Революция 3.0. Все подробности

На прилавках магазинов появляется все больше устройств с интерфейсами USB 3.0 и SATA 3. Чем же новые стандарты так полюбились производителям и покупателям? Ответ прост – они обеспечивают небывалую ранее скорость передачи данных между ПК и периферийными устройствами. О том, какими средствами это было достигнуто, и как работают интерфейсы третьего поколения, читайте далее…

Последовательные и параллельные

Практически любое упоминание USB 3.0 или SATA 3 содержит слово «последовательный». Применительно к данным разработкам это означает, что интерфейс передает данные бит за битом – последовательно. При этом используется один или максимум два сигнальных проводника, что позволяет сделать интерфейсный кабель тонким и удобным.

Сегодня почти все цифровые интерфейсы работают последовательно, в отличие от более старых, которые обеспечивали параллельную передачу данных по нескольким проводникам. В последнем случае наличие множества проводов снижало удобство пользования интерфейсом, и кроме того, увеличивало стоимость соответствующих кабелей.

Десять-пятнадцать лет назад параллельные интерфейсы использовались очень широко, поскольку обеспечивали более высокую скорость передачи данных, чем последовательные. Но по мере того, как росли тактовые частоты контроллеров, быстродействие последовательных интерфейсов увеличивалось, а издержки на производство кабелей оставались незначительными. В итоге верх взяла идея последовательной передачи данных.

Скорость передачи данных

Первым последовательным интерфейсом, нашедшем широкое применение в персональных компьютерах, был RS-232. Его производительность составляет не более 20 000 бит/с, и долгое время пользователям этого хватало.

Но с появлением интерфейса USB 1.1 с быстродействием 12 Мбит/с все шансы RS-232 на «карьерный рост» исчезли. Он не только медленнее работал по сравнению с интерфейсом нового поколения, но и был менее удобным, поскольку не поддерживал «горячего» подсоединения и автоматического определения типа подключенного устройства.

Современный интерфейс USB 3.0 обеспечивает скорость до 5 Гбит/с. Несложно подсчитать, что за десять лет пропускная способность последовательного интерфейса увеличилась почти в 270 тыс. раз. Интересно, что старый и медленный RS-232 по-прежнему совместим с новейшим USB 3.0, поскольку оба основаны на одной и той же модели последовательной передачи данных.

Причины «ускорения» интерфейсов

Основное требование пользователей, заставляющее разработчиков принимать новые, скоростные стандарты интерфейсов, – необходимость увеличения их быстродействия. Причина очевидна: объемы пользовательских данных постоянно растут, и с момента появления USB 2.0 и FireWire до сегодняшнего дня эти показатели увеличились в несколько десятков раз.

Работа с цифровым видео высокой четкости, архивирование медиабиблиотек, перенос мультимедийных коллекций с одного ПК на другой требуют увеличения дисковых объемов и, как следствие, пропускной способности интерфейсов.

В таблице ниже приведены основные характеристики наиболее широко используемых в ПК интерфейсов, которые были разработаны в период от конца 60-х гг. прошлого века до сегодняшнего дня. Эти данные иллюстрируют, что на сегодняшний день стандартом в компьютерной индустрии стала передача данных бит за битом. Все современные интерфейсы – последовательные.

Универсальный интерфейс USB 3.0

ПК любых видов периферийных устройств – карманных флэшек, внешних жестких дисков, клавиатур и мышей, принтеров и сканеров, фото- и видеокамер.

Ключевое отличие третьей версии USB от предшествующей – изменение самого принципа работы интерфейса. Так, если USB 2.0 от USB 1.1 отличался в основном лишь пропускной способностью, то USB 3.0 был кардинально переработан. Необходимость этого вызвана наличием довольно существенных недостатков у USB первых двух поколений. Слабыми сторонами этих интерфейсов можно считать следующие.

Строгая иерархия подключенных устройств. В спецификациях USB до версии 2.0 включительно одно устройство обязательно является главным. Из-за этого соединить напрямую два компьютера с помощью USB-кабеля невозможно.

Полудуплексный режим. Контроллер USB1.1/2.0 может либо передавать данные в сторону устройства, либо получать их от него. Одновременно процесс передачи и получения информации не осуществляется, что уменьшает пропускную способность интерфейса.

Скорость работы контроллера. Равномерно делится на все подключенные устройства – чем их больше, тем меньше скорость каждого из них.

Малая сила тока питания. При подключении по USB 2.0 максимальный ток, обеспечиваемый контроллером, составляет всего 500 мА. Этого недостаточно для работы некоторых периферийных устройств, например внешних жестких дисков.

Низкая эффективная скорость передачи данных. При теоретическом быстродействии в 60 Мб/с интерфейс USB 2.0 на практике позволяет обмениваться информацией со скоростью не более 30–33 Мб/с.

Достоинства USB 3.0

Перечисленные выше недочеты негативно сказывались на работе подключенных через эти порты высокопроизводительных устройств: внешних жестких дисков, цифровых камер. Поэтому новая версия интерфейса претерпела значительные изменения.

Разъемы и провода. Разъем USB 3.0 окрашен в синий цвет и имеет восемь электрических контактов (против четырех в более ранних версиях USB). Дополнительные четыре провода используются при работе в скоростном режиме SuperSpeed с максимальной производительностью 5 Гбит/с. Располагаются новые контакты отдельно от четырех основных, при этом USB-штекер подключаемого устройства попрежнему совместим с разъемами USB 1.1/2.0 на материнской плате. Разъем USB 3.0 на периферийном устройстве выглядит совсем иначе и с USB-кабелями старого типа не совместим.

Увеличенная производительность. Для функционирования в скоростном режиме SuperSpeed контролер USB 3.0 реализует совершенно новый протокол работы. Контроллер способен отправлять и принимать данные одновременно, что увеличивает быстродействие. Повышению производительности способствует и то, что теперь подключенное устройство при необходимости может получить в единоличное пользование весь канал передачи данных, а это позволяет передавать информацию в режиме «точка-точка», где конечными устройствами является пара компьютеров.

Более высокий уровень тока. Контроллер USB 3.0 обеспечивает питание устройств током силой до 900 мА. Это сокращает время подзарядки телефона или плеера через порт USB, а также позволяет подключить жесткие диски, камеры, принтеры и даже мониторы без дополнительного питания от сети.

Продукты под новые интерфейсы

Samsung S2

Интерфейс USB 3.0 позволяет наиболее полно реализовать скоростные возможности быстродействующих портативных жестких дисков. Скорость вращения шпинделя у нового накопителя Sam sung S2 равна 7200 об./мин., этот показатель обеспечивает довольно высокую скорость чтения и записи информации. В таких условиях быстрый интерфейс USB 3.0 оказывается особенно полезным. Объем диска составляет 320 или 640 Гб.

Унификация. Контроллер USB 3.0 поддерживает устройства с интерфейсами прошлых поколений USB 2.0 и 1.1. Любое из этих устройств, подключенных к порту USB 3.0, будет работать на предельной скорости. Если же высокоскоростное устройство установлено в медленный порт, его скорость будет ограниченна.

НА ЗАМЕТКУ

Интерфейс USB 3.0 обеспечивает большую силу тока, чем USB 2.0, и это позволяет быстро подзаряжать через него мобильные устройства. Неудивительно, что сразу несколько производителей материнских плат разработали соответствующие фирменные технологии.

Так, компания Gigabyte выпустила GA-H55N-USB3 – первую в мире материнскую плату форм-фактора Mini-ITX, оснащенную интерфейсом USB 3.0. Помимо всего прочего в ней реализован выход HDMI, а также функция On/Off Charge, позволяющая заряжать мобильные устройства (в том числе все современные гаджеты Apple iPhone, iPod и iPad) от порта USB даже когда ПК выключен.

Для этого достаточно подключить мобильное устройство в порт, обозначенный на новых материнских платах красно-белыми метками. В плате используются медные проводники удвоенной толщины, благодаря чему во время работы она меньше греется и, соответственно, потребляет меньше энергии, чем обычные материнки.

Интерфейс дисковых устройств SATA 3

Интерфейс SATA 3 (полное наименование согласно требованиям разработчика – SATA Revision 3.x) предназначен в основном для подключения хранилищ информации: жестких дисков, SSD-накопителей, NAS и прочих запоминающих устройств. С помощью SATA 2 можно подключать внешнюю периферию, но все же данный интерфейс, как и предыдущие его версии, является дисковым. В отличие от USB 3.0 третья версия SATA – лишь легкая модернизация SATA 2.

SATA 3: просто быстрый SATA 2

Главное отличие нового интерфейса SATA 3 от предыдущей версии – увеличенная тактовая частота контроллера и, как следствие, большая скорость передачи данных, которая составляет 6 Гбит/с (в два раза больше, чем у SATA 2).

Версия интерфейса, предназначенная для работы с внешними накопителями, называется eSATA (External SATA – внешний SATA). Ее пропускная способность пока что ограничена 3 Гбит/с – как у интерфейса SATA 2.

Продукты под новые интерфейсы

Внешний жесткий диск A-Data N004

Наиболее функциональны те накопители, которые могут подключаться к ПК несколькими способами. Например, жесткий диск A-Data N004 совмещает в себе порты USB 3.0 и SATA 2. Он может быть использован в качестве портативного накопителя или стационарного винчестера.

Для установки в компьютер предусмотрены винтовые крепежные отверстия. Скорость чтения данных составляет 200 Мб/с, записи – 170 Мб/с. Оба этих значения существенно меньше максимального для SATA 2 порога в 300 Мб/с.

Ключевые недостатки старого интерфейса, присущие SATA 2, в полном составе «перекочевали» в спецификацию SATA 3. Ниже перечислены основные из них.

Невозможно использовать разветвители. К одному SATA-порту может быть подключено только одно устройство.

Не предусмотрено питание через порт. Подключенный к SATA 3 внешний жесткий диск должен иметь собственный БП. Существует несколько фирменных технологий, обеспечивающих питание по интерфейсу SATA, но все они носят характер проприетарных – то есть поддерживаемых одним-единственным производителем, их создавшим.

Длина кабеля ограниченна. Спецификации лимитируют длину соединительного провода: 2 м для eSATA и 1 м для SATA. Кабели USB, к примеру, могут быть и пятиметровыми.

Следует заметить, что большая часть резерва производительности SATA 3 не востребована. Сдерживающим фактором является скорость работы диска. Он просто не способен читать и тем более записывать данные со скоростью, которую обеспечивает интерфейс SATA 3.

Питание по SATA

Компания MSI путем «скрещивания» интерфейсов eSATA и USB 2.0 добилась желаемых результатов: с помощью разработанного ей гибридного интерфейса Power eSATA можно запитывать подключенные через eSATA устройства.

Данный интерфейс избавляет производителя от необходимости реализовывать на одном устройстве разные порты, поскольку физически разъем Power eSATA аналогичен USB. Тем не менее, скорость передачи данных составляет 120 Мб/с, что вдвое выше, чем теоретически возможная для USB 2.0.

ПРОВЕРЯЕМ В ДЕЛЕ

Чтобы проиллюстрировать скоростные возможности интерфейса USB 3.0, мы использовали быстрый внешний жесткий диск WD MyBook 3.0, удостоенный звания «Лучшая покупка» в сравнительном тесте внешних накопителей.

Винчестер сначала подключался к штатному порту USB 2.0 на материнской плате, а затем к порту USB 3.0 платы расширения. Полученные результаты наглядно демонстрируют значительное преимущество нового интерфейса в скорости передачи данных.

Апгрейд ПК с помощью адаптеров SATA 3 и USB 3.0

Если в компьютере нет высокоскоростных портов, это можно исправить: достаточно приобрести плату расширения стандарта PCI Express x1 с разветвителем USB 3.0. Обычно на такой плате предусмотрено 2–4 высокоскоростных порта. Ниже на примере адаптера ASRock USB 3.0 Card будет показано, как оснастить компьютер интерфейсом USB 3.0.

Устанавливаем плату расширения в ПК

Адаптер в виде платы расширения PCI Express x1 требует для установки наличия соответствующего слота в материнской плате, который выглядит таким образом

1 Установите плату расширения в слот

и зафиксируйте ее заднюю планку с помощью винта

2 Включите компьютер. В области уведомления панели задач операционная система определит новое устройство и установит необходимые для его работы первичные драйверы. Однако для функционирования адаптера этого недостаточно. С прилагаемого к устройству CD установите драйвер USB-контроллера. Для этого найдите и запустите файл «NECEL-USB3-Host-Driver-10170-setup».

3 Мастер установки запустит процесс инсталляции. Нажмите на «Далее», активируйте радиокнопку «Я принимаю условия лицензионного соглашения», а после этого последовательно нажмите на «Далее», «Установить» и «Готово».

В области уведомления панели задач кликните по закладке и в открывшемся окне выберите значок с изображением USB-порта. В окне «Установка драйверов» появится сообщение об успешной установке контроллера USB 3.0.

Теперь в вашем распоряжении несколько высокоскоростных портов USB 3.0. Аналогичным образом устанавливаются и платы расширения SATA 3, если пользователю необходим высокоскоростной дисковый интерфейс (например, при работе с производительными SSD-накопителями).

Следует помнить, что обычные жесткие диски с магнитными пластинами не нуждаются в интерфейсе SATA 3. Для их работы вполне достаточно пропускной способности интерфейса SATA 2.

Подключаем винчестер через USB 3.0

Подключить к порту USB3.0 внешний накопитель с интерфейсом SATA можно с помощью специализированных адаптеров. К сожалению, пока они доступны только в интернет-магазинах (например, на сайте www.ebay.com).

Один из представленных в продаже переходников называется Unitek Y-1034. Он снабжен дополнительным блоком питания и обеспечивает скорость передачи данных 61,2 Мб/с при записи и 104 Мб/с при чтении данных.

Если пользователю нужна более высокая производительность, следует выбрать док-станцию для SATA-устройств, которая подключается через USB 3.0. Запаса скорости данного интерфейса вполне достаточно даже для самых быстрых жестких дисков.

Итоги и прогнозы

Стандартам USB 3.0 и SATA Revision 3.x уже больше года. Этого времени вполне достаточно для того, чтобы можно было сделать выводы по итогам практического использования новых интерфейсов. И эти выводы явно не в пользу SATA 3.

Так, соответствующие порты присутствуют на многих системных платах, но выпущенных винчестеров с поддержкой SATA 3 все еще довольно мало. Сказывается отсутствие реальной потребности пользователей в 6-гигабитном дисковом интерфейсе, а кроме того, наличие соответствующих портов существенно повышает стоимость материнских плат. USB 3.0 развивается намного быстрее.

Уже сегодня преимущества от использования этого интерфейса очевидны. Прежде всего, это высокая скорость передачи данных, и конечно же, возможность питания внешних дисков через порт.

В ближайшем будущем можно ожидать появления универсального интерфейса Light Peak, который разрабатывается компанией Intel совместно с несколькими другими фирмами.

Light Peak использует оптическое волокно, которое позволяет передавать данные со скоростью 10 Гбит/с, что в два раза быстрее, чем у USB 3.0. Длина кабеля при этом не ограничена пятью метрами, как у USB, а может составлять 100 м и более.

Кроме того, этот интерфейс способен обеспечить десятикратное увеличение скорости. Light Peak изначально разрабатывается именно как универсальное решение для подключения любых устройств, его задача – вытеснить другие интерфейсы.

Если новинка будет благосклонно воспринята индустрией и пользователями, в мире интерфейсов действительно грянет революция.