Добавляем в компьютер USB

Юрий Гудзь,

Когда USB-портов в компьютере всего два, а претендентов на них гораздо больше, тогда возникает необходимость как-то делить два интерфейса между тремя или четырьмя устройствами. Вот и приходит тогда регулярно заниматься офисной акробатикой, для того чтобы переткнуть одно устройство с USB-интерфейсом на другое, - удовольствие, сами понимаете, малоприятное

Это только одна из тех "страшных" историй, что могут произойти с любым из владельцев компьютеров 2000-го года выпуска (или еще более ранних). Особенно это касается всех компьютеров, которые собраны на базе АТ материнских плат. Потому как для АТХ форм-фактора материнские платы в большинстве случаев уже содержали USB хост-контроллеры, а в компьютеры встраивались USB-порты.

Но время не стоит на месте - и сейчас USB-порты являются неотъемлемым интерфейсом для современного компьютера. Более того - именно USB-порты привносят новые веяния в конструкцию корпусов компьютеров. Эти порты начали располагать на передней панели компьютеров. Раньше этой чести удостаивались разве что аудиовходы/выходы.

Но раз уж USB является универсальным интерфейсом, то через него к компьютеру можно подключить и принтер, и сканер, и цифровую камеру. Допустим, принтер и сканер заняли разъемы USB на задней панели компьютера и пылятся там до следующей уборки. Но когда USB-портов в компьютере всего два, а претендентов на них гораздо больше, тогда возникает необходимость как-то делить два интерфейса между тремя или четырьмя устройствами. Вот и приходит тогда регулярно заниматься офисной акробатикой, для того чтобы переткнуть одно устройство с USB-интерфейсом на другое, - удовольствие, сами понимаете, малоприятное.

Но это еще ничего. А вот когда в собственности находится преудобнейшая вещь - цифровая камера, то подключать ее к USB-порту приходится каждый раз, когда необходимо "слить" фотографии или произвести другие манипуляции со снимками. Вот тогда USB на передней панели - это уже не просто удобство. Это необходимость.

И куда это совать?

Ну а что же все-таки делать, если USB-портов не видно ни на передней, ни на задней панели компьютера? Это тоже не причина, чтобы отказываться от устройств, имеющих USB-интерфейсы. USB именно потому и является универсальным интерфейсом, что позволяет отойти от привязки компьютерной периферии к конкретным типам интерфейсов. Многие годы было известно, что для работы принтера необходим параллельный порт (LPT), для подключения модема - последовательный порт (СОМ), и такой же порт нужен для работы мыши.

Но вот сначала мышь переселили на PS/2-разъем, освободим тем самым место для других периферийным устройств. Затем появился USB, а в будущем, конечно же, компьютер будет иметь один или два интерфейса для подключения всех типов устройств. Примером тому могут служить последние iMac - модели компьютеров от Apple, у которых почти все порты являются USB. Кроме того, очень удобно расположение USB-портов на клавиатуре.

Нет сомнения, что уже в ближайшее время на украинском рынке появятся аналогичные разработки для IBM-совместимых компьютеров.

Но вернемся к отсутствующим USB-портам. Во-первых, существуют PCI-контроллеры, которые устанавливаются в PCI-слоты на материнской плате и позволяют сразу же (после недолгой настройки) использовать USB-порты.

Во-вторых, к материнским платам, оснащенным хост-контроллерами и соответствующими контактами, можно подключить USB-шлейф. Это устройство представляет собой набор контактов для соединения с контактами на материнской плате и двумя USB-портами. USB-шлейф намного дешевле, так как основная электроника уже присутствует на материнской плате, и стоимость его составляет около 15 грн.

По миру ходят слухи, что встречаются и ISA-USB-контроллеры. Но, ввиду того что ISA-слоты, наверное, исчезли с материнских плат раньше, чем появилась первая спецификация USB, это звучит как-то маловероятно.

Нич-чего не понимаю

Конечно же, если компьютер довольно новый, то любое устройство с USB-интерфейсом можно подсоединить без выключения питания - Windows, начиная с версии 98, нормально распознает подключение нового устройства USB "на лету", корректно определяет его и позволяет сразу же работать с этим устройством.

Единственный нюанс может заключаться в различии версий самих USB-устройств. Дело в том, что развитие USB не остановилось на разработке универсального компьютерного интерфейса. Сразу же появились новые идеи, которые нашли свое воплощение в следующей версии стандарта USB 2.0. Спецификация на эту версию универсального интерфейса была утверждена вскоре после предыдущей версии 1.1 - поэтому на данный момент большое число производителей компьютеров и компьютерной периферии поддерживают этот стандарт. Windows сама определяет версию USB-устройства, подключенного к порту, и работает с ним соответствующим образом. Windows 98 и ME поддерживают спецификацию USB 1.1, Windows 2000 и XP - USB 2.0.

Обозначения различных стандартов USB

После введения спецификации USB 2.0 встал вопрос идентификации USB-оборудования потребителями, которые не посвящены в тонкости интерфейса. Было принято решение не использовать старый логотип USB 1.1. Вместо него введено два новых: для стандартного USB и для высокоскоростного (см. рисунок). Оба логотипа обозначают, что оборудование прошло испытания на соответствие требованиям работы в USB-системе. Значок "Certified USB" говорит о том, что сертифицированное устройство отвечает требованиям USB 2.0 и поддерживает обмен данными на низкой (1,5 Мбит/с) и стандартной (12 Мбит/с) скорости. Значок "Certified Hi Speed USB" означает, что такое оборудование будет работать на высокой скорости 480 (Мбит/с).

Устанавливаем PCI-USB-контроллер

"Не бери важкого в руки i дурного в голову" - учит нас мудрая украинская пословица. В этом смысле использование PCI-USB-контроллера - это наиболее простой и быстрый способ запастись парочкой-другой USB-портов. Windows ME, 2000 и XP в своем багаже имеют большинство необходимых драйверов для поддержания наиболее распространенных контроллеров USB, поэтому установка данного устройства в любой из Windows проста до неприличия. Любителям Windows 98, возможно, придется все-таки напрячься и установить драйвера дополнительно. Но в большинстве случаев это не потребуется.

Что представляет собой PCI-USB-контроллер? Это PCI-плата расширения до 4-5 USB-портов, в которую встроен хост-контроллер USB. Стоимость PCI-USB-контроллера составляет около 15 у. е.

Плату достаточно установить в любой свободный PCI-слот (при выключенном компьютере) - и загрузить Windows. Дальнейший ход событий может варьироваться в зависимости от операционной системы, но общая схема следующая. Мастер нового оборудования должен определить присутствие нового устройства. А точнее, двух: если PCI-USB-контроллер поддерживает спецификацию USB 2.0, тогда он для совместимости, возможно, будет иметь также контроллер USB для обратной поддержки спецификации USB 1.1 - в таком случае хост-контролеров будет определено два. Далее Windows может установить драйверы для хост-контроллеров автоматически или попросит указать их местоположение. В комплекте с PCI-USB-контроллером обязательно должен поставляться компакт-диск с драйверами, который можно "подсунуть" Windows для корректной установки устройства в системе.

Проверить, установлен ли PCI-USB-контроллер в системе, очень просто. Нужно зайти в Диспетчер устройств - там в разделе Универсальная последовательная шина (Universal Serial Bus controllers) должно появиться, как минимум, два объекта: Хост-контроллер (Host Controller) и Корневой разветвитель (Root Hub).

Стоит отметить, что хост-контроллеров может быть (и, скорее всего, так оно и будет) несколько. Типичный пример - популярный чипсет Intel i810, в схему которого включены универсальный хост-контроллер и корневой разветвитель, но не USB-порт - поскольку производители материнских плат на тот момент еще не снабжали свои изделия USB.

Без PCI-USB-контроллера в системе будет установлено два устройства: Intel 82801AA USB универсальный хост-контроллер и USB корневой разветвитель. После установки USB2.0-совместимого PCI-USB-контроллера в систему добавились NEC PCI to USB Enhanced host controller, два NEC PCI to USB Open host controller USB 2.0 Root Hub Device и два дополнительных корневых разветвителя.

Так что, если в Диспетчере устройств установлены хотя бы два устройства: хост-контроллер и корневой разветвитель - можно приступать к использованию USB.

Устанавливаем USB-хвост

Как уже упоминалось, USB-шлейф - это несколько портов USB, имеющих для соединения с материнской платой 10 контактов.

Но для того чтобы воспользоваться этим устройством, нужно сначала убедиться, что материнская плата оснащена USB-контроллером и необходимыми контактами.

Первым внешним признаком наличия USB-контролера служит определение Windows хост-контроллера USB. В Диспетчере устройств в разделе Контроллеры универсальной последовательной шины USB должны находиться два устройства: "универсальный хост-контроллер" и "корневой USB-концентратор". Если оба эти устройства установлены и функционируют нормально - значит, можно подключать USB-хвост.

Конечно же, Windows может не определить хост-контроллер USB и не отображать ничего в Диспетчере устройств. Тогда можно воспользоваться специальной утилитой с официального сайта USB для определения поддержки USB. Программа имеет англоязычный интерфейс, так что, если воспользоваться ею не удастся, следует обратиться к руководству по материнской плате.

При подключении контактов USB-шлейфа к материнской плате без руководства пользователя не обойтись. Именно там должны быть расписаны типы контактов и их расположение в группе. На раннем этапе становления стандартов USB разработчики чипсетов проектировали и располагали универсальную последовательную шину на свое усмотрение. В результате на ранних реализациях разъем для USB-хвоста мог иметь как 8, так и 10 контактов. Располагаясь в два ряда, они могли иметь разную очередность - в результате чего желательно подключать каждый контакт отдельно, во избежание короткого замыкания. Следует обязательно помнить, что USB имеет по одному контакту питания и заземления - и, перепутав их, можно повредить подключаемое устройство (в лучшем случае) или даже повредить материнскую плату - в худшем. Поэтому не стоит забывать о технике безопасности - все манипуляции следует производить при отключенном питании компьютера и отсоединенном кабеле питания. Если не заземлены ни вы, ни материнская плата, то касаться ее категорически не рекомендуется.

Вместе с USB- хвостом должно также поставляться описание назначения контактов, в соответствии с которым и следует производить подключение контактов.

Например, для материнской платы PC PARTNER на базе чипсета Intel i810 разводка по пинам такова:

1 VCC
2 GND
3 USBP1-
4 USBP0+
5 USBP1+
6 USBP0-
7 GND
8 МСС

С последовательным расположением контактов:

1234
5678

В то же время приобретенный USB-хвост имел обратное расположение контактов:

1 2 3 4
8 7 6 5

Таким образом, при подключении USB-хвоста контакты необходимо было подключать в обратном порядке.

Но для каждой материнской платы порядок расположения контактов может отличаться, так что перед установкой устройства обязательно следует изучить руководство к своей материнской плате.

После подключения USB-шлейфа Windows никак не реагирует на выполненные действия, так как, по сути, никакого нового устройства не добавлено - добавлена лишь его интерфейсная часть. Как уже упоминалось, сам USB хост-контроллер должен уже присутствовать на плате.

Теперь, после подключения USB-шлейфа, появилась возможность непосредственно подключать USB-устройства к компьютеру. Но нелишним будет напомнить, что подключение USB-шлейфа следует выполнять только тем, кто имеет необходимую квалификацию,- во избежание порчи периферийных устройств и самого компьютера. Если же вы не уверены в своих возможностях, то PCI-USB-контроллер - наилучшее решение, так как при его подключении шансы повредить компьютер минимальны. А стоимость PCI-USB-контроллера не идет ни в какое сравнение со стоимостью материнской платы, пусть даже не совсем новой, или какого-либо периферийного устройства с USB-портом, которое будет подвергаться риску.

Увеличиваем число USB-портов

Но, получив в свое распоряжение два или четыре USB-порта, рано радоваться. Через несколько недель (а то и дней) можно обнаружить, что двух портов, мягко говоря, недостаточно. На сегодняшний день количество периферийных устройств, которые можно подключать через USB-порт, впечатляет. Это принтеры, внешние жесткие диски, flash-диски, сканеры, мониторы, магнитооптические диски, веб-камеры, джойстики, мыши, клавиатуры... что не подключается через USB, вспомнить тяжело. Такое количество устройств требует и большего количества портов. На данный момент разработчики материнских плат и производители корпусов для ПК располагают в своих изделиях все большее и большее количество USB-портов. Сейчас уже стало нормой расположение на материнской плате шести USB-портов, из которых четыре могут находиться на той стороне платы, которая будет располагаться к лицевой части корпуса компьютера. Но более старые модели зачастую имеют всего два USB-порта - да и то на задней панели корпуса компьютера.

Но мудрые разработчики USB еще в середине 90-х заложили в первую спецификацию условие, что универсальная последовательная шина должна поддерживать до 127-ми устройств. Таким образом, используя концентраторы (hub) можно на одном хост-контроллере использовать 127 отдельных устройств. Согласно стандарту USB, один концентратор может обслуживать до четырех периферийных устройств.

Сейчас можно приобрести концентраторы на два и на четыре USB-порта. Но ничто не мешает разработчикам встраивать концентраторы в сами их устройства, что и сделали инженеры из Apple. USB-порты прямо на клавиатуре - отличное решение. Лишь бы они не запатентовали его, как это любят делать в Apple,- тогда и у пользователей других архитектур появится шанс пользоваться USB доступно и удобно.