Caratteristiche tecniche Funzionalità USB. Protocollo USB 2.0 Universal Serial Bus
Alla fine del 2008. Come ci si potrebbe aspettare, il nuovo standard ha aumentato la velocità di trasmissione, sebbene l'aumento non sia così significativo come l'aumento di 40 volte della velocità quando si passa da USB 1.1 a USB 2.0. In ogni caso, un aumento di 10 volte della produttività è il benvenuto. USB 3.0 supporta velocità di trasferimento massima di 5 Gbit/s. La velocità di trasmissione è quasi doppia rispetto al moderno standard Serial ATA (3 Gbit/s, tenendo conto della trasmissione di informazioni ridondanti).
Marchio USB 3.0
Ogni appassionato confermerà che l'interfaccia USB 2.0 è quella principale" collo di bottiglia» computer moderni e laptop, poiché il picco di throughput “netto” varia da 30 a 35 MB/s. Ma quelli moderni hanno 3,5″ dischi fissi per i PC desktop, la velocità di trasferimento ha già superato i 100 MB/s (stanno spuntando anche modelli da 2,5″ per laptop, che si avvicinano questo livello). Le unità a stato solido ad alta velocità hanno superato con successo la soglia dei 200 MB/s. E 5 Gbit/s (o 5120 Mbit/s) corrispondono a 640 MB/s.
Non lo pensiamo nel prossimo futuro dischi rigidi si avvicinerà al livello di 600 MB/s, ma le prossime generazioni unità a stato solido potrebbero superare questo numero in pochi anni. Aumentare la produttività diventa sempre più importante man mano che aumenta la quantità di informazioni e aumenta di conseguenza il tempo necessario per eseguirne il backup. Più velocemente funzionerà l'archiviazione, più breve sarà il tempo di backup, più facile sarà creare “finestre” nella pianificazione del backup.
Tabella comparativa velocità Caratteristiche USB 1.0 – 3.0
Le videocamere digitali oggi possono registrare e archiviare gigabyte di dati video. La quota di videocamere HD è in aumento e richiedono uno spazio di archiviazione più grande e più veloce per registrare grandi quantità di dati. Se si utilizza USB 2.0, il trasferimento di diverse decine di gigabyte di dati video su un computer per la modifica richiederà molto tempo. USB Implementers Forum ritiene che la larghezza di banda rimarrà di fondamentale importanza e USB 3.0 sarà sufficiente per tutti i dispositivi di consumo nei prossimi cinque anni.
Codifica 8/10 bit
Per garantire un trasferimento dati affidabile Interfaccia USB 3.0 utilizza la codifica a 8/10 bit, a noi familiare, ad esempio, da Serial ATA. Un byte (8 bit) viene trasmesso utilizzando la codifica a 10 bit, che migliora l'affidabilità della trasmissione a scapito della velocità effettiva. Pertanto la transizione da bit a byte avviene con un rapporto di 10:1 anziché 8:1.
Confronto tra la larghezza di banda USB 1.x – 3.0 e i concorrenti
Modalità di risparmio energetico
Certamente, obiettivo principale interfaccia USB 3.0 è quello di aumentare la larghezza di banda disponibile, tuttavia, il nuovo standard in modo efficace ottimizza il consumo energetico. L'interfaccia USB 2.0 verifica costantemente la disponibilità del dispositivo, consumando energia. Al contrario, USB 3.0 ha quattro stati di connessione, denominati U0-U3. Lo stato di connessione U0 corrisponde al trasferimento dati attivo e U3 mette il dispositivo in “sonno”.
Se la connessione è inattiva, nello stato U1 la capacità di ricevere e trasmettere dati sarà disabilitata. Lo stato U2 fa un ulteriore passo avanti disabilitando l'orologio interno. Di conseguenza, i dispositivi collegati possono passare allo stato U1 immediatamente dopo il completamento del trasferimento dei dati, il che dovrebbe fornire vantaggi significativi in termini di consumo energetico rispetto a USB 2.0.
Corrente più elevata
Oltre ai diversi stati di consumo energetico, lo standard USB 3.0 è diverso da USB 2.0 e corrente supportata più elevata. Se USB 2.0 prevedeva una soglia di corrente di 500 mA, nel caso del nuovo standard la limitazione è stata spostata a 900 mA. La corrente di avvio della connessione è stata aumentata da 100 mA per USB 2.0 a 150 mA per USB 3.0. Entrambi i parametri sono piuttosto importanti per i dischi rigidi portatili, che solitamente richiedono correnti leggermente più elevate. In precedenza, il problema poteva essere risolto utilizzando una presa USB aggiuntiva, attingendo alimentazione da due porte ma utilizzandone solo una per il trasferimento dei dati, anche se ciò violava le specifiche USB 2.0.
Nuovi cavi, connettori, codifica a colori
Lo standard USB 3.0 è retrocompatibile con USB 2.0, ovvero, le spine sembrano essere le stesse delle normali spine di tipo A. I pin USB 2.0 rimangono nella stessa posizione, ma ora ci sono cinque nuovi pin posizionati in profondità nel connettore. Ciò significa che è necessario inserire completamente la spina USB 3.0 in una porta USB 3.0 per garantire il funzionamento USB 3.0, che richiede pin aggiuntivi. Altrimenti otterrai la velocità USB 2.0. USB Implementers Forum consiglia ai produttori di utilizzare la codifica a colori Pantone 300C all'interno del connettore.
La situazione era simile per la presa USB di tipo B, anche se le differenze sono visivamente più evidenti. Una presa USB 3.0 può essere identificata da cinque pin aggiuntivi.
USB 3.0 non utilizza la fibra ottica, perché è troppo costoso per il mercato di massa. Abbiamo quindi il buon vecchio cavo in rame. Tuttavia, ora avrà nove fili anziché quattro. La trasmissione dei dati avviene su quattro dei cinque fili aggiuntivi in modalità differenziale (SDP–Shielded Differential Pair). Una coppia di fili è responsabile della ricezione delle informazioni, l'altra della trasmissione. Il principio di funzionamento è simile al Serial ATA, con i dispositivi che ricevono l'intera larghezza di banda in entrambe le direzioni. Il quinto filo è "terra".
Storia dell'emergere e dello sviluppo degli standard Universal Serial Bus (USB).
Prima che apparisse la prima implementazione del bus USB, attrezzatura standard personal computer includeva una porta parallela, solitamente per collegare una stampante (porta LPT), due porte di comunicazione seriale ( porte COM), solitamente per collegare un mouse e un modem e una porta per un joystick (porta GAME). Questa configurazione era abbastanza accettabile agli albori dei personal computer e per molti anni ha rappresentato lo standard pratico per i produttori di apparecchiature. Tuttavia, i progressi non si sono fermati, nomenclatura e funzionalità dispositivi esterni costantemente migliorato, che alla fine ha portato alla necessità di rivedere la configurazione standard, che limitava la possibilità di collegare ulteriori dispositivi periferici, che diventavano sempre di più ogni giorno.
I tentativi di aumentare il numero di porte I/O standard non sono riusciti a portare a una soluzione radicale al problema, ed è nata la necessità di sviluppare un nuovo standard che fornisse una connessione semplice, veloce e conveniente di un gran numero di dispositivi periferici di vari scopi a qualsiasi computer con configurazione standard, che alla fine portò all'avvento dell'Universal Serial Bus Bus seriale universale (USB)
Prima specifica dell'interfaccia seriale USB (bus seriale universale), chiamato USB 1.0, apparso in 1996, una versione migliorata basata su di esso, USB 1.1- V 1998 La larghezza di banda dei bus USB 1.0 e USB 1.1 - fino a 12 Mbit/s (in realtà fino a 1 megabyte al secondo) era più che sufficiente per le periferiche a bassa velocità, come un modem analogico o mouse del computer, tuttavia, insufficiente per dispositivi con velocità di trasferimento dati elevate, che era il principale svantaggio di questa specifica. Tuttavia, la pratica ha dimostrato che il bus seriale universale è una soluzione di grande successo, adottata da quasi tutti i produttori di apparecchiature informatiche come principale direzione di sviluppo delle periferiche per computer.
IN 2000 c'è una nuova specifica - USB 2.0, fornendo già velocità di trasferimento dati fino a 480 Mbit/s (in realtà fino a 32 megabyte al secondo). Le specifiche presupponevano la piena compatibilità con il precedente standard USB 1.X e prestazioni abbastanza accettabili per la maggior parte dei dispositivi periferici. Inizia un boom nella produzione di dispositivi dotati di interfaccia USB. Le interfacce input-output "classiche" furono completamente soppiantate e divennero esotiche. Tuttavia, per alcune periferiche ad alta velocità, anche la specifica USB 2.0 di successo è rimasta un collo di bottiglia, che ha richiesto un ulteriore sviluppo dello standard.
IN 2005 Sono state annunciate le specifiche per l'implementazione wireless dell'USB - USB senza fili-WUSB, consentendo di connettere in modalità wireless dispositivi a una distanza massima di 3 metri con una velocità massima di trasferimento dati di 480 Mbit/s, e a una distanza massima di 10 metri con una velocità massima di 110 Mbit/s. La specifica non ha ricevuto uno sviluppo rapido e non ha risolto il problema dell'aumento velocità reale trasmissione dati.
IN 2006è stata annunciata la specifica USB-OTG (USB O N- T Lui- G o, grazie al quale è diventato possibile comunicare tra due dispositivi USB senza un host USB separato. Il ruolo dell'host in questo caso è svolto da uno dei dispositivi periferici. Smartphone, fotocamere digitali e altri dispositivi mobili devono fungere sia da host che da dispositivo periferico. Ad esempio, quando una fotocamera è collegata tramite USB a un computer, è un dispositivo periferico e quando è collegata una stampante, è un host. Supporto alle specifiche USB-OTG divenne gradualmente lo standard per dispositivi mobili.
Nel 2008è apparsa la specifica finale del nuovo standard di bus seriale universale - USB 3.0. Come in versione precedenteè prevista l'implementazione del bus, la compatibilità elettrica e funzionale con gli standard precedenti. La velocità di trasferimento dati per USB 3.0 è aumentata di 10 volte, fino a 5 Gbps. Al cavo di interfaccia sono stati aggiunti 4 nuclei aggiuntivi e i loro contatti sono stati disposti separatamente dai 4 contatti degli standard precedenti, in una fila di contatti aggiuntiva. Oltre alla maggiore velocità di trasferimento dei dati Bus USBÈ inoltre caratterizzato da una maggiore intensità di corrente nel circuito di alimentazione rispetto agli standard precedenti. La velocità massima di trasferimento dati tramite il bus USB 3.0 è diventata accettabile per quasi tutte le apparecchiature informatiche periferiche prodotte in serie.
IN 2013 È stata adottata la seguente specifica di interfaccia: USB 3.1, la cui velocità di trasferimento dati può raggiungere i 10 Gbit/s. Inoltre, è apparso un connettore USB compatto a 24 pin Tipo C, che è simmetrico, consentendo l'inserimento del cavo su entrambi i lati.
Con il rilascio dello standard USB 3.1, l'USB Implementers Forum (USB-IF) ha annunciato che i connettori USB 3.0 con velocità fino a 5 Gbps (SuperSpeed) saranno ora classificati come USB 3.1 Gen 1 e i nuovi connettori USB 3.1 con velocità superiori a 10 Gbps s (SuperSpeed USB 10 Gbps) - come USB 3.1 Gen 2. Lo standard USB 3.1 è retrocompatibile con USB 3.0 e USB 2.0.
IN 2017 anno, l'USB Implementers Forum (USB-IF) ha pubblicato una specifica USB 3.2. La velocità di trasferimento massima è di 10 Gbit/s. Tuttavia, USB 3.2 offre la possibilità di aggregare due connessioni ( Operazione a doppia corsia), consentendo di aumentare il throughput teorico a 20 Gbit/s. L'implementazione di questa funzionalità è facoltativa, ovvero il suo supporto a livello hardware dipenderà dal produttore specifico e dalle esigenze tecniche, che differiscono, ad esempio, per una stampante e un portatile disco rigido. La possibilità di implementare questa modalità è fornita solo durante l'utilizzo USB di tipo C.
www.usb.org- Documentazione delle specifiche USB per gli sviluppatori in inglese.
Va notato che esisteva ed esiste tuttora un'alternativa al bus USB. Ancor prima che apparisse, Azienda Apple sviluppato la specifica del bus seriale FireWire(altro nome - iLink), che nel 1995 è stato standardizzato dall'American Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) con il numero 1394. Autobus IEEE 1394 può funzionare in tre modalità: con velocità di trasferimento dati fino a 100, 200 e 400 Mbit/s. Tuttavia, a causa del costo elevato e dell'implementazione più complessa rispetto all'USB, questo tipo di bus seriale ad alta velocità non si è diffuso e viene gradualmente sostituito da USB 2.0 - USB 3.2.
Principi generali di funzionamento delle periferiche USB (Universal Serial Bus).
L'interfaccia USB si è rivelata una soluzione così efficace che è stata dotata di quasi tutte le classi di periferiche, dal telefono cellulare alla webcam o al disco rigido portatile. I dispositivi più diffusi (finora) sono quelli con Supporto USB 2.0. Tuttavia, USB 3.0 – 3.1 è più richiesto per i dispositivi ad alta velocità, dove diventa quello principale, sostituendo gradualmente USB 2.0.
I dispositivi periferici con supporto USB, quando collegati a un computer, vengono riconosciuti automaticamente dal sistema (in particolare, software dei driver e larghezza di banda del bus) e sono pronti a funzionare senza l'intervento dell'utente. I dispositivi a basso consumo energetico (fino a 500 mA) potrebbero non avere un proprio alimentatore e vengono alimentati direttamente dal bus USB.
L'utilizzo dell'USB elimina la necessità di rimuovere il case del computer per installare periferiche aggiuntive ed elimina la necessità di effettuare impostazioni complesse durante l'installazione.
L'USB elimina il problema della limitazione del numero di dispositivi collegati. A utilizzando l'USB Fino a 127 dispositivi possono funzionare contemporaneamente con il computer.
L'USB consente l'hot plug. Ciò non richiede prima lo spegnimento del computer, quindi il collegamento del dispositivo, il riavvio del computer e la configurazione delle periferiche installate. Per disconnettere una periferica non è necessario seguire la procedura inversa sopra descritta.
In poche parole, l'USB ti consente di realizzare effettivamente tutti i vantaggi tecnologia moderna"collega e usa" I dispositivi progettati per USB 1.x possono funzionare con i controller USB 2.0. e USB 3.0
Quando viene collegato un dispositivo periferico, viene generato un interrupt hardware e il controllo viene ricevuto dal driver HCD ( Driver del controller host) Controllore USB (Controller host USB - UHC), che è attualmente integrato in tutti i chipset delle schede madri prodotte. Interroga il dispositivo e riceve da esso informazioni di identificazione, in base alle quali il controllo viene trasferito al servizio di assistenza del conducente questo tipo dispositivi. Il controller UHC dispone di un hub principale (Hub), che fornisce la connessione al bus del dispositivo USB.
Hub (HUB USB).
Vengono chiamati i punti di connessione porti. È possibile collegare un altro hub alla porta come dispositivo. Ogni hub ha una porta in uscita ( porto a monte), collegandolo al controller principale e alle porte downstream ( porto a valle) per il collegamento di dispositivi periferici. Gli hub possono rilevare, connettersi e disconnettersi su ciascuna porta di downlink e fornire la distribuzione dell'alimentazione ai dispositivi di downlink. Ciascuna delle porte downlink può essere abilitata e configurata individualmente a piena o bassa velocità. L'hub è costituito da due blocchi: il controller dell'hub e il ripetitore dell'hub. Un ripetitore è uno switch controllato da protocollo tra una porta uplink e porte downlink. L'hub contiene anche l'hardware in cui supportare la traduzione lo stato iniziale e sospendere/riprendere le connessioni. Il controller fornisce registri di interfaccia che consentono il trasferimento dei dati da e verso il controller principale. Lo stato dell'hub definito e i comandi di controllo consentono al processore host di configurare l'hub e monitorare e gestire le sue porte.
Gli hub esterni possono avere il proprio alimentatore o essere alimentati dal bus USB.
Cavi e connettori USB
I connettori di tipo A vengono utilizzati per connettersi a un computer o hub. I connettori di tipo B vengono utilizzati per il collegamento ai dispositivi periferici.
Tutti i connettori USB che possono essere collegati tra loro sono progettati per funzionare insieme.
Tutti i pin del connettore USB 2.0 sono elettricamente compatibili con i corrispondenti pin del connettore USB 3.0. Allo stesso tempo, il connettore USB 3.0 ha contatti aggiuntivi che non corrispondono connettore USB 2.0 e, pertanto, quando si collegano connettori di versioni diverse, non verranno utilizzati contatti “extra”, garantendo lavoro normale connessioni versione 2.0. Tutti i jack e le spine tra USB 3.0 Tipo A e USB 2.0 Tipo A sono progettati per funzionare insieme. Il jack USB 3.0 Tipo B è leggermente più grande di quanto sarebbe necessario per un connettore USB 2.0 Tipo B e versioni precedenti. Allo stesso tempo è possibile collegare questo tipo di spina a queste prese. Di conseguenza, per collegare un dispositivo periferico con un connettore USB 3.0 di tipo B a un computer, è possibile utilizzare entrambi i tipi di cavi, ma per un dispositivo con un connettore USB 2.0 di tipo B - solo un cavo USB 2.0. Le prese eSATAp, designate come eSATA/USB Combo, cioè avendo la possibilità di collegare ad esse una presa USB, hanno la capacità di collegare prese USB di tipo A: USB 2.0 e USB 3.0, ma in modalità velocità USB 2.0.
I connettori USB di tipo C forniscono collegamenti sia a periferiche che a computer, sostituendo i vari connettori e cavi di tipo A e tipo B dei precedenti standard USB e fornendo future opzioni di espansione. Il connettore bifacciale a 24 pin è abbastanza compatto, di dimensioni vicine ai connettori micro-B dello standard USB 2.0. Le dimensioni del connettore sono 8,4 mm per 2,6 mm. Il connettore prevede 4 coppie di contatti per alimentazione e massa, due coppie differenziali D+/D- per la trasmissione dati a velocità inferiori a SuperSpeed (nei cavi Type-C è collegata solo una delle coppie), quattro coppie differenziali per la trasmissione di segnali SuperSpeed ad alta velocità, due contatti ausiliari (banda laterale), due pin di configurazione per determinare l'orientamento del cavo, un canale dati di configurazione dedicato (codifica BMC - codice biphase-mark) e un pin di alimentazione +5 V per cavi attivi.
Contatti del connettore e disposizione del cavo USB Type-C
| Contro. | Nome | Descrizione | Contro. | Nome | Descrizione | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A1 | GND | Messa a terra | B12 | GND | Messa a terra | ||
| A2 | SSTXp1 | Diff. coppia n.1 SuperSpeed, trasmissione, positivo | B11 | SSRXp1 | Diff. coppia n.2 SuperSpeed, ricezione, positiva | ||
| A3 | SSTXn1 | Diff. coppia n.1 SuperSpeed, trasmissione, negativo | B10 | SSRXn1 | Diff. coppia n. 2 SuperSpeed, ricezione, negativa | ||
| A4 | V AUTOBUS | Nutrizione | B9 | V AUTOBUS | Nutrizione | ||
| A5 | CC1 | Canale di configurazione | B8 | SBU2 | Banda laterale n. 2 (SBU) | ||
| A6 | Dp1 | Diff. coppia non SuperSpeed, posizione 1, positiva | B7 | Dn2 | Diff. coppia non SuperSpeed, posizione 2, negativa | ||
| A7 | Dn1 | Diff. coppia non SuperSpeed, posizione 1, negativa | B6 | Dp2 | Diff. coppia non SuperSpeed, posizione 2, positiva | ||
| A8 | SBU1 | Banda laterale n. 1 (SBU) | B5 | CC2 | Canale di configurazione | ||
| A9 | V AUTOBUS | Nutrizione | B4 | V AUTOBUS | Nutrizione | ||
| A10 | SSRXn2 | Diff. coppia n.4 SuperSpeed, trasmissione, negativo | B3 | SSTXn2 | Diff. coppia n. 3 SuperSpeed, ricezione, negativo | ||
| A11 | SSRXp2 | Diff. coppia n°4 SuperSpeed, trasmissione, positivo | B2 | SSTXp2 | Diff. coppia n.3 SuperSpeed, ricezione, positiva | ||
| A12 | GND | Messa a terra | B1 | GND | Messa a terra |
||
|
|||||||
| Connettore n. 1 del cavo Tipo C | Cavo Tipo C | Connettore n. 2 del cavo Tipo C | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Contatto | Nome | Colore della guaina del conduttore | Nome | Descrizione | Contatto | Nome | |
| Treccia | Schermo | Treccia di cavo | Schermo | Treccia del cavo esterno | Treccia | Schermo | |
| A1, B1, A12, B12 | GND | In scatola | GND_PWRrt1 GND_PWRrt2 |
Terreno comune> | A1, B1, A12, B12 | GND | |
| A4, B4, A9, B9 | V AUTOBUS | Rosso | PWR_VBUS1 PWR_VBUS2 |
Alimentazione VBUS | A4, B4, A9, B9 | V AUTOBUS | |
| B5 | V CONN | Giallo |
PWR_V CONN | Alimentazione V CONN | B5 | V CONN | |
| A5 | CC | Blu | CC | Canale di configurazione | A5 | CC | |
| A6 | Dp1 | Bianco | UTP_Dp | Coppia differenziale non schermata, positiva | A6 | Dp1 | |
| A7 | Dn1 | Verde | UTP_Dn | Coppia differenziale non schermata, negativa | A7 | Dn1 | |
| A8 | SBU1 | Rosso | SBU_A | Banda dati A | B8 | SBU2 | |
| B8 | SBU2 | Nero | SBU_B | Banda dati B | A8 | SBU1 | |
| A2 | SSTXp1 | Giallo * | SDPp1 | Coppia differenziale schermata n. 1, positiva | B11 | SSRXp1 | |
| A3 | SSTXn1 | Marrone * | SDPn1 | Coppia differenziale schermata n. 1, negativa | B10 | SSRXn1 | |
| B11 | SSRXp1 | Verde * | SDPp2 | Coppia differenziale schermata n. 2, positiva | A2 | SSTXp1 | |
| B10 | SSRXn1 | Arancia * | SDPn2 | Coppia differenziale schermata n. 2, negativa | A3 | SSTXn1 | |
| B2 | SSTXp2 | Bianco * | SDPp3 | Coppia differenziale schermata n. 3, positiva | A11 | SSRXp2 | |
| B3 | SSTXn2 | Nero * | SDPn3 | Coppia differenziale schermata n. 3, negativa | A10 | SSRXn2 | |
| A11 | SSRXp2 | Rosso * | SDPp4 | Coppia differenziale schermata n. 4, positiva | B2 | SSTXp2 | |
| A10 | SSRXn2 | Blu * | SDPn4 | Coppia differenziale schermata n. 4, negativa | B3 | SSTXn2 | |
| * I colori della guaina del conduttore non sono specificati dalla norma | |||||||
Il collegamento di dispositivi legacy a computer dotati di connettore USB di tipo C richiederà un cavo o un adattatore dotato di una spina o di un connettore di tipo A o di tipo B su un'estremità e di una spina USB di tipo C sull'altra estremità. Lo standard non consente adattatori con connettore USB Type-C, poiché il loro utilizzo potrebbe creare “molte combinazioni di cavi errate e potenzialmente pericolose”.
I cavi USB 3.1 con due connettori di tipo C alle estremità devono essere pienamente conformi alle specifiche: contenere tutti i conduttori necessari, devono essere attivi, includere un chip di identificazione elettronica che elenca gli identificatori delle funzioni in base alla configurazione del canale e messaggi definiti dal fornitore (VDM) dalla specifica Alimentazione USB Consegna 2.0. I dispositivi con connettore USB Type-C possono opzionalmente supportare rail di alimentazione con una corrente di 1,5 o 3 A con una tensione di 5 volt oltre all'alimentazione principale. Gli alimentatori devono pubblicizzare la capacità di fornire correnti maggiori tramite il canale di configurazione o supportare completamente la specifica USB Power Delivery tramite il pin di configurazione (codifica BMC) o segnali più vecchi codificati come BFSK tramite il pin VBUS. I cavi USB 2.0 che non supportano il bus SuperSpeed potrebbero non contenere un chip di identificazione elettronica a meno che non possano trasportare 5 A di corrente.
La specifica del connettore USB Type-C versione 1.0 è stata pubblicata dall'USB Developers Forum nell'agosto 2014. È stato sviluppato nello stesso periodo della specifica USB 3.1.
L'utilizzo di un connettore USB Type-C non significa necessariamente che il dispositivo implementi lo standard USB 3.1 Gen1/Gen2 ad alta velocità o il protocollo USB Power Delivery.
L'Universal Serial Bus è l'interfaccia per computer più diffusa e probabilmente di maggior successo per dispositivi periferici nell'intera storia dello sviluppo delle apparecchiature informatiche, come evidenziato dall'enorme numero di dispositivi USB, alcuni dei quali possono sembrare un po'
Interfaccia USB (Universal Serial Bus - Universal Serial Interface) è progettato per collegare dispositivi periferici a un personal computer. Permette di scambiare informazioni con periferiche a tre velocità (specifica USB 2.0):
- Bassa velocità ( Bassa velocità- LS) - 1,5 Mbit/s;
- Piena velocità ( Piena velocità-FS) - 12 Mbit/s;
- Ad alta velocità ( Ad alta velocità- AV) - 480 Mbit/s.
L'interfaccia USB si collega ospite (ospite) e dispositivi. L'host si trova all'interno del personal computer e controlla il funzionamento dell'intera interfaccia. Per consentire la connessione di più dispositivi a una porta USB, utilizzare hub (centro- un dispositivo che fornisce la connessione all'interfaccia di altri dispositivi). Mozzo della radice (mozzo principale) si trova all'interno del computer ed è collegato direttamente all'host. L'interfaccia USB utilizza un termine speciale "funzione" - questo è un dispositivo logicamente completo che svolge una funzione specifica. La topologia dell'interfaccia USB è un insieme di 7 livelli ( livello): il primo livello contiene l'host e l'hub root e l'ultimo livello contiene solo le funzioni. Viene chiamato un dispositivo che include un hub e una o più funzioni composito (dispositivo composto).
La porta di un hub o di una funzione che si collega a un hub di livello superiore è denominata porta upstream ( porto a monte) e la porta dell'hub che si collega a un hub o a una funzione di livello inferiore è denominata porta downstream ( porto a valle).
Tutti i trasferimenti di dati tramite l'interfaccia vengono avviati dall'host. I dati vengono trasmessi sotto forma di pacchetti. L'interfaccia USB utilizza diversi tipi di pacchetti:
- pacchetto di segni (pacchetto di token) descrive il tipo e la direzione del trasferimento dei dati, l'indirizzo del dispositivo e il numero di serie del punto finale (CT è la parte indirizzabile del dispositivo USB); I pacchetti di funzionalità sono disponibili in diversi tipi: IN, FUORI, SOF, IMPOSTARE;
- pacchetto dati (pacchetto di dati) contiene i dati trasmessi;
- pacchetto di approvazione (pacchetto di stretta di mano) ha lo scopo di riportare i risultati del trasferimento dei dati; Esistono diversi tipi di pacchetti corrispondenti: RICONOSCI, N.A.K., STALLA.
L'interfaccia USB utilizza diversi tipi di trasferimento di informazioni.
- Controllare l'inoltro (trasferimento di controllo) viene utilizzato per la configurazione del dispositivo e per altri dati specifici del dispositivo dispositivo specifico obiettivi.
- Streaming (trasferimento in blocco) viene utilizzato per trasmettere una quantità relativamente grande di informazioni.
- Interruzione dell'inoltro (interrompere il trasferimento) viene utilizzato per trasmettere una quantità relativamente piccola di informazioni, per cui la sua trasmissione tempestiva è importante. Ha una durata limitata e una priorità più alta rispetto ad altri tipi di trasferimenti.
- Inoltro isocrono (trasferimento isocrono) è chiamato anche streaming in tempo reale. Le informazioni trasmesse in tale trasferimento richiedono una scala temporale reale durante la loro creazione, trasmissione e ricezione.
Trasferimenti in streaming
caratterizzato da un trasferimento dati garantito senza errori tra l'host e la funzione rilevando errori durante la trasmissione e richiedendo nuovamente le informazioni.
Quando l'host è pronto a ricevere dati da una funzione, invia un pacchetto flag alla funzione IN-sacchetto di plastica. In risposta a ciò, la funzione in fase di trasferimento dati trasmette un pacchetto di dati all'host o, se non può farlo, trasmette N.A.K.- O STALLA-sacchetto di plastica. N.A.K.-il pacchetto segnala che la funzione è temporaneamente non pronta a trasmettere dati, e STALLA- il pacchetto indica la necessità di intervento dell'host. Se l'host ha ricevuto con successo i dati, invia le funzioni nella fase di negoziazione RICONOSCI
Quando l'host è pronto a trasmettere dati, invia funzioni FUORI-pacchetto accompagnato da un pacchetto dati. Se la funzione ha ricevuto correttamente i dati, li invia all'host RICONOSCI-pacchetto, altrimenti inviato NAK- O STALLA-sacchetto di plastica.
Trasferimenti di controllo
contenere almeno due fasi: Fase di installazione E fase di stato. Tra loro potrebbe esserci anche fase di trasferimento dati. Fase di installazione usato per esibirsi Transazioni di IMPOSTAZIONE, durante il quale le informazioni vengono inviate alla funzione di controllo CT. Transazione di IMPOSTAZIONE contiene IMPOSTARE-sacchetto di plastica ,
pacchetto dati e pacchetto coordinamento. Se il pacchetto di dati viene ricevuto correttamente dalla funzione, viene inviato all'host RICONOSCI-sacchetto di plastica. In caso contrario, la transazione è completata.
IN fasi del trasferimento dei dati i trasferimenti di controllo contengono uno o più IN- O FUORI- transazioni, il cui principio di trasferimento è lo stesso dei trasferimenti in streaming. Tutte le transazioni nella fase di trasferimento dei dati devono essere eseguite in una direzione.
IN fase di stato viene effettuata l'ultima transazione, che utilizza gli stessi principi dei trasferimenti in streaming. La direzione di questa transazione è opposta a quella utilizzata nella fase di trasferimento dei dati. La fase di stato viene utilizzata per riportare il risultato della fase SETUP e della fase di trasferimento dati. Le informazioni sullo stato vengono sempre passate dalla funzione all'host. A registro di controllo (Controllo del trasferimento di scrittura) le informazioni sullo stato vengono trasmesse nella fase di trasferimento dei dati della fase di stato della transazione. A lettura di controllo (Controllo lettura trasferimento) le informazioni sullo stato vengono restituite nella fase di negoziazione dello stato della transazione, dopo che l'host ha inviato un pacchetto di dati di lunghezza zero nella precedente fase di trasferimento dati.
Interrompere i trasferimenti
potrebbe contenere IN- O FUORI- inoltro. Al ricevimento IN La funzione -packet può restituire un pacchetto con dati, N.A.K.-pacchetto o STALLA-sacchetto di plastica. Se la funzione non dispone di informazioni che richiedono un'interruzione, nella fase di trasferimento dei dati la funzione ritorna N.A.K.-sacchetto di plastica. Se si sospende il funzionamento del TA con interruzione la funzione ritorna STALLA-sacchetto di plastica. Se è necessario un interrupt, la funzione restituisce le informazioni necessarie in fase di trasferimento dati. Se l'host ha ricevuto correttamente i dati, li invia RICONOSCI-sacchetto di plastica. In caso contrario, il pacchetto di negoziazione non verrà inviato dall'host.
Transazioni isocrone
contenere fase di trasmissione dei tratti E fase di trasferimento dati, ma non ce l'ho fasi di coordinamento. L'ospite invia IN- O FUORI-segno, dopodiché in fase di trasmissione dei dati CT (ad IN-sign) o host (per FUORI-sign) invia i dati. Le transazioni isocrone non supportano la fase di riconciliazione e la ritrasmissione dei dati in caso di errori.
Dato che l'interfaccia USB implementa un complesso protocollo di scambio di informazioni, il dispositivo di interfaccia con l'interfaccia USB necessita di un'unità a microprocessore che supporti il protocollo. Pertanto, l'opzione principale quando si sviluppa un dispositivo di interfaccia è utilizzare un microcontrollore che fornisca supporto per il protocollo di scambio. Attualmente, tutti i principali produttori di microcontrollori producono prodotti che includono un'unità USB.
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Bit rate di segnalazione ad alta velocità - 12 Mb/s - Lunghezza massima del cavo per bit rate di segnalazione ad alta velocità - 5 m - Bit rate di segnalazione a bassa velocità - 1,5 Mb/s - Lunghezza massima del cavo per bit rate di segnalazione a bassa velocità baud rate - 3 m - Numero massimo di dispositivi collegati (inclusi moltiplicatori) - 127 - È possibile collegare dispositivi con baud rate diversi - Non è necessario che l'utente installi elementi aggiuntivi come terminatori per SCSI - Tensione di alimentazione per dispositivi periferici - 5 V - Consumo massimo di corrente per dispositivo - 500 mA
Cablaggio connettori USB 1.1 e 2.0
I segnali USB vengono trasmessi su due fili di un cavo schermato a quattro fili.
Qui :
GND- circuito “case” per l'alimentazione delle periferiche V AUTOBUS- +5V anche per circuiti di alimentazione Bus D+ progettato per la trasmissione dei dati
Pneumatico D- per ricevere dati.
Svantaggi dell'USB 2.0
Sebbene la velocità massima di trasferimento dati dell'USB 2.0 sia 480 Mbps (60 MB/s), nella vita reale non è realistico raggiungere tali velocità (~33,5 MB/s in pratica). Ciò è dovuto ai grandi ritardi sul bus USB tra la richiesta di trasferimento dei dati e l'effettivo inizio del trasferimento. Ad esempio, il bus FireWire, sebbene abbia un picco inferiore portata 400 Mbps, ovvero 80 Mbps (10 MB/s) in meno rispetto a USB 2.0, consentono effettivamente una maggiore velocità di trasmissione per lo scambio di dati con dischi rigidi e altri dispositivi di archiviazione. A questo proposito diversi drive mobili sono da tempo limitati dalla larghezza di banda pratica insufficiente di USB 2.0.
Il vantaggio più significativo di USB 3.0 è la sua maggiore velocità (fino a 5 Gbps), che è 10 volte più veloce della porta precedente. La nuova interfaccia ha migliorato il risparmio energetico. Ciò consente all'unità di entrare in modalità di sospensione quando non viene utilizzata. È possibile effettuare contemporaneamente la trasmissione dati bidirezionale. Ciò consentirà una velocità maggiore se colleghi più dispositivi a una porta (dividi la porta). È possibile diramarsi utilizzando un hub (un hub è un dispositivo che si dirama da una porta in 3-6 porte). Ora, se colleghi l'hub a una porta USB 3.0 e colleghi più dispositivi (ad esempio, chiavette USB) all'hub ed effettui un trasferimento dati simultaneo, vedrai che la velocità sarà molto più elevata rispetto a quella USB interfaccia 2.0. C'è una caratteristica che può essere un vantaggio e un svantaggio. L'interfaccia USB 3.0 ha aumentato la corrente a 900 mA e USB 2.0 funziona con una corrente di 500 mA. Questo sarà un vantaggio per i dispositivi che sono stati adattati per USB 3.0, ma un piccolo svantaggio è che potrebbe esserci un rischio quando si caricano dispositivi più deboli, come un telefono. Lo svantaggio fisico della nuova interfaccia è la dimensione del cavo. Per mantenere l'alta velocità, il cavo è diventato più spesso e più corto (non può essere più lungo di 3 metri) rispetto a USB 2.0. È importante notare che i dispositivi con diverse interfacce USB lo faranno lavoro bene e non dovrebbe essere un problema. Ma non pensare che la velocità aumenterà se colleghi USB 3.0 a una porta più vecchia o colleghi un cavo di interfaccia più vecchio a una nuova porta. La velocità di trasferimento dei dati sarà uguale alla velocità della porta più debole.
Ciao a tutti. A volte le persone sono interessate a sapere in cosa differisce USB 3.0 da USB 2.0, a volte vogliono capire quale versione o tipo di connettore USB hanno sul proprio computer, che tipo di dinosauro USB 1.0 è e così via. Approfondiamo un po' più a fondo questo argomento.
Lo standard USB è apparso a metà degli anni '90. Decifrato USB Ecco come - Bus seriale universale. Questo standard è stato sviluppato appositamente per la comunicazione tra dispositivi periferici e un computer e ora occupa una posizione di leadership tra tutti i tipi di interfacce di comunicazione. Ciò non sorprende. Al giorno d'oggi è difficile immaginare un dispositivo senza connettore USB, sebbene questi connettori varino nel tipo.
Tipi di connettori USB
Oggi esiste un numero piuttosto elevato di tipi di connettori USB. Alcuni sono più comuni, altri meno. Ad ogni modo, diamo loro un'occhiata.
USBtipo-UN– uno dei tipi più comuni di connettori USB. Potresti averlo visto sul tuo, sul, sul blocco caricabatterie e non solo. Ha molti usi. Con il suo aiuto, puoi collegare mouse e tastiere a un computer (o altro dispositivo), unità flash, unità esterne, smartphone e così via. Questo elenco può essere continuato per molto tempo se ci pensi.
USBtipo-B– il connettore viene utilizzato principalmente per collegare una stampante o altri dispositivi al computer periferiche. Ha ricevuto una distribuzione molto inferiore a USB tipo A.
MiniUSB era abbastanza comune sui dispositivi mobili prima dell'avvento della Micro USB. Al giorno d'oggi è molto raro, ma puoi ancora trovarlo su alcuni dispositivi più vecchi. Sul mio altoparlante audio portatile, il connettore Mini USB riceve l'elettricità per caricare la batteria. Ho comprato questo altoparlante circa 5 anni fa (si è rivelato durevole).
Micro USB ora utilizzato su smartphone e cellulari quasi tutti i produttori. Questo connettore USB ha guadagnato un'incredibile popolarità tra i dispositivi mobili. Tuttavia, USB Type-C sta gradualmente prendendo posizione.
USB Versione 1.0 – Scavi Archeologici
Il trisnonno dello standard USB è USB 1.0è nato nel freddo novembre del 1995. Ma è nato un po’ prematuro e non ha guadagnato molta popolarità. Ma il suo fratello minore USB 1.1, nato tre anni dopo, era un esemplare più valido e riusciva ad attirare abbastanza attenzione.
Per quanto riguarda la parte tecnica, la velocità di trasferimento dei dati era ridotta, ma per gli standard di quei tempi questa velocità era più che sufficiente. La velocità arrivava fino a 12 Mbit/s e in modalità ad alto rendimento.
Differenze tra connettori USB 2.0 e USB 3.0
USB 2.0 e USB 3.0 sono due standard USB completamente moderni che ora vengono utilizzati ovunque nei computer e nei laptop. USB 3.0 è, ovviamente, più recente e più veloce ed è anche completamente retrocompatibile con i dispositivi USB 2.0. Ma la velocità in questo caso sarà limitata alla velocità massima secondo lo standard USB 2.0.
In teoria, le velocità di trasferimento USB 3.0 sono circa 10 volte più veloci di USB 2.0 (5 Gbps contro 480 Mbps). Ma in pratica, la velocità di scambio delle informazioni tra i dispositivi è spesso limitata dai dispositivi stessi. Anche se in generale USB 3.0 vince ancora.
Differenze tecniche
Sebbene gli standard USB 2.0 e USB 3.0 siano retrocompatibili, presentano tuttavia alcune differenze tecniche. USB 2.0 ha 4 pin: 2 per l'alimentazione dei dispositivi e 2 per il trasferimento dei dati. Questi 4 pin sono stati mantenuti nello standard USB 3.0. Ma oltre a loro sono stati aggiunti altri 4 contatti, necessari per elevate velocità di trasferimento dati e altro ancora ricarica rapida dispositivi. A proposito, USB 3.0 può funzionare con corrente fino a 1 Ampere.
Di conseguenza, il cavo standard USB 3.0 è diventato più spesso e la sua lunghezza ora non supera i 3 metri (in USB 2.0 lunghezza massima raggiunto i 5 metri). Ma puoi caricare il tuo smartphone molto più velocemente, anche se colleghi più smartphone a un connettore tramite uno splitter.
Naturalmente i produttori si sono presi cura delle differenze visive. Non devi cercare l'imballaggio da scheda madre per vedere quali standard USB supporta. E non è necessario accedere alle impostazioni del computer o a Gestione dispositivi per farlo. Basta guardare il colore del connettore. Il connettore USB 3.0 è quasi sempre blu. Molto raramente è anche rosso. Mentre USB 2.0 è quasi sempre nera.
Ora, con una rapida occhiata, puoi determinare se sul tuo laptop è installata la porta USB 2.0 o USB 3.0.
Questa è probabilmente la fine della conversazione su come USB 2.0 differisce da USB 3.0.
Conclusione
Cosa abbiamo imparato da questo articolo? Quell'USB è diviso in standard di trasferimento dati, che differiscono per la velocità di trasferimento dati. E anche l'USB ha un gran numero di tipi di connettori.
E la cosa più interessante che ho dimenticato di menzionare nell'articolo è che i tipi di connettori possono essere combinati come segue. Potresti trovare un USB di tipo A di dimensioni standard e un USB di tipo B di dimensioni standard, mentre ci sono (ma sono rari) micro USB di tipo A e micro USB di tipo B (molto comuni). USB di tipo A può funzionare utilizzando il protocollo USB 2.0 o magari utilizzando il protocollo USB 3.0. In generale, se vuoi, puoi confonderti.
E se sei preoccupato della domanda su quali connettori sia meglio scegliere per un laptop USB 2.0 o USB 3.0, non preoccuparti affatto. Ora tutti i laptop e computer moderni sono dotati di entrambi i tipi di USB. Ad esempio, il mio laptop ha due connettori USB 2.0 e un connettore USB 3.0. E tutti e tre i connettori sono USB di tipo A.
Ecco cosa sono: USB!
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