Разве USB не является просто универсальным стандартом для подключения устройств? Ну, не совсем.
Универсальная последовательная шина (USB) — это отраслевой стандарт, разработанный в середине 1990-х годов с использованием протоколов связи в шине для соединения. Он был разработан для стандартизации подключения компьютерной периферии (включая клавиатуры и принтеры) к персональным компьютерам как для связи, так и для подачи электроэнергии.
Но как это сделать? И зачем нам это нужно? Давайте посмотрим на технологию и узнаем.
Понимание значения универсальной последовательной шины (USB)
Стандартизированное подключение для устройств
USB — это стандартное соединение, которое позволяет устройствам подключаться к компьютеру или другим устройствам. Он предназначен для расширения возможностей подключения широкого спектра устройств и обеспечения их связи друг с другом. USB широко используется в промышленности и является предпочтительным методом подключения устройств к персональным компьютерам.
Установка протоколов для USB-устройств
USB устанавливает протоколы для связи устройств друг с другом. Это позволяет устройствам запрашивать и получать данные в больших количествах. Например, клавиатура может отправить компьютеру запрос на ввод буквы, а компьютер отправит букву обратно на клавиатуру для ее отображения.
Подключение ряда устройств
USB может подключать широкий спектр устройств, включая мультимедийные устройства, такие как жесткие диски и флэш-накопители. Он также предназначен для обеспечения спонтанной конфигурации устройств. Это означает, что когда устройство подключено, компьютер может автоматически обнаружить и настроить его без необходимости перезагрузки.
Физическая структура USB
USB состоит из плоского прямоугольного соединитель который вставляется в порт на компьютере или концентраторе. Существуют различные типы USB-разъемов, в том числе квадратные и наклонные внешние разъемы. Восходящий разъем обычно является съемным, и для его подключения к компьютеру или концентратору используется кабель.
Напряжение USB и максимальная пропускная способность
Последнее поколение USB поддерживает максимальное напряжение 5 вольт и максимальную пропускную способность 10 Гбит/с. В состав USB входят следующие интерфейсы:
- Драйвер хост-контроллера (HCD)
- Интерфейс драйвера хост-контроллера (HCDI)
- USB-устройство
- USB-концентратор
Управление пропускной способностью и удовлетворение требований клиентов
Протокол USB обеспечивает взаимосвязь между устройствами и управляет пропускной способностью, чтобы обеспечить максимально быструю передачу данных. Доступная пропускная способность зависит от технических характеристик USB-устройства. Программное обеспечение USB управляет потоком данных и осуществляет связь между скрытыми частями USB.
Упрощение передачи данных с помощью USB-конвейеров
USB состоит из каналов, которые облегчают передачу данных между устройствами. Канал — это логический канал, который используется для передачи данных между программным и аппаратным обеспечением. Каналы USB используются для передачи данных между устройствами и программным обеспечением.
Эволюция USB: от простого подключения к глобальному стандарту
Первые дни USB
Устройства USB изначально разрабатывались как способ настройки компьютера с множеством периферийных устройств. В первые дни существовало две основные разновидности USB: параллельный и последовательный. Разработка USB началась в 1994 году с целью упростить подключение ПК к множеству устройств.
Проблемы адресации и удобства использования, которые мешали параллельным и последовательным соединениям, были упрощены с помощью USB, поскольку он позволял программно настраивать подключенные устройства, обеспечивая большую функциональность plug and play. Аджай Бхатт и его команда работали над интегральными схемами, поддерживающими USB, которые были произведены Intel. Первые USB-интерфейсы были проданы по всему миру в январе 1996 года.
USB 1.0 и 1.1
Самая ранняя версия USB получила широкое распространение, и это привело к тому, что Microsoft определила USB в качестве стандартного метода подключения для ПК. Спецификации USB 1.0 и 1.1 допускали соединения с низкой пропускной способностью с максимальной скоростью передачи 12 Мбит/с. Это было значительным улучшением по сравнению с параллельными и последовательными соединениями.
В августе 1998 года появились первые устройства USB 1.1, соответствующие новому стандарту. Однако дизайн был затруднен из-за того, что периферийные устройства рассматривались как привязанные к разъему для подключения, который был известен как разъем «А». Это привело к разработке разъема «B», который позволил более гибко подключать периферийные устройства.
USB 2.0
В апреле 2000 года был представлен USB 2.0, добавивший поддержку соединений с более высокой пропускной способностью с максимальной скоростью передачи 480 Мбит/с. Это привело к разработке более мелких конструкций, таких как миниатюрные разъемы и USB-накопители. Меньшие конструкции позволили повысить мобильность и удобство.
USB 3.0 и выше
USB 3.0 был представлен в ноябре 2008 года с максимальной скоростью передачи 5 Гбит/с. Это было значительным улучшением по сравнению с USB 2.0 и позволило увеличить скорость передачи данных. Позже были представлены USB 3.1 и USB 3.2 с еще более высокой скоростью передачи.
За прошедшие годы в конструкцию USB были внесены изменения, и в пакет были включены уведомления об изменениях и важные уведомления о технических изменениях (ECN). USB-кабели также эволюционировали с появлением межчиповых кабелей, которые позволяют обмениваться данными между устройствами, не требуя отдельного USB-подключения.
USB также добавил поддержку специальных зарядных устройств, которые позволяют быстрее заряжать устройства. USB стал глобальным стандартом, по всему миру проданы миллиарды устройств. Он произвел революцию в том, как мы подключаемся и общаемся с нашими устройствами, и продолжает развиваться, чтобы соответствовать потребностям современного мира.
Типы разъемов USB
Введение
USB-разъемы являются важной частью USB-системы и обеспечивают возможность подключения USB-устройств к компьютеру или другому устройству. Существует несколько различных типов разъемов USB, каждый из которых имеет свою специфическую конфигурацию и обозначение.
Типы разъемов и разъемов USB
Штекер USB — это штекерный разъем, который обычно находится на кабелях USB, а разъем USB — это гнездо на USB-устройствах. Существует несколько различных типов штекеров и разъемов USB, в том числе:
- Тип A: это наиболее распространенный тип разъема USB, который обычно используется на таких USB-устройствах, как клавиатуры, карты памяти и устройства AVR. На другом конце он заканчивается разъемом типа A, который подключается к порту USB на компьютере или другом устройстве.
- Тип B: этот тип USB-штекера обычно используется на USB-устройствах, которым требуется больше энергии, чем может обеспечить разъем типа A, таких как принтеры и сканеры. На другом конце он заканчивается разъемом типа B, который подключается к порту USB на компьютере или другом устройстве.
- Mini-USB: этот тип разъема USB представляет собой уменьшенную версию разъема типа B и обычно используется в цифровых камерах и других небольших устройствах. На другом конце он заканчивается разъемом типа A или типа B, который подключается к порту USB на компьютере или другом устройстве.
- Micro-USB: этот тип разъема USB еще меньше, чем разъем Mini-USB, и обычно используется в более новых устройствах, таких как смартфоны и планшеты. На другом конце он заканчивается разъемом типа A или типа B, который подключается к порту USB на компьютере или другом устройстве.
- USB Type-C: это новейший тип разъема USB, который становится все более распространенным. Это вращательно-симметричная вилка, которую можно вставлять любым способом, что упрощает ее использование. Он также имеет множество контактов и экранирования, что делает его более надежным и способным работать в суровых условиях. На другом конце он заканчивается разъемом типа A или типа B, который подключается к порту USB на компьютере или другом устройстве.
Характеристики USB-разъема
USB-разъемы имеют несколько функций, призванных сделать их более простыми в использовании и более надежными. К ним относятся:
- Поляризация: вилки и разъемы USB номинально вставлены в определенной ориентации, чтобы избежать путаницы и обеспечить правильное подключение линий.
- Литой рельеф: USB-кабели часто имеют пластиковую накладку, которая обеспечивает рельеф и потенциально повышает прочность кабеля.
- Металлическая оболочка: USB-разъемы часто имеют металлическую оболочку, которая обеспечивает экранирование и помогает сохранить целостность цепи.
- Синий цвет: разъемы USB 3.0 часто окрашиваются в синий цвет, чтобы обозначить их более высокую скорость передачи и совместимость с устройствами USB 2.0.
Понимание скоростей передачи USB
Поколения и скорости USB
USB претерпел несколько итераций с момента своего первого появления, и каждая версия имеет свою скорость передачи. Основными портами USB, которые можно найти на современных ноутбуках и устройствах, являются USB 2.0, USB 3.0 и USB 3.1. Вот скорости передачи для каждого поколения:
- USB 1.0: 1.5 мегабита в секунду (Мбит/с)
- USB 1.1: 12 Мбит/с
- USB 2.0: 480 Мбит/с
- USB 3.0: 5 гигабит в секунду (Гбит/с)
- USB 3.1 Gen 1: 5 Гбит/с (ранее известный как USB 3.0)
- USB 3.1 Gen 2: 10 Гбит/с
Важно отметить, что скорость передачи ограничена самым медленным устройством, подключенным к порту USB. Поэтому, если у вас есть устройство USB 3.0, подключенное к порту USB 2.0, скорость передачи будет ограничена 480 Мбит/с.
Кабели USB и скорости передачи
Тип используемого USB-кабеля также может влиять на скорость передачи. Кабели USB определяются их способностью передавать данные и питание. Вот распространенные USB-кабели и их определенные скорости передачи:
- Кабели USB 1.0/1.1: могут передавать данные со скоростью до 12 Мбит/с
- Кабели USB 2.0: могут передавать данные со скоростью до 480 Мбит/с.
- Кабели USB 3.x: могут передавать данные со скоростью до 10 Гбит/с
USB SuperSpeed и SuperSpeed+
USB 3.0 был первой версией, которая представила «сверхскоростную» скорость передачи данных 5 Гбит/с. Более поздние версии USB 3.0, известные как USB 3.1 Gen 2, представили скорость передачи «Superspeed+» 10 Гбит/с. Это означает, что USB 3.1 Gen 2 удваивает скорость передачи по сравнению с USB 3.1 Gen 1.
USB 3.2, представленный Форумом разработчиков USB в сентябре 2017 года, определяет две скорости передачи:
- USB 3.2 Gen 1: 5 Гбит/с (ранее известный как USB 3.0 и USB 3.1 Gen 1)
- USB 3.2 Gen 2: 10 Гбит/с (ранее известный как USB 3.1 Gen 2)
USB Power Delivery (PD) и скорость зарядки
USB также имеет спецификацию USB Power Delivery (PD), которая обеспечивает более высокую скорость зарядки и передачу энергии. USB PD может выдавать до 100 Вт мощности, чего более чем достаточно для зарядки ноутбука. USB PD широко распространен в новых ноутбуках и устройствах, и вы можете определить его по логотипу USB PD.
Определение скорости передачи USB
Знание различных скоростей передачи USB может помочь вам определить и диагностировать потенциальные проблемы с вашими устройствами. Вот несколько способов определить скорость передачи USB:
- Найдите логотип USB на устройстве или кабеле. Логотип будет указывать поколение и скорость USB.
- Проверьте характеристики вашего устройства. В спецификациях должна быть указана версия USB и скорость передачи.
- Потратьте некоторое время на перемещение файлов между устройствами. Это даст вам представление о скорости передачи, которую вы можете ожидать.
Понимание скоростей передачи USB может быть сложным, но важно понять, если вы застряли в названии максимальных значений ваших устройств. Используя преимущества новейших технологий USB, вы можете добиться более высоких скоростей передачи и большей эффективности.
Питания
Подача питания через USB (PD)
USB Power Delivery (PD) — это технология запроса и доставки, основанная на определенных USB-разъемах и кабелях, которая обеспечивает более высокую производительность и возможности зарядки. PD — это стандарт, обеспечивающий мощность до 100 Вт, чего достаточно для зарядки ноутбука. PD поддерживается некоторыми устройствами и ноутбуками Android, а также некоторыми брендами зарядных устройств USB.
USB-зарядка
USB-зарядка — это функция, позволяющая заряжать USB-устройства через USB-порт. Зарядка через USB поддерживается большинством USB-устройств, включая смартфоны, планшеты и камеры. Зарядка USB может осуществляться через кабель USB, подключенный к зарядному устройству или компьютеру.
USB-инструменты и тестовые лаборатории
USB-инструменты и тестовые лаборатории — это ресурсы, которые разработчики могут использовать для проверки своих USB-продуктов на соответствие спецификации USB. USB-IF предоставляет библиотеку документов, поиск по продуктам и контактную информацию для проверки соответствия USB.
Запатентованная USB-зарядка
Запатентованная зарядка через USB — это вариант зарядки через USB, разработанный некоторыми компаниями, такими как Berg Electronics, дочерняя компания NCR, и Microsoft. Этот метод зарядки использует собственный разъем и протокол зарядки, которые не одобрены USB-IF.
Лицензирование USB и патенты
USB-IF владеет патентами, связанными с технологией USB, и взимает лицензионный сбор с производителей, которые хотят использовать логотип USB и идентификатор поставщика. USB-IF также лицензирует стандарт PoweredUSB, который является собственным стандартом зарядки и передачи данных, разработанным USB-IF. Для продуктов PoweredUSB требуется тестирование на совместимость с USB.
Соответствие USB и пресс-релизы
Тестирование на соответствие стандарту USB требуется для всех продуктов с интерфейсом USB, в том числе для тех, в которых используются собственные методы зарядки. USB-IF выпускает пресс-релизы и предоставляет ресурсы для членов и разработчиков спецификации USB. USB-IF также предоставляет логотип и идентификатор поставщика для совместимых USB-продуктов.
Общие сведения о совместимости версий USB
Почему важна совместимость версий USB?
При попытке использовать USB-устройства важно учитывать совместимость USB-версии устройства и порта, к которому оно будет подключено. Если USB-версия устройства и порт несовместимы, устройство может не работать или работать с меньшей скоростью, чем требуется. Это означает, что устройство не сможет работать в полную силу.
Какие бывают версии USB?
Версии USB включают USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0, USB 3.1 и USB 3.2. Версия USB определяется скоростью передачи данных, выходной мощностью и физическими разъемами.
Какая самая большая проблема с совместимостью версий USB?
Самая большая проблема с совместимостью версий USB заключается в том, что разъемы USB со временем менялись, хотя и по уважительным причинам. Это означает, что даже если компьютер или хост-устройство поддерживает определенную версию USB, физический порт может не соответствовать типу разъема устройства.
Как убедиться, что ваши USB-устройства совместимы?
Чтобы убедиться, что ваши USB-устройства совместимы, вам необходимо учитывать следующие переменные:
- USB-версия устройства и порт
- Тип разъема USB (Type-A, Type-B, Type-C и т. д.)
- Скорость передачи USB
- Выходная мощность порта USB
- Желаемые возможности USB-устройства
- Высочайшие возможности USB-порта
- Тип USB-устройства (флешка, жесткий диск, зарядное устройство и т. д.)
Вы можете использовать таблицу совместимости, чтобы узнать, какие версии USB и разъемы совместимы друг с другом.
Что означает совместимость версии USB для скорости передачи?
Совместимость версии USB означает, что скорость передачи данных устройства будет ограничена самой низкой версией USB двух компонентов. Например, если устройство USB 3.0 подключено к порту USB 2.0, скорость передачи будет ограничена скоростью передачи USB 2.0.
USB-устройства
Введение в USB-устройства
USB-устройства — это внешние периферийные устройства, предназначенные для подключения к компьютеру через разъемы USB. Они предлагают быстрое и простое решение для расширения функциональности и мощности компьютера. USB-устройства бывают разных форм и размеров, и их количество с каждым годом увеличивается. В настоящее время USB-устройства являются неотъемлемой частью современных вычислений, и без них трудно представить себе компьютер.
Примеры USB-устройств
Вот несколько примеров USB-устройств:
- USB-диск: небольшое устройство, содержащее флэш-память для хранения данных. Это современная альтернатива старой дискете.
- Джойстик/геймпад: Устройство, используемое для игр на компьютере. Он предлагает множество кнопок и быстрое время реакции.
- Гарнитура: Устройство, используемое для прослушивания аудио и записи вокала. Это популярный выбор для подкастинга или интервью.
- iPod/MP3-плееры: устройства, используемые для хранения и воспроизведения музыки. Он может быть заполнен тысячами песен и может быть подключен к компьютеру для синхронизации.
- Клавиатура: Устройство, используемое для ввода цифр и текста. Это хорошая альтернатива полноразмерной клавиатуре.
- Jump/Thumb Drive: Небольшое устройство, содержащее флэш-память для хранения данных. Это современная альтернатива старой дискете.
- Звуковая карта/динамики: устройство, используемое для воспроизведения звука. Он предлагает лучшее качество звука, чем встроенные динамики компьютера.
- Веб-камера: Устройство, используемое для записи видео и фотосъемки. Это популярный выбор для видеоконференций и потоковой передачи.
- Принтеры: устройство, используемое для печати текстов и изображений. Он предлагает различные способы печати, такие как струйная, лазерная или термическая.
USB-OTG-устройства
USB On-The-Go (OTG) — это функция, предлагаемая некоторыми USB-устройствами. Он позволяет устройству выступать в роли хоста и обмениваться данными с другими USB-устройствами. Вот несколько примеров устройств USB OTG:
- Мобильный телефон: Устройство с функцией USB OTG. Его можно использовать для подключения периферийных устройств USB, таких как клавиатура или мышь.
- Камера: устройство, поддерживающее функции USB OTG. Его можно использовать для подключения флэш-накопителя USB для хранения фотографий и видео.
- Сканер: устройство, поддерживающее функции USB OTG. Его можно использовать для преобразования отсканированных документов или изображений в цифровые файлы.
Расположение портов USB на ваших устройствах
Типичное расположение портов USB
USB-порты похожи на объемные кабельные интерфейсы, которые позволяют современной личной и бытовой электронике соединяться друг с другом. Их можно найти в различных местах на ваших устройствах, в том числе:
- Настольные компьютеры: обычно расположены в задней части башни.
- Ноутбуки: обычно расположены по бокам или сзади устройства.
- Планшеты и смартфоны: дополнительные порты USB могут располагаться на зарядных блоках или подставках
Как работает перечисление USB
Когда вы подключаете USB-устройство к компьютеру, процесс, называемый перечислением, присваивает устройству уникальный адрес и начинает процесс его идентификации. Это называется перечислением. Затем компьютер определяет тип устройства и назначает соответствующий драйвер для управления им. Например, если вы подключаете мышь, компьютер отправляет устройству небольшие команды, запрашивая у него информацию о своих параметрах. Как только компьютер подтвердит, что устройство является мышью, он назначает соответствующий драйвер для управления им.
Скорость и пропускная способность USB
USB 2.0 — наиболее распространенный тип USB-порта с максимальной скоростью 480 Мбит/с. USB 3.0 и 3.1 быстрее, со скоростью до 5 и 10 гигабит в секунду соответственно. Однако скорость USB-порта не гарантируется, так как она делится между всеми подключенными устройствами. Хост-компьютер управляет потоком данных, разделяя его на кадры, причем каждый новый кадр начинается в новом временном интервале. Это гарантирует, что каждому устройству будет предоставлено достаточно места для отправки и получения данных.
Отслеживание ваших USB-устройств
С большим выбором USB-устройств может быть трудно отследить, какое из них какое. Многие производители четко маркируют свои устройства логотипами или этикетками, но если у вас много устройств, все равно бывает сложно определить, какое из них какое. Чтобы помочь в этом, вы можете использовать диспетчер USB, чтобы открыть список всех установленных USB-устройств и определить, какое из них вы хотите использовать. Просто нажмите на устройство, которое хотите использовать, и оно будет назначено соответствующему порту.
Заключение
Вот и все, что вам нужно знать о USB. Это протокол, который позволяет вам подключаться и взаимодействовать с широким спектром устройств, и он существует уже почти 25 лет.
Это изменило то, как мы подключаемся и используем компьютеры, и оно никуда не денется. Так что не бойтесь нырнуть и промокнуть ноги! Это не так страшно, как кажется!
Меня зовут Йоост Нуссельдер, основатель Neaera и контент-маркетолог, папа, и я люблю пробовать новое оборудование с гитарой, что лежит в основе моей страсти, и вместе со своей командой я пишу подробные статьи в блоге с 2020 года. чтобы помочь преданным читателям советами по записи и игре на гитаре.
