Министерство  Науки и Образования Российской Федерации

Московский  Государственный Университет Экономики  Статистики и Информатики 

 

Курсовая  работа на тему

«Интерфейс IEEE 1394» 
 
 
 
 
 
 

Выполнила:

студентка группы  ДКБ-301

Никитина  Ирина

Проверил:

Мельников Д.А. 
 
 

2011 г. 

Введение 3

История возникновения 6

Основные сведения 7

Технические характеристики 7

Топология 9

Совместимость 10

Сеть на IEEE-1394 11 

 

Введение

 

IEEE 1394 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.

Важность взаимодействия между различными компонентами и  устройствами в компьютерной технике  сложно переоценить. Без такого взаимодействия просто не было бы самой компьютерной техники. Но, с самого начала развития компьютеров каждый производитель  решал (а кое-где и продолжает решать) эти проблемы по-своему. Как  грибы после дождя росло количество всевозможных шин и разъёмов, по которым перегонялись данные, как  внутри компьютера, так и снаружи. Но, если такое разнообразие решений  внутри железной коробки шло (и идёт) во благо, стимулируя технический прогресс, то с периферией всё происходит наоборот. Море разных шин и разъёмов, которыми периферия может подключаться к  компьютерам не выгодно никому - ни производителям самих компьютеров, ни производителям периферии. Стало  ясно, что нужны универсальные  шины. И они появились. К сожалению, общий беспорядок(когда каждый тянул  одеяло на себя), не миновал и эту  область. Поэтому, в середине девяностых годов, взглянув на заднюю стенку компьютера, можно было увидеть кучу разнообразных  разъёмов: COM, LPT, VGA, PS/2 и некоторые  другие. Каждый из этих разъёмов имел свои недостатки, требовал от разработчиков  отдельной реализации и требовал свою долю отнюдь не безграничных компьютерных ресурсов. Необходимость действительно  универсального разъёма назрела, и  разработчики с энтузиазмом принялись  за работу. Так, например, небезызвестная фирма Intel с середины девяностых годов  начала агрессивно проталкивать на рынок  своё детище - USB (Universal Serial Bus). По сравнению  с существовавшими на то время  разъёмами, USB стал подлинным прорывом, обеспечивая казалось бы, всё, о чём  можно было мечтать. Но это только казалось :-) В тени шумихи вокруг USB тогда мало кто заметил рождение ещё одного формата, использующего  последовательную шину (Serial Bus), который  умел не меньше (а то и больше), чем  его широко разрекламированный конкурент. Это IEEE 1394.

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 предполагает  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 выключения питания и перезагрузки  компьютера) подключения/отключения  устройств на шине, за исключением  жестких дисков с SCA разъемами.

        Интерфейс USB, который очень подходит  конструктивно (маленький разъем, есть цепи питания для периферийных  устройств), не имеет необходимой  для переноса больших потоков  данных пропускной способности.  Новый вариант USB (2.0), который начал  разрабатываться в 1999 году, удовлетворяет  практически всем требованиям  к высокоскоростной шине, но завершена  его разработка только в первом  квартале 2000 года, а появились первые  устройства с его поддержкой  только в начале 2001 года.

        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 уже в конце 1999 года  объявили о выходе первых плат  со встроенным контроллером IEEE-1394. В частности, фирма ASUSTeK Computers выпустила  материнскую плату P3B-1394 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 боксы 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 6 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.

       Самые массовые из устройств,  в которых используется интерфейс  IEEE-1394, цифровые видеокамеры, требуют  скорости передачи данных всего  25 Mbits/s, но ряд периферийных устройств,  таких как жесткие диски, сканеры  требуют скоростей обмена выше 400 Mbits/s и в конце мая 2001 года  был согласован следующий вариант  стандарта, IEEE-1394b, предусматривающий  повышение скорости передачи  данных вдвое, т.е. до 800 Mbits/s.

 

История возникновения

     История IEEE 1394, теперь известного также как FireWire и как i-Link, началась ещё в 1986 году, когда члены Microcomputer Standards Committee (Комитет по Стандартам Микрокомпьютеров) захотели объединить существовавшие в  то время различные варианты последовательной шины (Serial Bus). Новый проект был призван  объединить существовавшие на то время  наработки: IEEE 1014 VME, IEEE 1296 Multibus II, и IEEE 896 FutureBus+R. Задачей разработчиков стало  создание универсального I/O (Input/Output) внешнего интерфейса, пригодного как для работы с мультимедиа, так и для работы с накопителями данных (Mass Storage Device), не говоря уже о более простых  вещах - вроде принтеров, сканеров, и  тому подобного. Результатом труда  разработчиков стал окончательно утверждённый 12 декабря 1995 года 10 мегабайтный документ под названием 1394-1995.pdf, который описывал IEEE 1394. В названии стандарта нет  никакого тайного смысла - просто это  был 1394 по счёту стандарт, выпущенный комитетом. Интерфейс, который описывался в этом документе был воистину революционным. Он обеспечивал просто невероятные по тем временам скорости и удобство. Ведущую роль в разработке стандата сыграла, была Apple, которая  дала ему имя FireWire, поэтому нет  ничего удивительного в том, что  она сразу же сделал ставку на использование  этого стандарта в своих компьютерах (как обычно, Apple пошёл своим путём, и, пока пользователи PC заглядывали  в рот Intel с недавно появившемся USB, сделал ставку на FireWire. Хотя и USB не был  забыт. Настоящей лебединой песней для IEEE 1394 стало появление любительских DV камер. Ещё при их разработке стало  ясно, что, кроме IEEE 1394 в качестве внешнего интерфейса для них ничего не подходит. Поэтому, Digital VCR Conference (DVC) приняла решение  использовать IEEE 1394 как стандартный  интерфейс для цифровых камер. Первой ласточкой стала Sony c DCR-VX1000 и DCR-VX700 цифровыми  камерами, которые впервые имели IEEE 1394 выход. Но, вскоре за Sony подтянулись  и другие производители. И сегодня IEEE 1394 практически монополизировал  этот быстро развивающийся рынок. Сегодня  любая, произведённая сегодня DV камера в обязательном порядке оснащается IEEE 1394 интерфейсом.

     Свою  лепту в развитие IEEE 1394 внесла и Texas Instruments, организовавшая массовое производство действительно дешёвых микросхем  для реализации IEEE 1394 интерфейса, что  сыграло огромную роль в бурном росте  количества IEEE 1394 контролёров в персональных компьютерах.

     Несмотря  на такой успех нового стандарта (он оказался востребованным ещё до выхода окончательной спецификации), разработчики не стояли на месте. Уже  в 2000 году вышла 1394a-2000 версия протокола, сразу же с энтузиазмом воспринятая  производителями. А сегодня разрабатывается P1394b.

Основные  сведения

     Различные компании продвигают стандарт под своими торговыми марками:

     Apple — FireWire

     Sony — i.LINK

     Yamaha — mLAN

     TI — Lynx

     Creative — SB1394

Преимущества

• 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.

Схема взаимодействия

     IEEE 1394 делится на несколько уровней.  Выглядит это так: 

     

     Внизу находится физический уровень (Physical Layer). Аппаратная составляющая, которая  отвечает за перевод сигналов, полученных по кабелям в понятную компьютеру форму (и наоборот - за перевод данных в электрические сигналы, идущие по кабелям). Эта же часть отвечает за управление физическим каналом, т.е. определяет, должно устройство занимать канал прямо сейчас, или должно подождать. Кроме того, этот же уровень  обеспечивает интерфейс для кабелей  и разъёмов и отвечает за следующие  процессы:

     Интерфейс среды (Media Interface) - отвечает за состояние  сигнала, передаваемого по кабелям.

     Арбитраж (Arbitration) - различные IEEE 1394 устройства, включенные в сеть разбираются между собой, кто и в каком порядке может  действовать.

     Кодирование/Декодирование (Encode/Decode) - перевод данных в электрические  сигналы, которые могут передаваться по кабелям и обратно.

     Уровнем выше расположен уровень канала (Link Layer). Сюда доставляются уже готовые  пакеты данных. Именно этот уровень  отвечает за пересылку данных вверх  и вниз, тут происходят следующие  процессы:

     Приёмник  пакетов (Packet Receiver) - организует и отвечает за приём пакетов данных.

     Передатчик  пакетов (Packet Transmitter) - организует и отвечает за передачу пакетов данных.

     Контроль  циклов (Cycle Control) - пакеты передаются не поодиночке, а циклами. Здесь и  осуществляется контроль над этими  циклами.

     Эти два уровня реализованы в "железе", т.е. выполняются аппаратно. Они полностью  отвечают за формирование сигнала из данных, формирование данных из сигнала, и приём/передачу в нужное время  и в нужное место. Поэтому, только этих двух уровней и хватает при  синхронной передаче, когда никакого контроля над тем что передаётся и получается не требуется. При асинхронной  передаче это не так, и там в  действие вступает:

     Сетевой уровень (Transaction Layer). На этом уровне происходит проверка полученных данных. Если всё  нормально (ни один пакет не потерялся  или не повредился), данные отправляются потребителю. Если обнаружена ошибка - возвращаемся на физический уровень  и повторяем всё сначала, пока данные не будут получены без ошибок.

     Все уровни (в том числе и первые два) контролируются firmware, и этот процесс  называется менеджмент последовательной шины (Serial Bus management).

     Такие процессы происходят в каждом IEEE 1394 устройстве, и два любых устройства образовывают между собой соединение типа точка-точка (point-to-point). Но, кроме  этого, IEEE 1394 позволяет объединять множество  таких устройств и соединений в одну логическую сеть. Для этого  физический уровень (physical layer) позволяет  иметь больше одного физического  интерфейса на одном устройстве.

     Рассмотрим  подробнее, как разные устройства в  одной логической сети разбираются, кто, когда, и что должен делать.

     Инициализация сети происходит в несколько этапов: