• Mini-B Connector ECN: повідомлення випущено у жовтні 2000 року
• Errata, починаючи з грудня 2000: повідомлення випущено у грудні 2000 року
• Pull-up/Pull-down Resistors ECN
• Errata, починаючи з травня 2002: повідомлення випущено у травні 2002 року
• Interface Associations ECN: повідомлення випущено у травні 2003 року
  • Додано нові стандарти, що дозволяють асоціювати безліч інтерфейсів з однією функцією пристрою.
• Rounded Chamfer ECN: повідомлення випущено у жовтні 2003 року
• Unicode ECN: повідомлення випущено у лютому 2005 року
  • ECN специфікує, що рядки закодовані з використанням UTF-16LE .
• Inter-Chip USB Supplement: повідомлення випущено у березні 2006 року
• On-The-Go Supplement 1.3: повідомлення випущено у грудні 2006 року
  • USB On-The-Go уможливлює зв'язок двох USB-пристроїв один з одним без окремого USB-хоста. На практиці один із пристроїв відіграє роль хоста для іншого.

USB OTG

USB 3.0

USB 3.0 знаходиться на фінальних стадіях розробки. Створенням USB 3.0 займаються компанії Microsoft, Texas Instruments, NXP Semiconductors. У специфікації USB 3.0 роз'єми та кабелі оновленого стандарту будуть фізично та функціонально сумісні з USB 2.0. Кабель USB 2.0 містить чотири лінії - пару для прийому/передачі даних, одну - для живлення і ще одну - для заземлення. На додаток до них USB 3.0 додає п'ять нових ліній (в результаті чого кабель став набагато товстішим), проте нові контакти розташовані паралельно до старих на іншому контактному ряду. Тепер можна буде легко визначити належність кабелю до тієї чи іншої версії стандарту, просто глянувши на його роз'єм. Специфікація USB 3.0 підвищує максимальну швидкість передачі інформації до 4,8 Гбіт/с - що набагато більше 480 Мбіт/с, які може забезпечити USB 2.0. USB 3.0 може похвалитися не тільки вищою швидкістю передачі інформації, але й збільшеною силою струму з 500 до 900 мА. Відтепер користувач зможе не тільки підживлювати від одного хаба набагато більшу кількість пристроїв, але і саме апаратне забезпечення, яке раніше поставлялося з окремими блоками живлення, позбавиться їх.

Тут GND – ланцюг «корпусу» для живлення периферійних пристроїв, VBus – +5 В, так само для ланцюгів живлення. Дані передаються по проводах D+ і D− диференціально (стану 0 і 1 (у термінології офіційної документації diff0 та diff1 відповідно) визначаються за різницею потенціалів між лініями більше 0,2 В та за умови, що на одній із ліній (D− у разі diff0 і D+ при diff1) потенціал щодо GND вище 2,8 В. Диференціальний спосіб передачі є основним, але не єдиним (наприклад, при ініціалізації пристрій повідомляє хосту про режим, що підтримується пристроєм (Full-Speed ​​або Low-Speed), підтягуванням однієї з ліній даних до V_BUS через резистор 1.5 кОм (D− для режиму Low-Speed ​​та D+ для режиму Full-Speed, пристрої, що працюють у режимі Hi-Speed, поводяться на цій стадії як пристрої в режимі Full-Speed). дроту присутня волокниста обмотка для захисту від фізичних ушкоджень.

Конектор USB 3.0 тип B

Конектор USB 3.0 тип А

Кабелі та роз'єми USB 3.0

Недоліки USB

Хоча пікова пропускна спроможність USB 2.0 становить 480 Мбіт/с (60 Мбайт/с), практично забезпечити пропускну спроможність, близьку до пікової, не вдається. Це пояснюється досить великими затримками USB шини між запитом на передачу даних і власне початком передачі. Наприклад, шина FireWire хоча і має меншу пікову пропускну здатність 400 Мбіт/с, що на 80 Мбіт/с менше, ніж у USB 2.0, в реальності дозволяє забезпечити більшу пропускну здатність для обміну даними з жорсткими дисками та іншими пристроями зберігання інформації.

USB та FireWire/1394

Протокол USB storage, що є методом передачі команд

Крім того, USB storage не підтримувався в старих ОС (початкова Windows 98) і вимагав установки драйвера. SBP-2 підтримувався й у них. Також у старих ОС (Windows 2000) протокол USB storage був реалізований у урізаному вигляді, що не дозволяє використовувати функцію пропалювання CD/DVD дисків на підключеному USB дисководі, SBP-2 ніколи не мав таких обмежень.

Шина USB строго орієнтована, тому з'єднання двох комп'ютерів або двох периферійних пристроїв вимагає додаткового обладнання. Деякі виробники підтримують з'єднання принтера та сканера, або фотоапарата та принтера, але ці реалізації сильно зав'язані на конкретного виробника і не стандартизовані. Шина 1394/FireWire не схильна до цього недоліку (можна з'єднати 2 відеокамери).

Тим не менш, через ліцензійну політику Apple, а також набагато вищу складність обладнання, 1394 менш поширений, материнські плати старих комп'ютерів не мають 1394 контролера. Що стосується периферії, то підтримка 1394 зазвичай не зустрічається ні в чому, крім відеокамер і корпусів зовнішніх жорстких дисків і CD/DVD приводів.

Див. також

• FireWire
• TransferJet

Джерела

Посилання

• USB News (нім.)

Історія появи та розвитку стандартів Universal Serial Bus (USB)

    До появи першої реалізації шини USB стандартна комплектація персонального комп'ютера включала 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 і функціональність зовнішніх пристроїв постійно вдосконалювалися, що врешті-решт 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, на зразок аналогового модему 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 отримала бурхливого розвитку та не вирішувала завдання підвищення реальної швидкості передачі 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 версіях реалізації 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. Крім підвищеної швидкості передачі даних шина USB характеризується ще й силою струму в ланцюгу живлення, що збільшилася, в порівнянні з попередніми стандартами. 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 Apple розробила 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 використанні USB з 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 цей тип пристроїв. 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 переведення у вихідний стан та 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 у роз'ємі USB 2.0, і, отже, при з'єднанні роз'ємів різних версій "зайві" контакти не будуть задіяні, забезпечуючи нормальну роботу з'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

Type-C - штекер та гніздо

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
Неекранована диференціальна пара може використовуватися для реалізації USB Low Speed ​​(1.0), Full Speed ​​(1.0), High Speed ​​(2.0) - до 480 Мбіт/с У кабелі реалізована лише одна з диференціальних пар не-SuperSpeed. Цей контакт не використовується у штекері.

Призначення провідників у кабелі USB 3.1 Type-C

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

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'ютерів і ноутбуків, оскільки його пікова чиста пропускна здатність становить від 30 до 35 Мбайт/с. Але у сучасних 3,5 "жорстких дисків для настільних ПК швидкість передачі вже перевищила 100 Мбайт/с (з'являються і 2,5" моделі для ноутбуків, що наближаються до цього рівня). 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 диски наблизяться до рівня 600 Мбайт/с, але наступні покоління твердотільних накопичувачів можуть перевищити це число вже через 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".

USB (Universal Serial Bus- "Універсальна послідовна шина") - послідовний інтерфейс передачі даних для середньошвидкісних та низькошвидкісних периферійних пристроїв.Для підключення використовується 4-х провідний кабель, при цьому два дроти використовуються для прийому та передачі даних, а 2 дроти - для живлення периферійного пристрою. Завдяки вбудованим лініям живлення USB дозволяє підключати периферійні пристрої без джерела живлення.

Основні відомості

Кабель USBскладається з 4 мідних провідників - 2 провідники живлення і 2 провідники даних у кручений парі, і заземленого обплетення (екрана).

Кабелі USBмають фізично різні наконечники «до пристрою» та «до хоста». Можлива реалізація USB пристрою без кабелю з вбудованим в корпус наконечником «до хоста». Можливе і нероз'ємне вбудовування кабелю у пристрій(наприклад, USB-клавіатура, Web-камера, USB-миша)хоча стандарт забороняє це для пристроїв full і high speed.

Шина USBсуворо орієнтована, тобто має поняття «головний пристрій» (хост, він USB контролер, зазвичай вбудований в мікросхему південного мосту на материнській платі) і «периферійні пристрої».

Пристрої можуть отримувати живлення +5 від шини, але можуть і вимагати зовнішнє джерело живлення. Підтримується і черговий режим для пристроїв та розгалужувачів за командою з шини зі зняттям основного живлення за збереження чергового живлення та включенням по команді з шини.

USB підтримує«гаряче» підключення та відключення пристроїв. Це можливо завдяки збільшенню довжини провідника заземлюючого контакту по відношенню до сигнальних. При підключенні роз'єму USBпершими замикаються заземлюючі контакти, потенціали корпусів двох пристроїв стають рівними і подальше з'єднання сигнальних провідників не призводить до перенапруг, навіть якщо пристрої живляться від різних фаз силової трифазної мережі.

На логічному рівні пристрій USB підтримує транзакції прийому та передачі даних. Кожен пакет кожної транзакції містить у собі номер кінцевої точки (endpoint)на пристрої. При підключенні пристрою драйвери в ядрі ОС читають із пристрою список кінцевих точок та створюють керуючі структури даних для спілкування з кожною кінцевою точкою пристрою. Сукупність кінцевої точки та структур даних у ядрі ОС називається каналом (pipe).

Кінцеві точки, а значить, і канали, що належать до одного з 4 класів:

1) потоковий (bulk),

2) керуючий (control),

3) ізохронний (isoch),

4) переривання (interrupt).

Низькошвидкісні пристрої, такі як миша, не можуть мати ізохронні та потокові канали.

Керуючий каналпризначений для обміну з пристроєм короткими пакетами запитання-відповідь. Будь-який пристрій має керуючий канал 0, який дозволяє програмному забезпеченню ОС прочитати коротку інформацію про пристрій, у тому числі коди виробника та моделі, що використовуються для вибору драйвера, та список інших кінцевих точок.

Канал перериваннядозволяє доставляти короткі пакети і в тому, і в іншому напрямку, без отримання на них відповіді/підтвердження, але з гарантією часу доставки пакет буде доставлений не пізніше, ніж через мілісекунд. Наприклад, використовується у пристрої введення (клавіатури, миші або джойстики).

Ізохронний каналдозволяє доставляти пакети без гарантії доставки і без відповідей/підтверджень, але з гарантованою швидкістю доставки N пакетів на один період шини (1 КГц у low і full speed, 8 КГц у high speed). Використовується для передачі аудіо та відеоінформації.

Поточний каналдає гарантію доставки кожного пакета, підтримує автоматичне призупинення передачі даних за небажанням пристрою (переповнення або спустошення буфера), але не дає гарантій швидкості та затримки доставки. Використовується, наприклад, у принтерах та сканерах.

Час шиниділиться на періоди, на початку періоду контролер передає всій шині пакет «початок періоду». Далі протягом періоду передаються пакети переривань, потім ізохронні в необхідній кількості, в час, що залишився, в періоді передаються керуючі пакети і в останню чергу потокові.

Активною стороною шинизавжди є контролер, передача пакета даних від пристрою до контролера реалізована як коротке питання контролера і довгий, що містить дані, відповідь пристрою. Розклад руху пакетів для кожного періоду шини створюється спільним зусиллям апаратури контролера та програмного забезпечення драйвера, для цього багато контролерів використовують Прямий доступ до пам'яті DMA (Direct Memory Access) - режим обміну даними між пристроями або між пристроєм і основною пам'яттю, без участі Центрального процесора(ЦП). В результаті швидкість передачі збільшується, так як дані не пересилаються ЦП і назад.

Розмір пакета для кінцевої точки є вшита до таблиці кінцевих точок пристрою константа, зміні не підлягає. Він вибирається розробником пристрою з тих, що підтримуються стандартом USB.

Технічні характеристики

Можливості 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 USB шини між запитом на передачу даних і власне початком передачі. Наприклад, шина FireWire , хоча і має меншу пікову пропускну здатність 400 Мбіт/с, що на 80 Мбіт/с (10 Мбайт/с) менше, ніж у USB 2.0, в реальності дозволяє забезпечити більшу пропускну здатність для обміну даними з жорсткими дисками і іншими пристроями для зберігання інформації. У зв'язку з цим різноманітні мобільні накопичувачі вже давно "впираються" в недостатню практичну пропускну здатність USB 2.0.

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 пропускну здатність 400 Мбіт/с, що на 80 Мбіт/с (10 Мбайт/с) менше, ніж у USB 2.0, в реальності 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.

Гальмує