1394 по версии IEEE

Ниже рассматривается новая высокоскоростная шина IEEE 1394, значительно облегчающая работу с периферией и обеспечивающая высокую скорость передачи данных.

Откуда есть и пошел новый стандарт?

Мысль о том, что мешанина проводов на задней панели системного блока выглядит не слишком эстетично и что неплохо было бы привести различные интерфейсы (параллельный Centronics, RS-232, SCSI и т. д.) к единому стандарту, зародилась довольно давно. А поскольку со временем все больше устройств становилось цифровыми и к тому же постоянно возрастали требования к скорости передачи данных, отсутствие адекватного интерфейса препятствовало дальнейшему развитию ПК. Разработку принципиально нового стандарта, обладающего широкими функциональными возможностями, начала небезызвестная компания Apple. Она назвала его FireWire (перевод с английского — «горящие провода»). Позднее Apple сделала документы по FireWire открытыми, и к работе подключились другие организации. Так, в сентябре 1994 г. была образована Торговая ассоциация 1394, в которую вошло более 40 ведущих разработчиков и производителей аппаратных средств и ПО, включая AMD, IBM, Lexmark, Microsoft, National Semiconductor, Philips, Seagate, Sony, Texas Instruments, Toshiba и, конечно, Apple. В результате их совместных усилий в 1995 г. появился новый стандарт IEEE 1394 (IEEE — Institute of Electrical and Electronic Engineers — Институт инженеров по электротехнике и электронике, занимающийся в основном стандартизацией). Любой стандарт, разработанный при участии специалистов этого института, имеет в названии аббревиатуру IEEE. Число 1394 не заключает в себе никакого тайного смысла, это просто порядковый номер (до новой шины 1393 стандарта уже были разработаны). Нам кажется, что название IEEE 1394 больше подошло бы для внутреннего употребления среди профессионалов в области ИТ, чем среди конечных пользователей, привыкших к более ярким именам. Тем не менее это четырехбуквенное сокращение с труднозапоминающимся набором цифр стало официальным названием шины. Всеми правами на предыдущее имя, FireWire, владеет Apple, она маркирует так собственные продукты, а сторонние производители обязаны отчислять определенные суммы за право его использования. Компания Sony предпочла более интересное имя и запатентовала для своих изделий название iLink, немного изменив конструкцию разъемов и шнура.

Продукты, совместимые с IEEE 1394, создаются в основном для конечного пользователя, поэтому стандарт наряду со всем прочим рассчитан на обеспечение простоты в использовании и доступность по цене.

Что такое IEEE 1394?

Эта новая шина — последовательная. Может показаться, что большое количество данных лучше передавать параллельно, ведь, действительно, восемь параллельных проводов передадут информацию в восемь раз быстрее, чем одиночный последовательный. Это, конечно, так, но нужно учитывать и другие факторы. Последовательная шина обеспечивает простое двухточечное (или прямое) соединение, что позволяет строить масштабируемые структуры. Кабели и разъемы для последовательного подключения менее дороги, и кроме того, размер последовательного разъема значительно меньше, чем параллельного, а это весьма важно для производителей ноутбуков и портативных ПК, борющихся за каждый квадратный сантиметр. Изготовители кабелей для параллельной передачи данных сталкиваются с проблемой интерференции между сигналами, идущими по разным проводам. Такие кабели имеют большие размеры и стоят довольно дорого из-за большого числа проводов, каждый из которых должен быть хорошо экранирован. Кроме того, при больших скоростях передачи данных актуальной становится синхронизация отдельных потоков.

Стандарт IEEE 1394 состоит из нескольких разделов: непосредственно архитектуры шины, описания строения проводов, протоколов передачи данных. Он позволяет конструировать «нециклические сети с ограниченным числом отводов», состоящие из узлов (устройств) и соединяющих их шинных мостов. Определение «нециклические» говорит о том, что подключенные аппараты не могут организовывать петли, а выражение «ограниченное число отводов» означает, что в одной цепочке может быть не более 16 узлов, т. е. между любыми двумя устройствами, подключенными к шине, должно быть не более 16 транзитных отрезков (кабелей, соединяющих два соседних узла).

Разрядность адреса каждого устройства составляет 16 бит, следовательно, их максимальное число в системе — 64 449. К шине может быть подключено до 63 узлов (на адрес каждого отводится по 6 бит). Несколько шин могут быть соединены между собой мостами с разрядностью адресов 10 бит (рис. 1). Максимально можно соединить 1023 шины. Подобная архитектура позволяет выстраивать различные сети, структура которых может быть как древовидной, так и цепочечной. Одно устройство автоматически выбирается «корневым» (чаще всего ПК) и остается таким в течение всего времени своего подключения. Стандарт IEEE 1394 предоставляет больше возможностей, чем технология Plug&Play. Например, каждый аппарат может быть подключен/отключен в любой момент времени, даже при непосредственной передаче данных, а конфигурация шины при этом автоматически изменяется и происходит новое назначение адресов. Как следует из сказанного выше, вследствие отсутствия жестко закрепленных физических адресов можно производить «горячее» подключение. Стоит заметить, что новое устройство может быть подсоединено к любому свободному порту (на каждом аппарате их от одного до трех, хотя по спецификации максимальное число портов — 27).

Сегодня устройства IEEE 1394 подразделяются по максимальной скорости передачи данных на три класса: 98,304; 196,608; 393,216 Мбит/с, но для простоты эти значения округляются до 100, 200, 400 Мбит/с соответственно. В ближайшем будущем планируется расширить стандарт и ввести поддержку скоростей 800 и 1600 Мбит/с (возможны и промежуточные варианты — 1000 и 1200 Мбит/с). Скорость передачи данных через шину ограничена быстродействием самого медленного устройства, но контроллеры 1394 позволяют организовывать передачу данных между различными парами устройств на разных скоростях (рис. 2).

Стандарт IEEE 1394 поддерживает асинхронный и синхронный (изохронный) протоколы передачи данных. Асинхронный — стандартный способ передачи информации между ПК и периферией. Источник посылает данные инициатору запроса и принимает от него подтверждение получения. Со временем скорость передачи может изменяться под воздействием различных факторов. Так, на связь модемов влияют состояние телефонной линии, загрузка сервера, с которого скачивается информация, и т. д. Для повышения быстродействия источник передачи информации может отправить до 64 пакетов, не дожидаясь ответа от принимающего устройства, а в случае сбоя и, естественно, отрицательного отклика данные будут отправлены повторно. Синхронная передача данных наиболее важна при работе с мультимедиа, поскольку в таких случаях источник сигнала просит предоставить канал с определенной (!) пропускной способностью, т. е. в течение заданного отрезка времени скорость передачи данных должна быть постоянной. Это чрезвычайно существенно для пересылки видеопотоков, так как своевременная доставка позволяет обходиться без дорогостоящей буферизации. Вместе с пакетом данных передается идентификатор синхронного канала, по которому устройства могут «выяснить», кто получает информацию. Максимальное число синхронных каналов — 64 (рис. 2).

Строение кабеля и разъема

Кабель стандарта IEEE 1394 состоит из шести медных проводов: по двум из них подается питание, а остальные образуют две витые пары и служат для передачи данных. Каждая витая пара экранирована, как и весь кабель в целом. Провода, по которым подается питание, рассчитаны на работу в диапазоне от 8 до 40 В при максимальной силе тока 1,5 А. Они делают ненужным подключение внешних источников питания и обеспечивают работу шины в случае выключения или выхода из строя какого-либо устройства, что очень важно для структур с последовательной архитектурой. Поскольку необходимо подключать лишь один кабель, по которому подаются и питание, и данные, работать пользователю становится более удобно. Например, если на рис. 1 компьютер № 1 будет выключен, компьютер № 2 все равно сможет получать изображение с видеокамеры.

Разъем IEEE 1394 выполнен таким образом, что все электрические контакты находятся внутри конструктива коннектора. Это предохраняет пользователя от получения электротравм и уменьшает загрязнение контактов (опять же от рук пользователя). Разъем имеет простую форму, и поэтому можно подключать кабели, даже не видя гнезда, расположенного на задней панели.

Согласно стандарту архитектура IEEE 1394 позволяет организовывать цепочки, где каждая пара устройств должна находиться друг от друга на расстоянии не более 4,5 м (иначе потребуются повторители). Так как максимальное число транзитных отрезков равно 16, последнее устройство может находиться на расстоянии 72 м от первого, но уже ведутся разработки по увеличению минимального расстояния между узлами до 25 м.

Компания Sony и здесь отошла от общепринятого стандарта и разработала более тонкий кабель, названный Sony VMC-20V. Он состоит из двух витых пар и не подает питания, а разъемы для него имеют, например, цифровые видеокамеры Sony HandyCam.

Области применения

Стандарт IEEE 1394 прежде всего разрабатывался для видеоприложений. Раньше видеокамеры были только аналоговыми, и потому для передачи получаемого от них изображения в ПК сигнал требовалось оцифровать. Но с течением времени общедоступными стали цифровые видеокамеры, и для передачи картинки в компьютер уже требовалось выполнить два преобразования: цифроаналоговое и аналого-цифровое. Если же отредактированное изображение нужно записать на видеокассету, значит, следует провести еще одну цифроаналоговую конверсию. В принципе это не занимает много времени, но при каждом преобразовании ухудшается качество изображения, и мириться с этим никто не согласен. Для мультимедийных задач требуется кабель, способный передавать данные в цифровом виде и на высокой скорости.

Стандарт IEEE 1394 решает все эти проблемы, и теперь цифровая видеокамера может посылать данные одновременно на цифровой монитор и в ПК, а последний, в свою очередь, может быть подключен к цифровому видеомагнитофону или принтеру (тоже цифровому). Причем весь путь будет цифровым — ни на одном из участков не приходится проводить ни аналого-цифрового, ни цифроаналогового преобразования, которые приводят к ухудшению изображения. Ком-пьютер может послать сигнал, включающий видеокамеру или телевизор, а затем пойдет передача данных в синхронном режиме, благодаря чему не нужно применять различные схемы арбитража. Вследствие широкого распространения технологии IEEE 1394 может значительно измениться строение принтеров — они станут более простыми и, следовательно, дешевыми. Все операции по растеризации выводимого на печать файла могут быть проведены внутри компьютера (мощности современных процессоров для этого более чем достаточно), а печатающее устройство получит всю информацию уже в готовом виде при значительно более высокой скорости.

Рис. 3. Порты и кабель стандарта IEEE 1394

Интерфейс IEEE 1394 является одноранговым, и это позволяет подключить несколько ПК к одной видеокамере без принятия каких-либо мер для поддержки такого режима работы. Самое интересное заключается в том, что шина IEEE 1394 вполне может функционировать и без ПК, поскольку не требуется ведущее устройство шины, т. е. информация будет передаваться с одной видеокамеры на другую непосредственно. Также можно кабелем напрямую соединить цифровую видеокамеру с цифровым видеомагнитофоном или принтером.

Изначально стандарт IEEE 1394 разрабатывался для мультимедийных устройств, но сейчас область его применения расширяется. Вскоре рынок будет наводнен не только всевозможными аудио- и видеоустройствами, но и принтерами, сканерами, внутренними и внешними жесткими дисками, контроллерами RAID-массивов, мониторами и другим оборудованием, рассчитанным на работу с новой шиной. Стандарт получил весьма широкую поддержку, например, протокол передачи IEEE 1394 данных уже поддерживается ОС Windows 98 SE (нужен файл с обновлением) и 2000. С каждым днем все большее число производителей анонсируют продукты для новой шины, а первые ласточки этой высокоскоростной технологии уже залетели в наши магазины. Так что можно утверждать, что этот стандарт ждет светлое будущее.

А другие чем хуже?

Встает вполне резонный вопрос: неужели нет иного выбора, кроме IEEE 1394? Понятно, что пропускной способности старенького последовательного порта недостаточно, к тому же наверняка есть и другие высокопроизводительные решения, например SCSI и USB 2.0-интерфейсы.

Среди SCSI-интерфейсов самый высокоскоростной — Ultra Wide SCSI, но разъемы для него имеют слишком много контактов, и поэтому трудно представить, что подобный разъем можно разместить на миниатюрной видеокамере или КПК. Шина SCSI не обеспечивает периферийное оборудование питанием, следовательно оно должно иметь соответствующий разъем. Кроме того, не поддерживаются режим работы без ПК и возможность «горячего» подключения. Значит, всякий раз, когда нужно подсоединить новое устройство, приходится выключать систему (и, естественно, перезагружать). Но зато шина SCSI имеет гораздо более высокую пропускную способность, чем IEEE 1394.

Рис. 4. Разъемы IEEE 1394 на системной плате

Недавно компания Intel анонсировала высокоскоростную шину USB 2.0. Ее пропускная способность даже выше, чем у FireWire, и составит 480 Мбит/с. Эта последовательная шина имеет почти все те же плюсы, что и IEEE 1394, — маленькие размеры разъема, снабжение устройств питанием и «горячее» подключение, правда, она не одноранговая. Но в ОС пока еще не заложена ее поддержка (значит, не обойтись без драйверов, которые на первых порах всегда сыроваты) и не появилось вала анонсируемых продуктов, поддерживающих этот стандарт. Безусловно, компания Intel достаточно влиятельна, благодаря чему новый стандарт займет достойное место на компьютерном рынке. Хотя его предшественник создал хороший задел, однако, как нам кажется, из области мультимедиа (цифровое видео и аудио, нелинейный видеомонтаж) никто не сможет вытеснить IEEE 1394, тем более что скорость передачи данных по этому протоколу будет повышаться. В борьбе этих двух стандартов будет участвовать и такая характеристика, как совместимость: практически на любую материнскую плату можно поставить переходник PCI-IEEE 1394, а некоторые имеют интегрированные порты обоих типов, только вот USB-кабель к камере не подсоединишь.

Подведем итоги

Появление нового стандарта было продиктовано самим временем. И конечно же, его создали. И хотя имя у него не слишком эффектное, все остальные характеристики на должном уровне. Они вполне способны покрыть все нужды современного пользователя. Аналоговые устройства уже давно отжили свой век и морально устарели (как, впрочем, и некоторые цифровые протоколы передачи данных). Технологии развиваются, приходят новые стандарты. И если цифровой век стучится все громче в вашу дверь, нет смысла прятаться, нужно встать и открыть ее новым веяниям.

Что дает нам IEEE 1394?