Что такое усб интерфейс. USB-разъемы: типы, их описание, преимущества и недостатки

USB это последовательный интерфейс передачи данных для периферийных устройств в вычислительной технике

Стандарт USB 1.0, получивший широкое распространение, был представлен в ноябре 1996 года. Версия v1.1 практически почти не используется по причине слишком низкой скорости передачи данных (12 Мбит/сек), поэтому применяется только для совместимости.

USB 2.0

Стандарт USB 2.0, получивший широкое распространение, был представлен в ноябре 1996 года.

Как и в случае спецификаций USB 1.0 и USB 1.1, в спецификации USB 2.0 для подключения периферийных устройств используется кабель, состоящий из двух пар проводов: одна витая пара проводов для приема и передачи данных, а другая - для питания периферийного устройства.

Напряжение питания по шине USB равно 5 В при силе тока до 500 мА. Этого, конечно, недостаточно для периферийных устройств со высоким энергопотреблением, например таких как принтеры. Поэтому они комплектуются собственными блоками питания, которые подключаются непосредственно к электрической розетке. Кабели USB ориентированы, то есть имеют физически разные наконечники «к устройству» (Тип B) и «к хосту» (Тип A). Возможна реализация USB устройства без кабеля, со встроенным в корпус наконечником «к хосту».

Компьютеры и ноутбуки, выпущенные после 2003 года, как правило, оснащены портами USB 2.0.

Устройств USB 2.0 поддерживают три режима работы:

  • Low-speed , 10-1500 Кбит/c (клавиатуры, мыши, джойстики, геймпады)
  • Full-speed , 0,5-12 Мбит/с (аудио-, видеоустройства)
  • High-speed , 25-480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения информации)

Интерфейс USB 3.0 – стандарт SuperSpeed USB

Спецификация USB 3.0 появилась в 2008 году.

В спецификации USB 3.0 разъёмы и кабели совместимы с USB 2.0, причём для однозначной идентификации разъёмы USB 3.0 изготавливают из пластика синего или (у некоторых производителей) красного цвета.

Спецификация USB 3.0 повышает максимальную скорость передачи информации до 5 Гбит/с - что выше скорости передачи данных устройств USB 2.0. (максимально 480 Мбит/с.)

31 июля 2013 года USB 3.0 Promoter Group объявила о принятии спецификации следующего интерфейса, USB 3.1, скорость передачи которого может достигать 10 Гбит/с. Разъём USB 3.1 Type-C является симметричным.

Типы возможных разъемов и кабелей

Количество возможных разъемов USB 3.0 стало больше. Самый популярный разъём, которым все пользовались - USB Type-A классического размера: он расположен на флешках, USB-модемах, на концах проводов мышей и клавиатур. Чуть реже встречаются полноразмерные USB Type-B: обычно таким кабелем подключаются принтеры и сканеры. Мини-версия USB Type-B до сих пор часто используется в кардридерах, цифровых камерах, USB-хабах. Микро-версия Type-B стала самым популярным разъёмом в мире: все актуальные мобильники, смартфоны и планшеты (кроме продукции одной фруктовой компании) выпускаются именно с разъёмом USB Type-B Micro.

Пользователям мобильных устройств в 2000-х пришлось нелегко – они были вынуждены мириться с так называемой проприетарностью . Телефоны каждого из производителей оснащались уникальными разъёмами для зарядки – как следствие, ЗУ, например, для не работало с телефоном . Доходило и до абсурда – когда для двух телефонов одного производителя (финского) приходилось искать различные . Недовольство пользователей оказалось настолько сильным, что вмешаться был вынужден Европарламент.

Сейчас ситуация в корне иная: практически все производители смартфонов оснащают свои гаджеты портами под зарядные устройства одного типа . Пользователю больше не приходится покупать новое ЗУ «в довесок» к телефону.

Кабели USB можно применять не только для передачи данных с ПК на гаджет, но и для зарядки мобильного устройства. Смартфоны способны пополнять «запасы» аккумулятора как от розетки, так и от компьютера, однако во втором случае зарядка займёт существенно больше времени. Традиционный кабель USB для смартфона с Android или с Windows Phone выглядит следующим образом:

На одном из его концов присутствует стандартный штекер USB 2.0 Type-A :

Этот штекер вставляется в USB-порт на компьютере или ноутбуке.

На втором конце провода – штекер microUSB .

Он, соответственно, вставляется в разъём микро-USB на мобильном устройстве.

Именно micro-USB 2.0 является сейчас унифицированным разъёмом: встретить его можно на смартфонах и планшетах почти всех производителей мобильной техники (за исключением Apple). Соглашение о стандартизации интерфейсов было подписано в 2011 году представителями 13-и компаний, лидирующих на мобильном рынке.

На Micro-USB выбор пал по ряду причин:

  • Разъём компактен . Его физические размеры составляют всего лишь 2×7 миллиметров – это примерно в 4 раза меньше, чем у USB 2.0 Type-A .
  • Штекер прочен – особенно если сравнивать с тонкой зарядкой Nokia.
  • Разъём способен обеспечивать высокую скорость передачи данных. Теоретически скорость передачи через Micro-USB при использовании стандарта 2.0 может достигать 480 Мбит/сек. Фактическая скорость гораздо ниже (10-12 Мбит/сек в режиме Full Speed ), однако пользователям это редко доставляет неудобства.
  • Разъём поддерживает функцию . Подробнее о том, какие преимущества это даёт, расскажем позже.

Конкуренцию micro-USB в борьбе за роль стандартного разъёма мог навязать Mini-USB . Мини-штекер выглядит так:

Этот вид USB-разъёма не подошёл в качестве стандартного, и вот почему:

  • Разъём больше по размерам – пусть и ненамного. Величина его – 3×7 миллиметров.
  • Разъём достаточно хрупкий – из-за отсутствия жёстких креплений он очень быстро расшатывается. Вследствие этого передача данных через кабель становится для пользователя настоящим мучением.

В 2000-х разъём вида mini-USB можно было встретить на смартфонах производителей «второго сорта» — скажем, и . Сейчас мобильных гаджетов с мини-разъёмом на рынке не найдёшь.

Помимо тех USB-разъёмов, о которых мы упомянули (Micro-USB, Mini-USB, USB Type-A), есть и другие. Например, micro-USB стандарта 3.0 может использоваться для подключения к ПК жёстких дисков, а USB Type-B (квадратной формы) – для музыкальных инструментов (в частности, MIDI-клавиатуры). К мобильной технике эти разъёмы не имеют прямого отношения (если не считать Galaxy Note 3 c USB 3.0), поэтому более подробно мы о них рассказывать не будем.

Какими бывают USB-кабели для смартфонов?

Благодаря неистощимой фантазии китайских рукодельцев пользователи мобильной техники могут купить кабели совершенно разных формаций. Например, в эпоху проприетарности невероятной популярностью пользовался такой вот «монстр»:

Да, эта зарядка подходила ко всем основным разъёмам!

Подобные «мультитулы» и сейчас есть в продаже, однако штекеров у них поубавилось. Вот зарядка 4-в-1 , которую можно заказать на дешевле, чем за 200 рублей:

Эта зарядка оснащена всеми современными штекерами – Lightning, 30Pin (оба для ), microUSB, USB 3.0. Однозначно, «must-have» для пользователя!

Есть и другие любопытные варианты. Вот кабель от OATSBASF для тех, кто терпеть не может кабели:

Этот кабель позволяет подзаряжать от компьютера два мобильных устройства одновременно (например, 5-ый Айфон и Android) и имеет очень соблазнительную цену – чуть более 100 рублей.

В отечественных магазинах и салонах пользователь, конечно же, не найдёт такого изобилия разнообразных кабелей, как на страницах каталогов GearBest и . Кроме того, Data-оборудование в рознице стоит существенно дороже. По этим двум причинам пользователям рекомендуется заказывать USB-кабели именно из Китая.

Что такое стандарт OTG?

Наверняка многие видели такой кабель и задумывались, для чего он нужен:

Это кабель OTG ; на одном его конце — штекер micro-USB , на втором – разъём USB 2.0 , «мама». С помощью такого кабеля к смартфону или планшету можно подключить USB-флэшку, но только в том случае, если само мобильное устройство поддерживает стандарт OTG .

OTG (сокращение от On-The-Go ) – это функция, предназначенная для быстрого соединения 2-х USB-устройств друг с другом, без посредничества компьютера. Подключить по OTG можно не только флэшку (хотя это, конечно, самый распространённый случай), но также, например, и компьютерную мышку, клавиатуру, внешний жёсткий диск, игровой руль, джойстик. Получится даже подсоединить смартфон к принтеру или МФУ, чтобы распечатать снимок, сделанный на камеру гаджета.

Кабели OTG для iPhone уже тоже появились, однако загрузить на «яблочное» устройство (без джейлбрейка) с внешнего носителя получается только фото и видео – и то лишь тогда, когда корневые папки на флэшке и сами фотографии имеют «правильные» названия.

Полного перечня смартфонов, поддерживающих функцию OTG , нет – просто потому, что наличием этого стандарта способны похвастать почти все современные гаджеты и список был бы огромен. Тем не менее, покупателю, намеревающемуся подключать к девайсу мышь или флэшку, стоит осведомиться у консультанта салона-магазина о поддержке OTG до того, как отдавать деньги – «на всякий пожарный».

USB Type-C: в чём преимущества?

Переход с micro-USB на – это новый тренд рынка мобильной электроники! Производители активно осваивают технологию и оснащают свои флагманские модели усовершенствованными разъёмами для зарядки и передачи данных. USB Type-C долго ждал «в тени»: разъём был создан ещё в 2013 году, однако только в 2016-м лидеры рынка обратили на него внимание.

Выглядит USB Type-C так:

В чём же заключаются преимущества Type-C перед привычным всем micro-USB ?

  • Высокая скорость передачи данных . Пропускная способность Type-C равняется 10 Гб/сек (!). Но это только пропускная способность : в действительности на такую скорость смогут рассчитывать лишь владельцы смартфонов со стандартом USB 3.1 – например, Nexus 6P и 5X . Если гаджет использует стандарт USB 3.0 , скорость окажется на отметке примерно в 5 Гб/сек; при USB 2.0 передача данных будет происходить существенно медленнее.
  • . Продолжительность процедуры зарядки смартфона зависит от потенциального количества Вт, которые поставляются разъёмом. USB стандарта 2.0 способно подавать всего 2.5 Вт – оттого зарядка и длится часы. Разъём USB Type-C обеспечивает 100 Вт – то есть в 40 раз (!) больше. Любопытно то, что передача тока может происходить в обе стороны – как к хосту, так и от него.
  • Симметричность коннектора . Если у коннектора micro-USB есть верх и низ, то коннектор Type-C симметричен. Какой стороной его вставлять в разъём, значения не имеет. С этой точки технология USB Type-C похожа на Lightning от Apple.

Достоинством Type-C является также небольшая величина разъёма – всего лишь 8.4×2.6 миллиметра. По этому критерию технологии micro-USB и USB Type-C схожи.

У USB Type-C есть и недостатки, один из которых более чем существенный. Из-за нерегулируемой работы коннектора зарядка запросто может «поджарить» мобильное устройство. Такая вероятность не является чисто теоретической – возгорания случались и на практике. Именно по этой причине распространение неоригинальных, «кустарных» кабелей и зарядок USB Type-C .

Из-за подобной массовости новую технологию будут вводить эволюционно, а не революционно – чтобы пользователи имели возможность самостоятельно убедиться в преимуществах Type-C и принять решение об отказе от стандартного разъёма. При этом Рэйвенкрафт допускает, что, возможно, полного замещения USB-A не произойдёт никогда.

Новый стандарт USB Type-C до сих пор недостаточно широко развит на рынке, однако производители постепенно принимают свежую технологию. В смартфоностроении USB-C уже можно назвать новым трендом, потому что это не только усовершенствованный разъем для зарядки, но и средство для отказа от традиционного 3,5-миллиметрового порта для наушников. Сегодня мы более детально поговорим о USB Type-C, и данная статья расскажет вам, что это такое.

Сегодня практически все электронные устройства оснащаются разъемом USB. От настольных компьютеров до смартфонов и разнообразных накопителей с ноутбуками. USB является повсеместным стандартом, когда дело доходит до подключения периферии или передачи данных между устройствами. Последнее крупное обновление USB вышло в 2013 году с выходом USB 3.1, сопровождающегося релизом нового разъема Type-C. Как видите, с тех пор прошло уже почти 4 года, а Type-C так и не прижился.

В настоящее время на рынке можно по пальцам пересчитать устройства, использующие технологию USB Type-C. Среди компьютеров это последние ноутбуки от Apple, от Google, линейка от Samsung и еще несколько гибридных устройств. Среди смартфонов - в основном флагманы уходящего года: , и .

Так почему USB Type-C лучше, чем предшественники? Давайте выясним.

Что такое USB Type-C


USB Type-C - это новый и в настоящее время активно развивающийся отраслевой стандарт передачи данных для компьютеров и мобильных устройств. Главным и самым значительным нововведением Type-C является измененный разъем - универсальный, симметричный, способный работать любой стороной. Разъем USB-C был придуман USB Implementers Forum - группой компаний, которая разработала и сертифицировала новый стандарт USB. В нее также входят крупнейшие технологические компании, а именно Apple, Samsung, Dell, HP, Intel и Microsoft. К слову, это важно знать, ведь поэтому USB Type-C был легко принят большинством производителей ПК.

USB-C - это новый стандарт

В первую очередь нужно знать, что USB Type-C является новым стандартом для индустрии. Точно так же, как когда-то ими были USB 1.1, USB 2.0, USB 3.0 или самый последний USB 3.1. Только предыдущие поколения USB больше были сосредоточены на увеличении скорости передачи данных и различных других улучшениях, тогда как Type-C с физической точки зрения меняет конструкцию разъема аналогично модификациям технологии - MicroUSB и MiniUSB. Однако, решающее различие в данном случае заключается в том, что, в отличие от MicroUSB и MiniUSB, Type-C направлен на замену абсолютно всех стандартов, причем с обеих сторон (пример USB-MicroUSB).

Основные характеристики:

  • 24 сигнальных вывода
  • Поддержка USB 3.1
  • Альтернативный режим для реализации сторонних интерфейсов
  • Скорость до 10 Гбит/с
  • Передача энергии до 100 Вт
  • Габариты: 8,34х2,56 мм

USB Type-C и USB 3.1

Одним из возможных вопросов незнающих о USB Type-C может быть нечто подобное: какое отношение USB 3.1 имеет к USB Type-C? Дело в том, что USB 3.1 является основным протоколом передачи данных для Type-C. Скорость версии 3.1 составляет 10 Гбит в секунду - в теории это в 2 раза быстрее, чем USB 3.0. Еще USB 3.1 может быть представлен в оригинальном формате разъема - такой порт называется USB 3.1 Type-A. Но сегодня гораздо проще встретить USB 3.1 с универсальным разъемом нового типа Type-C.

Версии USB

Чтобы лучше понять, почему Type-C станет заменой традиционным версиям USB, в первую очередь необходимо понимать разницу между ними. Существуют различные версии USB, а также даже разные коннекторы - например, Type-A и Type-B.

Версии USB относятся к общему стандарту, но их различие состоит в максимальной скорости передачи данных и мощности работы. Конечно, есть и многие другие факторы.

USB 1.1
Хотя USB 1.0 технически является первой версией USB, она не смогла полноценно выйти на рынок. Вместо нее была выпущена новая версия USB 1.1 - как раз она стала первым стандартом, к которому мы все привыкли. USB 1.1 может передавать данные на скорости 12 Мбит в секунду и максимально потребляет 100 мА тока.

USB 2.0
Вторая версия USB была представлена в апреле 2000 года. Она обеспечила стандарт значительным приростом в максимальной скорости передачи данных - до 480 Мбит в секунду. Также USB 2.0 стал мощнее, потребляя 1,8А на 2,5В.

USB 3.0
Выход USB 3.0 принес с собой не только ожидаемые улучшения в скорости передачи данных и мощности, но и новые типы разъемов. Более того, USB 3.0 даже получил свой цвет - новую версию стандарта обозначили синим, чтобы доблестно отличать его от старых поколений USB. USB 3.0 может работать со скоростью до 5 Гбит в секунду, беря для своего функционирования 5В на 1,8А. Кстати, эту версию представили в ноябре 2008 года.

USB 3.1
Новейшая и самая лучшая версия USB была выпущена в июле 2013 года, хотя до сих пор она не используется повсеместно. USB 3.1 может обеспечить пользователей пропускной способностью до 10 Гбит в секунду с максимальным потреблением энергии в 5В/1А, либо опционально 5А/12В (60 Вт) или 20В (100 Вт).

Type-A
Type-A является классическим интерфейсом USB. Короткий и прямоугольный штепсель стал оригинальным дизайном для USB и по сей день остается стандартным разъемом для использования в конце хоста USB-кабеля. Есть также некоторые вариации Type-A - Mini Type-A и Micro Type-A, но они никогда не были широко принятыми общественностью в связи со сложнохарактерным гнездом. В настоящее время обе эти вариации Type-A признаны устаревшими.


Type-B
Если Type-A стал одной стороной привычного для нас USB-кабеля, то Type-B является другой. Оригинальный Type-B - это высокий разъем со скошенными верхними углами. Обычно встречается на принтерах, хотя сам по себе является расширением стандарта USB 3.0 для введения новых возможностей соединения. Классические MiniUSB и MicroUSB тоже есть в версии Type-B, наряду с абсолютно неуклюжим MicroUSB 3.0, в котором используются дополнительные штекеры.

Type-C
Таким образом, спустя Type-A и Type-B мы подошли, очевидно, к новейшему Type-C. Версии Type-A и Type-B должны были работать совместно друг с другом посредством обратной совместимости, однако прибытие Type-C полностью разрушило эти планы, поскольку USB-C предполагает полную замену устаревших технологий USB-соединения. Также Type-C был разработан специальным образом, чтобы дополнительные варианты типа Mini или Micro не понадобилось выпускать вообще. Это, опять же, связано с намерениями заменить все нынешние разъемы на USB Type-C.


Главной особенностью стандарта Type-C является универсальность или симметричность разъема. USB-C можно использовать обеими сторонами подобно технологии Apple Lightning - больше никаких специальных сторон для соединения, которые к тому же еще и в темноте сложно найти. Также версия Type-C основана на USB 3.1, что означает поддержку всех преимуществ последней версии, включая высочайшую скорость.

USB-C по-прежнему является обратно совместимым с существующими вариантами USB, но для такого сценария использования, конечно, понадобятся адаптеры.


Недостатки USB Type-C

Проблемы у нового стандарта USB Type-C, естественно, тоже имеются. Одним из главных и самых серьезных опасений последней версии технологии называют физическую конструкцию разъема - она очень хрупкая ввиду симметричного дизайна. Apple, несмотря на такую же универсальность своего Lightning, использует прочный металлический штекер, который является гораздо более устойчивым к внешним воздействиям.

Еще более актуальной и вызывающей значительное беспокойство проблемой USB Type-C является нерегулируемая работа коннектора, что привело к ряду опасных поступающих в продажу аксессуаров. Некоторые из таких аксессуаров за счет использования неподдерживаемых уровней напряжения способны «поджарить» подключенное устройство. Например, так было с великолепным на старте флагманом , который впоследствии начал сперва воспламеняться, а потом и вовсе взрываться в руках, брюках, машинах и квартирах своих владельцев.


Данная проблема привела к очевидному и единственному решению - массовому запрету на производство и продажу неоригинальных аксессуаров с поддержкой USB Type-C. Так, если аксессуар не будет соответствовать стандартным спецификациям USB Implementers Forum Inc., то продукт не будет допущен к продаже. Также для проверки рабочего состояния и подлинности различных сторонних аксессуаров компания USB-IF представила защищенное 128-битным шифрованием ПО, которое позволит устройствам с данным разъемом осуществлять автоматическую проверку подключенного устройства или аксессуара с USB-C.

Минусы:

  • Конструкция. Дизайн USB Type-C хорош, но пострадала конструкция - она довольно хрупкая. Apple в своем Lightning использует цельнометаллический штекер, когда в Type-C используется овальная форма с размещением сигнальных выводов в центральной части.
  • Работа коннектора. Если позволить USB Type-C работать с неподдерживаемыми уровнями напряжения, то, вероятнее всего, кабель и/или устройство подвергнется возгоранию.
  • Совместимость. USB Type-C - это инновации в мире USB, но новейшее поколение оставляет в прошлом старые устройства, поскольку не поддерживает работу с ними.
  • Переходники. Для полноценной работы с USB Type-C на старых устройствах придется докупать переходники. Это дополнительная трата денег.

Преимущества USB Type-C


Несмотря на все вышенаписанное, USB Type-C можно уверенно назвать шагом вперед для индустрии. Установка данного разъема позволит производителям делать более тонкие компьютеры и мобильные устройства с меньшим количеством портов, высочайшей скоростью передачи данных и в наушники. В будущем, если USB Type-C выбьется в массы, разъему удастся заменить не только порт 3,5 мм для наушников, но и HDMI - интерфейс, используемый для передачи видео. Так USB Type-C заменит привычные сегодня разъемы и станет универсальным стандартом в любой ситуации.

Плюсы:

  • Симметричность. USB Type-C позволяет забыть о ситуациях, когда приходится вспоминать, с какой стороны вставлять кабель в разъем. Также отныне можно не бояться не найти нужную сторону USB в темноте.
  • Компактность. Габариты USB Type-C составляют 8,4х2,6 мм - это позволяет производителям делать компьютеры и мобильные устройства значительно тоньше.
  • Универсальность. Благодаря интеграции единого разъема станет возможной зарядка одним кабелем как ноутбука, так и планшета или смартфона.

Реферат

Интерфейс USB

Введение

аппаратный кабель интерфейс

Увеличение числа устройств, подключаемых к персональному компьютеру, и, соответственно, развитие внешних интерфейсов привело к противоречивой ситуации: с одной стороны, компьютер должен иметь множество различных разъемов, а с другой - большая часть из них не используется. Такая ситуация определяется историческим развитием интерфейсов ПК - каждый интерфейс имел свой специализированный разъем. Более того, к одному порту в большинстве случаев можно подключить только одно устройство. Кроме того, проблема многочисленности разнообразных подключений включает в себя и следующие аспекты:

практически для каждого из устройств необходимо выделение аппаратного прерывания (IRQ);

большая часть устройств требует наличия внешнего блока питания;

каждое устройство имеет свой протокол обмена, многократно увеличивая необходимее количество драйверов;

конфигурирование огромного числа устройств, многие из которых не поддерживают спецификации Plug and Play, достаточно сложно для обычного пользователя и др.

Естественно, что производители аппаратного обеспечения задумались о создании единого и универсального интерфейса. И в начале 1996 года была опубликована версия 1.0 нового интерфейса USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина).

Последовательные шины позволяют объединять множество устройств, используя всего 1-2 пары проводов. Функциональные возможности этих шин гораздо шире, чем у традиционных интерфейсов локальных сетей.

Шина USB ориентирована именно на периферийные устройства, подключаемые к персональному компьютеру. Устройства могут подключаться к USB четырехпроходным кабелем без выключения компьютера. Изохронные передачи USB позволяют передавать цифровые аудиосигналы, а шина USB 2.0 способна нести и видеоданные. Все передачи управляются централизованно, и ПК является необходимым управляющим узлом, находящимся в корне древовидной структуры шины. Спецификация USB подразумевает прозрачное подключение устройств к шине и позволяет иметь несколько устройств на одном порту. Адаптер USB входит в состав всех современных чипсетов системных плат.

1. История USB

Интерфейс USB появился по компьютерным меркам довольно давно. Спецификация версии 1.1 на этот интерфейс была опубликована в начале 1996 года, большинство устройств поддерживает версию 1.1, которая вышла осенью 1998 года, - в ней были устранены обнаруженные проблемы первой редакции. Весной 2000 года опубликована спецификация USB 2.0, в которой предусмотрено 40-кратное повышение пропускной способности шины. В конце 2008 года USB Implementers Forum финализировал спецификации стандарта USB 3.0. Новый стандарт увеличил пропускную способность еще в 10 раз (пиковая производительность - 5 Гбит/с).

Первоначально (в версиях 1.0 и 1.1) шина обеспечивала две скорости передачи информации: полная скорость FS (full speed) - 12 Мбит/с и низкая скорость LS (Low Speed) - 1,5 Мбит/с. В версии 2.0 определена еще и высокая скорость HS (High Speed) - 480 Мбит/с, которая позволяет существенно расширить круг устройств, подключаемых к шине. В одной и той же системе могут присутствовать и одновременно работать устройства со всеми тремя скоростями. При этом предусматривается обратная совместимость устройств USB 2.0 с USB 1.x, т.е. «старые» USB 1.x устройства будут работать с USB 2.0 контроллерами, правда на скорости 12 Мбит/с. Скорость 480 Мбит/с достигается только при одновременном использовании USB 2.0 контроллера и USB 2.0 периферии.

Шина USB разрабатывалась для обеспечения механизма взаимодействия компьютерных и телефонных систем, однако вскоре члены комитета разработки поняли, что USB может удовлетворить потребности многих приложения и все сферы компьютерной телефонии.

Разработчики шины ориентировались на создание интерфейса, обладающего следующими свойствами:

легко реализуемое расширение периферии ПК;

дешевое решение, позволяющее передавать данные с высокой скоростью;

гибкость протокола смешанной передачи изохронных данных и асинхронных сообщений;

интеграция с выпускаемыми устройствами;

охват всевозможных конфигураций и конструкций ПК;

обеспечение стандартного интерфейса, способного быстро завоевать рынок;

создание новых классов устройств, расширяющих ПК.

Практически все поставленные задачи были решены, и весной 1997 года стали появляться компьютеры, оборудованные разъемами для подключения USB-устройств. Иконкой, официально обозначается шина USB, как в Windows, так и на USB-разъемах.

В феврале 2004 года корпорация Intel совместно с Agere, Systems, HP, Microsoft Corporation, NEC, Philips Semiconductors и Samsung Electronics объявила о создании группы продвижения беспроводного USB (Wireless USB Promoter Group). Ее задача - продвижение высокоскоростной технологии беспроводного подключения внешних устройств Wireless USB на скорости 480 Мбит/с с дальностью действия при низком энергопотреблении до 10 метров.

2. Сравнение USB с другими интерфейсами

В настоящее время достойной альтернативы USB не существует (кроме, пожалуй, изначального конкурента - Fire Wire, но у этой шины принципиально другая система соединения). Интерфейсы, сравнимые с USB по скорости обмена, требуют специальных преобразователей (например, RS-485). Интерфейсы, не требующие дополнительных элементов, либо низкоскоростные, либо узконаправленные (RS-232, LPT, MIDI и др.). Кроме того, к несомненным плюсам USB относятся организация помехозащищенности на уровне аппаратного и шинного протоколов и «встроенная» поддержка Plug and Play, а также отсутствие дополнительных элементов для подключения устройств (как, например, терминаторы для SCSI-интерфейса). Единственным минусом можно считать довольно короткое кабельное соединение, но следует помнить, что шина USB разрабатывалась как шина для домашних устройств и дальние соединения не закладывались в нее изначально.

3. Архитектура USB-шины

.1 Общая архитектура

Для шины USB выбран последовательный формат пересылки данных, обеспечивающий ее наименьшую стоимость и наибольшую гибкость. Тактирующий сигнал и данные кодируются вместе и передаются как единый сигнал. В результате нет никаких ограничений в отношении тактовой частоты или расстояний, связанных со сдвигом данных, благодаря чему становится возможной высокая пропускная способность соединений с высокой тактовой частотой.

Для того чтобы к шине USB можно было одновременно подключать большое количество устройств, удаляемых и подсоединяемых в любое время, эта шина имеет древовидную структуру. Компьютер в такой конфигурации является управляющим устройством и называется хостом. В узлах дерева располагаются устройства, называемые хабами и действующие как промежуточные управляющие компоненты между хостом и устройствами ввода-вывода. Компьютер имеет встроенный хаб, называемый корневым хабом, который соединяет все дерево с хост-компьютером. «Листьями» дерева являются устройства ввода-вывода (клавиатура, динамики, соединение с Интернетом, цифровой телевизор и т.п.), в терминологии USB называемые функциями.

3.2 Составляющие USB

Шина USB состоит из следующих элементов.

Хост-контроллер (Host Controller) - это главный контроллер, который входит в состав системного блока компьютера и управляет работой всех устройств на шине USB. Для краткости его называют просто «хост». На шине USB допускается наличие только одного хоста. Системный блок персонального компьютера содержит один или несколько хостов, каждый из которых управляет отдельной шиной USB.

Устройство (Device) может представлять собой хаб, функцию или их комбинацию (Compound Device).

Порт (Port) - точка подключения.

Хаб (Hub, другое название - концентратор) - устройство, которое обеспечивает дополнительные порты на шине USB. Другими словами, хаб преобразует один порт (восходящий порт, Upstream Port) во множество портов (нисходящие порты, Downstream Ports). Архитектура допускает соединение нескольких хабов (не более 5). Хаб распознает подключение и отключение устройств к портам и может управлять подачей питания на порты. Каждый из портов может быть разрешен или запрещен и сконфигурирован на полную или ограниченную скорость обмена. Хаб обеспечивает изоляцию сегментов с низкой скоростью от высокоскоростных. Хаб может ограничивать ток, потребляемый каждым портом.

Корневой хаб (Root Hub) - это хаб, входящий в состав хоста.

Функция (Function) - это периферийное устройство (ПУ) или отдельный блок периферийного устройства, способный передавать и принимать информацию по шине USB. Каждая функция предоставляет конфигурационную информацию, описывающую возможности ПУ и требования к ресурсам. Перед использованием функция должна быть сконфигурирована хостом - ей должна быть выделена полоса в канале и выбраны опции конфигурации.

3.3 Свойства составляющих

Свойства USB-устройств

Спецификация USB жестко определяет набор свойств, которые должно поддерживать любое USB-устройство:

адресация - устройство должно отзываться на назначенный ему уникальный адрес и только на него;

конфигурирование - после включения или сброса устройство должно предоставлять нулевой адрес для возможности конфигурирования его портов;

передача данных - устройство имеет набор конечных точек для обмена данными с хостом. Для конечных точек, допускающих разные типы передач, после конфигурирования доступен только один из них;

управление энергопотреблением - любое устройство при подключении не должно потреблять от шины ток, превышающий 100 мА. Если хаб не может обеспечить устройству заявленный ток, устройство не будет использоваться;

приостановка - устройство USB должно поддерживать приостановку (Suspended Mode), при которой его потребляемый ток не превышает 500 мкА. Устройство должно автоматически приостанавливаться при прекращении активности шины;

удаленное пробуждение - возможность удаленного пробуждения (Remote Wakeup) позволяет приостановленному устройству подать сигнал хосту, который тоже может находиться в приостановленном состоянии.

Свойства хабов

Хаб выполняет коммутацию сигналов и выдачу питающего напряжения, а также отслеживает состояние подключенных к нему устройств, уведомляя хост об изменениях. Хаб состоит из двух частей - контроллера (Hub Controller) и повторителя (Hub Repeater).

Контроллер содержит регистры для взаимодействия с хостом. Доступ к регистрам осуществляется по специфическим командам обращения к хабу. Команды позволяют конфигурировать хаб, управлять нисходящими портами и опрашивать их состояние.

Повторитель представляет собой управляемый ключ, соединяющий выходной порт со входным. Он имеет средства сброса и приостановки передачи сигналов.

Нисходящие порты хабов могут находиться в следующих состояниях:

Питание отключено (Powered off) - на порт не подается питание (возможно только для хабов, коммутирующих питание). Выходные буферы переводятся в высокоимпедансное состояние, входные сигналы игнорируются;

Отсоединен (Disconnected) - порт не передает сигналы ни в одном направлении, но способен обнаружить подключение устройства;

Запрещен (Disabled) - порт передает только сигнал сброса (по команде контроллера), сигналы от порта (кроме обнаружения отключения) не воспринимаются;

Разрешен (Enabled) - порт передает сигналы в обоих направлениях. По команде контроллера или по обнаружении ошибки кадра порт переходит в состояние «Запрещен», а по обнаружении отключения - в состояние «Отсоединен»;

Приостановлен (Suspended) - порт передает сигнал перевода в состояние «спящий режим». Если хаб находится в активном состоянии, сигналы через порт не пропускаются ни в одном направлении.

Состояние каждого порта идентифицируется контроллером хаба с помощью отдельных регистров. Имеется общий регистр, биты которого отражают факт изменения состояния каждого порта. Это позволяет хосту быстро узнать состояние хаба, а в случае обнаружения изменений специальными транзакциями уточнить состояние.

Свойства хоста

Хост имеет следующие обязанности:

обнаружение подключения и отключения устройств USB;

управление потоками данных;

сбор статистики;

обеспечение энергосбережения подключенными ПУ.

Системное ПО контроллера управляет взаимодействием между устройствами и их ПО, функционирующим на хост-компьютере, для согласования:

нумерации и конфигурирования устройств;

изохронных передач данных;

управления энергопотреблением;

информации об управлении устройствами и шиной.

4. Аппаратное обеспечение

.1 Кабели

Спецификация USB предъявляет несколько требований к кабельному соединению:

предотвращение ошибки соединения разъемов;

простота кабельного соединения;

возможность подключения устройств, имеющих питание от шины и возможность подключения устройств, имеющих внешнее питание.

Соединительный кабель, используемый для подключения устройств с интерфейсом USB, представляет собой четырехжильный кабель в экранирующей оплетке и защитным покрытием из полихлорвинила. Два проводника предназначены для передачи данных, один - для источника питания (+5 В) и один - для «земли»

Спецификация USB 2.0 определяет три возможных типа используемых кабелей:

стандартный съемный кабель;

высокоскоростной (полноскоростной) несъемный кабель;

низкоскоростной несъемный кабель.

Стандартный съемный кабель служит для соединения хоста или хаба с устройством. С одной стороны он заканчивается разъемом типа «А» для подключения к хосту или хабу, а с другой - разъемом типа «В» или «mini-B» для подключения к устройству. Оба разъема маркируются логотипом USВ.

Несъемный кабель заканчивается с одной стороны разъемом типа «А» (с маркировкой) для подключения к хосту или хабу, а с другой стороны жестко присоединен к устройству, т.е. имеет всего один разъем.

Высокоскоростной кабель имеет импеданс 90+15% Ом и полную задержку распространения сигнала 26 нс. Кабель обязательно должен иметь витую пару из сигнальных проводников и экранирующую оплетку. Такой кабель можно использовать и для низкоскоростного соединения.

Низкоскоростной кабель предназначен для работы на скоростях до 1,5 Мбайт/с. В связи с этим к кабелю предъявляются меньшие требования: низкоскоростной кабель не имеет витой пары из сигнальных проводников и экранирующей оплетки. Он должен иметь емкость в диапазоне 200-450 пФ и задержку на распространение сигнала не более 18 нс.

Длина соединительного кабеля определяется импедансом и задержкой распространения сигнала. В среднем длина составляет три-пять метров, но может быть и до десяти. Определяющим фактором является качество изготовления и используемый материал.

4.2 Разъемы

Для предотвращения ошибочных соединений USB использует USB-кабели с различными разъемами. Согласно спецификации, устройства, работающие с шиной USВ, могут использовать три типа разъемов: «А», «В» и «Mini-B». Разъемы «А» обозначают принадлежность к «ведущему» устройству, они используются в хостах и хабах. Их всегда можно встретить, например, на современных материнских платах персональных компьютеров. Разъемы «В» используют «ведомые» устройства. Тип разъемов «mini-В» появился в спецификации в 2000 году с введением стандарта USB 2.0. Этот разъем позиционируется для применения в малогабаритных мобильных устройствах, например, в сотовых телефонах, когда габариты самого устройства соизмеримы с размерами разъема.

Конструктивно разъемы задуманы так, что сначала происходит соединение шины питания, потом шины данных.

Спецификация USB определяет стандартную цветовую гамму для проводников внутри USB-кабеля, что значительно облегчает идентификацию проводов при применении кабелей от разных производителей.

Кабель также имеет линии VBus и GND для передачи питающего напряжения 5 В к устройствам. Сечение проводников выбирается в соответствии с длиной сегмента для обеспечения гарантированного уровня сигнала и питающего напряжения.

5. Принципы передачи данных

Информация, пересылаемая через соединения USВ, организуется в пакеты, каждый из которых включает один или несколько байтов данных. В интерфейсе USB испольуется несколько разновидностей пакетов:

пакет-признак (token paket) описывает тип и направление передачи данных, адрес устройства и порядковый номер конечной точки (КТ - адресуемая часть USB-устройства); пакет-признаки бывают нескольких типов: IN, OUT, SOF, SETUP;

пакет с данными (data packet) содержит передаваемые данные;

пакет согласования (handshake packet) предназначен для сообщения о результатах пересылки данных; пакеты согасования бывают нескольких типов: ACK, NAK, STALL.

Таким образом, каждая транзакция состоит из трех фаз: фаза передачи пакета-признака, фаза передачи данных и фаза согласования.

В интерфейсе USB используются несколько типов пересылок информации:

Управляющая пересылка (control transfer) используется для конфигурации устройства, а также для других специфических для конкретного устройства целей. Управляющие пересылки содержат две стадии: Setup-стадия и статусная стадия. Между ними может располагаться стадия передачи данных. Setup-стадия используется для выполнения SETUP-транзакции, в процессе которой пересылается информация в управляющую КТ функции. SETUP-транзакция содержит SETUP-пакет, пакет с данными и пакет согласования.

Если пакет с данными получен успешно, то она отсылает хосту ACK-пакет. Иначе транзакция завершается.

Потоковая пересылка (bulk transfer) используется для передачи относительно большого объема информации. Потоковые пересылки характеризуются гарантированной безошибочной передачей данных между хостом и функцией посредством обнаружения ошибок при передаче и повторного запроса информации.

Пересылка с прерыванием (iterrupt transfer) используется для передачи небольшого объема информации, для которого важна своевременная пересылка. Имеет ограниченную длительность и повышенный приоритет относительно других типов пересылок. Пересылки с прерыванием могут содержать IN- или OUT-пересылки. Если у функции нет информации, для которой требуется прерывание, то в фазе передачи данных функция возвращает NAK-пакет. Если работа КТ с прерыванием приостановлена, то функция возвращает STALL-пакет. При необходимости прерывания функция возвращает необходимую информацию в фазе передачи данных. Если хост успешно получил данные, то он посылает ACK-пакет. В противном случае согласующий пакет хостом не посылается.

Изохронная пересылка (isochronous transfer) также называется потоковой пересылкой реального времени. Информация, передаваемая в такой пересылке, требует реального масштаба времени при ее создании, пересылке и приеме. Изохронные транзакции содержат фазу передачи признака и фазу передачи данных, но не имеют фазы согласования. Хост отсылает IN- или OUT-признак, после чего в фазе передачи данных КТ (для IN-признака) или хост (для OUT-признака) пересылает данные. Изохронные транзакции не поддерживают фазу согласования и повторные посылки данных в случае возникновения ошибок.

Пересылаемую по шине USB информацию можно разделить на две категории: управляющая информация и данные. Управляющие пакеты используются для адресации устройств при инициировании пересылки данных, а также для подтверждения факта получения правильных данных и сообщений об ошибках. Пакеты данных содержат входные и выходные данные, которыми хост обменивается с устройством, и некоторую другую информацию.

Каждый пакет состоит из одного или нескольких полей, содержащих разные типы информации. Первое поле любого пакета называется идентификатором и обозначается как PID. Оно идентифицирует тип пакета. В этом поле четыре бита информации, которые передаются дважды. В первый раз пересылаются их реальные значения, а во второй - дополненные. Это позволяет устройству-получателю проверить достоверность полученного байта PID.

Механизм передачи данных является асинхронным и блочным. Блок передаваемых данных называется USB-фреймом или USB-кадром (состоит из пакетов) и передается за фиксированный временной интервал. Оперирование командами и блоками данных реализуется при помощи логической абстракции, называемой каналом. Внешнее устройство также делится на логические абстракции, называемые конечными точками. Таким образом, канал является логической связкой между хост-контроллером и конечной точкой внешнего устройства. Канал можно сравнить с открытым файлом.

Для передачи команд (и данных, входящих в состав команд) используется канал по умолчанию, а для передачи данных открываются либо потоковые каналы, либо каналы сообщения.

Для шины USB настоящего механизма прерываний (как, например, для последовательного порта) не существует. Вместо этого хост-контроллер опрашивает подключенные устройства на предмет наличия данных о прерывании. Опрос происходит в фиксированные интервалы времени, обычно каждые 1-32 мс.

С точки зрения драйвера, возможности работы с прерываниями фактически определяются хост-контроллером, который и обеспечивает поддержку физической реализации USB-интерфейса.

6. USB-устройства

Благодаря своей универсальности и способности эффективно передавать разнородный трафик, шина USB применяется для подключения к PC самых разнообразных устройств. Она призвана заменить традиционные порты PC - СОМ и LPT, а также порты игрового адаптера и интерфейса MIDI.

Обычно USB-устройство представляет собой USB-функцию с портом для подключения. Типичными примерами функций являются:

указатели: мышь, планшет, световое перо;

устройства ввода: клавиатура, сканер;

устройства вывода: принтер, звуковые колонки, монитор;

телефонный адаптер ISDN;

флеш-диски.

Часто USB-устройство имеет встроенный хаб, позволяющий подключать к нему другие устройства.

6.1 Мышь и клавиатура

Подключение USB-мыши может быть оправдано при необходимости освободить последовательный порт. Однако для мыши остается еще порт PS/2, поэтому USB-мышь не особенно необходима, за исключением возможности конфигурирования частоты опроса, что оценят любители компьютерных игр, или в отсутствии других портов (в ноутбуках).

Использование USB-клавиатуры интересно только возможностью подключения USB-мыши прямо к клавиатуре, а также экономией системных ресурсов.

6.2 Мониторы

В отличие от USB-колонок, не требующих звуковой карты, USB-монитор все же требует графический адаптер (видеокарту). «USB» в названии означает наличие USB-портов, позволяющих подключать USB-устройства непосредственно к монитору, а также возможность программного конфигурирования настроек монитора по USB-интерфейсу.

6.3 Переходники USB-to-COM и USB-to-LPT

Конвертеры USB-to-COM и USB-to-LPT незаменимы в тех случаях, когда последовательные и параллельные порты в системе уже заняты (или недееспособны). Эти устройства позволяют подключать к USB-порту устройства с последовательным (мышь, модем) и параллельным (принтер, сканер) интерфейсами. Переходник USB-to-COM будет также полезен пользователям ноутбуков, т.к. в них имеется всего один последовательный порт.

6.4 Сканеры

Основной интерес USB-сканера заключается в отсутствии внешнего питания. Скорость работы таких сканеров ничем не отличается от обычных, т.к. основной определяющей является не скорость передачи данных, а скорость движения сканирующей головки.

6.5 Модемы

Такие модемы не требуют внешнего питания и работают полностью от шины. С одной стороны, это позволило значительно уменьшить размеры самих модемов, но с другой, такие модемы имеют все достоинства и недостатки программных модемов (soft modem). На многих USB-модемах производители уменьшили число индикаторов состояния или используют программное отображение, что не очень, удобно.

6.6 Звуковые колонки

колонки не требуют звуковой карты, а преобразование сигнала в аналоговый происходит в самих колонках через встроенный аналого-цифровой преобразователь.

Следует отличать понятия «USB-колонки» от «колонки с питанием от USB». Второй вариант представляет собой обычные колонки, требующие звуковой карты, но без отдельного блока питания. Их можно отличить по дополнительному разъему к звуковой карте. При подключении к шине такие колонки даже не опознаются системой как новое устройство.

Качество звука, получаемое при использовании USB-колонок, значительно выше, чем с применением обычных колонок совместно с большинством звуковых карт. Единственное ограничение - компьютер должен иметь достаточную производительность для обеспечения непрерывного потока данных на колонки, иначе любое движение мыши способно привести к исчезновению звука.

Поток данных, передаваемых на USB-колонки, довольно большой, что создает заметный трафик от компьютера к колонкам. По этой причине рекомендуется подключение колонок непосредственно к компьютеру либо к ближайшему хабу.

6.7 Флеш-диски

Флеш-диски с USB-интерфейсом обладают значительными преимуществами:

флеш-диск можно подключить к любому современному компьютеру без выключения;

диск может быть загрузочным;

скорость записи довольно велика, хотя и меньше, чем у жесткого диска;

отсутствуют сбойные секторы;

ударостойкость около 1000 G (значительно больше любого современного жесткого диска);

время хранения данных - не менее 10 лет;

число циклов записи - не менее миллиона;

объем диска достаточно большой.

С USB-диска можно запускать программы, редактировать файлы, не прибегая к помощи жесткого диска компьютера. Это значительно облегчает синхронизацию файлов между компьютерами, например, домашним и рабочим.

Согласно спецификации USB к одному порту можно подключить 127 устройств с помощью соответствующего хаба. Однако на практике число флеш-дисков ограничено числом свободных букв дисков (26 букв минус А, В и С, т.е. максимум 23 диска).

Флеш-диски легко форматируются средствами Windows. При этом пользователь может сам выбирать тип файловой системы (FAT или FAT32).

6.8 Хабы

Хабы не являются как таковыми USB-устройствами. Их задача - преобразовывать один USB-порт в несколько портов. Модели классифицируются по числу предоставляемых портов, поддерживаемым стандартам и типу питания.

Хабы могут быть внутренние (вставляемые в PIC-шину) и внешние. Питание внешних хабов обычно внешнее, однако бывают и исключения.

6.9 Измерительная техника

Скорость передачи данных USB-канала позволяет использовать USB-шину для подключения измерительных приборов, таких как цифровые осциллографы, логические анализаторы, генераторы сигналов и т.п. В таких устройствах USB используется как для передачи данных в компьютер для их последующей обработки и отображения, так и для задания пара метров приборов.

6.10 Экзотические устройства

В последнее время на рынке компьютерной продукции стали появляться и довольно экзотические USB-устройства. Список устройств, в общем-то, не относящихся к компьютерной периферии, довольно большой. Интересны, например, USB-фонарик, позволяющий осветить клавиатуру или рабочее место, или USB-вентилятор. Среди экзотических устройств можно найти USB-подогреватель для чашки, USB-грелку и даже USB-зубную щетку.

7. Установка и конфигурирование USB-устройств

Спецификация USB была разработана с непосредственной поддержкой спецификации Plug and Play. Каждое устройство при подключении к шине USB сигнализирует о своем существовании и сообщает идентификатор производителя и идентификатор устройства. Эти идентификаторы являются определяющей информацией при выборе загружаемого драйвера, информация о котором ищется в реестре. Если подходящего драйвера в реестре не обнаружено, производится процедура установки нового устройства (драйвера). Спецификация Plug and Play предполагает прозрачное подключение и автоматическое конфигурирование устройств. Вмешательство пользователя требуется в том случае, когда система либо не смогла найти нужный драйвер и запрашивает его местоположение у пользователя, либо системе не удалось корректно распределить системные ресурсы.

Для подключения устройств к шине не требуется дополнительных действий (как, например, установка перемычек при подключении жестких дисков к IDE-интерфейсу), а возможность неправильного подключения исключается разными разъемами. Многие производители предоставляют свои драйверы для устройств.

Так как обмен данными по шине USB идет только между компьютером и устройствами, то при подключении устройств следует учитывать потребляемую ими полосу пропускания. Устройства с большими объемами приема и / или передачи данных должны подключаться либо к самому компьютеру, либо к ближайшему свободному узлу.

С другой стороны, при подключении устройств следует учитывать и поддерживаемые ими стандарты USB. Устройства и ПО, критичные к полосе пропускания шины, в неправильной конфигурации работать откажутся и потребуют переключений. Если же хост-контроллер старый, то все достоинства USB 2.0 окажутся недоступны пользователю. В этом случае придется менять хост-контроллер, т.е. системную плату. Контроллер и хабы USВ 2.0 позволяют повысить суммарную пропускную способность шины и для старых устройств. Если устройства FS подключать к разным портам хабов USB 2.0 (включая и корневой), то для них суммарная пропускная способность возрастет по сравнению с 12 Мбит/с во столько раз, сколько используется портов высокоскоростных хабов.

Заключение

Универсальная последовательная шина USB призвана заменить такие устаревшие интерфейсы, как RS-232 (COM-порт) и параллельный интерфейс IEEE 1284 (LPT-порт), то есть заменить последовательные и параллельные, клавиатурные и мышиные порты - все устройства подключаются к одному разъему, допускающему установку многочисленных устройств с легкостью технологии Plug & Play. Технология Plug & Play позволяет производить «горячую» замену без необходимости выключения и перезагрузки компьютера. После физического подсоединения устройства правильно опознаются и автоматически конфигурируются: USB самостоятельно определяет, что именно подключили к компьютеру, какой драйвер и ресурсы понадобятся устройству, после чего все это выделяет без вмешательства пользователя. Для адекватной работы шины необходима операционная система, которая корректно с ней работает.

К шине USB можно одновременно подключить до 127 устройств: мониторы, принтеры, сканеры, клавиатуры и т.д. Каждое устройство, подключенное на первом уровне, может работать в качестве концентратора-то есть к нему, при наличии соответствующих разъемов, могут подключаться еще несколько устройств. Обмен по интерфейсу - пакетный, скорость обмена - от 1,5 Мбит/с до 480 Мбит/с.

Кроме этого, питание маломощных устройств подается с самой шины. Попутно решается историческая проблема нехватки ресурсов на внутренних шинах IBM PC совместимого компьютера - контроллер USB занимает только одно прерывание независимо от количества подключенных к шине устройств.

Конструкция разъемов для USB рассчитана на многократное сочленение / расчленение.

Все эти возможности и достоинства интерфейса USB сыграли решающую роль в том, что данная технология получила такую популярность. Универсальность соединения по типу USB привела к тому, что настоящее время интерфейс USB распространился повсеместно, вытеснив устаревшие порты на компьютерах.

Однако пропускной способности USB 2.0 перестало хватать для многих современных устройств. Новый стандарт USB 3.0 обеспечивает увеличение пропускной способности, а также дает и другие новшества. На данный момент оборудования и устройства с поддержкой USB 3.0 только начинают внедрять. Однако, согласно данным исследовательской компании InStart, новый стандарт к 2013 году будет занимать 25% рынка.

Невозможно представить современного человека без электронных устройств. Смартфоны, планшеты, музыкальные плееры и ноутбуки сегодня есть практически в каждой семье. Каждое из этих устройств имеет собственное применение и, следовательно, каждое функционирует по-своему уникальным образом. Однако есть то, что в той или иной форме всех их объединяет. И это наличие USB-портов.

Однажды в 1994 году 7 ведущих мировых технологических компаний создали новый стандарт подключения компьютерной периферии. Так появилась универсальная последовательная шина, которая для краткости именуется USB.

Сегодня она действительно является всеобщим стандартом, и сложно найти электронное устройство, у которого бы не было USB-порта того или иного типа. Но как узнать, какой именно кабель к нему подходит? Данное руководство поможет определить тип USB-разъема и подобрать соответствующий ему штекер.

Разнообразие вариантов

Практически все современные компьютеры и электронные устройства имеют некоторую форму USB-соединения и поставляются в комплекте с соответствующими кабелями. Имеет ли значение, какой из них используется, и для чего нужны все эти различия? Пока это действительно важно, но в будущем может измениться.

В середине 1990-х гг. универсальная шина стала промышленным стандартом, который позволил упорядочить подключение компьютерной периферии. Она заменила ряд более ранних интерфейсов и теперь является наиболее популярным типом разъема в потребительских устройствах.

Однако пока еще сложно разобраться со всеми разновидностями USB.

Если стандарт должен был быть универсальным, почему существует так много его разных типов? Каждый из них служит своим целям, главным образом обеспечивая совместимость при выпуске новых устройств с лучшими спецификациями. Ниже приведены наиболее распространенные типы USB-разъемов.

Type-A

Большинство кабелей и периферийных устройств (например, клавиатуры, мыши и джойстики) имеют разъем типа A. Персональные компьютеры, ноутбуки и нетбуки обычно имеют несколько портов данной формы. Кроме того, многие другие устройства и адаптеры питания используют их для передачи данных и/или зарядки. Разъем имеет плоскую прямоугольную форму и является наиболее узнаваемым и используемым. Распиновка USB Type-A следующая:

  1. +5V - напряжение +5 В.
  2. D- - данные.
  3. D+ - данные.
  4. GND - земля.

Все версии стандартов USB сохраняют для Type-A одинаковый форм-фактор, поэтому они взаимно совместимы. Однако разъемы USB 3.0 вместо 4 имеют 9 контактов, используемых для обеспечения большей скорости передачи данных. Они расположены так, чтобы не мешать работе пинов предыдущих версий стандарта.

Type-B

Это разъем почти квадратной формы, который в основном используется для подключения к компьютеру принтеров, сканеров и других устройств с собственным питанием. Иногда его можно обнаружить на внешних дисководах. В наши дни данный тип разъема гораздо менее распространен, чем соединения Type-A.

Форма соединения в версии стандарта 3.0 подверглась изменению, поэтому обратная совместимость не поддерживается, хотя порты нового типа принимают штекеры старых модификаций. Причиной этого является то, что у Type-B USB 3.0 для более быстрой передачи данных предусмотрено 9 контактов, а у Powered-B - 11, 2 из которых обеспечивают дополнительное питание.

Опять же, как и в случае Type-A, физическая совместимость разных версий не говорит о поддержке скорости или функциональности.

Основные понятия

Прежде чем пытаться понять, в чем заключаются различия между типами A и B, необходимо уяснить понятия хоста, рецептора и порта.

Слот, расположенный на лицевой или тыльной части корпуса компьютера (хоста), в который вставляется один конец USB-кабеля, называется портом. Электронное устройство, которое необходимо зарядить или в которое требуется передать данные (например, смартфон или планшет), называется рецептором.

Самым популярным стандартом USB является тип A, который сегодня можно увидеть на конце почти каждого USB-кабеля, вставляемого в слот хоста. Чаще всего портами Type-A оборудуются настольные компьютеры, игровые консоли и медиаплееры.

Разъемы типа B находятся на конце обычного USB-кабеля, подключаемого к периферийному устройству, например смартфону, принтеру или жесткому диску.

Преимущества USB

Стандарт упрощает установку и замену оборудования, сводя все коммуникации к последовательной передаче данных по витой паре и идентификации подсоединенного устройства. Если добавить сюда заземление и питание, то получится простейший 4-проводной кабель, недорогой и простой в изготовлении.

Стандарт определяет способ взаимодействия периферии с хостом. Если не используется USB On the Go (OTG), который позволяет ограничивать возможности хоста, производится непосредственное подключение. Устройство USB не способно инициировать связь, это может сделать только хост, поэтому даже при наличии кабеля с соответствующими разъемами без него подключение работать не будет. Кроме того, поскольку по проводам передается как электроэнергия, так и данные, соединение двух хостов без промежуточного устройства может иметь катастрофические последствия, вызывая сильные токи, короткие замыкания и даже пожары.

Mini

Разъем являлся стандартным для мобильных устройств до появления микро-USB. Как следует из названия, mini-USB меньше обычного и по-прежнему используется в некоторых камерах. В разъеме 5 контактов, из которых 1 служит идентификатором для поддержки OTG, позволяя мобильным устройствам и другой периферии действовать как хост. Распиновка USB Mini следующая:

  1. +5V - напряжение +5 В.
  2. D- - данные.
  3. D+ - данные.
  4. ID - идентификатор хост/рецептор.
  5. GND - земля.

Micro

Это текущий стандарт разъема для мобильных и портативных устройств. Он был принят практически каждым производителем, кроме Apple. Физические размеры его меньше, чем Mini-USB, но поддерживаются высокие скорости передачи данных (до 480 Мбит/с) и возможности OTG. Форма легко узнаваема благодаря компактному 5-контактному дизайну.

Разъем Lightning не является стандартом USB, а представляет собой фирменное соединение Apple для iPad и iPhone. Он похож на микро-USB и совместим со всеми устройствами Apple, сделанными после сентября 2012 года. У более старых моделей используется другой и гораздо более крупный фирменный разъем.

Type-C

Представляет собой обратимый разъем, который обещает более быструю передачу данных и большую мощность, чем предыдущие типы. Он все чаще используется в качестве стандарта для ноутбуков и даже некоторых телефонов и планшетов, был одобрен компанией «Эппл» для Thunderbolt 3.

Тип C является новым решением и обещает быть всем для всех. Он меньше, быстрее и может получать и передавать гораздо большую мощность, чем предыдущие версии.

Apple потрясла мир, когда представила новый MacBook с единственным портом USB-C. Скорее всего, это станет началом тенденции.

Подробнее о USB-C можно прочесть в конце этой статьи.

Нюансы микро-USB

Те, у кого из вас есть телефон или планшет на платформе Android, определенно имеют и микро-USB-кабель. Даже самые непреклонные поклонники Apple не могут избежать их, поскольку это наиболее распространенный тип разъема, используемый для таких вещей, как внешние силовые блоки, динамики и т. д.

Обладатели множества гаджетов могут обнаружить, что со временем этих кабелей становится много, и, поскольку они обычно взаимозаменяемы, возможно, никогда не придется покупать их отдельно, если они не потеряются или не выйдут из строя все одновременно.

При покупке кабеля micro-USB может возникнуть соблазн выбрать самый дешевый вариант, но, как это часто бывает, это является плохой идеей. Провода и штекеры низкого качества могут легко сломаться и стать бесполезными. Поэтому лучше избавить себя от будущих проблем, приобретая качественный продукт у признанного производителя, даже если он стоит немного дороже.

Еще одна вещь, о которой стоит упомянуть, - это длина кабеля. Короткие отлично подходят для транспортировки, но из-за этого часто приходится сидеть на полу рядом с розеткой, пока телефон заряжается. И напротив, слишком длинный кабель может быть неудобным при переноске, будет запутываться и потенциально может стать причиной травмы.

0,9 м - хорошая длина для зарядного кабеля. Она позволяет держать телефон, когда он подключен к батарее в сумке или кармане, идеально подходит для игры в Pokemon Go или просто для использования телефона во время путешествия в течение длительного времени.

При частой подзарядке от посторонних USB-портов, чтобы соблюсти меры безопасности или когда устройство заряжается медленно, решить проблему может специальный кабель, предотвращающий передачу данных. Альтернативой является сетевой адаптер.

Проблему также может представлять факт, что разъемы большинства USB-кабелей (кроме USB-C) не взаимозаменяемы и часто требуют несколько попыток, чтобы произвести правильное подключение. Некоторые производители предпринимали попытку это исправить. Правда, не все устройства поддерживают такую возможность.

Что такое USB OTG?

Это стандарт, который позволяет портативным и мобильным устройствам выступать в качестве хостов.

Допустим, есть внешний накопитель, ноутбук и смартфон. Что нужно сделать, чтобы скопировать файлы с диска на телефон? Проще всего переместить их с внешнего накопителя на лэптоп, а с него - на смартфон. USB OTG позволяет подключить диск непосредственно к телефону, тем самым обойдя необходимость в посреднике.

И это еще не все! Существует множество других способов использования OTG. К смартфону можно подключить любое устройство USB, будь то флеш-накопитель, беспроводная мышь, клавиатура, наушники, кард-ридеры, игровые контроллеры и т. д.

Кабели USB

В подключенном к сети мире проводные соединения между различными электронными устройствами играют важную роль. Спрос на них настолько высок, что каждый год в мире выпускаются десятки миллионов USB-кабелей.

Технологии постоянно развиваются и совершенствуются, так же как и соответствующие им периферийные устройства. Та же тенденция обновления справедлива и для USB-разъемов, но с таким количеством версий и типов стандартов USB становится сложно отслеживать, какой USB лучше подходит для выполнения тех или иных функций. Для этого необходимо уяснить их базовые различия.

Типы USB

Различные версии USB, например 2.0 и 3.0, связаны с функциональностью и скоростью USB-кабеля, а их тип (например, A или B) в основном относится к физическому дизайну разъемов и портов.

Стандарт USB 1.1 (1998 г.) рассчитан на пропускную способность 12 Мбит/с, напряжение 2,5 В и ток 500 мА.

USB 2.0 (2000 г.) отличается пометкой на логотипе USB “HI-SPEED”. Обеспечивает скорость 480 Мбит/с при напряжении 2,5 В и токе 1,8 А.

Принятый в 2008 г. USB 3.0 поддерживает 5 Гбит/с при напряжении 5 В и токе 1,8 А.

USB 3.1, действующий с 2015 г., обеспечивает скорость 10 Гбит/с при напряжении 20 В и токе 5 А.

Последний стандарт обеспечивает более высокую пропускную способность и по большей части обратно совместим с более ранними версиями. Разъемы Standard-A идентичны Туре-А предыдущих версий, но обычно окрашены в синий цвет, чтобы их можно было различить. Они полностью обратно совместимы, но увеличенные скорости доступны только в том случае, если все компоненты совместимы с USB 3. Standard-B и micro-версии отличаются дополнительными контактами, позволяющими повысить пропускную способность, и несовместимы с предыдущими версиями. Более старые кабели и разъемы USB Type-B и микро-B могут использоваться с портами USB 3.0, однако скорость при этом не увеличится.

Технические характеристики разъема типа C

Это название появилось в заголовках технических журналов всего мира, когда компания Apple выпустила 12” Macbook. Это первый ноутбук, который включает в себя дизайн Type-C.

С физической точки зрения разъем похож на существующий вариант USB Micro-B. Его размеры - 8,4 х 2,6 мм. Благодаря небольшому форм-фактору он может легко вписаться даже в самые маленькие периферийные устройства, используемые сегодня. Одним из многих преимуществ Type-C по сравнению с другими существующими решениями является то, что он позволяет подключение в обратной ориентации, т. е. штекер будет всегда правильно вставлен с первой попытки! Разъем выполнен таким образом, чтобы не нужно было беспокоиться о том, что он перевернут.

Type-C поддерживает стандарт USB 3.1 и обеспечивает максимальную скорость 10 Гбит/с. Он также имеет значительно более высокую выходную мощность до 100 Вт при напряжении 20 В и токе 5 А. Поскольку ноутбуки обычно потребляют 40-70 Вт, то это означает, что тип C легко покрывает их требования к питанию. Другая функциональность, предлагаемая USB Type-C, - двунаправленная мощность. Говоря другими словами, можно не только заряжать свой смартфон через ноутбук, но и наоборот.

Type-C получил восторженные отзывы от пользователей по всему миру и появился в популярных смартфонах Chromebook Pixel и Nexus 6P, а также планшете Nokia N1.

Можно уверенно говорить о том, что в ближайшие годы все электронные устройства будут оборудоваться портами данного типа. Это сделает работу с ними легкой и удобной. Все, что понадобится, - это единственный кабель Type-C, что позволит в конечном итоге избавиться от запутанного клубка проводов в ящике стола.

Хотя спецификации были впервые опубликованы в 2014 г., технология по-настоящему была реализована только в 2016 г. Сегодня она стала реальной заменой не только старым стандартам USB, но и другим, таким как Thunderbolt и DisplayPort. Новое решение для аудио на базе Type-C также является потенциальной заменой 3,5-мм гнезда подключения гарнитуры. Тип C тесно переплетается с другими новыми стандартами: USB 3.1 обеспечивает большую пропускную способность и USB Power Delivery - лучшую подачу питания.

Форма разъема

USB Type-C представляет собой новый крошечный разъем, размеры которого едва соответствуют microUSB. Он поддерживает различные новые стандарты, такие как USB 3.1 и USB PD.

Привычным разъемом, с которым знакомы все, является Type-A. Даже после перехода с USB 1.0 к 2.0 и далее к современным устройствам он остался прежним. Разъем такой же массивный, как и раньше, и подключается только при правильной ориентации (что, очевидно, никогда не получается с первого раза). Но по мере того как устройства становились меньше и тоньше, массивные порты просто перестали подходить. Это привело к появлению множества других форм соединителей USB, таких как Mini и Micro.

Такой неудобный набор разъемов различной формы для устройств всевозможных размеров наконец уходит в прошлое. Тип C представляет собой новый стандарт очень маленького размера. Он составляет примерно треть от старого USB Type-A. Это единый стандарт, который должны использовать все устройства, поэтому для подключения к ноутбуку внешнего накопителя или зарядки смартфона от ЗУ потребуется только один кабель. Этот крошечный разъем достаточно мал, чтобы вписаться в сверхтонкий смартфон, но достаточно мощный, чтобы через него можно было подключить все периферийные устройства. Сам кабель имеет одинаковые разъемы типа C на обоих концах.

У Type-C есть множество преимуществ. Ориентация разъема не имеет значения, поэтому больше не придется переворачивать штекер несколько раз в поисках правильного положения. Это единая форма USB-коннектора, которую должны принять все, поэтому для различных устройств не нужно иметь большое количество разных USB-кабелей с разными штекерами. И не будет множества разных портов, занимающих дефицитное пространство на все более тонких гаджетах.

Более того, разъемы типа C также могут поддерживать различные протоколы, используя «альтернативные режимы», которые позволяют иметь адаптеры, способные выводить HDMI, VGA, DisplayPort или другие типы соединений с этого единственного подключения. Хорошим примером этого является мультипортовый адаптер Apple, который позволяет подключать HDMI, VGA, USB Type-A и Type-C. Таким образом, множество разъемов на обычных ноутбуках можно свести к портам одного типа.

Питание

Спецификация USB PD также тесно переплетается с Type-C. В настоящее время подключение USB 2.0 обеспечивает до 2,5 Вт мощности. Этого достаточно только для зарядки телефона или планшета. Спецификация, поддерживаемая стандартом USB-C, предусматривает подачу питания мощностью до 100 Вт. Такое подключение двунаправленное, поэтому устройство способно через него как заряжаться, так и заряжать. При этом одновременно может происходить передача данных. Порт позволяет зарядить даже ноутбук, для которого обычно требуется до 60 Вт.

В Apple MacBook и Chromebook Pixel компании Google разъем USB-C используется для зарядки, что позволяет отказаться наконец от всех фирменных кабелей питания. При этом появляется возможность заряжать ноутбуки от портативных батарей, которые обычно используются для подзарядки смартфонов и другой электроники. А если подключить лэптоп к внешнему дисплею, питаемому от сети, то при этом будет происходить зарядка его аккумулятора.

Однако следует помнить, что наличие разъема типа C не означает автоматической поддержки USB PD. Поэтому перед покупкой устройств и кабелей необходимо убедиться, что они совместимы с обоими стандартами.

Скорости передачи

USB 3.1 - новейший стандарт универсальной последовательной шины с теоретической пропускной способностью 10 Гбит/с, что вдвое больше скорости передачи данных Thunderbolt первого поколения и USB 3.0.

Но Туре-C - это не то же самое, что USB 3.1. Это всего лишь форма разъема, а технология в его основе может опираться и на стандарты 2.0 или 3.0. Например, планшет Nokia N1 использует разъем USB типа C версии 2.0. Однако эти технологии тесно связаны. При покупке просто нужно следить за деталями и убедиться, что приобретаемое устройство или кабель поддерживают стандарт USB 3.1.

Обратная совместимость

Физический разъем типа C в отличие от базового стандарта обратной совместимости не имеет. Нельзя подключить старые USB-устройства к современному крошечному Type-C-порту, и нельзя подключить штекер USB-C к более старому порту большего размера. Но это не значит, что придется избавиться от всей старой периферии. USB 3.1 по-прежнему совместим с предыдущими версиями, поэтому потребуется только физический переходник для USB-C. А к нему уже можно подключить старые устройства непосредственно.

В ближайшем будущем многие компьютеры будут иметь как USB-разъемы типа C, так и большие типа A, как это реализовано, например, в Chromebook Pixel. Таким образом пользователи смогут постепенно переходить со старых устройств, подключая новые к USB Type-C. Но даже если компьютер производится только с портами типа C, адаптеры и концентраторы восполнят этот пробел.

Type-С является достойным обновлением. Хотя данный порт уже появился в ноутбуках и некоторых смартфонах, только ими данная технология не ограничивается. Со временем им будут оборудованы устройства всех типов. В один прекрасный день стандарт может даже заменить разъем Lightning, используемый в iPhone и iPad. У порта Apple не так много преимуществ по сравнению с USB Type-С, кроме того, что эта технология запатентована и компания может взимать плату за лицензирование.