47987 (Особенности организации и использование FireWire)

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему:

«Особенности организации и использование FireWare»

Аннотация

В данной работе идёт речь о последовательной высокоскоростной шине, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами. Курсовая работа состоит из 6 глав:

описание высокоскоростной последовательной шины FireWare

принцип работы Firewire

топология Firewire

использование 1394 (FireWire)

протокол Firewire

построение сети на основе FireWire

Содержание

Введение

Глава 1. Описание высокоскоростной последовательной шины FireWare

Составляющие IEEE 1394

Спецификации FireWire

Глава 2. Принцип работы Firewire

2.1 Кабель Firewire

Глава 3. Топология Firewire

Глава 4 Использование 1394 (FireWire).

4.1 Внешние дисковые устройства

Глава 5. Протокол Firewire

Глава 6. Построение сети на основе FireWire

Список литературы

Введение

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.

Представляется, что анализ тематики Сети на FireWire достаточно актуален и представляет научный и практический интерес.

Цель работы: Рассмотреть особенности организации и использование Fire Ware.

Поставленная цель определяет задачи исследования:

1. Рассмотреть теоретические подходы к Сети на FireWire;

2. Выявить основную проблему Сети на FireWire в современных условиях;

3. Показать пути решения выявленных проблем и сделать расчет путей их решения Сети на FireWire;

4. Провести Обозначить тенденции развития тематики Сети на FireWire.

Объект работы - система реализации Сети на FireWire.

Предмет исследования – частные вопросы деятельности системы Сети на FireWire.

В данной курсовой работе описывается высокоскоростная последовательная шина FireWare, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами.

1. Описание высокоскоростной последовательной шины FireWare

Стандарт для высокопроизводительной последовательной шины (High Performance Serial Bus), получивший официальное название IEEE 1394, был принят в 1995 году. Целью являлось создание шины, не уступающей параллельным шинам при существенном удешевлении и повышении удобства подключения (за счет перехода на последовательный интерфейс). Стандарт основан на шине FireWire, используемой Apple Computer в качестве дешевой альтернативы SCSI в компьютерах Macintosh и PowerMac. Название FireWire («огненный провод») теперь применяется и к реализациям IEEE 1394, оно сосуществует с кратким обозначением 1394.

Стандарт поддерживает пропускную способность шины на уровнях 100, 200, 400 Мбит/с, 800 и 1600 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. 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:

цифровой интерфейс - позволяет передавать данные между цифровыми устройствами без потерь информации

небольшой размер - тонкий кабель заменяет груду громоздких проводов

простота в использовании - отсутствие терминаторов, идентификаторов устройств или предварительной установки

горячее подключение - возможность переконфигурировать шину без выключения компьютера

небольшая стоимость для конечных пользователей

различная скорость передачи данных - 100, 200 и 400 Мбит/с

гибкая топология - равноправие устройств, допускающее различные конфигурации

высокая скорость - возможность обработки мультимедиа-сигнала в реальном времени

открытая архитектура - отсутствие необходимости использования специального программного обеспечения

Благодаря этому шина Firewire может использоваться с:

компьютерами

аудио и видео мультимедийными устройствами

принтерами и сканерами

жесткими дисками, массивами RAID

цифровыми видеокамерами и видеомагнитофонами

Простейшая система для видеоконференций, построенная на шине Firewire, 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.

1.1 Составляющие Firewire

Функциональная схема интерфейса Firewire показана на рис. 1. Здесь внизу находится физический уровень, на котором происходит перевод стыкуемых мультимедийных сигналов в компьютерные форматы или, наоборот, с формированием, кодированием/декодированием и арбитражем, определяющим, в каком порядке устройства Firewire, составляющие сеть, могут работать.

Рис 1 Функциональная схема интерфейса Firewire

На уровне обрабатываются и формируются пакеты данных, организуется их прием и передача. Этих уровней достаточно для изохронной передачи данных, когда контроль за передаваемой и получаемой информацией не ведется. При асинхронной передаче данных такой контроль производится на программном уровне обработки, где данные проверяются и отправляются потребителю, если ошибок не обнаружено. В противном случае процедуры на нижнем уровне повторяются до устранения ошибок. Физический уровень может содержать несколько разъемов FireWire, причем два любых устройства IEEE 1394 могут соединяться между собой по схеме «точка — точка»(point-to-point).

1.2 Спецификации FireWire

IEEE 1394

В конце 1995 года IEEE принял стандарт под порядковым номером 1394. В цифровых камерах Sony интерфейс IEEE 1394 появился раньше принятия стандарта и под названием iLink. Интерфейс первоначально позиционировался для передачи видеопотоков, но пришёлся по нраву и производителям внешних накопителей, обеспечивая высокую пропускную способность для современных высокоскоростных дисков. Сегодня многие системные платы, а также почти все современные модели ноутбуков поддерживают этот интерфейс.

Скорость передачи данных — 100, 200 и 400 Мбит/с, длина кабеля до 4,5 м.

IEEE 1394a

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 переходной процесс установки надёжного подсоединения или отсоединения устройства.

IEEE 1394b

В 2002 году появляется стандарт IEEE 1394b c новыми скоростями: S800 — 800 Мбит/с и S1600 — 1600 Мбит/с. Соответствующие устройства обозначаются FireWire 800 или FireWire 1600, в зависимости от максимальной скорости. Изменились используемые кабели и разъёмы. Для достижения максимальных скоростей на максимальных расстояниях предусмотрено использование оптики, пластмассовой — для длины до 50 метров, и стеклянной — для длин до 100 метров. Несмотря на изменение разъёмов, стандарты остались совместимы, чего можно добиться, используя переходники. 12 декабря 2007 года была представлена спецификация S3200 [1] c максимальной скоростью — 3,2 Гбит/с. Для обозначения данного режима используется также название «beta mode» (схема кодирования 8B10B). Максимальная длина кабеля может достигать 100 метров.

IEEE 1394.1

В 2004 году увидел свет стандарт IEEE 1394.1. Этот стандарт был принят для возможности построения крупномасштабных сетей и резко увеличивает количество подключаемых устройств до гигантского числа — 64 449.

IEEE 1394c

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.

2. Принцип работы Firewire

Процесс инициализации интерфейса начинается со сброса шины. При этом выясняется, какое число портов — один или несколько — имеется в системе и к каким из них подключены основные (родительские) и дочерние устройства. По этим данным строится дерево и определяется корневой узел сети (рис. 2).

Рис 2 Процесс инициализации интерфейса

Каждое из устройств Firewire получает идентификационный номер и данные о том, на каких скоростях могут работать его прямые соседи. Используется 64-разрядная прямая адресация (48 бит на узел и 16 бит для идентификации шины), позволяющая реализовать иерархическую адресацию для 63 узлов на 1023 шинах. По завершении инициализации начинает работать арбитраж, следящий за тем, чтобы работающие устройства друг другу не мешали. Поэтому устройство, готовое начать передачу, сначала посылает сигнал запроса своему родительскому устройству в дереве. Это устройство, получив запрос, формирует сигнал запрета своим дочерним устройствам и передает запрос дальше — своему родительскому устройству — и так далее, пока запрос не дойдет до корневого устройства. В свою очередь корневое устройство формирует сигнал, разрешающий передачу устройству, выигравшему арбитраж по времени, то есть тому, запрос от которого получен первым. При этом устройство, проигравшее арбитраж, ждет, пока шина не освободится. По сигналу разрешения начинается работа на уровне компоновки, где формируются пакеты данных по 512 байт с интервалами между ними и определяется их адресация. 160 бит в каждом пакете занимает заголовок, куда входит информация об отправителе и получателе пакетов, а также о циклическом коде CRC исправления ошибок. Передача данных начинается по получении ответа о готовности запрашиваемого устройства к приему информации. В течение времени до 0,75 мс после отправки каждого пакета данных ожидается подтверждение об их получении в виде байтовой посылки. Далее следует интервал не менее 1 мс, разделяющий пакеты, и т. д. Каждому устройству сети Firewire предоставляется возможность передавать данные один раз в течение каждого промежутка времени, распределяемого по всем узлам. Если этого времени оказывается недостаточно, передача завершается на следующих циклах. Так сделано для того, чтобы передача длинной информации одного из источников не могла блокировать работу остальных. Изохронная передача данных применяется, например, в мультимедийных приложениях, когда приоритетом является минимум задержки на получение информации по сравнению с возможной потерей или ошибками в какой-то ее части. В изохронном режиме данные передаются пакетами длительностью по 125 мс, то есть чем выше скорость, тем больше данных может быть передано за это время. Пакеты следуют друг за другом, не ожидая байтов подтверждения получения. Для идентификации пакетов при изохронной и асинхронной передаче промежуток между ними в первом случае короче, чем во втором. Это позволяет комбинировать и различать изохронные и асинхронные данные в каждом сеансе. На изохронные данные выделено до 85% канала передачи, из которых устройство может занимать не более 65 %. Интерфейсом Firewire допускается одновременная передача информации на разных скоростях от разных устройств, причем возможность их «общения» на какой-либо из скоростей определяется автоматически. Это делает интерфейс весьма дружественным, так как пользователю не нужно заботиться о правильности подключения устройств.