USB

Universal Serial Bus
Universal Serial Bus
Разработчик	Compaq; DEC; IBM; Intel; Microsoft; NEC; Nortel;
Первый выпуск	январь 1996; 28 лет назад
Веб-сайт	http://www.usb.org

Универсальная последовательная шина (USB) — это промышленный стандарт, который устанавливает спецификации для кабелей, разъемов и протоколов для подключения, связи и электропитания (сопряжения) между компьютерами, периферийными устройствами и другими компьютерами. Интерфейс поддерживает обмен данными, а также обеспечивает электропитание периферийного устройства. Сетевая архитектура позволяет подключать большое количество периферии даже к устройству с одним разъёмом USB.^[1]

Существует большое разнообразие аппаратных средств USB, включая 14 различных типов разъемов, из которых USB-C является самым последним и единственным, который в настоящее время не устарел.^[2]

Стандарты USB, впервые выпущенные в 1996 году, поддерживаются Форумом разработчиков USB (USB-IF). Существует четыре поколения USB: USB 1.x, USB 2.0, USB 3.x и USB 4.

USB был разработан для стандартизации подключения периферийных устройств к компьютерам и другим устройствам. Он заменил такие интерфейсы как PS/2, COM, LPT, DIN-коннектор и другие. Также это облегчило подключение таких устройств как портативный аудиоплеер, сотовый телефон, фото и видеокамер.

История

Группа из 7 компаний начала разработку USB в 1995 году: Compaq, NEC, DEC, Intel, Microsoft , Nortel и IBM. Основная цель заключалась в том, чтобы значительно упростить подключение внешних устройств к ПК путем замены множества разъемов на задней панели компьютера для решения проблем с удобством использования и упрощения настройки программного обеспечения всех устройств подключенных к USB. Первые интегральные схемы, поддерживающие USB, были выпущены компанией Intel в 1995 году.

USB 1.0 и 1.1

В январе 1996 года был выпущен интерфейс USB 1.0, который определял скорость передачи данных 1,5 Мбит/с (режим с низкой пропускной способностью) и 12 Мбит / с (режим с высокой пропускной способностью). Однако, это не позволяло использовать удлинительные кабели из-за ограничений по времени и максимальной мощности. Небольшое количество USB-устройств появилось на рынке до того, как в августе 1998 года был выпущен USB 1.1. На данный момент это самая первая версия USB 1.1, которая получила широкое распространение.^[3]

USB 2.0

USB 2.0 был выпущен в апреле 2000 года и добавил более высокую максимальную скорость передачи данных, названную High Speed или High Bandwidth, к скорости передачи данных USB 1.x Full Speed 12 Мбит/с (максимальная теоретическая пропускная способность 1,2 Мбайт/с). Изменения в спецификацию USB были внесены посредством уведомлений о технических изменениях (ECNS). Самые важные из этих ECN включены во все спецификации USB 2.0, которые доступны на USB.org. Для клавиатуры, джойстиков и мыши был регламентирован режим Low-Speed, который работал на скорости 10-1500 Кбит / с. Для аудио-, видеоустройства режим Full-Speed. И наконец, для устройств хранения информации режим High-Speed (25-480 Мбит / с)^[4].

USB 3.x

Спецификация USB 3.0 была выпущена 12 ноября 2008 года. Над созданием новой спецификации трудились компании Texas Instruments, NEC, Intel, Microsoft, NXP Semiconductors и Hewlett-Packard.

USB 3.0 добавляет режим сверхскоростной передачи данных с соответствующими обратно совместимыми штекерами, розетками и кабелями. Вилки и розетки SuperSpeed обозначаются четким логотипом и синими вставками в розетках стандартного формата. Максимальная скорость повышена до 5 Гбит/с и это намного больше скорости USB 2.0. При скорости передачи сигнала 5 Гбит/с с кодированием 8b / 10b для передачи каждого байта требуется 10 бит, поэтому исходная пропускная способность составляет 500 Мбит/с. С учетом управления потоком, формирования пакетов и накладных расходов на протокол вполне реально передавать приложению 400 Мбит/с (3,2 Гбит/с) или более.^[5]

USB 3.1, выпущенный летом 2013 года, имеет два варианта. Одна из версий сохраняет в режиме передачи данных SuperSpeed USB 3.0, а вторая версия вводит новый режим передачи данных SuperSpeed + под названием USB 3.1 Gen 2. SuperSpeed + увеличивает максимальную скорость передачи данных до 10 Гбит / с^[6], одновременно уменьшая накладные расходы на кодирование строк.

USB4

Логотип USB4

Спецификация USB4 была выпущена 29 августа 2019 года Форумом разработчиков USB.^[7]

USB4 построен на протоколе Thunderbolt 3. Он поддерживает пропускную способность 40 Гбит/с, совместим с Thunderbolt 3 и обратно совместим с USB 3.2 и USB 2.0. Архитектура определяет метод динамического совместного использования одного высокоскоростного канала связи с несколькими типами конечных устройств, который наилучшим образом обеспечивает передачу данных по типу и приложению.

Plug & Play

Подготовленные разработчиками спецификации USB уделили особое внимание вопросу автоматического определения функциональности USB устройств, чтобы избавить пользователей от рутинных действий при подключении к устройствам. Plug & play — это технология, предназначенная для быстрого определения и конфигурирования устройств в компьютере и других технических устройствах. Это технология, позволяющая устанавливать новые устройства на компьютер (или на другие технические устройства) в автоматическом режиме. А вот слова Plug and Play можно перевести как «подключил и работай». Этот способ полностью освобождает пользователя от поиска и установки драйверов на новое устройство. Технологией «Plug and Play» могут быть оснащены такие устройства, как принтер, видеокарта, монитор, флешка и т. п.

Виды форм-факторов USB

USB тип А

Стандартный форм-фактор USB. Эта прямоугольная форма сохранялось почти во всех поколениях USB. Но, начиная с USB 3.1, устарел. На его смену пришел USB Type-C.

USB тип B

Используется в таких устройствах как: сканер, принтер, факс

USB mini-A

Используется для портативных устройств: смартфоны, плееры, фотокамеры. В 2008 году заменен стандартом Micro USB-A.

USB micro-A

В основном используется для зарядки и подключения смартфонов, на его смену пришел USB Micro-B.

USB mini-B

Более популярный стандарт, использовался для портативной техники и камер, для зарядки устройств.

USB Micro-B

Наиболее популярный стандарт «Micro USB». До выпуска USB Type-C был очень распространен в смартфонах и зарядных устройствах.

USB Type-C

Самый новый разъем. Его уникальность в том, что его можно подключать в любом положении. Другие разъемы требовали строгой ориентации.

Версии

Название	Дата релиза	Максимальная скорость передачи	Примечание
USB 1.0	15 января 1996	Low Speed (1.5 Мбит/с) Full Speed (12 Мбит/с)
USB 1.1	август 1998	Low Speed (1.5 Мбит/с) Full Speed (12 Мбит/с)
USB 2.0	апрель 2000	High Speed (480 Mbit/s)
USB 3.0	ноябрь 2008	SuperSpeed USB (5 Гбит/с)	Также упоминается как USB 3.1 Gen 1 и USB 3.2 Gen 1 × 1
USB 3.1	июль 2013	SuperSpeed+ USB (10 Гбит/с)	Включает новый USB 3.1 Gen 2, также названный USB 3.2 Gen 2 × 1 в более поздних спецификациях. Последняя версия для поддержки разъема типа А.
USB 3.2	август 2017	SuperSpeed+ USB dual-lane (20 Гбит/с)	Включает новые USB 3.2 Gen 1 × 2 and Gen 2 × 2 режимы с несколькими каналами. Требуется разъем типа C.
USB4	август 2019	40 Gbit/s (2-lane)	Включает новые режимы USB4 Gen 2 × 2 (кодировка 64b /66b) и Gen 3 × 2 (кодировка 128b /132b) и вводит маршрутизацию USB4 для туннелирования трафика USB 3.x, DisplayPort 1.4a и PCI Express и передачи данных от хоста к хосту на основе протокола Thunderbolt 3.
USB4 2.0	сентябрь 2022	120 Гбит/с	Включает новые режимы 80 и 120 Гбит/с через разъем Type C.

Примечания

↑ Как USB стал самым массовым интерфейсом и почему его универсальность теперь путает пользователей: изучаем историю и разбираемся с будущим (неопр.). IXBT.com.
↑ Вячеслав Питель. Все о Type-C, какой бывает, зачем он нужен, а также эволюция USB 1.0 до USB 3.2 (неопр.) (18.02.2019 г.).
↑ USB-порты. Характеристики стандарта (неопр.). ИБИК.
↑ Краткое о разъёме USB 2.0 и его статусе в современности (неопр.) (27 ноября 2018 г.).
↑ USB: СТАНДАРТЫ, ПОРТЫ И СКОРОСТИ (неопр.). Первая кабельная компания.
↑ Чем отличаются порты: USB 2.0, USB 3.0/3.1/3.2 (Gen 1, Gen 2, Gen 2x2), USB4, USB Type C (неопр.). ocomp.info (20.08.2022 г.).
↑ USB 4: что это такое и почему «четвёрка» лучше всех предыдущих стандартов (неопр.). Habr (03.11.2022 г.).

[1] Как USB стал самым массовым интерфейсом и почему его универсальность теперь путает пользователей: изучаем историю и разбираемся с будущим (неопр.). IXBT.com.

[2] Вячеслав Питель. Все о Type-C, какой бывает, зачем он нужен, а также эволюция USB 1.0 до USB 3.2 (неопр.) (18.02.2019 г.).

[3] USB-порты. Характеристики стандарта (неопр.). ИБИК.

[4] Краткое о разъёме USB 2.0 и его статусе в современности (неопр.) (27 ноября 2018 г.).

[5] USB: СТАНДАРТЫ, ПОРТЫ И СКОРОСТИ (неопр.). Первая кабельная компания.

[6] Чем отличаются порты: USB 2.0, USB 3.0/3.1/3.2 (Gen 1, Gen 2, Gen 2x2), USB4, USB Type C (неопр.). ocomp.info (20.08.2022 г.).

[7] USB 4: что это такое и почему «четвёрка» лучше всех предыдущих стандартов (неопр.). Habr (03.11.2022 г.).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]