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USB: Universal Serial Bus
Vorlesung: Rechnerstrukturen
Dozent: Herr Prof. T. Risse
Semester: I7I1, SS 2000
Datum: 06.07.2000, HS Bremen
Bearbeiter: Ingo Schöning
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Übersicht
Entstehungsgeschichte
Motivation
Ziele
Topologie
Spezifikation
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Übersicht (2)
Was bietet USB ?
Funktionsweise des USB
Funktionsweise eines HUB
Bewertung
Quellen
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Entstehungsgeschichte
Bildung eines Konsortiums Intel, Microsoft, Compaq, DEC, IBM, NEC
und Northern Telecom
Erste öffentl. Vorstellung im Frühjahr 1995
wenig später USB 1.1seit April 2000 USB 2.0
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Motivation
Fast jede Peripherie verwendet
eigenen Anschluss
Tastatur, Maus, Drucker, etc.
Teilweise fehlt Beschriftung
Anschlüsse teilweise verwechselbar
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Motivation (2)
Anfänger haben Probleme
Zerstörungsgefahr durch falsches
anschliessen
Schnittstellen unflexibel
Kabelsalat
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Ziele
Verbindung von PC und Telefon
Benutzerfreundlichkeit erhöhen
Schnittstellenerweiterung
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Ziele (2)
volle Unterstützung für Echtzeit-
Daten
Audio
komprimiertes Video (MPEG-2)
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Topologie
Stern- / Strang-Strukturmaximal 7 Ebenen
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Spezifikation
einheitliche vierpolige Stecker
Versorgungsspannung
Datenleitungen
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Spezifikation (2)
einheitliche Kabel
ungeschirmt, unverdrilltbis zu 3m Länge
abgeschirmt, verdrilltbis zu 5m Länge
differentielle Datenübertragung (D+ u.
D-)
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Spezifikation (3)
Datenrate Low-Speed: 1,5 Mbit/s Full-Speed: 12 Mbit/s High-Speed: 480
Mbit/s*
Stromverbrauch self-powered bus-powered
low-poweredhigh-powered
Unterscheidung in Geräteklassen anhand:
* nur USB 2.0 !
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12 Mb/s12 Mb/s
12 Mb/s12 Mb/s
1.5 Mb/s1.5 Mb/s
USB 2.0 USB 2.0 HubHub
12 Mb/s12 Mb/s
12 Mb/s12 Mb/s
1.5 Mb/s1.5 Mb/s
USB 1.1 USB 1.1 HubHub
480 Mb/s480 Mb/s
12 Mb/s12 Mb/s
1.5 Mb/s1.5 Mb/s
No HubNo Hub
USB 2.0 Host ControllerUSB 2.0 Host ControllerUSB 1.1 Host ControllerUSB 1.1 Host Controller
12 Mb/s12 Mb/s
12 Mb/s12 Mb/s
1.5 Mb/s1.5 Mb/s
USB 1.1 USB 1.1 HubHub
480 Mb/s480 Mb/s12 Mb/s12 Mb/sHigh-High-Speed Speed
Capable Capable DeviceDevice
12 Mb/s12 Mb/s12 Mb/s12 Mb/sFull-Speed Full-Speed DeviceDevice
1.5 Mb/s1.5 Mb/s1.5 Mb/s1.5 Mb/sLow-Low-Speed Speed DeviceDevice
USB 2.0 USB 2.0 HubHub
No HubNo Hub
USB 1.1/2.0 Interoperatibilitäts-Matrix
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Was bietet USB ?
robust
hot-plug fähig
einfache Anwendbarkeit
plug and play
automatische Konfiguration
bis zu 127 Geräte ansprechbar
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Funktionsweise des USB
Polling-Bus
Host initialisiert alle Datentransfers
Unterbrechung ist nicht vorgesehen
keine separate Taktleitung
Kommunikation findet über ‘pipes‘ statt
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Kodierung/Dekodierung
NRZI (Non Return to Zero Invert) 0 => Pegelwechsel 1 => kein Pegelwechsel
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Bit-Stuffing
IDLE-Zustand = EINS-ZustandNach sechs aufeinanderfolgenden
Einsen wird eine Null eingefügt
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Übertragungsmodus
Control
Reset,
Steuervorgänge
Interrupt
Tastatur, Maus
Bulk
Drucker
Isochronous
Mikro,
Lautsprecher
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Pipes
Message-Pipes Daten mit festem Format bidirektional
Stream-Pipes Daten ohne festes Format unidirektional
Flusskontrolle
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Protokoll
alle Daten gehen in Paketen über die
Kabel
Übertragung wird unterteilt in drei
Zeitabschnitte:
Token
Data
Handshake (entfällt bei isochronen Daten)
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Token-Paket
Data-Paket
Handshake-Paket
Protokoll (2)
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Funktionsweise eines HUB
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Bewertung
Ressourcen-Ersparnis
Vereinfachung der Verkabelung
USB beginnt sich zu etablieren
USB-Peripherie unwesentlich teurer
wenig Betriebssysteme
unterstützen bisher USB
Beachtung des
Stromverbrauchs durch
den Anwender
positiv negativ
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Quellen
www.usb.org USB 2.0 Spezifikation
c‘t-Ausgaben 11/1995 02/1997 01/1998 10/2000