пропускания. Это делается атомарной асинхронной транзакцией на некие стандартные адреса одного из устройств шины, избранного как «менеджер изохронных ресурсов».
Помимо кабельной реализации шины, в стандарте описана и наплатная (реализации неизвестны).
Около 1998 г. содружество компаний, в том числе Microsoft, развивали идею обязательности 1394 для любого компьютера и использования 1394 внутри корпуса, а не только вне него. Существовали даже карты контроллеров с одним из разъемов, направленным внутрь корпуса. Также существовала идея Device Bay, то есть отсека для устройства со встроенным в отсек разъемом 1394 и поддержкой горячей замены.
Все это прослеживается в материалах Microsoft той поры, предназначенных для разработчиков компьютеров. Можно сделать вывод, что 1394 предлагали как замену ATA, то есть на роль, ныне выполняемую SATA.
Все эти идеи быстро кончились провалом, одна из главных причин - лицензионная политика Apple, требующего выплат за каждый чип контроллера.
Исторически первое использование шины. Используется и по сей день как средство захвата фильмов с MiniDV в файлы. Возможен и захват с камеры на камеру.
Видеосигнал, идущий по 1394, идет практически в том же формате, что и хранится на видеоленте. Это упрощает камеру, снижая требования к ней по наличию памяти.
Использование 1394 c miniDV положило конец проприетарным платам видеозахвата.
Интересным свойством контроллеров 1394 является способность читать и писать произвольные адреса памяти со стороны шины без использования процессора и ПО. Это проистекает из богатого набора асинхронных транзакций 1394, а также из ее структуры адресации.
Эта возможность чтения и редактирования памяти через 1394 без помощи процессора послужила причиной использования 1394 в двухмашинном отладчике ядра Windows - WinDbg. Такое использование существенно быстрее последовательного порта, но требует ОС не ниже Windows XP с обеих сторон. Также возможность используется в отладчиках для других ОС, например firescope для linux.
Устройства IEEE 1394 организованы по трехуровневой 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.
В 2000 году был утверждён стандарт IEEE 1394а. Был проведён ряд усовершенствований, что повысило совместимость устройств.
Было введено время ожидания 1/3 секунды на сброс шины, пока не закончится переходный процесс установки надёжного подсоединения или отсоединения устройства.
Появившийся в 2006 году стандарт 1394c позволяет использовать кабель Cat 5e от Ethernet . Возможно использовать параллельно с Gigabit Ethernet , то есть использовать две логические и друг от друга не зависящие сети на одном кабеле. Максимальная заявленная длина - 100 м, Максимальная скорость соответствует S800 - 800 Мбит/с.
Существуют четыре (до IEEE 1394c - три) вида разъёмов для FireWire:
| Компьютерные шины | |
|---|---|
| Основные понятия | Шина адреса Шина данных Шина управления Пропускные способности |
| Процессоры | BSB FSB DMI HyperTransport QPI |
| Внутренние | AGP ASUS Media Bus EISA InfiniBand ISA LPC MBus MCA NuBus PCI PCIe PCI-X Q-Bus SBus SMBus VLB VMEbus Zorro III |
| Ноутбуки | ExpressCard MXM PC Card |
| Накопители | ST-506 ESDI ATA eSATA Fibre Channel HIPPI iSCSI SAS SATA SCSI |
| Периферия | 1-Wire ADB I²C IEEE 1284 (LPT) IEEE 1394 (FireWire) Multibus PS/2 RS-232 RS-485 SPI USB Игровой порт |
| Универсальные | Futurebus InfiniBand QuickRing SCI RapidIO IEEE-488 Thunderbolt (Light Peak) |
| Стандарты IEEE (категория) | |
|---|---|
| · (1985 · ) · 829 · · 1014-1987 · 1076 · 1149.1 · 1164 · 1219 · 12207 · |
