Technické vlastnosti Možnosti USB. Protokol Universal Serial Bus USB 2.0
Koncom roku 2008. Ako sa dalo očakávať, nový štandard zvýšil priepustnosť, aj keď nárast nie je taký výrazný ako 40-násobné zvýšenie rýchlosti pri prechode z USB 1.1 na USB 2.0. V každom prípade je vítané 10-násobné zvýšenie priepustnosti. USB 3.0 podporuje maximálna prenosová rýchlosť 5 Gbit/s. Priepustnosť je takmer dvakrát vyššia ako pri modernom štandarde Serial ATA (3 Gbit/s, berúc do úvahy prenos redundantných informácií).
Logo USB 3.0
Každý nadšenec potvrdí, že rozhranie USB 2.0 je tým hlavným." úzke miesto» moderné počítače a notebooky, pretože jeho špičková „čistá“ priepustnosť sa pohybuje od 30 do 35 MB/s. Ale moderné majú 3,5″ pevné disky pri stolných počítačoch už prenosová rýchlosť prekročila 100 MB/s (objavujú sa aj 2,5″ modely pre notebooky, blížia sa túto úroveň). Vysokorýchlostné disky SSD úspešne prekročili hranicu 200 MB/s. A 5 Gbit/s (alebo 5120 Mbit/s) zodpovedá 640 MB/s.
Nemyslíme si, že pevné disky sa v dohľadnej dobe priblížia k 600 MB/s, ale budúce generácie disky SSD môže toto číslo prekročiť už o niekoľko rokov. Zvyšovanie priepustnosti sa stáva čoraz dôležitejším, keďže sa zvyšuje množstvo informácií a zodpovedajúcim spôsobom sa zvyšuje aj čas potrebný na ich zálohovanie. Čím rýchlejšie úložisko funguje, tým kratší bude čas zálohovania, tým jednoduchšie bude vytváranie „okien“ v pláne zálohovania.
Porovnávacia tabuľka rýchlosti Vlastnosti USB 1.0 – 3.0
Digitálne videokamery dnes dokážu nahrávať a ukladať gigabajty video dát. Rastie podiel HD videokamier, ktoré si vyžadujú väčšie a rýchlejšie úložisko na záznam veľkého množstva dát. Ak používate USB 2.0, prenos niekoľkých desiatok gigabajtov video dát do počítača na úpravu bude vyžadovať značný čas. USB Implementers Forum verí, že šírka pásma zostane zásadne dôležitá a USB 3.0 bude postačovať pre všetky spotrebiteľské zariadenia v priebehu nasledujúcich piatich rokov.
8/10 bitové kódovanie
Na zabezpečenie spoľahlivého prenosu údajov Rozhranie USB 3.0 používa 8/10 bitové kódovanie, známe nám napríklad zo Serial ATA. Jeden bajt (8 bitov) sa prenáša pomocou 10-bitového kódovania, čo zlepšuje spoľahlivosť prenosu na úkor priepustnosti. Preto sa prechod z bitov na bajty uskutočňuje s pomerom 10:1 namiesto 8:1.
Porovnanie šírky pásma USB 1.x – 3.0 a konkurentov
Režimy úspory energie
určite, hlavný cieľ rozhranie USB 3.0 je zvýšiť dostupnú šírku pásma, však nový štandard efektívne optimalizuje spotrebu energie. Rozhranie USB 2.0 neustále zisťuje dostupnosť zariadenia, čo spotrebúva energiu. Naproti tomu USB 3.0 má štyri stavy pripojenia, pomenované U0-U3. Stav pripojenia U0 zodpovedá aktívnemu prenosu dát a U3 uvedie zariadenie do „spánku“.
Ak je pripojenie nečinné, potom v stave U1 bude deaktivovaná schopnosť prijímať a odosielať dáta. Stav U2 ide o krok ďalej deaktiváciou vnútorných hodín. V súlade s tým môžu pripojené zariadenia prejsť do stavu U1 ihneď po dokončení prenosu údajov, čo by malo poskytnúť významné výhody v spotrebe energie v porovnaní s USB 2.0.
Vyšší prúd
Okrem rôznych stavov spotreby el USB 3.0 je iné z USB 2.0 a vyšší podporovaný prúd. Ak USB 2.0 poskytovalo prúdový prah 500 mA, tak v prípade nového štandardu sa obmedzenie posunulo na 900 mA. Iniciačný prúd pripojenia bol zvýšený zo 100 mA pre USB 2.0 na 150 mA pre USB 3.0. Oba parametre sú dosť dôležité pre prenosné pevné disky, ktoré zvyčajne vyžadujú o niečo vyššie prúdy. Predtým sa problém dal vyriešiť použitím prídavného USB konektora, ktorý odoberal energiu z dvoch portov, ale na prenos dát používal iba jeden, aj keď to porušovalo špecifikácie USB 2.0.
Nové káble, konektory, farebné označenie
Štandard USB 3.0 je spätne kompatibilný s USB 2.0, to znamená, že zástrčky sa zdajú byť rovnaké ako bežné zástrčky typu A. Kolíky USB 2.0 zostávajú na rovnakom mieste, ale teraz je päť nových kolíkov umiestnených hlboko v konektore. To znamená, že musíte úplne zasunúť zástrčku USB 3.0 do portu USB 3.0, aby ste zaistili fungovanie USB 3.0, čo si vyžaduje ďalšie kolíky. V opačnom prípade získate rýchlosť USB 2.0. USB Implementers Forum odporúča výrobcom používať farebné kódovanie Pantone 300C na vnútornej strane konektora.
Podobná situácia bola aj pri zástrčke USB typu B, aj keď rozdiely sú vizuálne výraznejšie. Zástrčku USB 3.0 je možné identifikovať podľa piatich ďalších kolíkov.
USB 3.0 nepoužíva optické vlákna, pretože je to príliš drahé pre masový trh. Preto máme starý dobrý medený kábel. Teraz však bude mať namiesto štyroch drôtov deväť. Prenos dát sa vykonáva cez štyri z piatich prídavných vodičov v diferenciálnom režime (SDP-Shielded Differential Pair). Jeden pár vodičov je zodpovedný za príjem informácií, druhý za prenos. Princíp činnosti je podobný ako pri Serial ATA, pričom zariadenia prijímajú plnú šírku pásma v oboch smeroch. Piaty vodič je „uzemnenie“.
História vzniku a vývoja štandardov Universal Serial Bus (USB).
Kým sa objavila prvá implementácia USB zbernice, štandardná výbava osobný počítač obsahuje jeden paralelný port, zvyčajne na pripojenie tlačiarne (port LPT), dva sériové komunikačné porty ( COM porty), zvyčajne na pripojenie myši a modemu a jeden port pre joystick (GAME port). Táto konfigurácia bola v počiatkoch osobných počítačov celkom prijateľná a dlhé roky bola praktickým štandardom pre výrobcov zariadení. Pokrok však nestál na mieste, nomenklatúra a funkčnosť externých zariadení neustále zlepšoval, čo nakoniec viedlo k potrebe revízie štandardnej konfigurácie, čo obmedzovalo možnosť pripojenia ďalších periférnych zariadení, ktorých každým dňom pribúdalo.
Pokusy o zvýšenie počtu štandardných I/O portov nemohli viesť k zásadnému riešeniu problému a vznikla potreba vyvinúť nový štandard, ktorý by poskytoval jednoduché, rýchle a pohodlné pripojenie veľkého množstva periférnych zariadení na rôzne účely pre akýkoľvek počítač so štandardnou konfiguráciou, čo nakoniec viedlo k nástupu univerzálnej sériovej zbernice Univerzálna sériová zbernica (USB)
Prvá špecifikácia sériového rozhrania USB (Universal Serial Bus), volal USB 1.0, objavil sa v 1996, vylepšená verzia založená na tom, USB 1.1- V 1998Šírka pásma zberníc USB 1.0 a USB 1.1 - až 12 Mbit/s (v skutočnosti až 1 megabajt za sekundu) úplne postačovala pre nízkorýchlostné periférne zariadenia, ako je analógový modem alebo počítačová myš, avšak nedostatočné pre zariadenia s vysokou rýchlosťou prenosu dát, čo bola hlavná nevýhoda tejto špecifikácie. Prax však ukázala, že univerzálna sériová zbernica je veľmi úspešným riešením, ktoré si osvojili takmer všetci výrobcovia počítačovej techniky ako hlavný smer vývoja počítačových periférií.
IN 2000 je tu nová špecifikácia - USB 2.0, ktorý už poskytuje rýchlosť prenosu dát až 480 Mbit/s (v skutočnosti až 32 megabajtov za sekundu). Špecifikácia predpokladala plnú kompatibilitu s predchádzajúcim štandardom USB 1.X a celkom prijateľný výkon pre väčšinu periférnych zariadení. Začína boom vo výrobe zariadení vybavených rozhraním USB. „Klasické“ vstupno-výstupné rozhrania boli úplne nahradené a stali sa exotickými. Pre niektoré vysokorýchlostné periférne zariadenia však aj úspešná špecifikácia USB 2.0 zostala prekážkou, ktorá si vyžadovala ďalší vývoj štandardu.
IN 2005 Bola oznámená špecifikácia pre bezdrôtovú implementáciu USB - Bezdrôtové USB - WUSB, umožňujúci bezdrôtové pripojenie zariadení na vzdialenosť do 3 metrov s maximálnou rýchlosťou prenosu dát 480 Mbit/s a na vzdialenosť do 10 metrov s maximálnou rýchlosťou 110 Mbit/s. Špecifikácia neprešla rýchlym vývojom a nevyriešila problém zvýšenia skutočnej rýchlosti prenosu dát.
IN 2006 bola oznámená špecifikácia USB-OTG (USB O n- T on- G o, vďaka čomu bolo možné komunikovať medzi dvoma USB zariadeniami bez samostatného USB hostiteľa. Úlohu hostiteľa v tomto prípade plní jedno z periférnych zariadení. Smartfóny, digitálne fotoaparáty a iné mobilné zariadenia musia fungovať ako hostiteľské aj periférne zariadenie. Napríklad, keď je fotoaparát pripojený cez USB k počítaču, je to periférne zariadenie a keď je pripojená tlačiareň, je to hostiteľ. Podpora špecifikácií USB-OTG sa postupne stali štandardom pre mobilné zariadenia.
V roku 2008 objavila sa konečná špecifikácia nového štandardu univerzálnej sériovej zbernice - USB 3.0. Ako v predchádzajúce verzie implementáciou zbernice je zabezpečená elektrická a funkčná kompatibilita s predchádzajúcimi normami. Rýchlosť prenosu dát pre USB 3.0 sa zvýšila 10-krát – až na 5 Gbps. K prepojovaciemu káblu boli pridané 4 ďalšie žily a ich kontakty boli usporiadané oddelene od 4 kontaktov predchádzajúcich noriem v ďalšom kontaktnom rade. Okrem zvýšenej rýchlosti prenosu dát USB zbernica Vyznačuje sa tiež zvýšenou prúdovou silou v napájacom obvode v porovnaní s predchádzajúcimi normami. Maximálna rýchlosť prenosu dát cez zbernicu USB 3.0 sa stala prijateľnou pre takmer akékoľvek sériovo vyrábané periférne počítačové vybavenie.
IN 2013 Bola prijatá nasledujúca špecifikácia rozhrania - USB 3.1, ktorého rýchlosť prenosu dát môže dosiahnuť 10 Gbit/s. Okrem toho sa objavil kompaktný 24-pinový USB konektor Typ-C, ktorá je symetrická, čo umožňuje vloženie kábla z oboch strán.
S vydaním štandardu USB 3.1 fórum USB Implementers Forum (USB-IF) oznámilo, že konektory USB 3.0 s rýchlosťou až 5 Gbps (SuperSpeed) budú teraz klasifikované ako USB 3.1 Gen 1 a nové konektory USB 3.1 so zrýchlením až 10 Gbps s (SuperSpeed USB 10 Gbps) - ako USB 3.1 Gen 2. Štandard USB 3.1 je spätne kompatibilný s USB 3.0 a USB 2.0.
IN 2017 ročníka USB Implementers Forum (USB-IF) zverejnilo špecifikáciu USB 3.2. Maximálna prenosová rýchlosť je 10 Gbit/s. USB 3.2 však poskytuje možnosť agregovať dve pripojenia ( Prevádzka v dvoch jazdných pruhoch), čo vám umožní zvýšiť teoretickú priepustnosť na 20 Gbit/s. Implementácia tejto funkcie je voliteľná, to znamená, že jej podpora na hardvérovej úrovni bude závisieť od konkrétneho výrobcu a technickej potreby, ktorá sa líši napríklad pre tlačiareň a prenosný počítač. pevný disk. Možnosť implementácie tohto režimu je poskytovaná iba pri použití USB typu C.
www.usb.org- Dokumentácia špecifikácie USB pre vývojárov v angličtine.
Treba poznamenať, že existovala a stále existuje alternatíva k zbernici USB. Ešte predtým, ako sa objavila, Apple spoločnosť vyvinula špecifikáciu sériovej zbernice FireWire(iné meno - iLink), ktorý bol v roku 1995 štandardizovaný Americkým inštitútom elektrických a elektronických inžinierov (IEEE) pod číslom 1394. Bus IEEE 1394 môže pracovať v troch režimoch: s rýchlosťami prenosu dát až 100, 200 a 400 Mbit/s. Pre vysokú cenu a zložitejšiu implementáciu ako USB sa však tento typ vysokorýchlostnej sériovej zbernice nerozšíril a postupne sa nahrádza USB 2.0 – USB 3.2.
Všeobecné princípy fungovania periférnych zariadení Universal Serial Bus (USB).
USB rozhranie sa ukázalo ako také úspešné riešenie, že bolo vybavené takmer všetkými triedami periférnych zariadení, od mobilného telefónu až po webovú kameru alebo prenosný pevný disk. Najrozšírenejšie zariadenia (zatiaľ) sú tie, ktoré podporujú USB 2.0. USB 3.0 – 3.1 je však žiadanejší pre vysokorýchlostné zariadenia, kde sa stáva hlavným, postupne nahrádza USB 2.0.
Periférne zariadenia s podporou USB sú po pripojení k počítaču automaticky rozpoznané systémom (najmä softvér ovládača a šírka pásma zbernice) a sú pripravené na prácu bez zásahu používateľa. Zariadenia s nízkou spotrebou energie (do 500mA) nemusia mať vlastný zdroj a sú napájané priamo z USB zbernice.
Použitie USB eliminuje potrebu odstraňovať počítačovú skrinku kvôli inštalácii ďalších periférií a eliminuje potrebu robiť zložité nastavenia pri ich inštalácii.
USB odstraňuje problém s obmedzením počtu pripojených zariadení. O pomocou USB S počítačom môže súčasne pracovať až 127 zariadení.
USB umožňuje pripojenie za chodu. To si nevyžaduje najprv vypnutie počítača, potom pripojenie zariadenia, reštartovanie počítača a konfiguráciu nainštalovaných periférnych zariadení. Ak chcete odpojiť periférne zariadenie, nemusíte postupovať podľa vyššie uvedeného opačného postupu.
Jednoducho povedané, USB vám umožňuje skutočne realizovať všetky výhody moderná technológia"pripoj a hraj" Zariadenia určené pre USB 1.x môžu pracovať s ovládačmi USB 2.0. a USB 3.0
Po pripojení periférneho zariadenia sa vygeneruje hardvérové prerušenie a ovládač HCD prijme ovládanie ( Ovládač hostiteľského radiča) USB ovládač ( USB Host Controller - UHC), ktorý je v súčasnosti integrovaný do všetkých vyrábaných čipsetov základnej dosky. Dotazuje sa na zariadenie a dostane od neho identifikačné informácie, na základe ktorých sa riadenie prenesie na obsluhu vodiča tento typ zariadení. UHC radič má koreňový rozbočovač (Hub), ktorý zabezpečuje pripojenie k zbernici USB zariadení.
Hub (USB HUB).
Spojovacie body sú tzv prístavov. K portu je možné pripojiť ďalší rozbočovač ako zariadenie. Každý hub má výstupný port ( upstream port), pripojte ho k hlavnému ovládaču a downstream portom ( port po prúde) na pripojenie periférnych zariadení. Huby môžu detekovať, pripojiť a odpojiť na každom downlink porte a poskytnúť distribúciu energie pre downlink zariadenia. Každý zo zostupných portov môže byť individuálne aktivovaný a nakonfigurovaný na plnú alebo nízku rýchlosť. Hub sa skladá z dvoch blokov: hub controller a hub repeater. Opakovač je protokolom riadený prepínač medzi uplinkovým portom a downlinkovým portom. Hub obsahuje aj hardvér na podporu resetovania pripojenia a pozastavenia/obnovenia. Kontrolér poskytuje registre rozhrania, ktoré umožňujú prenos údajov do az hlavného kontroléra. Definovaný stav hubu a riadiace príkazy umožňujú hostiteľskému procesoru konfigurovať hub a monitorovať a spravovať jeho porty.
Externé rozbočovače môžu mať vlastný zdroj napájania alebo môžu byť napájané z USB zbernice.
USB káble a konektory
Konektory typu A sa používajú na pripojenie k počítaču alebo rozbočovaču. Konektory typu B sa používajú na pripojenie periférnych zariadení.
Všetky USB konektory, ktoré je možné navzájom prepojiť, sú navrhnuté tak, aby spolupracovali.
Všetky kolíky konektora USB 2.0 sú elektricky kompatibilné s príslušnými kolíkmi konektora USB 3.0. Zároveň má konektor USB 3.0 ďalšie kontakty, ktoré nezodpovedajú USB konektor 2.0, a preto pri pripájaní konektorov rôznych verzií nebudú použité „extra“ kontakty, čím sa zabezpečí normálna práca pripojenia verzie 2.0. Všetky konektory a konektory medzi USB 3.0 typu A a USB 2.0 typu A sú navrhnuté tak, aby spolupracovali. Konektor USB 3.0 typu B je o niečo väčší, ako by bolo potrebné pre konektor USB 2.0 typu B a starší. Zároveň je možné do týchto zásuviek pripojiť tento typ zástrčky. Preto na pripojenie periférneho zariadenia s konektorom USB 3.0 typu B k počítaču môžete použiť oba typy káblov, ale pre zariadenie s konektorom USB 2.0 typu B iba kábel USB 2.0. Zásuvky eSATAp, označené ako eSATA/USB Combo, to znamená, že majú možnosť pripojiť k nim zástrčku USB, majú možnosť pripojiť zástrčky USB typu A: USB 2.0 a USB 3.0, ale v režime rýchlosti USB 2.0.
Konektory USB typu C poskytujú pripojenie k periférnym zariadeniam aj počítačom, pričom nahrádzajú rôzne konektory a káble typu A a typu B predchádzajúcich štandardov USB a poskytujú budúce možnosti rozšírenia. 24-pinový obojstranný konektor je pomerne kompaktný, veľkosťou sa blíži konektorom micro-B štandardu USB 2.0. Rozmery konektora sú 8,4 mm x 2,6 mm. Konektor poskytuje 4 páry kontaktov pre napájanie a uzemnenie, dva diferenciálne páry D+/D- pre prenos dát rýchlosťou menšou ako SuperSpeed (v kábloch typu C je pripojený iba jeden z párov), štyri diferenciálne páry pre prenos vysokorýchlostné SuperSpeed signály, dva pomocné kontakty (bočné pásmo), dva konfiguračné kolíky na určenie orientácie kábla, vyhradený konfiguračný dátový kanál (kódovanie BMC - biphase-mark code) a napájací kolík +5 V pre aktívne káble.
Kontakty konektora a rozloženie kábla USB Type-C
| Con. | názov | Popis | Con. | názov | Popis | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A1 | GND | Uzemnenie | B12 | GND | Uzemnenie | ||
| A2 | SSTXp1 | Dif. pár č.1 SuperSpeed, prevodovka, klad | B11 | SSRXp1 | Dif. pár č.2 SuperSpeed, príjem, klad | ||
| A3 | SSTXn1 | Dif. pár č.1 SuperSpeed, prevodovka, zápor | B10 | SSRXn1 | Dif. pár č.2 SuperSpeed, príjem, negatív | ||
| A4 | V BUS | Výživa | B9 | V BUS | Výživa | ||
| A5 | CC1 | Konfiguračný kanál | B8 | SBU2 | Postranné pásmo č. 2 (SBU) | ||
| A6 | Dp1 | Dif. non-SuperSpeed pár, pozícia 1, kladný | B7 | Dn2 | Dif. non-SuperSpeed pár, pozícia 2, záporný | ||
| A7 | Dn1 | Dif. non-SuperSpeed pár, pozícia 1, záporný | B6 | Dp2 | Dif. non-SuperSpeed pár, pozícia 2, kladný | ||
| A8 | SBU1 | Postranné pásmo č. 1 (SBU) | B5 | CC2 | Konfiguračný kanál | ||
| A9 | V BUS | Výživa | B4 | V BUS | Výživa | ||
| A10 | SSRXn2 | Dif. pár č.4 SuperSpeed, prevodovka, zápor | B3 | SSTXn2 | Dif. pár č.3 SuperSpeed, príjem, negatív | ||
| A11 | SSRXp2 | Dif. pár č.4 SuperSpeed, prevodovka, klad | B2 | SSTXp2 | Dif. pár č.3 SuperSpeed, príjem, klad | ||
| A12 | GND | Uzemnenie | B1 | GND | Uzemnenie |
||
|
|||||||
| Konektor č. 1 kábla Typ-C | Kábel Typ-C | Konektor č. 2 kábla Typ-C | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kontakt | názov | Farba plášťa vodiča | názov | Popis | Kontakt | názov | |
| Vrkoč | Obrazovka | Káblový oplet | Obrazovka | Vonkajšie opletenie kábla | Vrkoč | Obrazovka | |
| A1, B1, A12, B12 | GND | Pocínované | GND_PWRrt1 GND_PWRrt2 |
Spoločný pozemok> | A1, B1, A12, B12 | GND | |
| A4, B4, A9, B9 | V BUS | Červená | PWR_V BUS 1 PWR_V BUS 2 |
V BUS napájanie | A4, B4, A9, B9 | V BUS | |
| B5 | V CONN | žltá |
PWR_V CONN | V CONN výkon | B5 | V CONN | |
| A5 | CC | Modrá | CC | Konfiguračný kanál | A5 | CC | |
| A6 | Dp1 | biely | UTP_Dp | Netienený diferenciálny pár, kladný | A6 | Dp1 | |
| A7 | Dn1 | zelená | UTP_Dn | Netienený diferenciálny pár, záporný | A7 | Dn1 | |
| A8 | SBU1 | Červená | SBU_A | Dátové pásmo A | B8 | SBU2 | |
| B8 | SBU2 | čierna | SBU_B | Dátové pásmo B | A8 | SBU1 | |
| A2 | SSTXp1 | Žltá * | SDPp1 | Tienený diferenciálny pár #1, kladný | B11 | SSRXp1 | |
| A3 | SSTXn1 | hnedá * | SDPn1 | Tienený diferenciálny pár #1, záporný | B10 | SSRXn1 | |
| B11 | SSRXp1 | Zelená * | SDPp2 | Tienený diferenciálny pár #2, kladný | A2 | SSTXp1 | |
| B10 | SSRXn1 | oranžová * | SDPn2 | Tienený diferenciálny pár #2, záporný | A3 | SSTXn1 | |
| B2 | SSTXp2 | Biely * | SDPp3 | Tienený diferenciálny pár #3, kladný | A11 | SSRXp2 | |
| B3 | SSTXn2 | Čierna * | SDPn3 | Tienený diferenciál #3, záporný | A10 | SSRXn2 | |
| A11 | SSRXp2 | červená * | SDPp4 | Tienený diferenciálny pár #4, kladný | B2 | SSTXp2 | |
| A10 | SSRXn2 | Modrá * | SDPn4 | Tienený diferenciál #4, záporný | B3 | SSTXn2 | |
| * Farby pre plášť vodiča nie sú špecifikované normou | |||||||
Pripojenie starších zariadení k počítačom vybaveným konektorom USB Type-C bude vyžadovať kábel alebo adaptér, ktorý má na jednom konci zástrčku alebo konektor typu A alebo B a na druhom konci zástrčku USB Type-C. Norma nepovoľuje adaptéry s konektorom USB Type-C, pretože ich použitie by mohlo vytvoriť „veľa nesprávnych a potenciálne nebezpečných“ kombinácií káblov.
Káble USB 3.1 s dvomi konektormi typu C na koncoch musia plne vyhovovať špecifikácii – musia obsahovať všetky potrebné vodiče, musia byť aktívne, musia obsahovať zoznam funkcií čipu elektronickej identifikácie v závislosti od konfigurácie kanála a správy definované predajcom (VDM) zo špecifikácie USB napájanie Doručenie 2.0. Zariadenia s konektorom USB Type-C môžu voliteľne podporovať napájacie koľajnice s prúdom 1,5 alebo 3 ampéry pri napätí 5 voltov okrem hlavného napájacieho zdroja. Napájacie zdroje musia propagovať schopnosť dodávať zvýšené prúdy cez konfiguračný kanál alebo plne podporovať špecifikáciu USB Power Delivery cez konfiguračný kolík (kódovanie BMC) alebo staršie signály kódované ako BFSK cez kolík VBUS. Káble USB 2.0, ktoré nepodporujú zbernicu SuperSpeed, nesmú obsahovať elektronický identifikačný čip, pokiaľ neprenášajú prúd 5 ampérov.
Špecifikáciu konektora USB Type-C, verzia 1.0, zverejnilo fórum USB Developers Forum v auguste 2014. Bol vyvinutý približne v rovnakom čase ako špecifikácia USB 3.1.
Použitie konektora USB Type-C nevyhnutne neznamená, že zariadenie implementuje vysokorýchlostný štandard USB 3.1 Gen1/Gen2 alebo protokol USB Power Delivery.
Univerzálna sériová zbernica je najrozšírenejším a pravdepodobne najúspešnejším počítačovým rozhraním pre periférne zariadenia v celej histórii vývoja počítačovej techniky, o čom svedčí obrovské množstvo USB zariadení, z ktorých niektoré sa môžu zdať trochu
Rozhranie USB (Universal Serial Bus - Universal Serial Interface) je určený na pripojenie periférnych zariadení k osobnému počítaču. Umožňuje výmenu informácií s periférnymi zariadeniami tromi rýchlosťami (špecifikácia USB 2.0):
- Pomalá rychlosť ( Pomalá rychlosť- LS) - 1,5 Mbit/s;
- Plná rýchlosť ( Plná rýchlosť- FS) - 12 Mbit/s;
- Vysoká rýchlosť ( Vysoká rýchlosť- HS) - 480 Mbit/s.
USB rozhranie sa pripája hostiteľ (hostiteľ) a zariadenia. Hostiteľ sa nachádza vo vnútri osobného počítača a riadi činnosť celého rozhrania. Ak chcete povoliť pripojenie viac ako jedného zariadenia k jednému portu USB, použite rozbočovačov (stredisko- zariadenie, ktoré zabezpečuje pripojenie k rozhraniu iných zariadení). Koreňový uzol (koreňový rozbočovač) sa nachádza vo vnútri počítača a je pripojený priamo k hostiteľovi. Rozhranie USB používa špeciálny výraz "funkcia" - ide o logicky kompletné zariadenie, ktoré plní špecifickú funkciu. Topológia rozhrania USB je sada 7 úrovní ( stupeň): prvá úroveň obsahuje hostiteľský a koreňový rozbočovač a posledná úroveň obsahuje iba funkcie. Zavolá sa zariadenie, ktoré obsahuje rozbočovač a jednu alebo viac funkcií zložený (zložené zariadenie).
Port rozbočovača alebo funkcie, ktorá sa pripája k rozbočovaču vyššej úrovne, sa nazýva upstream port ( upstream port) a port rozbočovača, ktorý sa pripája k rozbočovaču alebo funkcii nižšej úrovne, sa nazýva downstream port ( port po prúde).
Všetky prenosy údajov cez rozhranie iniciuje hostiteľ. Dáta sa prenášajú vo forme paketov. Rozhranie USB používa niekoľko typov paketov:
- sign-pack (balík tokenov) popisuje typ a smer prenosu dát, adresu zariadenia a sériové číslo koncového bodu (CT je adresovateľná časť USB zariadenia); Balíky funkcií sú dostupné v niekoľkých typoch: IN, VON, SOF, NASTAVIŤ;
- dátový balík (dátový paket) obsahuje prenášané údaje;
- schvaľovací balík (paket na podanie ruky) je určený na oznamovanie výsledkov prenosu údajov; Existuje niekoľko typov zodpovedajúcich balíkov: ACK, N.A.K., STALL.
Rozhranie USB využíva niekoľko typov prenosu informácií.
- Ovládanie preposielania (riadiaci prenos) sa používa na konfiguráciu zariadenia, ako aj na iné špecifické zariadenia konkrétne zariadenie Ciele.
- Streaming (hromadný prevod) slúži na prenos pomerne veľkého množstva informácií.
- Prerušiť posielanie ďalej (prerušiť prenos) slúži na prenos relatívne malého množstva informácií, pre ktoré je dôležitý ich včasný prenos. Má obmedzené trvanie a vyššiu prioritu v porovnaní s inými typmi prevodov.
- Izochrónne preposielanie (izochrónny prenos) sa tiež nazýva streamovanie v reálnom čase. Informácie prenášané pri takomto prenose vyžadujú reálny časový rozsah pri ich vytváraní, prenose a prijímaní.
Streamovanie prenosov
charakterizovaný zaručeným bezchybným prenosom dát medzi hostiteľom a funkciou detekciou chýb počas prenosu a opätovným vyžiadaním informácií.
Keď je hostiteľ pripravený prijímať dáta z funkcie, odošle funkcii paket s príznakom IN-plastový sáčok. V reakcii na to funkcia vo fáze prenosu dát odošle dátový paket hostiteľovi, alebo ak to nemôže urobiť, odošle N.A.K.- alebo STALL-plastový sáčok. N.A.K.-paket hlási, že funkcia nie je dočasne pripravená na prenos dát a STALL- paket indikuje potrebu zásahu hostiteľa. Ak hostiteľ úspešne prijal údaje, odošle funkcie vo fáze vyjednávania ACK
Keď je hostiteľ pripravený na prenos údajov, odošle funkcie VON- paket sprevádzaný dátovým paketom. Ak funkcia úspešne prijala údaje, odošle ich hostiteľovi ACK-balík, inak odoslaný NAK- alebo STALL-plastový sáčok.
Kontrolné prevody
obsahuje aspoň dve etapy: Fáza nastavenia A štádium stavu. Medzi nimi môže byť tiež etapa prenosu dát. Fáza nastavenia používané na vykonávanie SETUP transakcie, počas ktorého sa odosielajú informácie do riadiacej funkcie CT. SETUP transakcia obsahuje NASTAVIŤ-plastový sáčok ,
dátový balík a koordinačný balík. Ak funkcia úspešne prijme dátový paket, odošle ho hostiteľovi ACK-plastový sáčok. V opačnom prípade je transakcia dokončená.
IN etapy prenosu údajov riadiace prevody obsahujú jeden alebo viac IN- alebo VON- transakcie, ktorých princíp prevodu je rovnaký ako pri streamingových prevodoch. Všetky transakcie vo fáze prenosu údajov sa musia vykonávať jedným smerom.
IN štádium stavu uskutoční sa posledná transakcia, ktorá využíva rovnaké princípy ako pri streamingových prenosoch. Smer tejto transakcie je opačný ako smer použitý vo fáze prenosu údajov. Stavová fáza sa používa na hlásenie výsledku fázy SETUP a fázy prenosu údajov. Informácie o stave sa vždy odovzdávajú z funkcie hostiteľovi. O kontrolný záznam (Kontrola prenosu zápisu) stavové informácie sa prenášajú vo fáze prenosu údajov stavovej fázy transakcie. O kontrolné čítanie (Ovládanie prenosu čítania) informácie o stave sa vrátia vo fáze vyjednávania o stave transakcie potom, čo hostiteľ odošle dátový paket nulovej dĺžky v predchádzajúcej fáze prenosu dát.
Prerušenie prenosov
môže obsahovať IN- alebo VON- zasielateľstvo. Po obdržaní IN-funkcia paketu môže vrátiť balík s dátami, N.A.K.-balenie resp STALL-plastový sáčok. Ak funkcia nemá informácie, ktoré vyžadujú prerušenie, tak vo fáze prenosu dát sa funkcia vráti N.A.K.-plastový sáčok. Ak je prevádzka CT s prerušením pozastavená, funkcia sa vráti STALL-plastový sáčok. Ak je potrebné prerušenie, funkcia vráti potrebné informácie vo fáze prenosu údajov. Ak hostiteľ úspešne prijal údaje, potom ich odošle ACK-plastový sáčok. V opačnom prípade hostiteľský paket neodošle.
Izochrónne transakcie
obsahujú fáza prenosu vlastnosti A fáza prenosu dát, ale nemajú koordinačné fázy. Hostiteľ posiela IN- alebo VON-znamenie, po ktorom vo fáze prenosu CT dát (napr IN-znamenie) alebo hostiteľ (pre VON-sign) odosiela dáta. Izochrónne transakcie nepodporujú fázu zosúlaďovania a opätovného prenosu údajov v prípade chýb.
Vzhľadom na skutočnosť, že rozhranie USB implementuje komplexný protokol výmeny informácií, zariadenie rozhrania s rozhraním USB vyžaduje mikroprocesorovú jednotku, ktorá poskytuje podporu protokolu. Preto je hlavnou možnosťou pri vývoji zariadenia rozhrania použiť mikrokontrolér, ktorý bude poskytovať podporu pre protokol výmeny. V súčasnosti všetci hlavní výrobcovia mikrokontrolérov vyrábajú produkty, ktoré obsahujú jednotku USB.
|
Vysoká prenosová rýchlosť signalizácie - 12 Mb/s - Maximálna dĺžka kábla pre vysokú prenosovú rýchlosť signalizácie - 5 m - Nízka prenosová rýchlosť signalizácie - 1,5 Mb/s - Maximálna dĺžka kábla pre prenosovú rýchlosť nízkej rýchlosti signalizácie - 3 m - Maximálny počet pripojených zariadení (vrátane násobičov) - 127 - Je možné pripojiť zariadenia s rôznymi prenosovými rýchlosťami - Nie je potrebné, aby používateľ montoval ďalšie prvky, ako sú terminátory pre SCSI - Napájacie napätie pre periférne zariadenia - 5 V - Maximálna spotreba prúdu na zariadenie - 500 mA
Zapojenie konektorov USB 1.1 a 2.0
Signály USB sa prenášajú cez dva vodiče tieneného štvoržilového kábla.
Tu :
GND- obvod „puzdra“ na napájanie periférnych zariadení V BUS- +5V aj pre napájacie obvody Bus D+ určený na prenos dát
Pneumatika D- prijímať dáta.
Nevýhody USB 2.0
Hoci maximálna rýchlosť prenosu dát USB 2.0 je 480 Mbps (60 MB/s), v reálnom živote je nereálne dosiahnuť takéto rýchlosti (v praxi ~ 33,5 MB/s). Je to spôsobené veľkými oneskoreniami na USB zbernici medzi požiadavkou na prenos dát a skutočným začiatkom prenosu. Napríklad zbernica FireWire, hoci má nižší vrchol priepustnosť 400 Mbps, čo je o 80 Mbps (10 MB/s) menej ako USB 2.0, v skutočnosti umožňuje väčšiu priepustnosť pre výmenu dát s pevnými diskami a inými úložnými zariadeniami. V tomto smere sú rôzne mobilné disky dlhodobo limitované nedostatočnou praktickou šírkou pásma USB 2.0.
Najvýznamnejšou výhodou USB 3.0 je jeho vyššia rýchlosť (až 5 Gbps), ktorá je 10-krát rýchlejšia ako u staršieho portu. Nové rozhranie zlepšilo úsporu energie. To umožňuje disku prejsť do režimu spánku, keď sa nepoužíva. Súčasne je možné vykonávať obojsmerný prenos dát. To poskytne vyššiu rýchlosť, ak k jednému portu pripojíte viacero zariadení (port rozdelíte). Môžete vetviť pomocou rozbočovača (rozbočovač je zariadenie, ktoré sa vetví z jedného portu na 3-6 portov). Ak teraz pripojíte rozbočovač k portu USB 3.0 a pripojíte k rozbočovaču niekoľko zariadení (napríklad flash disky) a súčasne vykonáte prenos dát, uvidíte, že rýchlosť bude oveľa vyššia ako pri USB. Rozhranie 2.0. Existuje charakteristika, ktorá môže byť plus a mínus. Rozhranie USB 3.0 zvýšilo prúd na 900 mA a USB 2.0 pracuje s prúdom 500 mA. Bude to plus pre tie zariadenia, ktoré boli prispôsobené pre USB 3.0, ale malým mínusom je, že môže existovať riziko pri nabíjaní slabších zariadení, ako je telefón. Fyzickou nevýhodou nového rozhrania je veľkosť kábla. Aby sa zachovala vysoká rýchlosť, kábel sa stal hrubším a kratším (nesmie byť dlhší ako 3 metre) ako USB 2.0. Je dôležité poznamenať, že zariadenia s rôznymi rozhraniami USB budú práca dobré a nemal by to byť problém. Nemyslite si však, že sa rýchlosť zvýši, ak pripojíte USB 3.0 k staršiemu portu, alebo pripojíte starší prepojovací kábel k novému portu. Rýchlosť prenosu dát sa bude rovnať rýchlosti najslabšieho portu.
Ahojte všetci. Niekedy ľudí zaujíma, ako sa USB 3.0 líši od USB 2.0, niekedy chcú pochopiť, akú verziu alebo typ USB konektora majú na svojom počítači, aký druh dinosaura je USB 1.0 atď. Poďme trochu hlbšie do tejto témy.
Štandard USB sa objavil v polovici 90. rokov. Dešifrované USB takto - Univerzálna sériová zbernica. Tento štandard bol vyvinutý špeciálne pre komunikáciu medzi periférnymi zariadeniami a počítačom a teraz zaujíma vedúce postavenie medzi všetkými typmi komunikačných rozhraní. To nie je prekvapujúce. V súčasnosti je ťažké predstaviť si akékoľvek zariadenie bez konektora USB, hoci tieto konektory sa líšia typom.
Typy USB konektorov
Dnes existuje pomerne veľké množstvo typov USB konektorov. Niektoré sú bežnejšie, niektoré menej. Každopádne, poďme sa na ne pozrieť.
USBtyp-A– jeden z najbežnejších typov USB konektorov. Možno ste ho videli na svojom, na, na bloku nabíjačka a nielen. Má mnoho využití. S jeho pomocou môžete pripojiť myši a klávesnice k počítaču (alebo inému zariadeniu), flash diskom, externým diskom, smartfónom a pod. Tento zoznam môže pokračovať dlho, ak o tom premýšľate.
USBtyp-B– konektor sa používa hlavne na pripojenie tlačiarne alebo iných zariadení k počítaču periférií. Dostalo sa oveľa menej distribúcie ako USB typu A.
Mini USB bol na mobilných zariadeniach pred príchodom Micro USB celkom bežný. V súčasnosti je to veľmi zriedkavé, ale stále ho nájdete na niektorých starších zariadeniach. Na mojom prenosnom audio reproduktore prijíma mini USB konektor elektrickú energiu na nabíjanie batérie. Tento reproduktor som kúpil asi pred 5 rokmi (ukázalo sa, že je odolný).
Micro USB teraz sa používa na smartfónoch a mobilné telefóny takmer všetci výrobcovia. Tento konektor USB si získal neuveriteľnú popularitu medzi mobilnými zariadeniami. Jeho miesto však postupne zaberá USB Type-C.
USB Verzia 1.0 – Archeologické vykopávky
Pra-prastarý otec štandardu USB je USB 1.0 sa narodil v chladnom novembri 1995. Ale narodil sa trochu predčasne a nezískal veľkú popularitu. Jeho mladší brat USB 1.1, narodený o tri roky neskôr, bol ale životaschopnejším exemplárom a dokázal upútať dostatočnú pozornosť.
Pokiaľ ide o technickú časť, rýchlosť prenosu dát bola malá, ale podľa štandardov tej doby bola táto rýchlosť viac ako dostatočná. Rýchlosť bola až 12 Mbit/s a to bolo v režime vysokej priepustnosti.
Rozdiely medzi konektormi USB 2.0 a USB 3.0
USB 2.0 a USB 3.0 sú dva úplne moderné štandardy USB, ktoré sa teraz používajú všade v počítačoch a notebookoch. USB 3.0 je samozrejme novšie a rýchlejšie a je tiež plne spätne kompatibilné so zariadeniami USB 2.0. Ale rýchlosť v tomto prípade bude obmedzená na maximálnu rýchlosť podľa štandardu USB 2.0.
Teoreticky sú prenosové rýchlosti USB 3.0 približne 10-krát rýchlejšie ako USB 2.0 (5 Gbps vs. 480 Mbps). V praxi je však rýchlosť výmeny informácií medzi zariadeniami často obmedzená samotnými zariadeniami. Aj keď vo všeobecnosti stále víťazí USB 3.0.
Technické rozdiely
Hoci sú štandardy USB 2.0 a USB 3.0 spätne kompatibilné, predsa len majú určité technické rozdiely. USB 2.0 má 4 piny – 2 na napájanie zariadení a 2 na prenos dát. Tieto 4 piny boli zachované v štandarde USB 3.0. Okrem nich však pribudli ďalšie 4 kontakty, ktoré sú potrebné pre vysoké rýchlosti prenosu dát a ďalšie rýchle nabíjanie zariadení. Mimochodom, USB 3.0 dokáže pracovať s prúdom až 1 ampér.
Výsledkom je, že štandardný kábel USB 3.0 je hrubší a jeho dĺžka teraz nepresahuje 3 metre (v USB 2.0 maximálna dĺžka dosiahol 5 metrov). Svoj smartfón ale nabijete oveľa rýchlejšie, aj keď k jednému konektoru pripojíte viacero smartfónov cez rozbočovač.
Prirodzene, výrobcovia sa postarali o vizuálne rozdiely. Nemusíte hľadať obal od základná doska aby ste videli, ktoré štandardy USB podporuje. Ak to chcete urobiť, nemusíte ísť do nastavení počítača alebo správcu zariadení. Stačí sa pozrieť na farbu vášho konektora. Konektor USB 3.0 je takmer vždy modrý. Veľmi zriedkavo je aj červená. Zatiaľ čo USB 2.0 je takmer vždy čierne.
Takže teraz môžete jediným rýchlym pohľadom určiť, či máte na svojom notebooku USB 2.0 alebo USB 3.0.
Toto je pravdepodobne koniec rozhovoru o tom, ako sa USB 2.0 líši od USB 3.0.
Záver
Čo sme sa naučili z tohto článku? To USB je rozdelené na štandardy prenosu dát, ktoré sa líšia rýchlosťou prenosu dát. A tiež, že USB má veľké množstvo typov konektorov.
A to najzaujímavejšie, čo som v článku zabudol spomenúť je, že typy konektorov sa dajú kombinovať nasledovne. Môžete nájsť USB typu A plnej veľkosti a USB typu B plnej veľkosti, zatiaľ čo existujú (ale sú zriedkavé) micro USB typu A a micro USB typu B (veľmi bežné). USB typu A môže pracovať pomocou protokolu USB 2.0 alebo možno pomocou protokolu USB 3.0. Vo všeobecnosti, ak chcete, môžete sa zmiasť.
A ak sa obávate otázky, ktoré konektory je lepšie zvoliť pre prenosný počítač USB 2.0 alebo USB 3.0, vôbec sa nebojte. Teraz sú všetky moderné notebooky a počítače vybavené oboma typmi USB. Napríklad môj notebook má dva konektory USB 2.0 a jeden konektor USB 3.0. A všetky tri konektory typ USB typ-A.
To sú oni - USB!
Čítali ste až do konca?
Bol tento článok nápomocný?
Nie naozaj
Čo konkrétne sa vám nepáčilo? Bol článok neúplný alebo nepravdivý?
Napíšte do komentárov a sľubujeme zlepšenie!
