Usb портал что это
Краткая история USB: предшественники и конкуренты-неудачники
Наглядная демонстрация «принципа суперпозиции USB-порта»
Технологию USB вряд можно назвать совершенной, но она стала отличной альтернативой множеству портов, с которыми мы вряд ли снова будем иметь дело.
Как и все технологии, USB развивалась постепенно. Несмотря на полученное звание «универсальной» последовательной шины, за 18 с лишним лет на рынке технология то и дело появлялась в новых вариациях с различной скоростью подключения и бесконечным множеством кабелей.
Группа компаний USB Implementers Forum, специализирующаяся на изучении данного стандарта передачи данных, не понаслышке знакома с этой тенденцией и намерена предложить решение проблемы с помощью нового типа кабеля, известного как Type-C. По предварительным данным этот разъем придет на смену портам USB Type-A и Type-B всех размеров, предусмотренным в телефонах, планшетах, компьютерах, и другим внешних устройствах. Type-C будет поддерживать новую, ускоренную версию USB на 10 Гбит/с поколения 3.1 в 2 спецификациях с предусмотренной возможностью дальнейшего увеличения пропускной способности.
Вполне вероятно, что уже через несколько лет USB Type-C станет распространенным стандартом, благодаря которому можно будет распрощаться с запутанными клубками кабелей у рабочего стола. Тем временем в свет выходит очередной язвительный комикс от XKCD о привычном механизме внедрения новых стандартов.
Комикс XKCD
А пока все еще не ясно, спасет ли нас Type-C от нашествия кабелей или только усугубит ситуацию, давайте посмотрим, как USB менялась на протяжении своей истории, какие стандарты пытались составить ей конкуренцию и кто хочет поспорить с привычной технологией за звание лидера в ближайшем будущем.
Они остались позади
Если вы сели за компьютер, примерно, 10 лет назад, неудивительно, что USB для вас — что-то само собой разумеющееся. И, конечно, даже учитывая постоянно меняющиеся характеристики и способы подключения, то, что мы имеем куда лучше предыдущих версий привычного интерфейса передачи данных.
Если вы имели дело с компьютером до появления USB в эру Pentium и Pentium II, то помните, что пользователям приходилось постоянно что-то подключать через разные порты. Нужно подключить мышь? Возможно, понадобится PS/2 или последовательный порт. Хотите подключить клавиатуру? И снова PS/2, Apple Desktop Bus или DIN порт. Для принтеров и сканеров обычно использовали большие старые параллельные порты, которые также выполняли функцию внешних накопителей, если вам не нравился стандарт SCSI. Чтобы подключить приставку или джостик, нужен был игровой порт, как те, что до 90-х повсеместно применяли в специализированных звуковых картах (так выглядела реальность до создания аудио чипов для материнских плат стационарных компьютеров и ноутбуков).
По-моему, проблема на лицо. Для некоторых из этих портов требовались собственные платы расширения, которые также занимали немало места, и, как правило, их было не очень удобно настраивать и перезапускать. К концу 90-х появились компьютеры с несколькими USB портами, обычно на задней панели системного блока, чаще всего порты USB 1.1, способные развивать скорость до 12 Мбит (или 1,5 Мбит для внешних устройств, таких, как клавиатура и мышь). Производители комплектующих на сразу переключились на USB, хотя в клавиатурах, мышах, принтерах и других устройствах стали постепенно появляться USB порты и разъемы в качестве дополнительной опции, а впоследствии, и в качестве основной.
Когда в начале-середине 2000-х широкое распространение получил USB 2.0, стандарт стал отличной заменой куда большему числу привычных разработок. Флэш-накопители USB, фактически, похоронили заживо дискету (и, собственно ее родственников в лице Zip-дисковода), а также способствовали постепенному исчезновению CD и DVD-дисков – и правда, зачем их использовать для хранения данных и установки операционной системы, когда можно выбрать компактные и более универсальные USB, которые справятся с поставленными задачами быстрее? С помощью USB 2.0 можно было подключать такие внешние устройства, как Wi-Fi адаптеры, оптические диски, порты Ethernet и др. – а ведь до недавнего времени их нужно было в обязательном порядке устанавливать на компьютер. Увеличение скорости передачи данных до 480 Мбит позволило воплотить в реальность многие идеи. Так число USB портов росло, а затем они и вовсе вытеснили устаревшие порты на компьютерах и (особенно) ноутбуках. Как правило, на задней панели стационарных компьютеров можно было найти уже четыре и более USB портов, плюс 1-2 на передней панели для экономии времени.
Совершеннолетие USB попадает на период распространения USB 2.0, в то время как увеличение в USB 3.0 скорости до 5 Гбит/с оказалось еще более удобным, в частности для ранее упомянутых задач: создавать резервные копии системы и перемещать тяжелые видео файлы стало проще, а заодно освобождается место для 802.11ac или Гбит-ных Ethernet адаптеров. Вполне удобно запускать ОС с жестких или флэш-дисков USB 3.0, особенно, если нужно устранить неполадки или восстановить данные. Порты USB все чаще становятся единственной разновидностью портов на компьютере, ведь с распространением Wi-Fi специализированные порты Ethernet оказались не нужны. Повсеместное использование интерфейса гарантирует поддержку всех основных производителей чипов от Intel и Qualcomm до AMD (современные микросхемы Intel поддерживают в общей сложности 14 USB портов по сравнению с когда-то актуальными двумя, доступными на ранних версиях системы).
Другими словами, USB удалось, хотя и не без проблем, преуспеть и сохранить широкую поддержку разработчиков, а разъем USB Type-A классического размера и формы сохранялся на большинстве компьютеров почти 20 лет. Учитывая длинный список интерфейсов, на смену которым пришла технология USB, достижение более чем солидное.
Кого пришлось пережить
После прочного закрепления USB на лидирующих позициях появилось несколько видов портов, призванных оспорить такое господство. Как правило, им удавалось добиться незначительного успеха и у них даже были некоторые функции для выполнения задач, которые USB не предусматривала, но в итоге повсеместное использование последней сыграло решающую роль.
Одним из таких портов был FireWire (известный также как IEEE 1394), стандарт, который с конца 90-х в и до начала 2010 года поддерживала, в основном, Apple. На тот момент у FireWire было несколько преимуществ по сравнению с USB. Устройства FireWire можно было последовательно соединять друг с другом, то есть одного порта было достаточно, чтобы подключить десяток устройств; операции FireWire не требовали особого вмешательства от процессора хост-системы; стандарт FireWire также мог передавать данные сразу в двух направлениях (принцип «full-duplex»), в то время как USB 1.1 и 2.0 – только в одном («half-duplex»). Кроме того в рассматриваемый период FireWire был, как правило, быстрее, чем USB. FireWire 400 поддерживал скорость до 400 Мбит в противовес 12 Мбит у USB 1.1, а FireWire 800 и вовсе 800 Мбит, что заметно выделялось на фоне 480 Мбит, предложенных USB 2.0.
Основная проблема FireWire заключалась в том, что реализация стандарта оказалась гораздо дороже, ведь понадобились специальные чипы, контролирующие работу компьютера и внешних устройств. Поначалу пользователям FireWire приходилось даже отчислять лицензионный сбор в пользу Apple, рейтинг которой как раз в конце 90-х — начале 2000-х начал расти, хотя и был далек от сегодняшнего могущества компании. Началась неразбериха с названиями, которые, по сути, были просто наименованиями одного стандарта – здесь и iLINK от Sony, и бессвязный «IEEE 1394». Переход с FireWire 400 на FireWire 800 тоже требовал использования кабелей, в то время как USB 1.0, 1.1, 2.0, и 3.0 задействовали физически совместимые разъемы для всех поколений стандарта (с некоторыми дополнениями касательно мини и микро версий).
Как следствие существенно возросла конечная стоимость внешних накопителей и видео оборудования, требующих серьезного объема трафика; стандарт USB по-прежнему оставался дешевле, а потому использовался чаще. В настоящее время новые версии FireWire с максимальной скоростью в 1.6, 3.2 и 6.4 Гбит/с находятся на различных этапах разработки, но так как Apple больше не поддерживает этот стандарт в большинстве своих продуктов, инвестирование интерфейса заметно сократилось.
В настоящее время благодаря ускоренному интерфейсу место FireWire на Mac от Apple заняли порты Thunderbolt. Thunderbolt, прежде всего, ассоциируется с компьютерами Mac, потому что впервые данный стандарт запустили именно на одном из маков, причем в линейке продуктов Apple именно Mac удерживают лидерство. На самом деле, Thunderbolt разработан специалистами Intel. Первоначально стандарт, тогда еще Light Peak, отвечал за передачу данных в обоих направлениях со скоростью до 10 Гбит/с, что в два раза превышало показатели USB 3.0. И это, конечно, обеспечило проекту успех на рынке за год или два до закрепления USB 3.0 в роли самого распространенного стандарта для большинства компьютеров.
Контроллеры Thunderbolt второго поколения увеличили скорость до 20 Гбит/с, изменив механизм передачи данных. Контроллеры Thunderbolt первого поколения передавали данные по одной шине со скоростью 10 Гбит/с и могли принимать данные по другой шине PCI Express; Thunderbolt 2 сочетал в себе два потока, что гарантировало увеличение скорости передачи данных в одном направлении. Ни один из этих портов не стал общепринятым, так и оставшись разработкой для Маc, материнских плат профессиональных рабочих станций и карт расширения.
До этого момента изменения были незначительными, а потом в свет вышел Thunderbolt 3, новая 40 Гбит/с версия технологии, которая, о чудо, использует USB Type-C порт. В новых портах Thunderbolt по-прежнему требуется отдельный контроллер, но они полностью совместимы с USB Type-C и в них предусмотрена поддержка 10 Гбит/с USB 3.1 второго поколения. В последнее время таки порты появились на нескольких высококлассных ноутбуках, в частности, в линейке XPS от Dell и на планшете от HP Elite x2.Это и близко не похоже на размах USB, но раньше Thunderbolt и мечтать не могла о такой серьезной поддержке крупнейших производителей ПК.
Тем не менее создатели Thunderbolt повторили те же непростительные ошибки, что и FireWire: Thunderbolt предполагает наличие в ПК отдельного контроллера и кабеля, плюс производителям комплектующих приходится возиться с дополнительными микросхемами, необходимыми для работы интерфейса. Теоретически, Intel может воспользоваться своим авторитетом и продвинуть Thunderbolt на рынке, инициировав интеграцию упомянутых контроллеров в каждую выпускаемую микросхему, но и здесь без сложностей никак. Такой подход увеличивает количество кремния, необходимого для производства каждой микросхемы, а, значит, снова расходы, и Intel вряд ли захочет платить из своего кармана. Более того в этом случае микросхемы потребуют больше энергии, а Intel и без того из кожи вон лезет, чтобы сократить подобного рода показатели.
В настоящее время вышеупомянутые факторы объясняют причину использования Thunderbolt на ограниченном количестве систем. И, хотя это отличный выбор для счастливых обладателей экранов с разрешением в 4K или людей, постоянно передающих огромное количество информации, для большинства рядовых пользователей USB по-прежнему остается достаточно быстрым и самым распространенным способом выполнения поставленных задач.
Новые конкуренты
Основным препятствием на пути дальнейшего развития USB могут стать технологии, выполняющие аналогичные функции, но без провода.
Зачастую мы выбираем беспроводные технологии, решающие задачи, которые когда-то были уделом USB. Сервисы облачной синхронизации данных своевременно обновляют почту, список контактов, календарь, файлы и перечень онлайн-покупок на всех имеющихся устройствах безо всяких кабелей. Bluetooth, NFC, Wi-Fi Direct, и AirDrop служат отличной заменой USB для передачи отдельных файлов, а Miracast и AirPlay обеспечивают беспроводное подключение любого устройства к телевизору (хотя некоторые модели без встроенных функций все же требуют наличия проводных приемников, вроде Apple TV, или Chromecast). Принтеры, камеры с Wi-Fi и карты памяти тоже встречаются все чаще и чаще.
Как правило, основная загвоздка перечисленных опций кроется в скорости. Если вам нужно передать много фотографий или обработать видео с разрешением в1080 пикселей, снятом со смартфона, вам, скорее всего, не понадобятся эти беспроводные навороты, ведь USB 2.0 куда быстрее и надежнее. Неопытные пользователи ПК, как и прежде, будут использовать USB для подключения мобильных устройств к компьютерам, ведь не так-то просто установить полюбившийся многим Android ROM, передав данные по Wi-Fi или Bluetooth.
Даже если вы никогда ничего не подключаете к компьютеру, все устройства так или иначе завязаны на проводах – без питания никак. Попытки заменить USB одним из несколькими стандартами беспроводной зарядки были, но в подобных разработках все еще много недочетов. Большое количество продуктов заметно усложняют процесс стандартизации под одно зарядное устройство (хотя некоторые компании работают над устранением этого досадного недоразумения). Производителям комплектующих придется найти способ интеграции беспроводных зарядных устройств в имеющийся дизайн телефонов или выпустить дополнительные зарядные устройства. Но ведь новых типов зарядных устройств тоже не так много, и заряжают они, понятное дело, не так эффективно, как при прямом подключении к сети. И, самое интересное в том, что большинство таких устройств все равно предполагают использование USB.
В любом случае, вряд ли что-то случится с USB в ближайшее время даже при условии активного развития беспроводных конкурентоспособных проектов. Так же, как появление Wi-Fi не привело к краху проводного Ethernet, маловероятно, что беспроводные технологии заменят USB. По крайней мере не сейчас. Даже с учетом отличных показателей по скорости и появления всевозможных достойных контроллеров, стоит признать, что скорость, удобство и совместимость, предложенные USB, обеспечат этому стандарту еще не один год успешного существования.
USB-порт
USB (англ. Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина) — последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств.
Разработка спецификаций на шину USB производится в рамках международной некоммерческой организации USB Implementers Forum (USB-IF), объединяющей разработчиков и производителей оборудования с шиной USB.
Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводный кабель, при этом два провода (витая пара) в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода — для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания, USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА).
К одному контроллеру шины USB можно подсоединить до 127 устройств по топологии «звезда», в том числе и концентраторы, к которым можно еще присоединить 127 устройств.
В настоящее время широко используются устройства, выполненные в соответствии со спецификацией USB 2.0. Ведётся внедрение в производство устройств спецификации USB 3.0.
Содержание
История
Спецификации для USB 1.0 были представлены в ноябре 1995 года. Разработка USB поддерживалась Microsoft, US Robotics. На тот момент для подключения внешних периферийных устройств к персональному компьютеру использовалось несколько «традиционных» (англ. legacy ) интерфейсов:
Компьютер «Bondi blue» iMac G3 от англ. legacy ) портов. Спецификация USB 1.1 вышла в сентябре 1998 года, в ней были исправлены ошибки версии 1.0.
Основные сведения
Кабели USB ориентированы, т.е. имеют физически разные наконечники «к устройству» и «к хосту». Возможна реализация USB устройства без кабеля, со встроенным в корпус наконечником «к хосту». Возможно и неразъемное встраивание кабеля в устройство, как в мышь (стандарт запрещает это для устройств full и high speed, но производители его нарушают). Существуют (хотя и запрещены стандартом) и пассивные USB удлинители, имеющие разъемы «от хоста» и «к хосту».
Шина строго ориентирована, имеет понятие «главное устройство» (хост, он же USB контроллер, обычно встроен в микросхему южного моста на материнской плате) и «периферийные устройства». Шина имеет древовидную топологию, посколько периферийным устройством может быть разветвитель (hub), в свою очередь имеющий несколько нисходящих разъемов «от хоста». Разветвитель есть сложное электронное устройство, пассивных разветвителей не бывает.
Устройства могут быть запитаны от шины, но могут и требовать внешний источник питания. Поддерживается и «спячка» устройств и разветвителей по команде с шины со снятием основного питания при сохранении дежурного питания и пробуждением по команде с шины.
USB поддерживает «горячее» подключение и отключение устройств.
На логическом уровне устройство USB поддерживает транзакции приема и передачи данных. Каждый пакет каждой транзакции содержит в себе номер оконечной точки (endpoint) на устройстве. При подключении устройства драйверы в ядре ОС читают с устройства список оконечных точек и создают управляющие структуры данных для общения с каждой оконечной точкой устройства. Совокупность оконечной точки и структур данных в ядре ОС называется каналом (pipe).
Управляющий канал предназначен для обмена с устройством короткими пакетами «вопрос-ответ». Любое устройство имеет управляющий канал 0, который позволяет программному обеспечению ОС прочитать краткую информацию об устройстве, в т.ч. коды производителя и модели, используемые для выбора драйвера, и список других оконечных точек.
Изохронный канал позволяет доставлять пакеты без гарантии доставки и без ответов/подтверждений, но с гарантированной скоростью доставки в N пакетов на один период шины (1 КГц у low и full speed, 8 КГц у high speed). Используется для передачи аудио и видео информации.
Поточный канал дает гарантию доставки каждого пакета, поддерживает автоматический временный приостанов передачи данных по нежеланию устройства (переполнение или опустошение буфера), но не дает гарантий скорости и задержки доставки. Используется, например, в принтерах и сканерах.
Время шины делится на периоды, в начале периода контроллер передает всей шине пакет «начало периода». Далее в течение периода передаются пакеты прерываний, потом изохронные в требуемом количестве, в оставшееся время в периоде передаются управляющие пакеты и в последнюю очередь поточные.
Активной стороной шины всегда является контроллер, передача пакета данных от устройства к контроллеру реализована как короткий вопрос контроллера и длинный, содержащий данные, ответ устройства. Расписание движения пакетов для каждого периода шины создается совместным усилием аппаратурые контроллера и ПО драйвера, для этого многие контроллеры используют крайне сложный DMA со сложной DMA-программой, формируемой драйвером.
Размер пакета для оконечной точки есть вшитая в таблицу оконечных точек устройства константа, изменению не подлежит. Он выбирается разрабочиком устройства из числа тех, что поддерживаются стандартом USB (степени двойки).
Версии спецификации
Предварительные версии
USB 1.0
Спецификация выпущена в ноябре 1995 года.
USB 1.1
Спецификация выпущена в сентябре 1998 года. Исправлены проблемы и ошибки, обнаруженные в версии 1.0. Первая версия, получившая массовое распространение.
USB 2.0
Спецификация выпущена в апреле 2000 года.
USB 2.0 отличается от USB 1.1 введением режима Hi-speed.
Для устройств USB 2.0 регламентировано три режима работы:
Последующие модификации
USB OTG
USB OTG (аббр. от On-The-Go) — дальнейшее расширение спецификации USB 2.0, предназначенное для лёгкого соединения периферийных USB-устройств друг с другом без необходимости подключения к ПК. Например, цифровой фотоаппарат можно подключать к фотопринтеру напрямую, если они оба поддерживают стандарт USB OTG. К моделям КПК и коммуникаторов, поддерживающих USB OTG, можно подключать некоторые USB-устройства. Обычно это флэш-накопители, цифровые фотоаппараты, клавиатуры, мыши и другие устройства, не требующие дополнительных драйверов. Этот стандарт возник из-за резко возросшей в последнее время необходимости надёжного соединения различных USB-устройств без использования ПК. В данной спецификации устройства обходятся без персонального компьютера, то есть выступают как одноранговые приёмопередатчики (на самом деле только создаётся такое ощущение). В действительности же устройства определяют, какое из них будет мастер-устройством, а какое — подчиняемым. Одноранговый интерфейс USB существовать не может.
USB Wireless
USB wireless — технология USB (официальная спецификация доступна с мая 2005 года). Позволяет организовать беспроводную связь с высокой скоростью передачи информации (до 480 Мбит/с на расстоянии 3 метра и до 110 Мбит/с на расстоянии 10 метров).
23 июля 2007 года USB Implementers Forum (USB-IF) объявила о сертификации шести первых потребительских продуктов с поддержкой Wireless USB. [2]
USB 3.0
USB 3.0 находится на финальных стадиях разработки. Созданием USB 3.0 занимаются компании: Microsoft, Texas Instruments, NXP Semiconductors. В спецификации USB 3.0 разъёмы и кабели обновлённого стандарта будут физически и функционально совместимы с USB 2.0. Кабель USB 2.0 содержит в себе четыре линии — пару для приёма/передачи данных, одну — для питания и ещё одну — для заземления. В дополнение к ним USB 3.0 добавляет пять новых линий (в результате чего кабель стал гораздо толще), однако новые контакты расположены параллельно по отношению к старым на другом контактном ряду. Теперь можно будет с лёгкостью определить принадлежность кабеля к той или иной версии стандарта, просто взглянув на его разъём. Спецификация USB 3.0 повышает максимальную скорость передачи информации до 4,8 Гбит/с — что на порядок больше 480 Мбит/с, которые может обеспечить USB 2.0. USB 3.0 может похвастаться не только более высокой скоростью передачи информации, но и увеличенной силой тока с 500 мА до 900 мА. Отныне пользователь сможет не только подпитывать от одного хаба гораздо большее количество устройств, но и само аппаратное обеспечение, ранее поставлявшееся с отдельными блоками питания, избавится от них.
Финальная спецификация USB 3.0 появилась в 2008 году, а оборудование, поддерживающее новую спецификацию, появится в 2009—2010 годах.
Фирмой анонсирована предварительная версия программной модели контроллера USB 3.0.
Все особенности интерфейса USB – подключение без путаницы
Сегодня практически ни одно устройство не может обойтись без USB. Порты этого стандарта присутствуют не только на компьютерах, но и на мультимедийном оборудовании, аудиовизуальном оборудовании и даже бытовой технике. Они используются для быстрой передачи данных из внешней памяти, а также для питания и зарядки.
Универсальная последовательная шина
USB (Universal Serial Bus) в настоящее время, пожалуй, самый популярный способ подключения компьютерного оборудования.
Интерфейс разработан для стандартизации взаимодействия периферийных устройств с компьютером. Все предположения были реализованы, и USB успешно заменил традиционные последовательные и параллельные порты, разъёмы PS/2 (здесь вы также можете использовать адаптер USB-PS/2) или даже более старый DIN.
USB также обычно используется для зарядки или питания различных портативных устройств, от телефонов до планшетов, плееров и сетевых устройств, для освещения и даже нагревателей, вентиляторов и мини-пылесосов. За прошедшие годы стандарт USB претерпел изменения, обновления и улучшения для удовлетворения растущих требований к скорости передачи данных и эффективности энергопотребления.
Однако, не объединяйте стандарт с используемыми разъёмами. Форма штекера не указывает на USB. Это две совершенно разные проблемы. Разъемы менялись независимо.
Развитие USB
До эры USB практически каждое внешнее устройство должно было быть подключено к ПК с помощью своего собственного кабеля. Каждый раз приходилось устанавливать другие драйверы и перезагружать систему много раз в течение этого процесса. Всё это вызывало проблемы, требовало почти секретных знаний и ограничивало широкое использование компьютеров среди домашних пользователей.
Работа над новым интерфейсом началась в начале 90-х годов, когда инженер Intel Аджай Бхатт решил, что использование компьютерной периферии должно быть намного проще. Ему удалось убедить работодателя, коллег и другие компании принять его точку зрения, а через несколько лет определить параметры и возможности стандарта и представить первые устройства.
Во время своей работы у него была одна мысль: «Вы берете устройство, подключаете его к компьютеру, и оно работает». Помимо Intel, в разработке стандарта также участвовали такие компании, как Compaq, DEC, IBM, Microsoft, NEC и Nortel.
Начало эры USB
Cтандарт USB был определен в конце 1995 года, и с 1996 года стали появляться компьютеры с новыми портами. Microsoft добавила поддержку USB в Windows 95 OSR2.1, но система требовала специального обновления. Первый большой показ рабочих устройств состоялся на выставке Comdex в Лас-Вегасе в 1998 году.
Apple не участвовала в работе над стандартом, но именно эта компания впервые представила компьютер, оснащенный только USB-портами в том же году. Всё стало быстро меняться, когда появилась Windows 98. Рынок был «наводнен» различными устройствами нового стандарта.
Интерфейс USB предлагал возможность самоконфигурации, это означало, что пользователю не нужно корректировать настройки, такие как прерывания или адреса памяти (до эры USB это было проклятием пользователей).
Более того, стандарт даже не предоставляет интерфейс. Стандартизованные разъемы гарантируют удобное подключение, а устройства, использующие стандарт, можно включать и выключать без перезагрузки компьютера. USB также позволяет избавиться от некоторых шнуров питания. Кроме того, благодаря необходимой сертификацией, пользователю гарантируется, что оборудование с логотипом USB будет работать так, как заявлено производителем.
Преимущество USB
Дополнительным преимуществом USB является возможность подключения нескольких внешних устройств к одному разъему. Один контроллер USB может обрабатывать 127 подключений. Чтобы сделать возможным подключение такого количества кабелей вообще, используются специальные концентраторы со многими выходами. Концентраторы могут быть каскадированы до пяти уровней. Концентратор может быть частью компьютера, отдельным устройством или внешним оборудованием – монитором или клавиатурой.
Максимальная длина USB-кабеля для стандартов USB 1.x и 2.x ограничена 5 метрами. Для версии 3.x стандарт ничего не говорит о длине, но определяет электрические требования, которым должно соответствовать соединение. Используя медные провода, на практике получается примерно 3 метра.
По прошествии более двадцати лет мы пришли к третьей версии стандарта USB, а готовится четвертая. Скорость передачи данных с использованием этого интерфейса за это время увеличилась в несколько тысяч раз, а разъёмы, использованные за эти годы, несколько раз меняли свой внешний вид.
USB – быстро, быстрее, ещё быстрее
Первая версия стандарта USB имела две скорости передачи данных. USB 1.0 позволил достичь скорости 12 Мбит/с (Full Speed) и 1,5 Мбит/с в режиме низкой скорости. Как отмечает Аджай Бхатт, переход в более медленный режим, вероятно, «спас» USB от сбоев. Первоначально он не был предусмотрен и был добавлен только по просьбе разработчиков программного обеспечения Microsoft.
Планируя поддержку мыши в Windows, они пришли к выводу, что 12 Мбит/с – это «слишком быстро». Они предсказали, что более быстрый режим работы может потребовать экранирования кабелей, а это означает, что кабели компьютерных мышей станут слишком жесткими для комфортной работы, а затраты на их производство будут слишком высокими.
Они решили, что если стандарт не будет использовать более низкие скорости, они не смогут реализовать его в системе. После обновления стандарта до версии 1.1 в 1998 году электрические параметры разъёма были улучшены, что облегчило передачу сигналов на большие расстояния.
В 2000 году была опубликована спецификация USB 2.0. Так называемый режим Hi Speed был добавлен к двум предыдущим режимам. Это позволило передавать данные со скоростью 480 Мбит/с. В дополнение к более высокой производительности были введены новые разъемы и усовершенствованы стандарты электропитания.
В новой версии точно определен способ загрузки. Максимальный ток, который мог протекать через разъем, составлял 500 мА. В то же время два устройства могут быть подключены друг к другу без использования хоста.
USB 2.0 правил на рынке компьютерных разъёмов в течение следующих 10 лет.
С 2010 года пользователи могут использовать третий вариант USB. За прошедшее время было выделено несколько поколений этого стандарта, а названия были изменены несколько раз. В базовой версии 3.0 появился режим Super Speed, позволяющий передавать данные со скоростью 5 Гбит/с. С 2013 года данные могут передаваться со скоростью 10 Гбит/с. Это, так называемый, режим Super Speed+, известный по USB 3.1. Спецификация варианта USB 3.2, опубликованная в 2017 году, увеличила скорость передачи в режиме Super Speed+ до 20 Гбит/с.
В конечном итоге, USB 3.0 получил название USB 3.2 Gen1, USB 3.1 – USB 3.2 Gen2, а USB 3.2 – USB 3.2 Gen2x2. В соответствии с рекомендациями организации по стандартизации USB, производители устройств должны помечать розетки и вилки Super Speed синим цветом и логотип SS.
Сила USB
Силу тока в разъёмах типа A и B стандарта USB 3.2 увеличили до 900 мА (1,5 A для разъемов питания). Разъём C, который заменяет все другие более ранние разъемы, однако, допускает максимальный ток 3А при стандартном напряжении 5В. Розетки питания USB в этой версии имеют напряжение 20В и максимальный ток 5А. В результате вы можете получить до 100 Вт мощности. Этого достаточно, например, для питания ноутбука.
Постоянно возрастающие требования к эффективности передачи данных привели к потребности в разработке нового стандарта. Спецификация USB 4 была опубликована в 2019 году, а первые устройства должны появиться во второй половине этого года. Максимальная производительность разъёма составляет 40 Гбит/с. USB 4 основан на протоколе Thunderbolt 3 и полностью совместим с ним.
Путаница с розетками USB
В первой версии USB предусмотрены только два типа разъемов стандартного размера – штекеры плоского сечения, обозначенные как тип A, и вилка квадратной формы, обозначенная как тип B.
Беспорядок пришёл с USB 2.0. К стандартному размеру присоединились мини- и микро-. Мини-размер имел три варианта – A, B и AB, а микро-размер два – A и B. Мини-вариант был создан для работы мобильных устройств. Однако, он был очень «урезан» производителями, поэтому необходимо было снова адаптировать розетки и вилки. Тогда был представлен микро-разъём с толщиной около половины мини.
Начиная с версии USB 3.0, используются только традиционные, стандартные вилки и розетки A и B. Сокеты Micro B всё ещё встречаются, но исчезнут с популяризацией стандарта 3.2, то есть, в соответствии с текущим наименованием, – 3.2 Gen2x2.
Здесь царит разъем USB-C и будет единственным в случае стандарта USB 4.0
Разъёмы и вилки USB 2.0 и 3.0 A совместимы друг с другом. Порты USB 3.0 типа B немного крупнее, чем в версии 2.0, и позволяют подключать более крупные разъемы 3.0 B и меньшие 2.0 B. Однако, разъемы 3.0 B не соответствуют входу 2.0. Разъемы B на микро версии идентичны для USB 2.0 и для USB 3.0. USB-C больше не совместим со своими предшественниками. Как видите, очень легко потеряться среди типов USB-разъемов.
Тот, кто ожидает разумных и недвусмысленных меток в этих джунглях, будет разочарован. Спецификация USB не предоставляет, например, цветового кода отдельных разъёмов. Мы уже писали, что единственное обозначение, которое оно предлагает производителям (но не требует), – это синий цвет суперскоростных портов, т.е. начиная с версии 3.0 и выше. Другие цвета розеток и вилок, которые иногда встречаются в разных устройствах, обычно являются маркировкой, принятой отдельными производителями.
Подводя итог, можно сказать, что черный разъем и черный штекер – это USB 2.0, а синий порт – вариант 3.x, тогда как фиолетовый или зеленый могут, хотя и не обязательно, означать разъём для быстрой зарядки с более высоким током. Оранжевый или красный цвета часто являются портами, которые позволяют заряжать устройство, в то время как компьютер или ноутбук, оборудованный этой розеткой, находится в спящем состоянии (так называемые, спящие и зарядные порты). Однако, чтобы всё не казалось таким простым, оранжевый иногда означает порты быстрой зарядки Qualcomm Quick Charge (QQC), стандарт для зарядки мобильных устройств с более высокой производительностью, чем указано в спецификации USB.
USB и Thunderbolt
Thunderbolt – это конкурирующая технология для подключения устройств и передачи данных. Первоначально разработанный отдельно, начиная с версии 3, он частично подключается к USB 3.x. Пока только общий доступ к тому же разъему USB-C. У Thunderbolt лучшие параметры по сравнению с USB 3.2 Gen2x2. Максимальная скорость передачи, которой достигает Thunderbolt 3, составляет 40 Гбит/с. Протокол позволяет подключить два 4K-монитора и отправить на них картинку с частотой 60 Гц, питание устройств напрямую из порта. Вы даже можете использовать его для подключения внешних видеокарт.
USB 3.2 даёт только половину указанной скорости передачи данных, возможность подключения только одного 4K-монитора и отсутствие подключения цепочки устройств. Thunderbolt 3 имеет те же возможности, что и USB 3.2, но USB 3.2 не может делать то, что делает Thunderbolt. Если Thunderbolt 3 не может, например, идентифицировать устройство как аппаратное обеспечение Thunderbolt, он попытается подключиться к нему по протоколу USB.
USB 4 будет полным эквивалентом Thunderbolt 3. Оба стандарта будут полностью интегрированы друг с другом и будут иметь практически одинаковые возможности. Весьма вероятно, что Thunderbolt 3 исчезнет с рынка. Тем не менее, нет точной и достоверной информации о том, какие изменения планирует Intel в отношении стандарта Thunderbolt 4.