Технічні характеристики Можливості usb. Послідовна універсальна USB шина (Universal Serial Bus) Протокол usb 2.0
Наприкінці 2008 року. Як і можна було очікувати, новий стандарт збільшив пропускну здатність, хоча приріст не такий значний, як 40-кратне збільшення швидкості під час переходу від USB 1.1 на USB 2.0. У будь-якому випадку, 10-кратне підвищення пропускної спроможності можна вітати. USB 3.0підтримує максимальну швидкість передачі 5 Гбіт/с.Пропускна здатність майже вдвічі перевищує сучасний стандарт Serial ATA (3 Гбіт/с з урахуванням передачі надмірності).
Логотип USB 3.0
Кожен ентузіаст підтвердить, що інтерфейс USB 2.0 є основним. вузьким місцем» сучасних комп'ютерівта ноутбуків, оскільки його пікова «чиста» пропускна спроможність становить від 30 до 35 Мбайт/с. Але у сучасних 3,5″ жорстких дисківдля настільних ПК швидкість передачі вже перевищила 100 Мбайт/с (з'являються і 2,5″ моделі для ноутбуків, що наближаються до даному рівню). Швидкісні твердотільні накопичувачі успішно перевершили поріг 200 Мбайт/с. А 5 Гбіт/с (або 5120 Мбіт/с) відповідає 640 Мбайт/с.
Ми не думаємо, що в найближчому майбутньому жорсткі дискинаблизиться до рівня 600 Мбайт/с, але наступні покоління твердотільних накопичувачівможуть перевищити це число вже за кілька років. Збільшення пропускної спроможності стає дедалі важливішим, оскільки кількість інформації збільшується, відповідно, зростає і час її резервування. Чим швидше працює сховище, тим менше буде час резервування, тим простіше буде зробити вікна у розкладі резервування.
Таблиця порівняння швидкісних характеристик USB 1.0 – 3.0
Цифрові відеокамери сьогодні можуть записувати та зберігати гігабайти відеоданих. Частка HD-відеокамер збільшується, а їм потрібні більш ємні та швидкі сховища для запису великої кількості даних. Якщо використовувати USB 2.0, то на передачу кількох десятків гігабайт відеоданих на комп'ютер для монтажу знадобиться значний час. USB Implementers Forum вважає, що пропускна здатність залишиться принципово важливою, та USB 3.0буде достатньо для всіх споживчих пристроїв упродовж найближчих п'яти років.
Кодування 8/10 біт
Щоб гарантувати надійну передачу даних інтерфейс USB 3.0використовує кодування 8/10 біт, знайоме нам, наприклад, Serial ATA. Один байт (8 біт) передається за допомогою 10-бітного кодування, що покращує надійність передачі на шкоду пропускній спроможності. Тому перехід із бітів на байти здійснюється із співвідношенням 10:1 замість 8:1.
Порівняння пропускної спроможності USB 1.x – 3.0 та конкурентів
Режими енергозбереження
Звичайно, основною метоюінтерфейсу USB 3.0 є підвищення доступної пропускної спроможності, проте новий стандарт ефективно оптимізує енергоспоживання. Інтерфейс USB 2.0 постійно опитує доступність пристроїв, на що витрачається енергія. Навпаки, USB 3.0 має чотири стани підключення, названі U0-U3. Стан підключення U0 відповідає активній передачі даних, а U3 занурює пристрій «сон».
Якщо підключення не діє, то в стані U1 будуть відключені можливості прийому та передачі даних. Стан U2 йде ще крок далі, відключаючи внутрішні тактові імпульси. Відповідно, підключені пристрої можуть переходити в стан U1 відразу після завершення передачі даних, що, як передбачається, дасть відчутні переваги з енергоспоживання, якщо порівнювати з USB 2.0.
Більший струм
Крім різних станів енергоспоживання, стандарт USB 3.0 відрізняєтьсявід USB 2.0 та вищим підтримуваним струмом. Якщо USB 2.0 передбачав поріг струму 500 мА, у разі нового стандарту обмеження було зсунуто до планки 900 мА. Струм при ініціації з'єднання був збільшений з рівня 100 мА у USB 2.0 до 150 мА у USB 3.0. Обидва параметри дуже важливі для жорстких портативних дисків, які зазвичай вимагають трохи великі струми. Раніше проблему вдавалося вирішити за допомогою додаткової вилки USB, отримуючи живлення від двох портів, але використовуючи лише один для передачі даних, навіть це порушувало специфікації USB 2.0.
Нові кабелі, роз'єми, колірне кодування
Стандарт USB 3.0 назад сумісний із USB 2.0, тобто вилки здаються такими ж, як і звичайні вилки типу A. Контакти USB 2.0 залишилися на колишньому місці, але в глибині роз'єму розташовуються п'ять нових контактів. Це означає, що потрібно повністю вставляти штепсель USB 3.0 у порт USB 3.0, щоб переконатися в режимі роботи USB 3.0, для якого потрібні додаткові контакти. Інакше ви отримаєте швидкість USB 2.0. USB Implementers Forum рекомендує виробникам використовувати колірне кодування Pantone 300C на внутрішній частині гнізда.
Ситуація вийшла схожою і для USB-вилки типу B, хоча відмінності зорово більш помітні. Виделку USB 3.0 можна визначити за п'ятьма додатковими контактами.
USB 3.0 не використовує волоконну оптикуоскільки вона занадто дорога для масового ринку. Тож перед нами старий добрий мідний кабель. Однак тепер у нього буде дев'ять, а не чотири дроти. Передача даних здійснюється за чотирма з п'яти додаткових проводів у диференціальному режимі (SDP-Shielded Differential Pair). Одна пара проводів відповідає за прийом інформації, інша – за передачу. Принцип роботи схожий на Serial ATA, при цьому пристрої одержують повну пропускну здатність в обох напрямках. П'ятий провід - "земля".
Історія появи та розвитку стандартів Universal Serial Bus (USB)
До появи першої реалізації шини USB стандартна комплектація персонального комп'ютеравключала один паралельний порт, зазвичай для підключення принтера (порт LPT), два послідовних комунікаційних порту ( порти COM), зазвичай для підключення миші та модему, і один порт для джойстика (порт GAME). Така конфігурація була цілком прийнятною на зорі появи персональних комп'ютерів, і довгі роки була практичним стандартом для виробників обладнання. Однак прогрес не стояв на місці, номенклатура та функціональність зовнішніх пристроївпостійно вдосконалювалися, що зрештою призвело до необхідності перегляду стандартної конфігурації, що обмежує можливість підключення додаткових периферійних пристроїв, яких з кожним днем ставало дедалі більше.
Спроби збільшення кількості стандартних портів вводу-виводу не могли призвести до кардинального вирішення проблеми, і виникла необхідність розробки нового стандарту, який би забезпечував просте, швидке та зручне підключення великої кількості різноманітних за призначенням периферійних пристроїв до будь-якого комп'ютера стандартної конфігурації, що, зрештою, призвело до появи універсальної послідовної шини Universal Serial Bus (USB)
Перша специфікація послідовного інтерфейсу USB (Universal Serial Bus), що отримала назву USB 1.0, з'явилася в 1996 р., удосконалена версія на її основі, USB 1.1- у 1998 р.Пропускна здатність шин USB 1.0 і USB 1.1 - до 12 Мбіт/с (реально до 1 мегабайта в секунду) була цілком достатньою для низькошвидкісних периферійних пристроїв, як аналоговий модем або комп'ютерної мишки, проте недостатньою для пристроїв з високою швидкістю передачі даних, що було головним недоліком цієї специфікації. Однак, практика показала, що універсальна послідовна шина - це дуже вдале рішення, прийняте практично всіма виробниками комп'ютерного обладнання магістрального напряму розвитку комп'ютерної периферії.
У 2000 р.з'явилася нова специфікація - USB 2.0, Що забезпечує швидкість передачі даних до 480 Мбіт/с (реально до 32 мегабайт в секунду). Специфікація передбачала повну сумісність із попереднім стандартом USB 1.X і цілком прийнятну швидкодію для більшості периферійних пристроїв. Починається бум виробництва пристроїв, які оснащені інтерфейсом USB. "Класичні" інтерфейси введення - виведення були повністю витіснені і стали екзотикою. Однак для частини високошвидкісного периферійного обладнання навіть вдала специфікація USB 2.0 залишалася вузьким місцем, що вимагало подальшого розвитку стандарту.
У 2005 р.було анонсовано специфікацію для бездротової реалізації USB - Wireless USB - WUSB, що дозволяє виконувати бездротове підключення пристроїв на відстані до 3-х метрів з максимальною швидкістю передачі даних 480 Мбіт/сек, та на відстані до 10 метрів з максимальною швидкістю 110 Мбіт/сек. Специфікація не набула бурхливого розвитку і не вирішувала завдання підвищення реальної швидкостіпередачі даних.
У 2006 р.було анонсовано специфікацію USB-OTG (USB O n- T he- G o, завдяки якій став можливим зв'язок двох USB-пристроїв один з одним без окремого USB-хоста. Роль хоста у разі виконує одне з периферійних пристроїв. Смартфонам, цифровим фотоапаратам та іншим мобільним пристроям доводиться бути як хостом, і периферійним пристроєм. Наприклад, при підключенні USB до комп'ютера фотоапарата він є периферійним пристроєм, а при підключенні принтеру він є хостом. Підтримка специфікації USB-OTGпоступово стала стандартом для мобільних пристроїв.
2008 р.з'явилася остаточна специфікація нового стандарту універсальної послідовної шини USB 3.0. як і в попередніх версіяхреалізації шини, передбачена електрична та функціональна сумісність із попередніми стандартами. Швидкість передачі для USB 3.0 збільшилася в 10 разів - до 5 Гбіт/сек. В інтерфейсному кабелі додалися 4 додаткові жили, і їх контакти були виведені окремо від 4 контактів попередніх стандартів, в додатковому контактному ряду. Окрім підвищеної швидкості передачі даних шина USBхарактеризується ще й силою струму, що збільшилася, в порівнянні з попередніми стандартами, в ланцюгу живлення. Максимальна швидкість передачі даних по шині USB 3.0 стала прийнятною практично для будь-якого периферійного комп'ютерного обладнання, що масово виробляється.
У 2013 році була прийнята специфікація наступного інтерфейсу - USB 3.1швидкість передачі даних якого може досягати 10 Гбіт/с. Крім того, з'явився компактний 24-контактний роз'єм USB Type-C, що є симетричним, дозволяючи вставляти кабель будь-якою стороною.
Після виходу стандарту USB 3.1 організація USB Implementers Forum (USB-IF) оголосила, що роз'єми USB 3.0 зі швидкістю до 5 Гбіт/с (SuperSpeed) тепер класифікуватимуться як USB 3.1 Gen 1, а нові роз'єми USB 3.1 зі швидкістю до 10 Гбіт/ з (SuperSpeed USB 10Gbps) - як USB 3.1 Gen 2. Стандарт USB 3.1 назад сумісний із USB 3.0 та USB 2.0.
У 2017 році організація USB Implementers Forum (USB-IF) опублікувала специфікацію USB 3.2. Максимальна швидкість передачі становить 10 Гбіт/с. Однак у USB 3.2 передбачена можливість агрегації двох підключень ( Dual-Lane Operation), що дозволяє збільшити теоретичну пропускну здатність до 20 Гбіт/с. Реалізація цієї можливості зроблена опціональною, тобто її підтримка на рівні обладнання залежатиме від конкретного виробника та технічної необхідності, яка відрізняється, наприклад, для принтера та переносного жорсткого диска. Можливість реалізації даного режиму передбачена лише за умови використання USB Type-C.
www.usb.org- Документація специфікацій USB для розробників англійською мовою.
Не можна не відзначити, що існувала, і поки існує, альтернатива шині USB. Ще до її появи, компанія Appleрозробила специфікацію послідовної шини FireWire(інша назва - iLink), яка у 1995 р. була стандартизована Американським Інститутом інженерів з електротехніки та електроніки (IEEE) під номером 1394. Шина IEEE 1394може працювати у трьох режимах: зі швидкістю передачі до 100, 200 і 400 Мбіт/с. Однак, через високу вартість і складнішу реалізацію, ніж USB, цей різновид високошвидкісної послідовної шини, великого поширення не набув, і поступово витісняється USB 2.0 – USB 3.2.
Загальні принципи роботи периферійних пристроїв Universal Serial Bus (USB)
Інтерфейс USB виявився настільки вдалим рішенням, що їм оснастили практично всі класи периферійних пристроїв, від мобільного телефону до веб-камери або переносного жорсткого диска. Найбільшого поширення набули (поки що) пристрої з підтримкою USB 2.0. Однак, USB 3.0 - 3.1 більш затребуваний для високошвидкісних пристроїв, де він стає основним, поступово витісняючи USB 2.0.
Периферійні пристрої з підтримкою USB під час підключення до комп'ютера автоматично розпізнаються системою (зокрема програмне забезпечення драйвера та пропускну здатність шини), і готові до роботи без втручання користувача. Пристрої з невеликим енергоспоживанням (до 500мА) можуть не мати свого блока живлення та запитуватись безпосередньо від шини USB.
Завдяки використанню USB відпадає необхідність зняття корпусу комп'ютера для встановлення додаткових периферійних пристроїв, а також необхідність виконання складних налаштувань під час їх встановлення.
USB усуває проблему обмеження кількості пристроїв, що підключаються. При використання USBз комп'ютером може одночасно працювати до 127 пристроїв.
USB дозволяє виконувати "гаряче" (оперативне) підключення. При цьому не потрібне попереднє вимкнення комп'ютера, потім підключення пристрою, перезавантаження комп'ютера та налаштування встановлених периферійних пристроїв. Для вимкнення периферійного пристрою не потрібно виконувати процедуру, обернену до описаної.
Простіше кажучи, USB дозволяє фактично реалізувати всі переваги сучасної технології"plug and play" ("включай та працюй"). Пристрої, розроблені для USB 1.x, можуть працювати з контролерами USB 2.0. та USB 3.0
При підключенні периферійного пристрою виробляється апаратне переривання та управління отримує драйвер HCD ( Host Controller Driver) контролера USB (USB Host Controller - UHC), який на сьогоднішній день інтегрований у всі чипсети материнських плат, що випускаються. Він опитує пристрій і отримує від нього ідентифікаційну інформацію, виходячи з якої керування передається драйверу, який обслуговує даний типпристроїв. UHC контролер має кореневий концентратор (Hub), що забезпечує підключення до шини пристроїв USB.
Концентратори (USB HUB).
Точки підключення називаються портами. До порту, як пристрій, може бути підключений інший концентратор. Кожен концентратор має вихідний порт ( upstream port), що з'єднують його з головним контролером і низхідні порти ( downstream port) для підключення периферійних пристроїв. Концентратори можуть виявляти, виконувати з'єднання та від'єднання в кожному порті низхідного зв'язку та забезпечувати розподіл напруги живлення у пристрої низхідного з'єднання. Кожен із портів низхідного зв'язку може бути індивідуально активізований і налаштований на повній або низькій швидкості. Концентратор складається з двох блоків: контролера концентратора та ретранслятора концентратора. Ретранслятор - працюючий під керуванням протоколу комутатор між портом висхідного зв'язку та портами низхідного зв'язку. Концентратор містить також апаратні засоби підтримки перекладу вихідний станта призупинення/відновлення підключення. Контролер забезпечує інтерфейсні регістри, що забезпечують передачу даних головний контролер і назад. Певний стан та керуючі команди концентратора дозволяють головному процесору конфігурувати концентратор, а також контролювати та керувати його портами.
Зовнішні концентратори можуть мати власний блок живлення або запитуватись від шини USB.
Кабелі та роз'єми USB
Роз'єми типу А використовуються для підключення до комп'ютера або концентратора. Рознімання типу B використовуються для підключення до периферійних пристроїв.
Всі роз'єми USB, що мають можливість входити в з'єднання один з одним, розраховані на спільну роботу.
Є електрична сумісність усіх контактів роз'єму USB 2.0 з відповідними контактами роз'єму USB 3.0. При цьому роз'єм USB 3.0 має додаткові контакти, що не мають відповідності роз'єм USB 2.0, і, отже, при з'єднанні роз'ємів різних версій "зайві" контакти не будуть задіяні, забезпечуючи нормальну роботуз'єднання версії 2.0. Всі гнізда та штекери між USB 3.0 Тип A та USB 2.0 Тип A розраховані на спільну роботу. Розмір гнізда USB 3.0 Тип B дещо більше, ніж це могло б знадобитися для штекера USB 2.0 Тип B і раніше. При цьому передбачено підключення до цих гнізд і такого типу штекерів. Відповідно, для підключення до комп'ютера периферійного пристрою з роз'ємом USB 3.0 Тип B можна використовувати кабелі обох типів, але для пристрою з роз'ємом USB 2.0 Тип B - лише кабель USB 2.0. Гнізда eSATAp, позначені як eSATA/USB Combo, тобто які мають можливість підключення до них штекера USB, мають можливість підключення штекерів USB Тип A: USB 2.0 та USB 3.0, але у швидкісному режимі USB 2.0.
Роз'єми USB Type-C служать для підключення як до периферійних пристроїв, так і до комп'ютерів, замінюючи різні роз'єми та кабелі типів A та B попередніх стандартів USB, та надаючи можливості розширення у майбутньому. 24-контактний двосторонній роз'єм є досить компактним, близьким за розмірами до роз'ємів мікро-B стандарту USB 2.0. Розміри роз'єму – 8,4 мм на 2,6 мм. Конектор надає 4 пари контактів для живлення та заземлення, дві диференціальні пари D+/D- для передачі даних на швидкостях менше SuperSpeed (у кабелях Type-C підключена тільки одна з пар), чотири диференціальні пари для передачі високошвидкісних сигналів SuperSpeed, два допоміжні контакти ( sideband), два контакти конфігурації для визначення орієнтації кабелю, виділений канал конфігураційних даних (кодування BMC - biphase-mark code) та контакт живлення +5 V для активних кабелів.
Контакти роз'єму та розведення кабелю USB Type-C
| Кін. | Назва | Опис | Кін. | Назва | Опис | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A1 | GND | Заземлення | B12 | GND | Заземлення | ||
| A2 | SSTXp1 | Диф. пара № 1 SuperSpeed, передача, позитивний | B11 | SSRXp1 | Диф. пара № 2 SuperSpeed, прийом, позитивний | ||
| A3 | SSTXn1 | Диф. пара № 1 SuperSpeed, передача, негативний | B10 | SSRXn1 | Диф. пара № 2 SuperSpeed, прийом, негативний | ||
| A4 | V BUS | живлення | B9 | V BUS | живлення | ||
| A5 | CC1 | Канал конфігурації | B8 | SBU2 | Sideband № 2 (SBU) | ||
| A6 | DP1 | Диф. пара не-SuperSpeed, положення 1, позитивний | B7 | Dn2 | Диф. пара не-SuperSpeed, положення 2, негативний | ||
| A7 | Dn1 | Диф. пара не-SuperSpeed, положення 1, негативний | B6 | DP2 | Диф. пара не-SuperSpeed, положення 2, позитивний | ||
| A8 | SBU1 | Sideband № 1 (SBU) | B5 | CC2 | Канал конфігурації | ||
| A9 | V BUS | живлення | B4 | V BUS | живлення | ||
| A10 | SSRXn2 | Диф. пара № 4 SuperSpeed, передача, негативний | B3 | SSTXn2 | Диф. пара № 3 SuperSpeed, прийом, негативний | ||
| A11 | SSRXp2 | Диф. пара № 4 SuperSpeed, передача, позитивний | B2 | SSTXp2 | Диф. пара № 3 SuperSpeed, прийом, позитивний | ||
| A12 | GND | Заземлення | B1 | GND | Заземлення |
||
|
|||||||
| Роз'єм №1 кабелю Type-C | Кабель Type-C | Роз'єм №2 кабелю Type-C | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Контакт | Назва | Колір оболонки провідника | Назва | Опис | Контакт | Назва | |
| Обплетення | Екран | Обплетення кабелю | Екран | Зовнішнє обплетення кабелю | Обплетення | Екран | |
| A1, B1, A12, B12 | GND | Лужений | GND_PWRrt1 GND_PWRrt2 |
Загальна земля> | A1, B1, A12, B12 | GND | |
| A4, B4, A9, B9 | V BUS | червоний | PWR_V BUS 1 PWR_V BUS 2 |
V BUS харчування | A4, B4, A9, B9 | V BUS | |
| B5 | V CONN | Жовтий |
PWR_V CONN | V CONN харчування | B5 | V CONN | |
| A5 | CC | Синій | CC | Канал конфігурування | A5 | CC | |
| A6 | DP1 | Білий | UTP_Dp | Неекранована диференціальна пара, positive | A6 | DP1 | |
| A7 | Dn1 | Зелений | UTP_Dn | Неекранована диференціальна пара, negative | A7 | Dn1 | |
| A8 | SBU1 | червоний | SBU_A | Смуга передачі даних A | B8 | SBU2 | |
| B8 | SBU2 | Чорний | SBU_B | Смуга передачі B | A8 | SBU1 | |
| A2 | SSTXp1 | Жовтий * | SDPp1 | Екранована диференціальна пара #1, positive | B11 | SSRXp1 | |
| A3 | SSTXn1 | Коричневий * | SDPn1 | Екранована диференціальна пара #1, negative | B10 | SSRXn1 | |
| B11 | SSRXp1 | Зелений * | SDPp2 | Екранована диференціальна пара #2, positive | A2 | SSTXp1 | |
| B10 | SSRXn1 | Помаранчевий * | SDPn2 | Екранована диференціальна пара #2, negative | A3 | SSTXn1 | |
| B2 | SSTXp2 | Білий * | SDPp3 | Екранована диференціальна пара #3, positive | A11 | SSRXp2 | |
| B3 | SSTXn2 | Чорний * | SDPn3 | Екранована диференціальна пара #3, negative | A10 | SSRXn2 | |
| A11 | SSRXp2 | Червоний * | SDPp4 | Екранована диференціальна пара #4, positive | B2 | SSTXp2 | |
| A10 | SSRXn2 | Синій * | SDPn4 | Екранована диференціальна пара #4, negative | B3 | SSTXn2 | |
| * Кольори для оболонки провідників не встановлені стандартом | |||||||
Підключення раніше випущених пристроїв до комп'ютерів, оснащених роз'ємом USB Type-C, потребує кабелю або адаптера, що мають штекер або роз'єм типу A або типу B на одному кінці та штекер USB Type-C на іншому кінці. Стандартом не допускаються адаптери з роз'ємом USB Type-C, оскільки їх використання могло б створити безліч неправильних і потенційно небезпечних комбінацій кабелів.
Кабелі USB 3.1 з двома штекерами Type-C на кінцях повинні повністю відповідати специфікації - містити всі необхідні провідники, повинні бути активними, що включають чіп електронної ідентифікації, що перераховує ідентифікатори функцій в залежності від конфігурації каналу і повідомлення, що визначаються вендором (VDM) зі специфікації USB Power Delivery 2.0 Пристрої з роз'ємом USB Type-C можуть опціонально підтримувати шини живлення зі струмом 1,5 або 3 ампера при напрузі 5 вольт на додаток до основного живлення. Джерела живлення повинні повідомляти про можливість надання збільшених струмів через канал конфігурації або повністю підтримувати специфікацію USB Power Delivery через конфігураційний контакт (кодування BMC) або більш старі сигнали, що кодуються як BFSK через контакт VBUS. Кабелі USB 2.0, які не підтримують шину SuperSpeed, можуть не містити чіп електронної ідентифікації, якщо вони не можуть передавати струм 5 ампер.
Специфікація конекторів USB Type-C версії 1.0 була опублікована форумом розробників USB у серпні 2014 року. Вона була розроблена приблизно в той же час, що специфікація USB 3.1.
Використання конектора USB Type-C не обов'язково означає, що пристрій реалізує високошвидкісний стандарт USB 3.1 Gen1/Gen2 або протокол USB Power Delivery.
Універсальна послідовна шина є найпоширенішим, і напевно, найвдалішим комп'ютерним інтерфейсом периферійних пристроїв за всю історію розвитку комп'ютерного обладнання, що підтверджується величезною кількістю USB-пристроїв, деякі з яких можуть здатися дещо
Інтерфейс USB (Universal Serial Bus – Універсальний Послідовний Інтерфейс) призначений для підключення периферійних пристроїв до персонального комп'ютера. Дозволяє обмін інформацією з периферійними пристроями на трьох швидкостях (специфікація USB 2.0):
- Низька швидкість ( Low Speed- LS) - 1,5 Мбіт/с;
- Повна швидкість ( Full Speed- FS) - 12 Мбіт/с;
- Висока швидкість ( High Speed- HS) – 480 Мбіт/с.
Інтерфейс USB з'єднує між собою хост (host) та пристрої. Хост знаходиться всередині персонального комп'ютера та керує роботою всього інтерфейсу. Для того, щоб до одного порту USB можна було підключати більше одного пристрою, використовуються хаби (hub- Пристрій, що забезпечує підключення до інтерфейсу інших пристроїв). Кореневий хаб (root hub) знаходиться всередині комп'ютера та підключений безпосередньо до хоста. В інтерфейсі USB використовується спеціальний термін "функція" - це логічно закінчене пристроїв, що виконує будь-яку специфічну функцію. Топологія інтерфейсу USB є набір з 7 рівнів ( tier): першому рівні перебуває хост і кореневої хаб, але в останньому - лише функції. Пристрій, до складу якого входить хаб та одна або кілька функцій, називається складовим (compaund device).
Порт хаба або функції, що підключається до хаба вищого рівня, називається висхідним портом ( upstream port), а порт хаба, що підключається до хаба нижчого рівня або до функції називається низхідним портом ( downstream port).
Усі передачі за інтерфейсом ініціюються хостом. Дані передаються як пакетів. В інтерфейсі USB використовується кілька різновидів пакетів:
- пакет-ознака (token paket) описує тип і напрямок передачі даних, адресу пристрою і порядковий номер кінцевої точки (КТ - частина USB-пристрою, що адресується); пакет-ознаки бувають кількох типів: IN, OUT, SOF, SETUP;
- пакет з даними (data packet) містить дані, що передаються;
- пакет узгодження (handshake packet) призначений для повідомлення про результати пересилання даних; пакети співгасування бувають декількох типів: ACK, NAK, STALL.
В інтерфейсі USB використовуються кілька типів пересилань інформації.
- Керуюча пересилка (control transfer) використовується для конфігурації пристрою, а також для інших специфічних для конкретного пристроюцілей.
- Потокове пересилання (bulk transfer) використовується передачі великого обсягу інформації.
- Пересилання з перериванням (iterrupt transfer) використовується для передачі щодо невеликого обсягу інформації, для якого важливе своєчасне його пересилання. Має обмежену тривалість та підвищений пріоритет щодо інших типів пересилок.
- Ізохронне пересилання (isochronous transfer) також називається потоковим пересиланням реального часу. Інформація, що передається в такому пересиланні, вимагає реального масштабу часу при її створенні, пересиланні та прийомі.
Поточні пересилання
характеризуються гарантованою безпомилковою передачею даних між хостом та функцією за допомогою виявлення помилок при передачі та повторного запиту інформації.
Коли хост стає готовим приймати дані від функції, він у фазі передачі пакета-ознака посилає функції IN-пакет. У відповідь на це функція у фазі передачі даних передає хосту пакет із даними або, якщо вона не може зробити цього, передає NAK- або STALL-пакет. NAK-пакет повідомляє про тимчасову неготовність функції передавати дані, а STALL-пакет повідомляє необхідність втручання хоста. Якщо хост успішно отримав дані, він у фазі узгодження посилає функції ACK
Коли хост стає готовим передавати дані, він надсилає функції OUT-Пакет, що супроводжується пакетом з даними. Якщо функція успішно отримала дані, він надсилає хосту ACK-пакет, інакше надсилається NAK-або STALL-пакет.
Керуючі пересилання
містять не менше двох стадій: Setup-стадіяі статусна стадія. Між ними може також розташовуватися стадія передачі даних. Setup-стадіявикористовується для виконання SETUP-транзакції, у процесі якої пересилається інформація до керуючої КТ функції. SETUP-транзакціямістить SETUP-пакет ,
пакет з даними та пакет погодження. Якщо пакет з даними отримано функцією успішно, вона відсилає хосту ACK-пакет. Інакше транзакція завершується.
У стадії передачі данихкеруючі пересилки містять одну або кілька IN-або OUT-транзакцій, принцип передачі яких такий самий, як і в потокових пересиланнях. Усі транзакції у стадії передачі мають проводитися одному напрямку.
У статусної стадіївиробляється остання транзакція, яка використовує самі принципи, як у потокових пересиланнях. Напрямок цієї транзакції протилежне тому, яке використовувалося на стадії передачі даних. Статусна стадія служить для повідомлення про результат виконання SETUP-стадії та стадії передачі даних. Статусна інформація завжди передається від функції до хоста. При керуючого запису (Control Write Transfer) статусна інформація передається у фазі передачі даних статусної стадії транзакції. При керуючому читанні (Control Read Transfer) статусна інформація повертається у фазі узгодженні статусної стадії транзакції, коли хост відправить пакет даних нульової довжини у попередній фазі передачі.
Пересилання з перериванням
можуть утримувати IN- або OUT-пересилання. При отриманні IN-пакета функція може повернути пакет з даними, NAK-пакет або STALL-пакет. Якщо функція не має інформації, для якої потрібно переривання, то у фазі передачі даних функція повертає NAK-пакет. Якщо робота КТ із перериванням припинена, то функція повертає STALL-пакет. При необхідності переривання функція повертає необхідну інформацію у фазі передачі. Якщо хост успішно отримав дані, він посилає ACK-пакет. В іншому випадку узгоджуючий пакет хостом не надсилається.
Ізохронні транзакції
містять фазу передачі ознакиі фазу передачі даних, але не мають фази узгодження. Хост відсилає IN- або OUT-ознака, після чого у фазі передачі даних КТ (для IN-ознака) або хост (для OUT-Ознака) пересилає дані. Ізохронні транзакції не підтримують фазу узгодження та повторні посилки даних у разі помилок.
У зв'язку з тим, що в інтерфейсі USB реалізовано складний протокол обміну інформацією, пристрій сполучення з інтерфейсом USB необхідний мікропроцесорний блок, що забезпечує підтримку протоколу. Тому основним варіантом при розробці пристрою сполучення є застосування мікроконтролера, який забезпечуватиме підтримку протоколу обміну. В даний час всі основні виробники мікроконтролерів випускають продукцію, яка має у своєму складі блок USB.
|
Висока швидкість обміну (full-speed signaling bit rate) – 12 Мб/с – Максимальна довжина кабелю для високої швидкості обміну – 5 м – Низька швидкість обміну (low-speed signaling bit rate) – 1.5 Мб/с – Максимальна довжина кабелю для низької швидкості обміну - 3 м - Максимум підключених пристроїв (включаючи розмножувачі) - 127 - Можливе підключення пристроїв з різними швидкостями обміну - Відсутність необхідності встановлення користувачів додаткових елементів, таких як термінатори для SCSI - Напруга живлення для периферійних пристроїв - 5 В - Максимальний струм споживання на один пристрій – 500 mA
Розпаювання роз'єму usb 1.1 та 2.0
Сигнали USB передаються двома проводами екранованого чотирипровідного кабелю.
Тут :
GND- ланцюг «корпусу» для живлення периферійних пристроїв V BUS- +5V також для ланцюгів живлення Шина D+призначена для передачі даних
Шина D-прийому даних.
Недоліки usb 2.0
Хоча максимальна швидкість передачі даних USB 2.0 становить 480 Мбіт/с (60 Мбайт/с), у реальному житті досягти таких швидкостей нереально (~33,5 Мбайт/сек практично). Це пояснюється великими затримками шини USB між запитом передачі даних і власне початком передачі. Наприклад, шина FireWire, хоча і має меншу пікову пропускною здатністю 400 Мбіт/с, що на 80 Мбіт/с (10 Мбайт/с) менше, ніж у USB 2.0, насправді дозволяє забезпечити більшу пропускну здатність для обміну даними з жорсткими дисками та іншими пристроями зберігання інформації. У зв'язку з цим різноманітні мобільні накопичувачі вже давно «впираються» в недостатню практичну пропускну здатність USB 2.0.
Найістотнішою перевагою USB 3.0 є більш висока швидкість (до 5 Гбіт/с), яка в 10 разів вище за швидкість застарілого порту. Новий інтерфейс покращує енергозбереження. Це дозволяє накопичувачу переходити в режим сну при бездіяльності. Можна здійснити двосторонню передачу даних одночасно. Це дасть вищу швидкість, якщо один порт підключити кілька пристроїв (розгалужити порт). Розгалужити можна за допомогою хаба (хаб - пристрій, який з одного порту розгалужує на 3-6 портів). Ось якщо підключити хаб до порту USB 3.0, а до хаба підключіть кілька пристроїв (наприклад, флешок) і здійсніть одночасну передачу даних, то ви побачите, що швидкість буде значно більшою, ніж було за інтерфейсу USB 2.0. Є характеристика, яка може бути плюсом та мінусом. В інтерфейсі USB 3.0 була підвищена сила струму до 900 мА, а USB 2.0 працює із силою струму 500 мА. Це буде плюсом для тих пристроїв, які були адаптовані під USB 3.0, а невеликий мінус полягає в тому, що може виникати ризик при підзарядці слабших пристроїв, як телефон. Фізичним недоліком нового інтерфейсу є розмір кабелю. Для підтримки високої швидкості кабель став товстішим і за довжиною більш коротким (не може бути довшим за 3 метри), ніж USB 2.0. Слід зазначити, що пристрої з різними USB інтерфейсами будуть працюватидобре і повинно виникнути проблем. Але не думайте, що швидкість "розжене", якщо ви підключите USB 3.0 до більш застарілого порту, або підключіть до нового порту кабель застарілого інтерфейсу. Швидкість передачі буде дорівнювати швидкості найслабшого порту.
Всім привіт. Іноді людям цікаво дізнатися, чим USB 3.0 відрізняється від USB 2.0, іноді хочуть зрозуміти яка версія або який тип USB роз'єму є на комп'ютері, що за динозавр такий USB 1.0 і так далі. Давайте трохи заглибимося в цю тему.
Стандарт USB з'явився ще в середині 90-х років. Розшифровується USBось як - універсальна послідовна шина (Universal Serial Bus). Цей стандарт був розроблений спеціально для комунікації периферійних пристроїв з комп'ютером і зараз займає лідируючі позиції серед усіх типів комунікаційних інтерфейсів. Це й не дивно. Зараз складно уявити хоч якийсь девайс без USB роз'єму, хоч ці роз'єми і різняться за типами.
Типи USB роз'ємів
На сьогоднішній день існує досить велика кількість типів роз'ємів USB. Якісь найбільш поширені, якісь менші. Загалом давай на них поглянемо.
USBtype-A– один із найпоширеніших типів USB роз'ємів. Ви могли бачити його на вашому, на, на блоці зарядного пристроюі не тільки. Має багато застосувань. З його допомогою можна приєднувати мишки та клавіатури до комп'ютера (або іншого пристрою), флешки, зовнішні накопичувачі, смартфони тощо. Цей список можна ще довго продовжувати, якщо розкинути мізками.
USBtype-B– роз'єм використовується в основному для того, щоб підключити до комп'ютера принтер чи інші периферійні пристрої. Набув набагато меншого поширення, ніж USB type-A.
Mini USB був дуже поширений на мобільних пристроях до появи Micro USB. Зараз зустрічається дуже рідко, але все ж таки можна його зустріти ще на деяких старих пристроях. У мене на портативній аудіоколонці роз'єм Mini USB приймає електроенергію для заряджання акумулятора. Колонку цю купував років 5 тому (живуча виявилася).
Micro USBзараз використовується на смартфонах і мобільних телефонахбагатьох виробників. Цей USB роз'єм набув неймовірної популярності серед мобільних пристроїв. Однак поступово його позиції займає USB-Type-C.
Версія USB 1.0 – археологічні розкопки
Прапрапрадід стандарту USB - USB 1.0народився холодним листопадом 1995 року. Але народився він трохи недоношеним і великої популярності не набув. А ось його молодший брат USB 1.1, що з'явився на світ трьома роками пізніше, був життєздатнішим екземпляром і зміг привернути до себе достатньо уваги.
Що стосується технічної частини, то швидкість передачі даних була невеликою, але за мірками тих часів цієї швидкості було більш ніж достатньо. Швидкість становила до 12 Мбіт/с, і це в режимі високої пропускної здатності.
Відмінності роз'ємів USB 2.0 та USB 3.0
USB 2.0 і USB 3.0 – це два цілком сучасні USB стандарти, які зараз використовуються повсюдно в комп'ютерах та ноутбуках. USB 3.0, звичайно ж, новіший і швидший, а також має повну зворотну сумісність з USB 2.0 пристроями. Але швидкість у такому разі буде обмежена максимальною швидкістю за стандартом USB 2.0.
Теоретично швидкість передачі даних стандарту USB 3.0 приблизно в 10 разів вища, ніж у USB 2.0 (5 Гбіт/с проти 480 Мбіт/с). Але практично швидкість обміну інформацією між пристроями часто буває обмежена самими пристроями. Хоча в цілому, USB 3.0 все ж таки виграє.
Технічні відмінності
Хоча стандарти USB 2.0 і USB 3.0 і зворотносумісні, проте вони мають деякі технічні відмінності. USB 2.0 має 4 контакти – 2 для живлення пристроїв та 2 для передачі даних. Ці 4 контакти були збережені у стандарті USB 3.0. Але крім них було додано ще 4 контакти, які потрібні для високої швидкості передачі даних і більше швидкої зарядкипристроїв. До речі, USB 3.0 може працювати із силою струму до 1 Ампера.
У результаті шнур стандарту USB 3.0 став товстішим, і його довжина не перевищує тепер 3 метри (у USB 2.0 максимальна довжинадосягала 5 метрів). Зате ви зможете зарядити свій смартфон набагато швидше, навіть якщо ви приєднаєте кілька смартфонів до одного роз'єму через розгалужувач.
Природно виробники подбали про візуальні відмінності. Можна не шукати упаковку від материнської плати, щоб переглянути які стандарти USB вона підтримує. І не потрібно для цього лізти в налаштування комп'ютера або диспетчер пристроїв. Достатньо просто поглянути на колір вашого гнізда. Роз'єм USB 3.0 майже завжди синього кольору. Дуже рідко він ще буває червоного кольору. У той час як USB 2.0 завжди чорного кольору.
Отже тепер з одного влучного погляду ви зможете визначити у вас USB 2.0 або USB 3.0 на ноутбуці.
На цьому, напевно, можна закінчувати розмову, чим відрізняється USB 2.0 від USB 3.0.
Висновок
Що ми дізналися із цієї статті? Що USB ділиться на стандарти передачі, які відрізняються швидкістю передачі. А також, що USB мають велику кількість типів роз'ємів.
І що найцікавіше, про що я забув згадати у статті, це те, що типи роз'ємів можуть комбінуватися в такий спосіб. Ви можете зустріти повнорозмірний роз'єм USB type-A та повнорозмірний USB type-B, в той же час існує (але рідко зустрічається) micro USB type-A та micro USB type-B (дуже поширений). USB type-A може працювати за протоколом USB 2.0, а може за протоколом USB 3.0. Загалом за бажання можна і заплутатися.
А якщо вас непокоїть питання, з якими роз'ємами краще вибрати собі ноутбук USB 2.0 або USB 3.0, то взагалі не парьтеся. Зараз всі сучасні ноутбуки та комп'ютери оснащені тим і тим типом USB. Наприклад, у мене на ноутбуці два роз'єми USB 2.0 та один роз'єм USB 3.0. І всі три роз'єми типу USB type-A.
Ось такі вони – USB!
Ви дочитали до кінця?
Чи була ця стаття корисною?
Та ні
Що вам не сподобалося? Стаття була неповною чи неправдивою?
Напишіть у коментарях і ми обіцяємо виправитися!
