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USB与IEEE1394的发展历史及其技术比较研究

时间:2011-03-22 11:56来源:betway必威官网www.etsupport.net 编辑:麦田守望者

在数据交换量越来越大的今天,传统的外设接口EPP(EnhancedParallelPorts,增强并行口)、ECP(ExtendedCapabilitiesPorts扩展功能端口)逐渐感到力不从心,难以撑持,为了缓解此种矛盾,各厂家纷纷推出了各自的解决方案。其中以VIA威盛电子倡导的IEEE1394与INTEL公司推崇的USB最有竞争实力。

1 基本资料与发展历史

  在谈论USB和IEEE1394技术之前不妨让我们来看看这几年外设与接口技术的发展历程。过去的20年中,个人计算机的外设一直比较简单,常常用到的是鼠标、打印机。尽管个人计算机由AppleⅠ发展到今天的PentiumⅢ,在计算性能和应用领域方面提升了许多,而串口与并口却多少年来一成不变地位于主机箱的背后,在功能和结构上没有什么变化。

  串口的出现是在1980年左右,数据传输率是115~230Kbit/s,串口一般用来连接鼠标和Modem;并行口的数据传输率比串口快8倍,标准并口的数据传输率为1Mbit/s,一般用来连接打印机、扫描仪等。原则上每一个外设必须插在一个接口上,如果所有的接口均被用上了就只能通过添加插卡来追加接口了,当然机器内部可增插卡的数量还受到计算机上插槽个数的限制。多功能卡的出现及有些厂家针对自己的产品线开发的自家适用的通用接口,很大程度上是为了解决多种设备连接到主机及提高传输速率而出现的解决方案。

  USB,是UniversalSerialBus的缩写,如果按中文直接翻译就是“通用串行总线”接口,它是一种串行总线系统,带有5V电压,支持即插即用功能,支持热拔插功能,最多能同时连入127个USB设备,由各个设备均分带宽。1994年Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、NorthernTelecom等世界上著名的7家计算机公司和通讯公司成立了USB论坛,大概花了近2年的时间才形成统一的意见,于1995年11月正式制定了USB09通用串行总线(UniversalSerialBus)规范。可是USB标准真正颁布已经是1996年了,当时的标准是USB10,不过我们清楚一种接口的普及必须3个条件:统一的标准、流行操作平台的良好支持以及支持该标准的大量产品,要知道Win95是不支持USB的。因此,1996年颁布的USB标准也就成了一张废纸。因此,虽然1998年以前的不少主板芯片组也能对USB提供支持,但是主板厂家无一例外都没有提供USB接口,连主板上都没有USB口,那么USB产品就更是找不到了。直到1998年,USB才迎来了真正的春天——首先是业界巨头们制定了USB11标准,使USB技术更加成熟可靠;接着Win98发布,宣布正式对USB接口提供支持,USB才真正发展起来。IEEE1394:Apple称之为FireWire(火线),Sony称之为i.Link,TexasInstruments称之为Lynx。尽管各自厂商注册的商标名称不同,但实质都是一项技术,那就是IEEE-1394。早在1985年,苹果公司就已经开始着手研究“火线”技术,并取得了很大成效;但是这个标准正式确立,却是10年之后了。它是IEEE(电气与电子工程师协会)于1995年正式制定的总线标准。由于IEEE1394的数据传输速率相当快,因此有时又叫它“高速串行总线”。比之USB总线,IEEE1394的速度显然要高出一大截,可是目前在PC方面尚未形成气候;在操作系统方面,Win98、Win2000已经提供了对它的支持,效果不错;但是IEEE1394推广的最大障碍在于产品,因为主板芯片组直接对IEEE1394提供支持的几乎没有,要实现它必须外接控制芯片,这样无疑大大提高了产品成本。目前看来,IEEE1394似乎情况并不容乐观。但是IEEE1394在其他方面却比USB更受青睐,例如信息家电和高端服务器等领域,IEEE1394就以其超快的速度成为该领域的唯一选择。

2 详细技术资料

  USB发展到今天,总共有3种标准:1996年发布的USB10,1998年发布的USB11以及刚刚布的最新标准USB20,此3种标准最大的差别就在于数据传输率方面,在其它方面也有不同程度的改进,总体来说,就目前的USB20而言,已经十分完善了,速度也上了一个新台阶,表1列出了USB各种标准的技术参数以及与IEEE1394的对比。

  表1USB与IEEE1394对比各种标准的技术参数

USB1 1USB2 0IEEE1394(1995版)

传输速度 15Mbit/s 480Mbit/s 400Mbit/s

支持长度 5m 5m(Hub30m) 4.5m

支持设备 127个 127个 63个

  以上仅是一些枯燥的数字、指标,似乎有点没趣味,实际上USB接口远不止这么简单,不可能仅仅用几个数字、几张图表就可以说明的,USB还是一个可级连的系统,我们可以通过USBHub的方式使USB接口“1变2”、“1变多”达到使机器能联入更多的USB设备,但是实际使用中,USB11系统一旦联入3个以上设备并且同时使用,速度就已经很让人难以接受了,所以所谓“127个”设备支持就更谈不上了,但是USB20的480Mbit/s(60Mbit/s)速率就会大大缓解这个问题。USB数据线由两对线组成,一对数据线,一对电力线,通过电力线可以为USB设备提供5V电压,允许通过最大电流为500mA,这个数字不算很大,可以满足一些耗电量较少的设备的需求,通过特殊的USB互联设备,我们还可以用USB口实现双机联网,速度是USB11的标准达12Mbit/s(15Mbit/s),可惜仅能进行简单的数据交换,不能称作真正的网络。

  与USB逐步提高速率不同,IEEE1394刚推出就有很高的起点,EEE1394可以在一个端口上连接最多63个设备,设备间采用树形或菊花链拓扑结构。IEEE1394标准定义了两种总线模式,即:Backplane模式和Cable模式。其中Backplane模式支持125、25、50Mbit/s的传输速率;Cable模式支持100、200、400Mbit/s的速率。目前正在开发1Gbit/s的版本。在400Mbit/s时,只要利用50%的带宽就可以支持不经压缩的高质量数字化视频信息流。IEEE1394标准高出目前的USB标准数10倍;而P1394b标准更将速度提升到800Mbit/s甚至16Gbit/s以上,是这一领域无可争议的“速度之王”,把Intel引以为豪的USB20也远远地甩在了后面。这得益于IEEE独树一帜的编码方式——Dslink,通过它便可以使IEEE1394仅用两对双绞线便达到了极高的传输速率(200Mbit/s以上);同USB一样,它同样自带供电线路,且能提供8~40V可变电压,允许通过最大电流也达到15A左右,因此它能为耗电量小于60W的设备进行供电,这远比USB的25W高多了;不过IEEE1394最大只能联入63个设备,仅为USB的一半,不过由于IEEE1394的惊人速率,以及日常应用的需求情况,似乎IEEE1394的63个设备比USB的127个更实在,更顶用。IEEE1394传输线中有3对线,其中两对为双绞线,用于数据传输;还有一对为供电线,用于向设置提供8~40V电压,如图1所示,中间是绝缘层。图1IEEE1394传输芯线截面图3应用状况与前景展望

  目前,USB接口可谓春风得意,市场上每一款主板都带有不少于2个USB接口;吞并了并口,因为USB打印机层出不穷;吞并了串口,因为USB调制解调器也是新品辈出;吞并了PS/2接口,因为USB鼠标大行其道。此外,新兴的PC外设如数码相机、摄像头、扫描仪、MP3播放机、外置式大容量存储器也无一例外都使用了USB接口,这些都表明了目前USB技术在该领域所处的统治地位,但是,今后在某些方面,USB接口的地位将逐步为IEEE1394所取代,分析其原因有以下几点:

  31 传输速度慢

  尽管与传统的串口、并口相比,USB的确达到了一个很高的水平,不过一旦与IEEE1394那数以“G”计的速率相比,USB立刻相形见拙,这便是USB想要一统PC外设接口的最大障碍,也是它是致命伤。尽管目前USB20标准使它的速度达到了IEEE1394现在的水平,然而即将推出的IEEE1394新标准将立刻打破USB在速度上战胜IEEE1394的梦想。

  32 以PC为中心的联接系统

  所谓以PC为中心,就是说USB不能像IEEE1394一样脱离了PC机而独立存在,而只能存在于PC系统中,这表明了USB技术的局限性,事实上今后随着技术的发展,会有越来越多的外设进入我们生活,为了减轻主机系统负担,我们不得不将一些数据交给外设处理;这时,就必须有一种总线能在两台外设间进行连接,这时USB就无计可施了,譬如扫描并打印一张照片,今天我们必须以PC为中心进行控制;这实在是不方便,而今后我们只需打开扫描仪与打印机就能实现,大大简化了工作。要实现这一点,我们就必须要有一种高速总线用于两者之间的互联;显而易见,必须以PC为中心的USB是无法担此重任的;而支持“点对点”协议的IEEE1394便能轻松胜任这个角色。?33非同步的传输方式

  由于USB总线传输数据必须通过主机CPU来处理,因此它便不是一种同步传输总线——非同步传输总线是无法实现实时视频流传播的,会产生严重的延迟现象。这样,数码摄像机等新型技术注定不会垂青于USB总线了。而其对手IEEE1394,则能得心应手地完成它。

  通过以上几点,我们可以清楚预见USB的未来,在中高端方面,对数据流量要求较高的设备将不再屈就于低速的USB接口,这些产品便是数码相机,外置硬盘之类;中间这一档,USB和IEEE1394势必展开激烈争夺,这些产品便是MP3随身听、扫描仪等;而低速率的设备将USB全面垄断,如PS/2鼠标、键盘等,而在其他方面,USB将会完全败给IEEE1394。

  与当前USB形成鲜明对比的是,IEEE1394在PC这方面则要逊色不少。虽然单从技术上讲,USB绝非IEEE1394之对手,然而一款成功的标准在业界的确立,除了技术还要受到其它诸多方面因素的影响,USB显然是在这些方面占了上风;但是技术的优劣毕竟还是最重要的,因此,今后IEEE1394会在某些领域逐渐取代今天的USB,而在某些新兴应用场合,如外设之间的级联,IEEE1394便是我们唯一的选择,由于未来的P1394b能达到极高的速度,又因为IEEE1394可以实时无延迟的传播,那么我们可以利用它轻松实现今天连想都不敢想的事:实时DVD传输,由数码摄像机拍摄后实时压制MPEG-2、实时三维影音传播……。未来IEEE1394的传输距离也将达到USB的20倍,即100m,并且仍然可级连。这些都是USB望尘莫及的,所以在这些场合,IEEE1394是绝对的王者;而在中端应用方面,则很可能与USB进行一场“争霸战”,胜负尚难以预料。不难看出,虽然USB和IEEE1394是两种类似的新技术,它们的很多特性都极为相似。就像硬盘中的IDE与SCSI,有着各自不同的定位,所以USB和IEEE1394并存的可能性很大,在这里可以大胆地预测:不久的将来,很可能我们的PC机后面只有两种接口——USB与IEEE1394,今天的PS/2鼠标、键盘接口会为USB所取代,很可能打印机也如此;而今天的数码相机、摄像头、外置式硬盘、扫描仪、MP3机等等高级外设将无一例外地向IEEE1394看齐。对于电视行业来说,随着非线性设备普及,以及越来越多的具有“火线”接口的摄像机和录像机的应用,高传输率的IEEE1394接口替代传统的“复合”、“分量”接口也应是意料之中的事情。

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