BROTHERS IN EISA. USB. Не все одинаково...

Теперь уже нет сомнений: универсальная последовательная шина (USB) стала второй величайшей революцией в информатике после mp3. А как эта революция сказалась на автозвуке?

Стандарт USB — это протокол последовательной передачи данных, позволяющий присоединять устройства различного назначения к персональному компьютеру. Целью разработки USB было создание универсального, общепринятого и простого в работе протокола, сходные требования предъявлялись и к физическому соединению: малые размеры, никаких переходников, способных свести с ума пользователя, встроенное питание внешнего устройства и главное — принцип plug&play с немедленным опознаванием присоединённого аппарата.

Краткая история USB

Прежде чем погрузиться в подробности, немного о происхождении и эволюции USB. В мире электроники победа нередко остаётся не за самым высоким качеством, а за распространённостью и удобством пользования. Схожая история была в области бытовой видеозаписи. В момент появления домашних видеомагнитофонов публика могла выбирать между тремя стандартами: Beta (Sony), Video 2000 (Philips) и VHS (JVC). По качеству, экономичности и простоте использования явным лидером был Video 2000, но по труднообъяснимым причинам победил стандарт VHS, худший из трёх, что впоследствии лишь ускорило кончину конкурирующих форматов.

У USB похожая история, но с другим финалом. Она начинается с появления стандарта FireWire (более известного как IEEE 1394), официально представленного компанией Apple (которая одновременно оформила патент на новый стандарт) в 1995 году, стандарт обеспечивал передачу данных на скорости до 400 Mбит/с. Версия 1.0 протокола USB, появившаяся год спустя, гарантировала скорость до 1,5 Mбит/с, этого едва хватало на работу с клавиатурой или мышью. Два года ушло на то, чтобы довести скорость до 12 Mбит/с, что по-прежнему было намного меньше, чем у FireWire. На практике с USB 1.1 можно было добиться немногого, совершенно точно этот протокол не годился для передачи видеопотоков, звук был пределом возможностей.
Единственным преимуществом USB перед FireWire на тот момент было отсутствие ограничений в применении, поскольку за свой протокол Apple требовала отчислений с каждого устройства, использующего FireWire. Поворотным пунктом стал 2000 год, когда была представлена версия 2.0, с ней скорость передачи данных достигла 480 Mбит/с, что превосходило показатель FireWire (пусть лишь на бумаге).
Именно появление высокоскоростной версии 2.0 стало началом завоевания рынка стандартом USB, ставшего впоследствии де-факто обычным соединением для самых разных устройств. Сегодня USB-накопитель играет роль такую же естественную, как та, что принадлежала дискете из недавнего компьютерного прошлого.
Возможности USB в версии 3.0 ещё более впечатляющи, применение устройств стало практически интуитивным, но и это ещё не всё. То, что USB-разъём несёт в себе и 5-вольтовое питание, обусловило его использование и там, где передача данных не требуется, ярчайшим эпизодом в истории USB явилось принятие Еврокомиссией директивы, предписывающей переход на формат mini-USB в разъёмах питания всех новых портативных устройств, дабы уйти от неоправданного разнообразия зарядников и сетевых адаптеров.

Что внутри флэшки?

Она лишь снаружи кажется простой. Три важнейших элемента USB-носителя: контроллер, управляющий обменом по протоколу USB, память архитектуры NAND и кварцевый генератор, обеспечивающий синхронизацию. Вот фото, позаимствованное из «Википедии». На нём обозначено:

1 — разъём USB.
2 — микросхема контроллера.
3 — контрольные точки (нужны на этапе производства и программирования.
4 — собственно память.
5 — кварцевый генератор.
6 — светодиодный индикатор.
7 — блокировка записи.
8 — место под второй чип памяти.
Любопытный факт: NAND-память не вечная. Оценка её жизнеспособности — около 100 тысяч циклов записи.


USB 3.0

Первая публичная демонстрация устройства, работающего по протоколу USB 3.0, состоялась около трёх лет назад. Эта версия, как и предшествующие, была призвана увеличить скорость передачи данных. С использованием USB 3.0 она теоретически может достигать 4,8 Гбит/с (Super mode) и превзойти извечного соперника FireWire (теоретический предел скорости версии 800 составляет 3,2 Гбит/с).
Стандарт 3.0 обеспечивает полную совместимость с более ранними версиями 1.1 и 2.0. Предусмотрены две разновидности USB 3.0. В стандартном режиме предельная скорость составляет 4,0 Гбит/с (средняя — 3 Гбит/с), в режиме Superspeed, для которого требуется специальный соединитель, совместимый с обычным, благодаря использованию дополнительной линии передачи данных скорость достигает уже упомянутых 4,8 Гбит/с. Новый протокол накладывает более жёсткие требования на качество линий связи, это касается как экранирования кабелей, так и их длины, хотя прямо это не указывается, на практике кабели не должны быть длиннее 3 метров. Кроме того, в USB 3.0 усовершенствована система управления питанием, которая теперь включает режимы отключения, ожидания и готовности.

Данные на бумаге

Чтобы полностью реализовать потенциал USB, необходимо осознавать и ограничения этого типа соединения. В частности: USB не альтернатива стандарту ATA, используемому в наших компьютерах, поскольку не обеспечивает скорости, необходимой современным процессорам. Последовательный ATA почти втрое быстрее USB 2.0 и постепенно распространяется применительно к внешним HDD, в том числе благодаря более мощным цепям питания.
В то же время USB позволяет подключать и отключать «на горячую» практически любые устройства без риска повреждения (то, что USB-устройства перегорают при отключении «на горячую» — не более чем миф).
USB накладывает также ограничения на число обслуживаемых устройств (хотя и высокое — до 127) и длину кабеля, которая не должна превышать 5 метров. Собственная шина питания (5-вольтовая VBus) рассчитана на ток нагрузки до 500 мА, устройства с более высоким потреблением требуют внешнего питания. Как правило, современные внешние жёсткие диски формата 2,5 дюйма укладываются в это ограничение. Внешние диски стандарта SATA менее требовательны к питанию, чем их предшественники, основанные на параллельном интерфейсе PATA, к тому же быстродействие последних намного ниже, так что их можно считать непригодными к работе в автомобиле. Получившие распространение в последнее время твердотельные диски (SSD) решают много проблем, в том числе — с энергопотреблением, хотя цена таких хранилищ по-прежнему чересчур высока (мы включили в наш тест устройство такого типа марки Buffalo).

Результаты измерений

Необходимо также иметь в виду, что главная причина успеха твердотельных носителей данных, технология памяти NAND, может играть и роль главного ограничения скорости передачи данных, в действительности «бутылочным горлышком» процесса в целом зачастую оказываются не предельные (написанные в спецификации) параметры протокола обмена, а быстродействие памяти как таковой.
Целью этого теста было изучение возможностей различных типов USB-флэшек и внешних жёстких дисков по передаче потокового аудио и видео. Разница иногда оказывалась довольно чувствительной.

Типологии соединений

С момента своего появления в 1996 году стандарт USB претерпел изменения не только в отношении протокола обмена, но и в смысле физических соединителей. Первый тип соединителя, наиболее распространённый, называется «тип А», он применяется во флэшках, внешних HDD и кабелях принтеров. В последнем случае на другом конце кабеля обычно находится разъём типа «В», вдвое большего размера и постепенно теряющий популярность. В то же время растёт популярность соединителей типа mini-A и mini-B, они всё чаще появляются на портативных HDD и смартфонах.
Надо отметить: некоторые производители, заявляя USB как тип соединения для передачи данных, используют собственные, специфические разъёмы. У меня, например, была камера Panasonic с комплектным нестандартным кабелем, который не продавался отдельно, данные приходилось скачивать через кард-ридер из опасения, что если кабель потеряется, камера станет бесполезной.
«Распиновка» USB-порта, неважно, большого или маленького, всегда следует общему правилу: контакты 1 и 4 — это плюс и минус питания, контакты 2 и 3 используются для передачи данных.

USB-порт в современных головных устройствах

Производители автомобильных головных устройств не слишком торопились оснастить их портами USB (из экономии). Однако под давлением популярности портативных mp3-плееров и из-за падения цен на твердотельные носители они сдались. Немалую роль в этом сыграл и одиозный iPod — так хотелось им написать на упаковке «работает с iPod», часто не упоминая, что для этого требуется специальный кабель-адаптер, по цене сравнимый с плеером.
Сегодня требование покупателя, чтобы головное устройство имело порт USB, сходно с тем, как несколько лет назад он настаивал на совместимости с форматом mp3. И по той же причине...
Присутствие порта USB стало столь важным, что наиболее продвинутые производители даже сделали следующий шаг. Например, Fiat начал использовать USB-порт штатной аудиосистемы также для сбора и последующей обработки данных бортового компьютера, их (через флэшку) можно загрузить в фирменную программу Blue & Me, которая проанализирует записи «бортового самописца» и поможет повысить экономичность системы «автомобиль — водитель». Хорошая попытка, но, вообще-то, не стоит своих денег.
Возвращаясь к «головам», будет полезно узнать: менее 20% протестированных нами головных устройств (AV-устройств, заметим) имели интерфейс, способный передавать видеоданные по USB.
Таким образом, приходится признать: на сегодня USB — это, главным образом, средство передачи аудиоданных. Приходится также признать, что, хотя наряду с mp3 сегодня существует немало других (и часто лучших) форматов компрессии аудиоданных (например, FLAC, APE, Ogg Vorbis, AAC, Blades), по-прежнему очень немногие головные устройства способны с ними работать.
Мы испытали несколько «голов» с различными USB-носителями (флэшками и HDD) разных производителей и разной ёмкости и представляем вам результаты.


Непохожие близнецы

Да, действительно, не все USB-носители одинаковы. Мы в этом убедились, перебрав в течение месяца около десятка в паре со знакомыми нам по другим тестам головными устройствами. В качестве референсного образца был использован Pioneer F900BT, который уже год как работает в машине автора, к его полному удовлетворению. Кроме того, испытали недавний Clarion NX700E, одну из моделей Zenec (предназначенной для замены штатного ГУ в автомобилях Volkswagen), Fujitsu Ten Eclipse AVN4429 и другие, перечисленные в итоговой таблице.
Из флэшек мы взяли для теста модели от EMTEC, Kingston, два образца Transcend, по одному от SanDisk и Maxell и пару безымянных, продававшихся по существенно заниженным ценам. Из HDD в сравнении участвовали два Buffalo (SATA HDD на 250 Гб и SSD на 32 Гб). Кроме того, мы использовали образцы продукции, хорошо известной в PC-индустрии: LaCie (250 Гб), Western Digital и Maxtor, оба — на 160 Гб.
Тестовый материал включал аудиофайлы, записанные в mp3 с различным битрейтом, AAC, некомпрессированные WAV, а также APE и FLAC, на случай, если какое-либо из головных устройств их увидит. Видеоформат мы взяли один — DivX, который нам представляется единственно приемлемым для автомобиля.

Все носители были отформатированы для файловой системы FAT 32, из соображений максимальной совместимости. Компрессированные файлы готовились с помощью программ Easy CD-DA Extractor version 10 фирмы Poikosoft (www.poikosoft.com), тесты на скорость проводились с помощью программы HD Tune Pro trial version 4.50 и компьютера Packard Bell Easy Note под Windows Vista Home Premium.
Тесты на скорость проводились несколько раз, в таблице приведены лучшие из показанных результатов. Сразу становится видно: ни один из носителей не обеспечил теоретически максимальной скорости, предусмотренной спецификацией USB-протокола. Показатели HDD приближаются к лучшим твердотельным носителям, но время обращения у «механики» существенно выше. При повторении измерений у некоторых из продуктов показатели сильно колебались в силу того, что ноутбук (как и головное устройство в машине) не может обеспечить требуемой стабильности питания.

Совместимость

Результаты теста вполне обнадёживающие, большинство носителей показали полную совместимость со всеми ГУ. С портативными HDD картина иная. Миниатюрный SSD Buffalo Station 32 GB Micro не отстал от флэшек, в то время как работа остальных в очень большой степени зависела от способности ГУ обеспечить адекватное питание. Результаты приведены в таблице 1, обратите внимание: Pioneer, Zenec и JVC отказались работать со всеми HDD, Alpine заработал с почти всеми, остальные — с переменным успехом. Анализ результатов показал: несовместимость (и нестабильность работы в случае Pioneer) связаны именно с проблемами питания.

Итоги теста на форматную совместимость приведены в таблице 2. Видно, что безоговорочную совместимость показывает лишь mp3. Некомпрессированные файлы WAV не дались Pioneer и Eclipse) в одном случае они не читались совсем, во втором — читались с паузами в воспроизведении. Файлы, сжатые без потерь (FLAC и APE), как мы видим, пока не для автомобиля.

С видеопотоком справился лишь один из тестируемых. Это ограничение объясняется несколькими причинами, но одна из них нас удивила, как оказалось, некоторые ГУ до сих пор применяют протокол USB 1.1, который по определению пригоден только для аудио. В других случаях видеофункции намеренно заблокированы производителями, что необъяснимо: большинство пользователей теперь предпочитают записывать контент на твердотельные носители, а не по старинке, на DVD-болванки.

Заключение

Несмотря на бурное развитие технологии USB, вначале приблизившейся к FireWire 400, а позже, с версией 3.0 — к FireWire 800, производители car audio по-прежнему используют лишь малую часть возможностей USB, и не лучшим образом. Мы убедились, что в некоторых головных устройствах до сих пор применяется древняя версия USB 1.1, а одно это уже не даёт возможности воспроизводить некомпрессированный аудиопоток, не говоря уже о видео. Мы вынуждены примириться с тем, что головные устройства, отнесённые к категории «аудио/видео» и снабжённые портом USB, при работе с этим носителем превращаются в «просто аудио». Это — следствие очевидной близорукости производителей и остаётся на их совести.
Наш тест выявил: в принципе, все USB-флэшки работают с современными ГУ, даже те из них, которые показали наименьшую скорость передачи данных, способны работать, в том числе, с некомпрессированным аудио, если, разумеется, это позволяет ГУ (случай USB 1.1).
Допустимо ли сказать, что все USB одинаковы? Формально — нет, поскольку они явно продемонстрировали существенную разницу в своих возможностях передачи данных. На практике же оказывается, что в неудовлетворительной работе USB-носителя чаще всего виноват не он...
Лука Томмолини сотрудничает с журналом «ACS» уже больше двадцати лет, его карьера в издании началась с того, что главный редактор (тот, кто был им в 1989 году) погнал молодого журналиста в роли вольнослушателя на Facolta di Ingegneria Римского университета пройти курс акустики, без этого, мол, никакой ты не журналист. Курс был усвоен, и с того времени Лука с автозвуком не расставался.

Источник: журнал Автозвук, 10/2010. Лука ТОММОЛИНИ