USB は、デバイスを接続するための単なるユニバーサル スタンダードではありませんか? まあ、そうではありません。
ユニバーサル シリアル バス (USB) は、接続用のバスで通信プロトコルを使用して 1990 年代半ばに開発された業界標準です。 これは、コンピュータ周辺機器 (キーボードやプリンタを含む) をパーソナル コンピュータに接続して、通信と電力供給の両方を標準化するために設計されました。
しかし、それはどのように行うのですか？ そして、なぜそれが必要なのですか？ テクノロジーを見て、調べてみましょう。
ユニバーサル シリアル バス (USB) の意味を理解する
デバイスの標準化された接続
USB は、デバイスをコンピュータまたは他のデバイスに接続できるようにする標準化された接続です。 幅広いデバイスの接続性を強化し、相互に通信できるようにすることを目的としています。 USB は業界で広く使用されており、デバイスを PC に接続する方法として好まれています。
USB デバイスのプロトコルの確立
USB は、デバイスが相互に通信するためのプロトコルを確立します。 これにより、デバイスは大量のデータを要求および受信できます。 たとえば、キーボードがコンピューターに文字を入力するように要求を送信すると、コンピューターはその文字をキーボードに送り返して表示します。
さまざまなデバイスの接続
USB は、ハード ドライブやフラッシュ ドライブなどのメディア デバイスを含む、さまざまなデバイスを接続できます。 また、デバイスの自発的な構成を可能にすることも目的としています。 つまり、デバイスが接続されると、コンピュータは再起動しなくても、デバイスを自動的に検出して構成できます。
USBの物理構造
USBは平らな長方形で構成されています コネクタ コンピューターまたはハブのポートに挿入します。 USB コネクタには、角形や斜めの外部コネクタなど、さまざまなタイプがあります。 通常、アップストリーム コネクタは取り外し可能で、ケーブルを使用してコンピュータまたはハブに接続します。
USB 電圧と最大帯域幅
最新世代の USB は、最大電圧 5 ボルト、最大帯域幅 10 Gbps をサポートしています。 USB の構造には、次のインターフェイスが含まれます。
- ホストコントローラードライバー (HCD)
- ホスト コントローラー ドライバー インターフェイス (HCDI)
- USBデバイス
- USBハブ
帯域幅を管理し、顧客の要件を満たす
USB プロトコルは、デバイス間の相互接続を処理し、帯域幅を管理して、データができるだけ速く送信されるようにします。 使用可能な帯域幅は、USB デバイスの技術仕様によって異なります。 USB ソフトウェアは、データ フローを管理および制御し、USB の隠れた部分間の通信を実現します。
USB パイプによるデータ転送の促進
USB は、デバイス間のデータ転送を容易にするパイプで構成されています。 パイプは、ソフトウェアとハードウェアの間でデータを転送するために使用される論理チャネルです。 USB パイプは、デバイスとソフトウェアの間でデータを転送するために使用されます。
USB の進化: 基本的な接続からグローバル スタンダードへ
USBの黎明期
USB デバイスはもともと、多数の周辺機器を備えたコンピューターをセットアップする方法として開発されました。 初期の USB には、パラレルとシリアルの 1994 つの基本的な種類がありました。 USB の開発は XNUMX 年に始まり、PC を多数のデバイスに接続することを根本的に容易にすることを目標としていました。
パラレルおよびシリアル接続を悩ませていたアドレス指定と使いやすさの問題は、接続されたデバイスのソフトウェア構成が可能になり、より優れたプラグ アンド プレイ機能が可能になるため、USB によって簡素化されました。 Ajay Bhatt と彼のチームは、Intel によって製造された USB をサポートする集積回路に取り組みました。 最初の USB インターフェイスは、1996 年 XNUMX 月に世界中で販売されました。
USB1.0および1.1
USB の最初の改訂版が広く採用され、Microsoft が USB を PC の標準接続方法として指定するに至りました。 USB 1.0 および 1.1 仕様では、最大転送速度 12 Mbps の低帯域幅接続が可能でした。 これは、パラレルおよびシリアル接続よりも大幅に改善されました。
1998 年 1.1 月、新しい規格に準拠した最初の USB XNUMX デバイスが登場しました。 しかし、周辺機器を「A」コネクタとして知られる接続レセプタクルにつながれたものとして扱うことで、設計が妨げられました。 これにより、周辺機器へのより柔軟な接続を可能にする「B」コネクタが開発されました。
USB 2.0
2000 年 2.0 月に USB 480 が導入され、最大転送速度 XNUMX Mbps の高帯域幅接続のサポートが追加されました。 これにより、小型化されたコネクタや USB フラッシュ ドライブなどの小型設計が開発されました。 小型化により、携帯性と利便性が向上しました。
USB 3.0 以降
USB 3.0 は 2008 年 5 月に導入され、最大転送速度は 2.0 Gbps です。 これは USB 3.1 よりも大幅に改善され、より高速なデータ転送速度が可能になりました。 USB 3.2 と USB XNUMX が後に導入され、転送速度がさらに高速になりました。
USB のエンジニアリングに対する変更は、パッケージに含まれる変更通知と重要な技術変更通知 (ECN) とともに、長年にわたって行われてきました。 USB ケーブルも進化し、別の USB 接続を必要とせずにデバイス間の通信を可能にするインターチップ ケーブルが導入されました。
USB は専用充電器のサポートも追加したため、デバイスの高速充電が可能になりました。 USB は世界標準となり、世界中で数十億台のデバイスが販売されています。 デバイスと接続して通信する方法に革命をもたらし、現代世界のニーズを満たすために進化し続けています。
USB コネクタの種類
概要
USB コネクタは、USB デバイスをコンピュータやその他のデバイスに接続する手段を提供する、USB システムの重要な部分です。 USB コネクタにはいくつかの異なるタイプがあり、それぞれに固有の構成と指定があります。
USB プラグとコネクタの種類
USB プラグは通常 USB ケーブルにあるオスのコネクタで、USB コネクタは USB デバイスにあるメスのレセプタクルです。 USB プラグとコネクタには、次のようないくつかの異なるタイプがあります。
- タイプ A: これは、最も一般的な USB プラグのタイプで、通常、キーボード、メモリ スティック、AVR デバイスなどの USB デバイスに見られます。 もう一方の端は、コンピュータまたはその他のデバイスの USB ポートに差し込むタイプ A コネクタで終端されています。
- タイプ B: このタイプの USB プラグは通常、プリンタやスキャナなど、タイプ A コネクタが提供できるよりも多くの電力を必要とする USB デバイスで使用されます。 もう一方の端は、コンピュータまたはその他のデバイスの USB ポートに差し込むタイプ B コネクタで終端されています。
- Mini-USB: このタイプの USB プラグは、タイプ B プラグの小型バージョンであり、通常、デジタル カメラやその他の小型デバイスで使用されています。 もう一方の端は、コンピュータまたはその他のデバイスの USB ポートに差し込むタイプ A またはタイプ B コネクタで終端されています。
- Micro-USB: このタイプの USB プラグは、Mini-USB プラグよりもさらに小さく、スマートフォンやタブレットなどの新しいデバイスによく見られます。 もう一方の端は、コンピュータまたはその他のデバイスの USB ポートに差し込むタイプ A またはタイプ B コネクタで終端されています。
- USB Type-C: これは最新のタイプの USB プラグであり、ますます普及しています。 どちらから差し込んでも使いやすい回転対称プラグです。 また、多くのピンとシールドを備えているため、堅牢性が向上し、過酷な環境での動作が可能になります。 もう一方の端は、コンピュータまたはその他のデバイスの USB ポートに差し込むタイプ A またはタイプ B コネクタで終端されています。
USB コネクタの特長
USB コネクタには、使いやすく信頼性を高めるように設計されたいくつかの機能があります。 これらには以下が含まれます：
- 分極: USB プラグとコネクタは、通常、混乱を避け、正しいラインが接続されるように、特定の向きで挿入されます。
- 成形レリーフ: USB ケーブルは、多くの場合、レリーフを提供し、ケーブルの堅牢性を高める可能性のあるプラスチック オーバーモールドで成形されます。
- 金属シェル: 多くの場合、USB コネクタには、シールドを提供し、回路を無傷に保つのに役立つ金属シェルがあります。
- 青色: USB 3.0 コネクタは、転送速度が速く、USB 2.0 デバイスとの互換性があることを示すために青色で表示されることがよくあります。
USB 転送速度について
USB の世代と速度
USB は最初に登場してから何度も繰り返されており、各バージョンには独自の転送速度があります。 最新のラップトップやデバイスに搭載されている主な USB ポートは、USB 2.0、USB 3.0、および USB 3.1 です。 各世代の転送速度は次のとおりです。
- USB 1.0: 1.5 メガビット/秒 (Mbps)
- USB1.1：12Mbps
- USB2.0：480Mbps
- USB 3.0: 毎秒 5 ギガビット (Gbps)
- USB 3.1 Gen 1: 5 Gbps (旧称 USB 3.0)
- USB 3.1 Gen 2: 10 Gbps
転送速度は、USB ポートに接続された最も遅いデバイスによって制限されることに注意してください。 したがって、USB 3.0 デバイスを USB 2.0 ポートに接続している場合、転送速度は 480 Mbps に制限されます。
USB ケーブルと転送速度
使用する USB ケーブルの種類も転送速度に影響します。 USB ケーブルは、データと電力を伝送する能力によって定義されます。 一般的な USB ケーブルとその定義された転送速度は次のとおりです。
- USB 1.0/1.1 ケーブル: 最大 12 Mbps でデータを送信できます
- USB 2.0 ケーブル: 最大 480 Mbps でデータを送信できます
- USB 3.x ケーブル: 最大 10 Gbps でデータを送信できます
USB スーパースピードとスーパースピード+
USB 3.0 は、5 Gbps の「スーパースピード」転送速度を導入した最初のバージョンです。 USB 3.0 Gen 3.1 として知られる USB 2 の新しいバージョンでは、10 Gbps の「Superspeed+」転送速度が導入されました。 これは、USB 3.1 Gen 2 が USB 3.1 Gen 1 の XNUMX 倍の転送速度であることを意味します。
3.2 年 2017 月に USB インプリメンターズ フォーラムによって発表された USB XNUMX では、次の XNUMX つの転送速度が識別されます。
- USB 3.2 Gen 1: 5 Gbps (旧称 USB 3.0 および USB 3.1 Gen 1)
- USB 3.2 Gen 2: 10 Gbps (旧称 USB 3.1 Gen 2)
USB Power Delivery (PD) と充電速度
USB には USB Power Delivery (PD) と呼ばれる仕様もあり、より高速な充電速度と電力転送が可能です。 USB PD は最大 100 ワットの電力を供給することができ、ノート PC を充電するには十分です。 USB PD は新しいラップトップやデバイスで普及しており、USB PD ロゴを探すことで識別できます。
USB 転送速度の特定
さまざまな USB 転送速度を知っておくと、デバイスの潜在的な問題を特定して診断するのに役立ちます。 USB 転送速度を特定する方法は次のとおりです。
- デバイスまたはケーブルの USB ロゴを探します。 ロゴは、USB の世代と速度を示します。
- デバイスの仕様を確認してください。 仕様には、USB のバージョンと転送速度が記載されている必要があります。
- デバイス間でファイルを移動するのに時間を費やします。 これにより、期待できる転送速度がわかります。
USB 転送速度を理解することは複雑な場合がありますが、デバイスの最大値を指定するのに行き詰まっている場合は、理解できるようにすることが重要です. 最新の USB テクノロジーを利用することで、より高い転送速度と効率を実現できます。
出力
USB Power Delivery（PD）
USB Power Delivery (PD) は、より高いパフォーマンスと充電機能を提供する特定の USB コネクタとケーブルに基づく要求と配信のテクノロジです。 PD は、ラップトップを充電するのに十分な最大 100 W の電力供給を可能にする標準です。 PD は、特定の Android デバイスとラップトップ、および一部の USB 充電器ブランドでサポートされています。
USB di ricarica
USB 充電は、USB デバイスを USB ポート経由で充電できるようにする機能です。 USB 充電は、スマートフォン、タブレット、カメラなど、ほとんどの USB デバイスでサポートされています。 USB充電は、充電器またはコンピュータに接続されたUSBケーブルを介して行うことができます。
USB ツールとテスト ラボ
USB ツールとテスト ラボは、開発者が USB 製品の USB 仕様への準拠をテストするために使用できるリソースです。 USB-IF は、USB コンプライアンス テストに関するドキュメント ライブラリ、製品検索、および連絡先情報を提供します。
USB独自の充電
USB 独自の充電は、NCR の子会社である Berg Electronics や Microsoft などの特定の企業によって開発された USB 充電の一種です。 この充電方法は、USB-IF によって承認されていない独自のコネクタと充電プロトコルを使用します。
USB ライセンスと特許
USB-IF は、USB 技術に関連する特許を所有しており、USB ロゴとベンダー ID を使用したいメーカーにライセンス料を請求します。 USB-IF は、USB-IF によって開発された独自の充電およびデータ転送規格である PoweredUSB 規格のライセンスも取得しています。 PoweredUSB 製品には、USB コンプライアンス テストが必要です。
USB コンプライアンスとプレスリリース
USB コンプライアンス テストは、独自の充電方法を使用するものを含め、すべての USB 製品に必要です。 USB-IF はプレス リリースを発行し、USB 仕様のメンバーと実装者にリソースを提供します。 USB-IF は、準拠する USB 製品のロゴとベンダー ID も提供します。
USB バージョンの互換性について
USB バージョンの互換性が重要なのはなぜですか?
USB デバイスを使用する場合は、デバイスの USB バージョンと接続するポートの互換性を考慮することが重要です。 デバイスの USB バージョンとポートに互換性がない場合、デバイスが動作しないか、または必要以上に低速で動作する可能性があります。 これは、デバイスが最大限の能力を発揮できないことを意味します。
さまざまな USB バージョンとは何ですか?
USB バージョンには、USB 1.0、USB 2.0、USB 3.0、USB 3.1、および USB 3.2 が含まれます。 USB のバージョンは、転送速度、電源出力、および物理コネクタによって決まります。
USB バージョンの互換性に関する最大の問題は何ですか?
USB バージョンの互換性に関する最大の問題は、正当な理由があるにもかかわらず、USB コネクタが時間の経過とともに変更されたことです。 これは、コンピュータまたはホスト デバイスが特定の USB バージョンをサポートしていても、物理ポートがデバイスのプラグに適合する正しいタイプではない可能性があることを意味します。
USB デバイスの互換性を確認するにはどうすればよいですか?
USB デバイスに互換性があることを確認するには、次の変数を考慮する必要があります。
- デバイスとポートの USB バージョン
- USBコネクタの種類（Type-A、Type-B、Type-Cなど）
- USB転送速度
- USBポートの電源出力
- USB デバイスの望ましい機能
- USBポートの最高能力
- USB デバイスの種類 (フラッシュ ドライブ、ハード ドライブ、充電デバイスなど)
互換性チャートを使用して、相互に互換性のある USB バージョンとプラグを確認できます。
転送速度に対する USB バージョンの互換性は何を意味しますか?
USB バージョンの互換性は、デバイスの転送速度が 3.0 つのコンポーネントの最も低い USB バージョンに制限されることを意味します。 たとえば、USB 2.0 デバイスが USB 2.0 ポートに接続されている場合、転送速度は USB XNUMX の転送速度に制限されます。
USBデバイス
USB デバイスの紹介
USB デバイスは、USB コネクタを介してコンピュータに接続するように設計された外部周辺機器です。 これらは、コンピュータの機能と能力を拡張するための迅速かつ簡単なソリューションを提供します。 USB デバイスにはさまざまな形やサイズがあり、その数は年々増え続けています。 今日では、USB デバイスは最新のコンピューティングの不可欠な部分であり、USB デバイスなしのコンピューターを想像するのは困難です。
USB デバイスの例
USB デバイスの例を次に示します。
- USB ディスク: データを保存するためのフラッシュ メモリを搭載した小型デバイス。 これは、古いフロッピー ディスクの最新の代替品です。
- ジョイスティック/ゲームパッド: コンピュータでゲームをプレイするために使用されるデバイス。 多くのボタンと素早い反応時間を提供します。
- ヘッドセット: 音声を聞いたり、ボーカルを録音したりするために使用されるデバイス。 ポッドキャスティングやインタビューによく使われます。
- iPod/MP3 プレーヤー: 音楽の保存と再生に使用されるデバイス。 何千もの曲でいっぱいになり、コンピューターに接続して同期することができます。
- キーパッド: 数字やテキストを入力するために使用されるデバイス。 フルサイズのキーボードに代わる優れた選択肢です。
- Jump/Thumb Drive: データを保存するためのフラッシュ メモリを搭載した小型デバイス。 これは、古いフロッピー ディスクの最新の代替品です。
- サウンド カード/スピーカー: オーディオの再生に使用されるデバイス。 パソコンの内蔵スピーカーよりも優れた音質を提供します。
- ウェブカメラ: ビデオの録画と写真の撮影に使用されるデバイス。 これは、ビデオ会議やストリーミングの一般的な選択肢です。
- プリンタ: テキストや画像を印刷するために使用されるデバイス。 インクジェット、レーザー、サーマルなど、さまざまな印刷方法を提供します。
USB OTG デバイス
USB On-The-Go (OTG) は、一部の USB デバイスが提供する機能です。 デバイスがホストとして機能し、他の USB デバイスと通信できるようにします。 USB OTG デバイスの例を次に示します。
- 携帯電話: USB OTG 機能を提供するデバイス。 キーボードやマウスなどの USB 周辺機器を接続するために使用できます。
- カメラ: USB OTG 機能を提供するデバイス。 写真やビデオを保存するための USB フラッシュ ドライブを接続するために使用できます。
- スキャナ: USB OTG 機能を提供するデバイス。 ドキュメントや画像のスキャンをデジタルファイルに変換するために使用できます。
デバイスの USB ポートの位置を確認する
USB ポートの典型的な位置
USB ポートは、最新の個人用および家電製品を相互に接続できるようにするバルク ケーブル インターフェイスのようなものです。 それらは、次のようなデバイスのさまざまな場所にあります。
- デスクトップ コンピューター: 通常、タワーの背面にあります。
- ラップトップ: 通常、デバイスの側面または背面にあります。
- タブレットとスマートフォン: 追加の USB ポートが充電ブロックまたはスタンドにある場合があります
USB エニュメレーションのしくみ
USB デバイスをコンピュータに接続すると、列挙と呼ばれるプロセスによってデバイスに一意のアドレスが割り当てられ、デバイスを識別するプロセスが開始されます。 これを列挙されるといいます。 次に、コンピューターはデバイスの種類を特定し、適切なドライバーを割り当てて制御します。 たとえば、マウスを接続すると、コンピューターはデバイスに小さなコマンドを送信し、パラメーターに関する情報を送り返すように求めます。 コンピュータは、デバイスがマウスであることを確認すると、それを制御するための適切なドライバを割り当てます。
USB の速度と帯域幅
USB 2.0 は最も一般的なタイプの USB ポートで、最大速度は 480 Mbps です。 USB 3.0 と 3.1 はより高速で、それぞれ毎秒最大 5 ギガビットと 10 ギガビットの速度です。 ただし、USB ポートの速度は、接続されているすべてのデバイス間で分割されるため、保証されません。 ホスト コンピュータは、データの流れをフレームに分割することで制御します。新しいフレームはそれぞれ、新しいタイム スロットで開始されます。 これにより、各デバイスにデータを送受信するための十分なスペースが確保されます。
USB デバイスの追跡
多くの USB デバイスから選択できるため、どれがどれであるかを追跡するのは難しい場合があります。 多くの製造元はデバイスにロゴやラベルを明確に付けていますが、多くのデバイスを所有している場合、どれがどれであるかを判断するのは依然として難しい場合があります. これを支援するために、USB マネージャーを使用して、インストールされているすべての USB デバイスのリストを開き、使用するデバイスを決定できます。 使用するデバイスをクリックするだけで、適切なポートに割り当てられます。
まとめ
これで、USB について知っておく必要のあるすべてのことがわかりました。 これは、さまざまなデバイスとの接続と通信を可能にするプロトコルであり、25 年近く使用されています。
コンピュータの接続方法や使用方法が変わり、現在も使用されています。 だから、飛び込んで足を濡らすことを恐れないでください！ 思ったほど怖くない！
私はNeaeraの創設者でありコンテンツマーケティング担当者であるJoostNusselderであり、私の情熱の中心にあるギターを使って新しい機器を試すのが大好きです。私のチームと一緒に、2020年から詳細なブログ記事を作成しています。録音とギターのヒントで忠実な読者を助けるために。
