Не е ли USB просто универсален стандарт за свързване на устройства? Е, не съвсем.
Универсалната серийна шина (USB) е индустриален стандарт, разработен в средата на 1990-те години, използвайки комуникационни протоколи в шина за връзка. Той е проектиран да стандартизира свързването на компютърни периферни устройства (включително клавиатури и принтери) към персонални компютри, както за комуникация, така и за захранване с електричество.
Но как го прави това? И защо ни трябва? Нека да разгледаме технологията и да разберем.
Разбиране на значението на универсалната серийна шина (USB)
Стандартизираната връзка за устройства
USB е стандартизирана връзка, която позволява на устройствата да се свързват с компютър или други устройства. Предназначен е да подобри свързаността на широк набор от устройства и да им позволи да комуникират помежду си. USB се използва широко в индустрията и е предпочитаният метод за свързване на устройства към персонални компютри.
Създаване на протоколи за USB устройства
USB установява протоколи за комуникация на устройства помежду си. Тя позволява на устройствата да изискват и получават данни в големи количества. Например клавиатурата може да изпрати заявка до компютъра да въведе буква и компютърът ще изпрати буквата обратно на клавиатурата, за да я покаже.
Свързване на набор от устройства
USB може да свързва широк набор от устройства, включително медийни устройства като твърди дискове и флаш устройства. Той също така е предназначен да позволи спонтанното конфигуриране на устройствата. Това означава, че когато дадено устройство е свързано, компютърът може автоматично да го открие и конфигурира, без да е необходимо рестартиране.
Физическата структура на USB
USB се състои от плосък, правоъгълен конектор който се вмъква в порт на компютър или хъб. Има различни видове USB съединители, включително квадратни и наклонени външни съединители. Конекторът нагоре по веригата обикновено може да се сваля и се използва кабел за свързването му към компютъра или концентратора.
USB напрежение и максимална честотна лента
Най-новото поколение USB поддържа максимално напрежение от 5 волта и максимална честотна лента от 10 Gbps. Структурата на USB включва следните интерфейси:
- Драйвер на хост контролер (HCD)
- Интерфейс на драйвера на хост контролера (HCDI)
- USB Device
- USB хъб
Управление на честотната лента и посрещане на изискванията на клиентите
USB протоколът управлява взаимното свързване между устройствата и управлява честотната лента, за да гарантира, че данните се предават възможно най-бързо. Наличната честотна лента зависи от техническите спецификации на USB устройството. USB софтуерът управлява и контролира потока от данни и осъществява комуникацията между скритите части на USB.
Улесняване на трансфера на данни с USB тръби
USB се състои от тръби, които улесняват прехвърлянето на данни между устройства. Каналът е логически канал, който се използва за прехвърляне на данни между софтуер и хардуер. USB тръбите се използват за прехвърляне на данни между устройства и софтуер.
Еволюцията на USB: от основно свързване до глобален стандарт
Ранните дни на USB
USB устройствата първоначално са разработени като начин за настройка на компютър с множество периферни устройства. В ранните дни имаше две основни разновидности на USB: паралелен и сериен. Разработването на USB започва през 1994 г. с цел основно да улесни свързването на компютри към множество устройства.
Проблемите с адресирането и използваемостта, които измъчваха паралелните и серийните връзки, бяха опростени с USB, тъй като позволяваше софтуерна конфигурация на свързани устройства, позволявайки по-голяма функционалност за включване и пускане. Аджай Бхат и неговият екип работиха върху интегралните схеми, поддържащи USB, които бяха произведени от Intel. Първите USB интерфейси бяха продадени в световен мащаб през януари 1996 г.
USB 1.0 и 1.1
Най-ранната версия на USB беше широко възприета и доведе до това, че Microsoft определи USB като стандартен метод за свързване за компютри. Спецификациите USB 1.0 и 1.1 позволяват връзки с ниска честотна лента с максимална скорост на трансфер от 12 Mbps. Това беше значително подобрение спрямо паралелните и серийните връзки.
През август 1998 г. се появяват първите USB 1.1 устройства, отговарящи на новия стандарт. Дизайнът обаче беше възпрепятстван от третирането на периферните устройства като свързани към гнездото за връзка, което беше известно като конектор „А“. Това доведе до разработването на конектора „B“, който позволи по-гъвкава връзка с периферни устройства.
USB 2.0
През април 2000 г. беше въведен USB 2.0, добавящ поддръжка за връзки с по-голяма честотна лента с максимална скорост на трансфер от 480 Mbps. Това доведе до разработването на по-малки дизайни, като миниатюрни конектори и USB флаш устройства. По-малките дизайни позволяват по-голяма преносимост и удобство.
USB 3.0 и по-нататък
USB 3.0 беше представен през ноември 2008 г. с максимална скорост на трансфер от 5 Gbps. Това беше значително подобрение спрямо USB 2.0 и позволи по-бързи скорости на трансфер на данни. По-късно бяха представени USB 3.1 и USB 3.2 с още по-високи скорости на трансфер.
През годините са правени модификации на проектирането на USB, като в пакета са включени известия за промени и важни известия за инженерни промени (ECN). USB кабелите също се развиха с въвеждането на междучипови кабели, които правят възможно комуникацията между устройства, без да се изисква отделна USB връзка.
USB също така добави поддръжка за специални зарядни устройства, които позволяват по-бързо зареждане на устройства. USB се превърна в световен стандарт с милиарди устройства, продадени по целия свят. Той революционизира начина, по който се свързваме и комуникираме с нашите устройства, и продължава да се развива, за да отговори на нуждите на съвременния свят.
Типове USB конектори
Въведение
USB конекторите са съществена част от USB системата, осигурявайки средство за свързване на USB устройства към компютър или друго устройство. Има няколко различни типа USB конектори, всеки със своя специфична конфигурация и обозначение.
Типове USB щепсел и конектор
USB щепселът е мъжкият конектор, който обикновено се намира на USB кабели, докато USB конекторът е женският конектор, който се намира на USB устройства. Има няколко различни типа USB конектори и конектори, включително:
- Тип A: Това е най-разпространеният тип USB щепсел, който обикновено се намира на USB устройства като клавиатури, памети и AVR устройства. Той е завършен от другия край с конектор тип А, който се включва в USB порт на компютър или друго устройство.
- Тип B: Този тип USB щепсел обикновено се намира на USB устройства, които изискват повече енергия, отколкото може да осигури конектор тип A, като принтери и скенери. Той е завършен от другия край с конектор тип B, който се включва в USB порт на компютър или друго устройство.
- Mini-USB: Този тип USB щепсел е по-малка версия на щепсел тип B и обикновено се намира на цифрови фотоапарати и други малки устройства. Той е завършен от другия край с конектор тип A или тип B, който се включва в USB порт на компютър или друго устройство.
- Micro-USB: Този тип USB щепсел е дори по-малък от Mini-USB щекера и обикновено се намира на по-нови устройства като смартфони и таблети. Той е завършен от другия край с конектор тип A или тип B, който се включва в USB порт на компютър или друго устройство.
- USB Type-C: Това е най-новият тип USB щепсел и става все по-разпространен. Това е ротационно симетричен щепсел, който може да се постави по всякакъв начин, което го прави по-лесен за използване. Той също така разполага с много щифтове и екранировка, което го прави по-здрав и способен да работи в тежки условия. Той е завършен от другия край с конектор тип A или тип B, който се включва в USB порт на компютър или друго устройство.
Характеристики на USB конектора
USB съединителите имат няколко функции, които са предназначени да ги направят по-лесни за използване и по-надеждни. Те включват:
- Поляризация: USB конекторите и конекторите са номинално поставени в определена ориентация, за да се избегне объркване и да се гарантира, че правилните линии са свързани.
- Формован релеф: USB кабелите често са формовани с пластмасово формоване, което осигурява облекчение и потенциално добавя към здравината на кабела.
- Метална обвивка: USB конекторите често имат метална обвивка, която осигурява екраниране и помага да се запази веригата непокътната.
- Син цвят: USB 3.0 конекторите често са оцветени в синьо, за да обозначат техните по-високи скорости на трансфер и съвместимост с USB 2.0 устройства.
Разбиране на скоростите на USB трансфер
USB поколения и скорости
USB е претърпял множество итерации, откакто се появи за първи път, и всяка версия има своя собствена скорост на трансфер. Основните USB портове на съвременните лаптопи и устройства са USB 2.0, USB 3.0 и USB 3.1. Ето скоростите на трансфер за всяко поколение:
- USB 1.0: 1.5 мегабита в секунда (Mbps)
- USB 1.1: 12 Mbps
- USB 2.0: 480 Mbps
- USB 3.0: 5 гигабита в секунда (Gbps)
- USB 3.1 Gen 1: 5 Gbps (известен преди като USB 3.0)
- USB 3.1 Gen 2: 10 Gbps
Важно е да се отбележи, че скоростите на трансфер са ограничени от най-бавното устройство, свързано към USB порта. Така че, ако имате USB 3.0 устройство, свързано към USB 2.0 порт, скоростта на трансфер ще бъде ограничена до 480 Mbps.
USB кабели и скорости на трансфер
Типът USB кабел, който използвате, също може да повлияе на скоростите на трансфер. USB кабелите се определят от способността им да предават данни и мощност. Ето често срещаните USB кабели и техните дефинирани скорости на трансфер:
- USB 1.0/1.1 кабели: Могат да предават данни със скорост до 12 Mbps
- USB 2.0 кабели: Могат да предават данни със скорост до 480 Mbps
- USB 3.x кабели: Могат да предават данни със скорост до 10 Gbps
USB Superspeed и Superspeed+
USB 3.0 беше първата версия, която въведе „суперскоростни“ скорости на трансфер от 5 Gbps. По-късните версии на USB 3.0, известни като USB 3.1 Gen 2, въвеждат скорости на трансфер „Superspeed+“ от 10 Gbps. Това означава, че USB 3.1 Gen 2 удвоява скоростта на трансфер на USB 3.1 Gen 1.
USB 3.2, представен от USB Implementers Forum през септември 2017 г., идентифицира две скорости на трансфер:
- USB 3.2 Gen 1: 5 Gbps (по-рано известен като USB 3.0 и USB 3.1 Gen 1)
- USB 3.2 Gen 2: 10 Gbps (известен преди като USB 3.1 Gen 2)
USB захранване (PD) и скорости на зареждане
USB също има спецификация, наречена USB Power Delivery (PD), която позволява по-бързи скорости на зареждане и пренос на енергия. USB PD може да достави до 100 вата мощност, което е повече от достатъчно за зареждане на лаптоп. USB PD преобладава в по-новите лаптопи и устройства и можете да го идентифицирате, като потърсите логото на USB PD.
Идентифициране на скоростта на USB трансфер
Познаването на различните скорости на USB трансфер може да ви помогне да идентифицирате и диагностицирате потенциални проблеми с вашите устройства. Ето няколко начина за идентифициране на скоростта на USB трансфер:
- Потърсете USB логото на вашето устройство или кабел. Логото ще показва USB поколението и скоростта.
- Проверете спецификациите на вашето устройство. Спецификациите трябва да посочват USB версията и скоростта на трансфер.
- Прекарайте известно време в преместване на файлове между устройства. Това ще ви даде представа за скоростта на трансфер, която можете да очаквате.
Разбирането на скоростта на USB трансфер може да бъде сложно, но е важно да бъдете разбираеми, ако сте заседнали в назоваването на максималните стойности на вашите устройства. Като се възползвате от най-новите USB технологии, можете да постигнете по-високи скорости на трансфер и да постигнете по-висока ефективност.
Захранване
USB захранване (PD)
USB Power Delivery (PD) е технология за заявка и доставка, базирана на определени USB съединители и кабели, която осигурява по-висока производителност и възможности за зареждане. PD е стандарт, който позволява до 100 W захранване, което е достатъчно за зареждане на лаптоп. PD се поддържа от определени устройства с Android и лаптопи, както и от някои марки USB зарядни устройства.
USB зареждане
USB зареждането е функция, която позволява USB устройствата да се зареждат през USB порт. USB зареждането се поддържа от повечето USB устройства, включително смартфони, таблети и камери. USB зареждането може да се извърши чрез USB кабел, свързан със зарядно устройство или компютър.
USB инструменти и тестови лаборатории
USB инструментите и тестовите лаборатории са ресурси, които разработчиците могат да използват, за да тестват своите USB продукти за съответствие с USB спецификацията. USB-IF предоставя библиотека с документи, търсене на продукти и информация за контакт за тестване на съответствие с USB.
Собствено USB зареждане
Собственото USB зареждане е вариант на USB зареждане, разработен от определени компании, като Berg Electronics, дъщерно дружество на NCR, и Microsoft. Този метод на зареждане използва патентован конектор и протокол за зареждане, които не са одобрени от USB-IF.
USB лицензиране и патенти
USB-IF притежава патенти, свързани с USB технологията, и начислява лицензионна такса на производителите, които искат да използват USB логото и ID на доставчика. USB-IF също лицензира стандарта PoweredUSB, който е патентован стандарт за зареждане и пренос на данни, разработен от USB-IF. Изисква се USB тест за съответствие за PoweredUSB продукти.
USB съответствие и съобщения за пресата
Изисква се USB тест за съответствие за всички USB продукти, включително тези, които използват собствени методи за зареждане. USB-IF издава прессъобщения и предоставя ресурси за членовете и изпълнителите на USB спецификацията. USB-IF също така предоставя лого и ID на доставчика за съвместими USB продукти.
Разбиране на съвместимостта на USB версията
Защо съвместимостта на USB версията е важна?
Когато се опитвате да използвате USB устройства, важно е да имате предвид съвместимостта на USB версията на устройството и порта, към който ще бъде включено. Ако USB версията на устройството и портът не са съвместими, устройството може да не работи или да работи с по-ниска скорост от желаната. Това означава, че устройството няма да може да работи с пълния си потенциал.
Какви са различните USB версии?
USB версиите включват USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0, USB 3.1 и USB 3.2. USB версията се определя от скоростите на трансфер, изходната мощност и физическите конектори.
Кой е най-големият проблем със съвместимостта на USB версията?
Най-големият проблем със съвместимостта на USB версията е, че USB конекторите са се променили с течение на времето, макар и по основателни причини. Това означава, че дори ако компютър или хост устройство поддържа определена USB версия, физическият порт може да не е правилният тип, за да пасне на щепсела на устройството.
Как можете да се уверите, че вашите USB устройства са съвместими?
За да сте сигурни, че вашите USB устройства са съвместими, трябва да имате предвид следните променливи:
- USB версия на устройството и порта
- Тип USB конектор (Тип-A, Тип-B, Тип-C и др.)
- Скорости на USB трансфер
- Изходна мощност на USB порта
- Желани възможности на USB устройството
- Най-висока способност на USB порта
- Тип USB устройство (флаш устройство, твърд диск, зареждащо устройство и др.)
Можете да използвате диаграма за съвместимост, за да разберете кои USB версии и конектори са съвместими един с друг.
Какво означава съвместимостта на USB версията за скоростта на трансфер?
Съвместимостта на USB версия означава, че скоростта на трансфер на устройството ще бъде ограничена до най-ниската USB версия на двата компонента. Например, ако USB 3.0 устройство е включено в USB 2.0 порт, скоростта на трансфер ще бъде ограничена до скоростта на трансфер на USB 2.0.
USB устройства
Въведение в USB устройствата
USB устройствата са външни периферни устройства, предназначени за свързване към компютър чрез USB конектори. Те предлагат бързо и лесно решение за разширяване на функционалността и мощността на компютъра. USB устройствата се предлагат в различни форми и размери и броят им продължава да се увеличава всяка година. В днешно време USB устройствата са съществена част от съвременните компютри и е трудно да си представим компютър без тях.
Примери за USB устройства
Ето няколко примера за USB устройства:
- USB диск: Малко устройство, което съдържа флаш памет за съхранение на данни. Това е модерна алтернатива на старата дискета.
- Джойстик/геймпад: Устройство, използвано за игра на игри на компютър. Предлага много бутони и бързо време за реакция.
- Слушалки: Устройство, използвано за слушане на аудио и запис на вокали. Това е популярен избор за подкастинг или даване на интервюта.
- iPod/MP3 плейъри: Устройство, използвано за съхраняване и възпроизвеждане на музика. Може да се запълни с хиляди песни и може да се прикачи към компютър за синхронизиране.
- Клавиатура: Устройство, използвано за въвеждане на числа и текст. Това е добра алтернатива на пълноразмерна клавиатура.
- Jump/Thumb Drive: Малко устройство, което съдържа флаш памет за съхраняване на данни. Това е модерна алтернатива на старата дискета.
- Звукова карта/Високоговорители: Устройство, използвано за възпроизвеждане на аудио. Той предлага по-добро качество на звука от вградените високоговорители на компютъра.
- Уеб камера: Устройство, използвано за запис на видео и правене на снимки. Това е популярен избор за видеоконференции и стрийминг.
- Принтери: Устройство, използвано за отпечатване на текстове и изображения. Предлага различни начини за печат, като мастиленоструен, лазерен или термичен.
USB OTG устройства
USB On-The-Go (OTG) е функция, която предлагат някои USB устройства. Той позволява на дадено устройство да действа като хост и да комуникира с други USB устройства. Ето няколко примера за USB OTG устройства:
- Мобилен телефон: Устройство, което предлага USB OTG функционалност. Може да се използва за свързване на USB периферни устройства, като клавиатура или мишка.
- Камера: Устройство, което предлага USB OTG функционалност. Може да се използва за свързване на USB флашка за съхранение на снимки и видео.
- Скенер: Устройство, което предлага USB OTG функционалност. Може да се използва за конвертиране на сканирани документи или изображения в цифрови файлове.
Намиране на USB портове на вашите устройства
Типични местоположения на USB портове
USB портовете са като масови кабелни интерфейси, които позволяват на съвременната персонална и потребителска електроника да се свързват помежду си. Те могат да бъдат намерени на различни места на вашите устройства, включително:
- Настолни компютри: обикновено се намират на гърба на кулата
- Лаптопи: обикновено се намират отстрани или отзад на устройството
- Таблети и смартфони: допълнителни USB портове могат да бъдат разположени на блокове за зареждане или стойки
Как работи USB изброяването
Когато свържете USB устройство към вашия компютър, процес, наречен изброяване, присвоява уникален адрес на устройството и започва процеса на идентифицирането му. Това се нарича изброяване. След това компютърът открива какъв тип устройство е и присвоява подходящия драйвер за управлението му. Например, ако свържете мишка, компютърът изпраща малки команди до устройството, като го моли да изпрати обратно информация за своите параметри. След като компютърът потвърди, че устройството е мишка, той присвоява подходящия драйвер за управлението му.
USB скорости и честотна лента
USB 2.0 е най-често срещаният тип USB порт с максимална скорост от 480 Mbps. USB 3.0 и 3.1 са по-бързи, със скорости съответно до 5 и 10 гигабита в секунда. Скоростта на USB порта обаче не е гарантирана, тъй като е разделена между всички свързани устройства. Хост компютърът контролира потока от данни, като ги разделя на кадри, като всеки нов кадър започва в нов времеви интервал. Това гарантира, че на всяко устройство е предоставено достатъчно пространство за изпращане и получаване на данни.
Проследяване на вашите USB устройства
С много USB устройства, от които да избирате, може да е трудно да проследите кое кое е. Много производители ясно маркират устройствата си с лога или етикети, но ако имате много устройства, все още може да е трудно да определите кое кое е. За да помогнете с това, можете да използвате USB мениджър, за да отворите списък с всички инсталирани USB устройства и да определите кое искате да използвате. Просто щракнете върху устройството, което искате да използвате, и то ще бъде присвоено на съответния порт.
Заключение
Ето го, всичко, което трябва да знаете за USB. Това е протокол, който ви позволява да се свързвате и комуникирате с широк набор от устройства и съществува от почти 25 години.
Промени начина, по който се свързваме и използваме компютри, и е тук, за да остане. Така че не се страхувайте да се потопите и да намокрите краката си! Не е толкова страшно, колкото звучи!
Аз съм Joost Nusselder, основател на Neaera и търговец на съдържание, татко и обичам да изпробвам ново оборудване с китара в сърцето на моята страст и заедно с моя екип създавам задълбочени статии в блога от 2020 г. да помогне на лоялните читатели със съвети за запис и китара.
