Czy USB nie jest po prostu uniwersalnym standardem łączenia urządzeń? Cóż, nie do końca.
Uniwersalna magistrala szeregowa (USB) to standard branżowy opracowany w połowie lat 1990. przy użyciu protokołów komunikacyjnych w magistrali do połączenia. Został zaprojektowany w celu ujednolicenia połączeń komputerowych urządzeń peryferyjnych (w tym klawiatur i drukarek) z komputerami osobistymi, zarówno w celu komunikacji, jak i zasilania elektrycznego.
Ale jak to zrobić? I dlaczego go potrzebujemy? Spójrzmy na technologię i dowiedzmy się.
Zrozumienie znaczenia uniwersalnej magistrali szeregowej (USB)
Standardowe połączenie dla urządzeń
USB to standardowe połączenie, które umożliwia podłączanie urządzeń do komputera lub innych urządzeń. Ma na celu poprawę łączności szerokiej gamy urządzeń i umożliwienie im komunikacji między sobą. USB jest szeroko stosowany w przemyśle i jest preferowaną metodą podłączania urządzeń do komputerów osobistych.
Ustanawianie protokołów dla urządzeń USB
USB ustanawia protokoły dla urządzeń do komunikacji między sobą. Pozwala urządzeniom żądać i odbierać dane w dużych ilościach. Na przykład klawiatura może wysłać do komputera żądanie wpisania litery, a komputer odeśle ją z powrotem do klawiatury, aby ją wyświetlić.
Podłączanie szeregu urządzeń
USB może łączyć szeroką gamę urządzeń, w tym urządzenia multimedialne, takie jak dyski twarde i dyski flash. Ma również umożliwić spontaniczną konfigurację urządzeń. Oznacza to, że po podłączeniu urządzenia komputer może je automatycznie wykryć i skonfigurować bez konieczności ponownego uruchamiania.
Fizyczna struktura USB
USB składa się z płaskiego, prostokątnego złącze który wkłada się do portu w komputerze lub koncentratorze. Istnieją różne typy złączy USB, w tym kwadratowe i skośne złącza zewnętrzne. Złącze upstream jest zwykle odłączalne, a do podłączenia go do komputera lub koncentratora służy kabel.
Napięcie USB i maksymalna przepustowość
Najnowsza generacja USB obsługuje maksymalne napięcie 5 woltów i maksymalną przepustowość 10 Gb/s. Struktura USB obejmuje następujące interfejsy:
- Sterownik kontrolera hosta (HCD)
- Interfejs sterownika kontrolera hosta (HCDI)
- Urządzenie USB
- Hub USB
Zarządzanie przepustowością i spełnianie wymagań klientów
Protokół USB obsługuje połączenia między urządzeniami i zarządza przepustowością, aby zapewnić jak najszybszą transmisję danych. Dostępna przepustowość zależy od specyfikacji technicznej urządzenia USB. Oprogramowanie USB zarządza i kontroluje przepływ danych oraz realizuje komunikację pomiędzy ukrytymi częściami USB.
Ułatwienie transferu danych za pomocą rur USB
USB składa się z rur, które ułatwiają przesyłanie danych między urządzeniami. Potok to kanał logiczny używany do przesyłania danych między oprogramowaniem a sprzętem. Potoki USB służą do przesyłania danych między urządzeniami i oprogramowaniem.
Ewolucja USB: od podstawowej łączności do globalnego standardu
Wczesne dni USB
Urządzenia USB zostały pierwotnie opracowane jako sposób konfigurowania komputera z wieloma urządzeniami peryferyjnymi. Na początku istniały dwie podstawowe odmiany USB: równoległa i szeregowa. Rozwój USB rozpoczął się w 1994 roku, mając na celu zasadniczo ułatwienie łączenia komputerów PC z wieloma urządzeniami.
Problemy z adresowaniem i użytecznością, które nękały połączenia równoległe i szeregowe, zostały uproszczone dzięki USB, ponieważ umożliwiło ono konfigurację programową podłączonych urządzeń, umożliwiając większą funkcjonalność plug and play. Ajay Bhatt i jego zespół pracowali nad układami scalonymi obsługującymi USB, które zostały wyprodukowane przez firmę Intel. Pierwsze interfejsy USB zostały sprzedane na całym świecie w styczniu 1996 roku.
USB 1.0 i 1.1
Najwcześniejsza wersja USB została szeroko przyjęta i doprowadziła do tego, że Microsoft wyznaczył USB jako standardową metodę połączenia dla komputerów PC. Specyfikacje USB 1.0 i 1.1 pozwalały na połączenia o niskiej przepustowości, z maksymalną szybkością transferu 12 Mb/s. To była znacząca poprawa w stosunku do połączeń równoległych i szeregowych.
W sierpniu 1998 roku pojawiły się pierwsze urządzenia USB 1.1, zgodne z nowym standardem. Jednak projekt był utrudniony przez traktowanie urządzeń peryferyjnych jako przywiązanych do gniazda połączeniowego, które było znane jako złącze „A”. Doprowadziło to do opracowania złącza „B”, które umożliwiło bardziej elastyczne połączenie z urządzeniami peryferyjnymi.
USB 2.0
W kwietniu 2000 roku wprowadzono USB 2.0, dodając obsługę połączeń o większej przepustowości z maksymalną szybkością transferu 480 Mb/s. Doprowadziło to do opracowania mniejszych projektów, takich jak zminiaturyzowane złącza i dyski flash USB. Mniejsze projekty pozwoliły na większą przenośność i wygodę.
USB 3.0 i nie tylko
USB 3.0 został wprowadzony w listopadzie 2008 roku z maksymalną szybkością transferu 5 Gb/s. To była znacząca poprawa w stosunku do USB 2.0 i pozwoliła na szybsze przesyłanie danych. Później wprowadzono USB 3.1 i USB 3.2, z jeszcze wyższymi szybkościami transferu.
Modyfikacje inżynierii USB były wprowadzane przez lata, a powiadomienia o zmianach i ważne powiadomienia o zmianach technicznych (ECN) były zawarte w pakiecie. Kable USB również ewoluowały wraz z wprowadzeniem kabli międzyukładowych, które umożliwiają komunikację między urządzeniami bez konieczności stosowania oddzielnego połączenia USB.
USB dodało również obsługę dedykowanych ładowarek, które pozwalają na szybsze ładowanie urządzeń. USB stało się światowym standardem, a miliardy urządzeń sprzedano na całym świecie. Zrewolucjonizował sposób, w jaki łączymy się i komunikujemy z naszymi urządzeniami, i nadal ewoluuje, aby sprostać potrzebom współczesnego świata.
Typy złączy USB
Wprowadzenie
Złącza USB są istotną częścią systemu USB, zapewniając sposób podłączania urządzeń USB do komputera lub innego urządzenia. Istnieje kilka różnych typów złączy USB, z których każdy ma swoją specyficzną konfigurację i oznaczenie.
Typy wtyczek i złączy USB
Wtyczka USB to złącze męskie, które zwykle znajduje się w kablach USB, podczas gdy złącze USB to gniazdo żeńskie, które można znaleźć w urządzeniach USB. Istnieje kilka różnych typów wtyczek i złączy USB, w tym:
- Typ A: Jest to najpopularniejszy typ wtyczki USB, zwykle spotykany w urządzeniach USB, takich jak klawiatury, karty pamięci i urządzenia AVR. Jest zakończony na drugim końcu złączem typu A, które podłącza się do portu USB w komputerze lub innym urządzeniu.
- Typ B: Ten typ wtyczki USB jest zwykle spotykany w urządzeniach USB, które wymagają więcej energii niż może zapewnić złącze typu A, takich jak drukarki i skanery. Jest zakończony na drugim końcu złączem typu B, które podłącza się do portu USB w komputerze lub innym urządzeniu.
- Mini-USB: Ten typ wtyczki USB jest mniejszą wersją wtyczki typu B i zwykle znajduje się w aparatach cyfrowych i innych małych urządzeniach. Jest zakończony na drugim końcu złączem typu A lub typu B, które podłącza się do portu USB w komputerze lub innym urządzeniu.
- Micro-USB: Ten typ wtyczki USB jest jeszcze mniejszy niż wtyczka Mini-USB i zwykle można go znaleźć w nowszych urządzeniach, takich jak smartfony i tablety. Jest zakończony na drugim końcu złączem typu A lub typu B, które podłącza się do portu USB w komputerze lub innym urządzeniu.
- USB Type-C: To najnowszy typ wtyczki USB, który staje się coraz bardziej wszechobecny. Jest to wtyk obrotowo-symetryczny, który można włożyć w dowolną stronę, co ułatwia jego użytkowanie. Posiada również wiele styków i ekranowania, dzięki czemu jest bardziej wytrzymały i może działać w trudnych warunkach. Jest zakończony na drugim końcu złączem typu A lub typu B, które podłącza się do portu USB w komputerze lub innym urządzeniu.
Funkcje złącza USB
Złącza USB mają kilka funkcji, które zostały zaprojektowane, aby były łatwiejsze w użyciu i bardziej niezawodne. Obejmują one:
- Polaryzacja: Wtyczki i złącza USB są nominalnie wkładane w określonej orientacji, aby uniknąć pomyłek i zapewnić prawidłowe podłączenie przewodów.
- Formowana wypukłość: Kable USB są często formowane z plastikową nakładką, która zapewnia wypukłość i potencjalnie zwiększa wytrzymałość kabla.
- Metalowa obudowa: złącza USB często mają metalową obudowę, która zapewnia ekranowanie i pomaga utrzymać obwód w stanie nienaruszonym.
- Kolor niebieski: złącza USB 3.0 są często oznaczone kolorem niebieskim, aby wskazać ich wyższą prędkość transferu i kompatybilność z urządzeniami USB 2.0.
Zrozumienie prędkości transferu USB
Generacje i prędkości USB
USB przeszedł wiele iteracji, odkąd pojawił się po raz pierwszy, a każda wersja ma własną prędkość transferu. Główne porty USB w nowoczesnych laptopach i urządzeniach to USB 2.0, USB 3.0 i USB 3.1. Oto stawki transferu dla każdej generacji:
- USB 1.0: 1.5 megabita na sekundę (Mb/s)
- USB 1.1: 12 Mb/s
- USB 2.0: 480 Mb/s
- USB 3.0: 5 gigabitów na sekundę (Gb/s)
- USB 3.1 Gen 1: 5 Gb/s (wcześniej znany jako USB 3.0)
- USB 3.1 Gen 2: 10 Gb/s
Należy pamiętać, że szybkość transferu jest ograniczona przez najwolniejsze urządzenie podłączone do portu USB. Więc jeśli masz urządzenie USB 3.0 podłączone do portu USB 2.0, szybkość transferu będzie ograniczona do 480 Mb/s.
Kable USB i prędkości transferu
Rodzaj używanego kabla USB może również wpływać na szybkość transferu. Kable USB są definiowane przez ich zdolność do przesyłania danych i zasilania. Oto popularne kable USB i ich zdefiniowane prędkości transferu:
- Kable USB 1.0/1.1: mogą przesyłać dane z prędkością do 12 Mb/s
- Kable USB 2.0: mogą przesyłać dane z prędkością do 480 Mb/s
- Kable USB 3.x: mogą przesyłać dane z prędkością do 10 Gb/s
USB Superspeed i Superspeed+
USB 3.0 był pierwszą wersją, w której wprowadzono szybkość transferu „Superspeed” wynoszącą 5 Gb/s. Późniejsze wersje USB 3.0, znane jako USB 3.1 Gen 2, wprowadziły szybkość transferu „Superspeed+” wynoszącą 10 Gb/s. Oznacza to, że USB 3.1 Gen 2 podwaja szybkość transferu USB 3.1 Gen 1.
USB 3.2, zaprezentowane przez USB Implementers Forum we wrześniu 2017 r., identyfikuje dwie szybkości transferu:
- USB 3.2 Gen 1: 5 Gb/s (wcześniej znane jako USB 3.0 i USB 3.1 Gen 1)
- USB 3.2 Gen 2: 10 Gb/s (wcześniej znane jako USB 3.1 Gen 2)
USB Power Delivery (PD) i prędkości ładowania
USB ma również specyfikację o nazwie USB Power Delivery (PD), która pozwala na szybsze ładowanie i przesyłanie energii. USB PD może dostarczyć do 100 watów mocy, co jest więcej niż wystarczające do naładowania laptopa. USB PD jest powszechne w nowszych laptopach i urządzeniach i można je zidentyfikować, szukając logo USB PD.
Identyfikacja prędkości transferu USB
Znajomość różnych prędkości transferu USB może pomóc w zidentyfikowaniu i zdiagnozowaniu potencjalnych problemów z urządzeniami. Oto kilka sposobów określania prędkości transferu USB:
- Poszukaj logo USB na swoim urządzeniu lub kablu. Logo wskaże generację i prędkość USB.
- Sprawdź specyfikację swojego urządzenia. Specyfikacje powinny zawierać informacje o wersji USB i szybkości transferu.
- Poświęć trochę czasu na przenoszenie plików między urządzeniami. To da ci wyobrażenie o szybkości transferu, jakiej możesz się spodziewać.
Zrozumienie prędkości transferu USB może być skomplikowane, ale ważne jest, aby je zrozumieć, jeśli utkniesz w określaniu maksymalnych parametrów swoich urządzeń. Korzystając z najnowszych technologii USB, możesz osiągnąć wyższe prędkości transferu i uzyskać wyższą wydajność.
Power
Zasilanie USB (PD)
USB Power Delivery (PD) to technologia typu „żądaj i dostarczaj” oparta na określonych złączach i kablach USB, która zapewnia wyższą wydajność i możliwości ładowania. PD to standard pozwalający na dostarczenie do 100W mocy, co wystarczy do naładowania laptopa. PD jest obsługiwane przez niektóre urządzenia i laptopy z Androidem, a także przez niektóre marki ładowarek USB.
Ładowanie USB
Ładowanie przez USB to funkcja, która umożliwia ładowanie urządzeń USB przez port USB. Ładowanie USB jest obsługiwane przez większość urządzeń USB, w tym smartfony, tablety i aparaty fotograficzne. Ładowanie USB można wykonać za pomocą kabla USB podłączonego do ładowarki lub komputera.
Narzędzia USB i laboratoria testowe
Narzędzia USB i laboratoria testowe to zasoby, za pomocą których programiści mogą testować swoje produkty USB pod kątem zgodności ze specyfikacją USB. USB-IF zapewnia bibliotekę dokumentów, wyszukiwarkę produktów i informacje kontaktowe do testowania zgodności USB.
Zastrzeżone ładowanie przez USB
Opatentowane ładowanie przez USB to wariant ładowania przez USB opracowany przez niektóre firmy, takie jak Berg Electronics, spółka zależna NCR i Microsoft. Ta metoda ładowania wykorzystuje zastrzeżone złącze i protokół ładowania, który nie jest zatwierdzony przez USB-IF.
Licencje USB i patenty
USB-IF jest właścicielem patentów związanych z technologią USB i pobiera opłatę licencyjną od producentów, którzy chcą używać logo USB i identyfikatora dostawcy. USB-IF licencjonuje również standard PoweredUSB, który jest zastrzeżonym standardem ładowania i przesyłania danych opracowanym przez USB-IF. Testy zgodności USB są wymagane w przypadku produktów PoweredUSB.
Zgodność USB i informacje prasowe
Testy zgodności USB są wymagane dla wszystkich produktów USB, w tym tych, które korzystają z zastrzeżonych metod ładowania. USB-IF wydaje komunikaty prasowe i zapewnia zasoby dla członków i osób wdrażających specyfikację USB. USB-IF zapewnia również logo i identyfikator dostawcy zgodnych produktów USB.
Zrozumienie zgodności wersji USB
Dlaczego kompatybilność wersji USB jest ważna?
Podczas próby korzystania z urządzeń USB należy wziąć pod uwagę kompatybilność wersji USB urządzenia i portu, do którego zostanie podłączone. Jeśli wersja USB urządzenia i port nie są kompatybilne, urządzenie może nie działać lub działać z niższą prędkością niż pożądana. Oznacza to, że urządzenie nie będzie w stanie w pełni wykorzystać swojego potencjału.
Jakie są różne wersje USB?
Wersje USB obejmują USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0, USB 3.1 i USB 3.2. Wersja USB zależy od szybkości transferu, mocy wyjściowej i fizycznych złączy.
Jaki jest największy problem z kompatybilnością wersji USB?
Największym problemem związanym z kompatybilnością wersji USB jest to, że złącza USB zmieniały się z biegiem czasu, choć z dobrych powodów. Oznacza to, że nawet jeśli komputer lub urządzenie główne obsługuje określoną wersję USB, port fizyczny może nie być odpowiedniego typu, aby pasował do wtyczki urządzenia.
Jak sprawdzić, czy urządzenia USB są kompatybilne?
Aby upewnić się, że urządzenia USB są kompatybilne, należy wziąć pod uwagę następujące zmienne:
- Wersja USB urządzenia i port
- Typ złącza USB (Typ-A, Typ-B, Typ-C itp.)
- Szybkości transferu USB
- Moc wyjściowa portu USB
- Pożądane możliwości urządzenia USB
- Najwyższa wydajność portu USB
- Typ urządzenia USB (pamięć flash, dysk twardy, urządzenie ładujące itp.)
Możesz skorzystać z tabeli kompatybilności, aby dowiedzieć się, które wersje USB i wtyczki są ze sobą kompatybilne.
Co kompatybilność wersji USB oznacza dla szybkości transferu?
Kompatybilność wersji USB oznacza, że prędkość transferu urządzenia będzie ograniczona do najniższej wersji USB dwóch komponentów. Na przykład, jeśli urządzenie USB 3.0 jest podłączone do portu USB 2.0, prędkość transferu będzie ograniczona do szybkości transferu USB 2.0.
Urządzenia USB
Wprowadzenie do urządzeń USB
Urządzenia USB to zewnętrzne urządzenia peryferyjne przeznaczone do podłączania do komputera za pomocą złączy USB. Oferują szybkie i łatwe rozwiązanie rozszerzające funkcjonalność i moc komputera. Urządzenia USB mają różne kształty i rozmiary, a ich liczba z roku na rok rośnie. W dzisiejszych czasach urządzenia USB są istotną częścią nowoczesnych komputerów i trudno wyobrazić sobie komputer bez nich.
Przykłady urządzeń USB
Oto kilka przykładów urządzeń USB:
- Dysk USB: małe urządzenie zawierające pamięć flash do przechowywania danych. To nowoczesna alternatywa dla starej dyskietki.
- Joystick/Gamepad: Urządzenie używane do grania w gry na komputerze. Oferuje dużo przycisków i szybkie czasy reakcji.
- Zestaw słuchawkowy: Urządzenie służące do słuchania dźwięku i nagrywania głosu. Jest to popularny wybór do podcastów lub udzielania wywiadów.
- Odtwarzacze iPod/MP3: Urządzenia służące do przechowywania i odtwarzania muzyki. Można go zapełnić tysiącami utworów i podłączyć do komputera w celu synchronizacji.
- Klawiatura: Urządzenie służące do wprowadzania liczb i tekstu. To dobra alternatywa dla pełnowymiarowej klawiatury.
- Jump/Thumb Drive: Małe urządzenie zawierające pamięć flash do przechowywania danych. To nowoczesna alternatywa dla starej dyskietki.
- Karta dźwiękowa/głośniki: Urządzenie używane do odtwarzania dźwięku. Zapewnia lepszą jakość dźwięku niż wbudowane głośniki komputera.
- Kamera internetowa: Urządzenie służące do nagrywania wideo i robienia zdjęć. Jest to popularny wybór do wideokonferencji i transmisji strumieniowych.
- Drukarki: Urządzenie służące do drukowania tekstów i obrazów. Oferuje różne sposoby druku, takie jak atramentowy, laserowy czy termiczny.
Urządzenia USB OTG
USB On-The-Go (OTG) to funkcja oferowana przez niektóre urządzenia USB. Pozwala urządzeniu działać jako host i komunikować się z innymi urządzeniami USB. Oto kilka przykładów urządzeń USB OTG:
- Telefon komórkowy: Urządzenie oferujące funkcję USB OTG. Można go używać do podłączania urządzeń peryferyjnych USB, takich jak klawiatura lub mysz.
- Aparat: Urządzenie oferujące funkcję USB OTG. Można go używać do podłączania pamięci flash USB do przechowywania zdjęć i filmów.
- Skaner: Urządzenie oferujące funkcję USB OTG. Może służyć do konwersji skanów dokumentów lub obrazów na pliki cyfrowe.
Lokalizowanie portów USB na twoich urządzeniach
Typowe lokalizacje portów USB
Porty USB są jak zbiorcze interfejsy kablowe, które umożliwiają łączenie ze sobą nowoczesnej elektroniki osobistej i konsumenckiej. Można je znaleźć w różnych lokalizacjach na urządzeniach, w tym:
- Komputery stacjonarne: zwykle znajdują się z tyłu wieży
- Laptopy: zazwyczaj umieszczone z boku lub z tyłu urządzenia
- Tablety i smartfony: dodatkowe porty USB mogą znajdować się na blokach ładujących lub podstawkach
Jak działa wyliczanie USB
Po podłączeniu urządzenia USB do komputera proces zwany wyliczaniem przypisuje urządzeniu unikalny adres i rozpoczyna proces jego identyfikacji. To się nazywa być wyliczanym. Następnie komputer dowiaduje się, jakiego typu jest to urządzenie i przydziela odpowiedni sterownik do sterowania nim. Na przykład, jeśli podłączysz mysz, komputer wysyła do urządzenia małe polecenia, prosząc je o odesłanie informacji o jego parametrach. Gdy komputer zweryfikuje, że urządzenie jest myszą, przypisuje odpowiedni sterownik do sterowania nim.
Prędkości i przepustowość USB
USB 2.0 to najpopularniejszy rodzaj portu USB, z maksymalną prędkością 480 Mb/s. USB 3.0 i 3.1 są szybsze, z prędkością odpowiednio do 5 i 10 gigabitów na sekundę. Jednak prędkość portu USB nie jest gwarantowana, ponieważ jest ona podzielona między wszystkie podłączone urządzenia. Komputer host kontroluje przepływ danych, dzieląc je na ramki, przy czym każda nowa ramka rozpoczyna się w nowym przedziale czasowym. Dzięki temu każde urządzenie ma odpowiednią ilość miejsca do wysyłania i odbierania danych.
Śledzenie urządzeń USB
Mając do wyboru wiele urządzeń USB, może być trudno zapanować nad tym, które z nich jest które. Wielu producentów wyraźnie oznacza swoje urządzenia za pomocą logo lub etykiet, ale jeśli masz wiele urządzeń, nadal trudno jest określić, który z nich jest który. Aby w tym pomóc, możesz użyć menedżera USB, aby otworzyć listę wszystkich zainstalowanych urządzeń USB i określić, którego chcesz użyć. Po prostu kliknij urządzenie, którego chcesz użyć, a zostanie ono przypisane do odpowiedniego portu.
Wnioski
Więc masz to, wszystko, co musisz wiedzieć o USB. Jest to protokół, który pozwala łączyć się i komunikować z szeroką gamą urządzeń i istnieje od prawie 25 lat.
Zmieniło sposób, w jaki łączymy się z komputerami i korzystamy z nich, i tak pozostanie. Więc nie bój się nurkować i zamoczyć stopy! To nie jest takie straszne, jak się wydaje!
Jestem Joost Nusselder, założyciel Neaera i content marketer, tata i uwielbiam wypróbowywać nowy sprzęt z gitarą w sercu mojej pasji, a wraz z moim zespołem tworzę szczegółowe artykuły na blogu od 2020 roku aby pomóc lojalnym czytelnikom z poradami dotyczącymi nagrań i gitar.
