Хіба USB не є просто універсальним стандартом для підключення пристроїв? Ну, не зовсім.
Універсальна послідовна шина (USB) — це промисловий стандарт, розроблений у середині 1990-х років із використанням протоколів зв’язку в шині для з’єднання. Він був розроблений для стандартизації підключення комп’ютерної периферії (включаючи клавіатури та принтери) до персональних комп’ютерів як для зв’язку, так і для постачання електроенергії.
Але як це робиться? А навіщо воно нам? Давайте розглянемо технологію і дізнаємося.
Розуміння значення універсальної послідовної шини (USB)
Стандартизоване підключення для пристроїв
USB — це стандартизоване підключення, яке дозволяє пристроям підключатися до комп’ютера чи інших пристроїв. Він призначений для покращення підключення широкого спектру пристроїв і надання їм можливості спілкуватися один з одним. USB широко використовується в промисловості та є кращим способом підключення пристроїв до персональних комп’ютерів.
Встановлення протоколів для USB-пристроїв
USB встановлює протоколи для зв’язку пристроїв один з одним. Це дозволяє пристроям запитувати й отримувати дані у великих кількостях. Наприклад, клавіатура може надіслати комп’ютеру запит на введення літери, а комп’ютер надішле літеру назад на клавіатуру для її відображення.
Підключення ряду пристроїв
Через USB можна підключати широкий спектр пристроїв, у тому числі медіа-пристрої, такі як жорсткі диски та флеш-накопичувачі. Він також призначений для забезпечення спонтанної конфігурації пристроїв. Це означає, що коли пристрій підключено, комп’ютер може автоматично виявити та налаштувати його без необхідності перезавантаження.
Фізична структура USB
USB складається з плоского, прямокутного з'єднувач який вставляється в порт комп’ютера або концентратора. Існують різні типи роз’ємів USB, включаючи квадратні та похилі зовнішні роз’єми. Вихідний роз’єм зазвичай знімний, і для його підключення до комп’ютера або концентратора використовується кабель.
Напруга USB і максимальна пропускна здатність
Останнє покоління USB підтримує максимальну напругу 5 вольт і максимальну пропускну здатність 10 Гбіт/с. До складу USB входять такі інтерфейси:
- Драйвер хост-контролера (HCD)
- Інтерфейс драйвера хост-контролера (HCDI)
- USB-пристрій
- USB-концентратор
Керування пропускною спроможністю та задоволення вимог клієнтів
Протокол USB обслуговує взаємозв’язок між пристроями та керує смугою пропускання, щоб забезпечити якнайшвидшу передачу даних. Доступна пропускна здатність залежить від технічних характеристик пристрою USB. Програмне забезпечення USB керує потоком даних і забезпечує зв’язок між прихованими частинами USB.
Полегшення передачі даних за допомогою каналів USB
USB складається з каналів, які полегшують передачу даних між пристроями. Канал — це логічний канал, який використовується для передачі даних між програмним і апаратним забезпеченням. Канали USB використовуються для передачі даних між пристроями та програмним забезпеченням.
Еволюція USB: від базового підключення до глобального стандарту
Перші дні USB
Пристрої USB спочатку були розроблені як спосіб налаштування комп’ютера з великою кількістю периферійних пристроїв. На початку існувало два основних різновиди USB: паралельний і послідовний. Розробка USB почалася в 1994 році з метою фундаментального спрощення підключення ПК до безлічі пристроїв.
Проблеми з адресацією та зручністю використання, які перешкоджали паралельним і послідовним з’єднанням, були спрощені за допомогою USB, оскільки він дозволяв програмне конфігурування під’єднаних пристроїв, дозволяючи розширити функціональність plug and play. Аджай Бхатт і його команда працювали над інтегральними схемами, що підтримують USB, які виробляла Intel. Перші USB-інтерфейси були продані в усьому світі в січні 1996 року.
USB 1.0 і 1.1
Найперша версія USB була широко поширена, і це призвело до того, що Microsoft визнала USB стандартним методом підключення для ПК. Специфікації USB 1.0 і 1.1 дозволяли підключення з низькою пропускною здатністю з максимальною швидкістю передачі 12 Мбіт/с. Це було значним покращенням порівняно з паралельним і послідовним підключенням.
У серпні 1998 року з'явилися перші пристрої USB 1.1, які відповідали новому стандарту. Однак розробці ускладнювалося розглядання периферійних пристроїв як прив’язаних до гнізда з’єднання, відомого як роз’єм «A». Це призвело до розробки роз’єму «B», який дозволив більш гнучке підключення до периферійних пристроїв.
USB 2.0
У квітні 2000 року було представлено USB 2.0, додавши підтримку з’єднань з більшою пропускною здатністю з максимальною швидкістю передачі 480 Мбіт/с. Це призвело до розробки менших конструкцій, таких як мініатюрні роз’єми та флеш-накопичувачі USB. Менші конструкції забезпечили більшу мобільність і зручність.
USB 3.0 і далі
USB 3.0 був представлений у листопаді 2008 року з максимальною швидкістю передачі 5 Гбіт/с. Це було значним покращенням порівняно з USB 2.0 і дозволило збільшити швидкість передачі даних. Пізніше були представлені USB 3.1 та USB 3.2 із ще вищою швидкістю передачі.
Протягом багатьох років у розробку USB вносилися зміни, у пакет включено повідомлення про зміни та повідомлення про важливі технічні зміни (ECN). USB-кабелі також еволюціонували з появою міжчипових кабелів, які дають змогу спілкуватися між пристроями, не вимагаючи окремого USB-з’єднання.
USB також додав підтримку спеціальних зарядних пристроїв, які дозволяють швидше заряджати пристрої. USB став світовим стандартом, у світі продано мільярди пристроїв. Він революціонізував спосіб підключення та спілкування за допомогою наших пристроїв і продовжує розвиватися, щоб задовольнити потреби сучасного світу.
Типи роз'ємів USB
Вступ
USB-роз’єми є невід’ємною частиною системи USB, забезпечуючи засіб для під’єднання USB-пристроїв до комп’ютера чи іншого пристрою. Існує кілька різних типів USB-роз’ємів, кожен із яких має власну конфігурацію та позначення.
Типи роз’ємів і роз’ємів USB
Штекер USB – це штекерний роз’єм, який зазвичай зустрічається на USB-кабелях, тоді як роз’єм USB – це гніздо, яке є на USB-пристроях. Існує кілька різних типів штекерів і роз’ємів USB, зокрема:
- Тип A: це найпоширеніший тип роз’єму USB, який зазвичай зустрічається на пристроях USB, таких як клавіатури, флешки пам’яті та пристрої AVR. На іншому кінці він закінчується роз’ємом типу А, який підключається до USB-порту комп’ютера чи іншого пристрою.
- Тип B: цей тип роз’єму USB зазвичай використовується на пристроях USB, які потребують більше енергії, ніж може забезпечити роз’єм типу A, наприклад принтери та сканери. На іншому кінці він закінчується роз’ємом типу B, який підключається до USB-порту комп’ютера чи іншого пристрою.
- Міні-USB: цей тип роз’єму USB є меншою версією роз’єму типу B і зазвичай зустрічається на цифрових камерах та інших невеликих пристроях. На іншому кінці він закінчується роз’ємом типу A або типу B, який підключається до USB-порту комп’ютера чи іншого пристрою.
- Micro-USB: цей тип USB-роз’єму навіть менший, ніж Mini-USB-штекер, і зазвичай зустрічається на нових пристроях, таких як смартфони та планшети. На іншому кінці він закінчується роз’ємом типу A або типу B, який підключається до USB-порту комп’ютера чи іншого пристрою.
- USB Type-C: це найновіший тип роз’єму USB, який стає все більш поширеним. Це ротаційно-симетричний штекер, який можна вставити будь-яким способом, що полегшує використання. Він також має багато штирів і екранів, що робить його більш міцним і здатним працювати в суворих умовах. На іншому кінці він закінчується роз’ємом типу A або типу B, який підключається до USB-порту комп’ютера чи іншого пристрою.
Особливості роз'єму USB
Роз’єми USB мають кілька особливостей, які спрощують використання та роблять їх надійнішими. До них належать:
- Поляризація: штекери та роз’єми USB номінально вставляються в певній орієнтації, щоб уникнути плутанини та переконатися, що підключено правильні лінії.
- Формований рельєф: USB-кабелі часто формуються з пластиковим покриттям, яке створює рельєф і потенційно збільшує міцність кабелю.
- Металева оболонка: роз’єми USB часто мають металеву оболонку, яка забезпечує екранування та допомагає зберегти ланцюг непошкодженим.
- Синій колір: роз’єми USB 3.0 часто мають синій колір, щоб позначити їх вищу швидкість передачі та сумісність із пристроями USB 2.0.
Розуміння швидкості передачі через USB
Покоління та швидкості USB
USB пройшов кілька ітерацій з моменту появи вперше, і кожна версія має власну швидкість передачі. Основні порти USB на сучасних ноутбуках і пристроях — це USB 2.0, USB 3.0 і USB 3.1. Ось швидкість передачі для кожного покоління:
- USB 1.0: 1.5 мегабіт на секунду (Мбіт/с)
- USB 1.1: 12 Мбіт/с
- USB 2.0: 480 Мбіт/с
- USB 3.0: 5 гігабіт на секунду (Гбіт/с)
- USB 3.1 Gen 1: 5 Гбіт/с (раніше відомий як USB 3.0)
- USB 3.1 Gen 2: 10 Гбіт / с
Важливо зазначити, що швидкість передачі даних обмежена найповільнішим пристроєм, підключеним до порту USB. Отже, якщо у вас є пристрій USB 3.0, підключений до порту USB 2.0, швидкість передачі буде обмежена 480 Мбіт/с.
USB-кабелі та швидкість передачі
Тип кабелю USB, який ви використовуєте, також може впливати на швидкість передачі. Кабелі USB визначаються їх здатністю передавати дані та живлення. Нижче наведено типові USB-кабелі та їх визначену швидкість передачі:
- Кабелі USB 1.0/1.1: можуть передавати дані зі швидкістю до 12 Мбіт/с
- Кабелі USB 2.0: можуть передавати дані зі швидкістю до 480 Мбіт/с
- Кабелі USB 3.x: можуть передавати дані зі швидкістю до 10 Гбіт/с
USB Superspeed і Superspeed+
USB 3.0 був першою версією, яка запровадила «надшвидкісну» швидкість передачі 5 Гбіт/с. Пізніші версії USB 3.0, відомі як USB 3.1 Gen 2, представили швидкість передачі «Superspeed+» 10 Гбіт/с. Це означає, що USB 3.1 Gen 2 подвоює швидкість передачі даних, ніж USB 3.1 Gen 1.
USB 3.2, представлений Форумом розробників USB у вересні 2017 року, визначає дві швидкості передачі:
- USB 3.2 Gen 1: 5 Гбіт/с (раніше відомий як USB 3.0 і USB 3.1 Gen 1)
- USB 3.2 Gen 2: 10 Гбіт/с (раніше відомий як USB 3.1 Gen 2)
USB Power Delivery (PD) і швидкість заряджання
USB також має специфікацію під назвою USB Power Delivery (PD), яка забезпечує більш високу швидкість заряджання та передачі енергії. USB PD може видавати потужність до 100 Вт, чого більш ніж достатньо для зарядки ноутбука. USB PD поширений у нових ноутбуках і пристроях, і ви можете ідентифікувати його за логотипом USB PD.
Визначення швидкості передавання через USB
Знання різних швидкостей передачі USB може допомогти вам визначити та діагностувати потенційні проблеми з вашими пристроями. Ось кілька способів визначення швидкості передачі USB:
- Знайдіть логотип USB на своєму пристрої або кабелі. Логотип вкаже на покоління та швидкість USB.
- Перевірте характеристики свого пристрою. У специфікаціях повинні бути вказані версія USB і швидкість передачі.
- Витратьте деякий час на переміщення файлів між пристроями. Це дасть вам уявлення про очікувану швидкість передачі.
Розуміння швидкості передачі USB може бути складним, але це важливо зрозуміти, якщо ви застрягли, називаючи максимальні значення своїх пристроїв. Використовуючи переваги новітніх технологій USB, ви можете досягти вищої швидкості передачі даних і підвищити ефективність.
Power
USB Power Delivery (PD)
USB Power Delivery (PD) — це технологія запиту й доставки на основі певних USB-роз’ємів і кабелів, яка забезпечує вищу продуктивність і можливості заряджання. PD — це стандарт, який забезпечує потужність до 100 Вт, якої достатньо для зарядки ноутбука. PD підтримується певними пристроями та ноутбуками Android, а також деякими марками зарядних пристроїв USB.
USB заряджання
Заряджання USB – це функція, яка дозволяє заряджати USB-пристрої через порт USB. Заряджання через USB підтримується більшістю USB-пристроїв, включаючи смартфони, планшети та камери. Зарядку через USB можна здійснити через USB-кабель, підключений до зарядного пристрою або комп'ютера.
Інструменти USB і тестові лабораторії
Інструменти та тестові лабораторії USB – це ресурси, які розробники можуть використовувати для перевірки своїх USB-продуктів на відповідність специфікаціям USB. USB-IF надає бібліотеку документів, пошук продуктів і контактну інформацію для перевірки сумісності USB.
Власна зарядка USB
Власна зарядка через USB – це варіант зарядки через USB, розроблений певними компаніями, такими як Berg Electronics, дочірня компанія NCR, і Microsoft. Цей спосіб заряджання використовує власний роз’єм і протокол заряджання, які не схвалені USB-IF.
Ліцензування та патенти USB
USB-IF володіє патентами, пов’язаними з технологією USB, і стягує ліцензійну плату з виробників, які хочуть використовувати логотип USB та ідентифікатор постачальника. USB-IF також ліцензує стандарт PoweredUSB, який є власним стандартом зарядки та передачі даних, розробленим USB-IF. Для продуктів PoweredUSB потрібне тестування на відповідність USB.
Відповідність USB та прес-релізи
Тестування USB на сумісність є обов’язковим для всіх USB-продуктів, у тому числі тих, які використовують власні методи заряджання. USB-IF випускає прес-релізи та надає ресурси для членів і розробників специфікації USB. USB-IF також надає логотип та ідентифікатор постачальника для сумісних USB-продуктів.
Розуміння сумісності версій USB
Чому важлива сумісність версій USB?
Коли ви намагаєтеся використовувати USB-пристрої, важливо враховувати сумісність USB-версії пристрою та порту, до якого він буде підключений. Якщо USB-версія пристрою та порт несумісні, пристрій може не працювати або працювати на нижчій швидкості, ніж бажано. Це означає, що пристрій не зможе працювати в повній мірі.
Які є різні версії USB?
Версії USB включають USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0, USB 3.1 і USB 3.2. Версія USB визначається швидкістю передачі, вихідною потужністю та фізичними роз’ємами.
Яка найбільша проблема з сумісністю версії USB?
Найбільша проблема сумісності версій USB полягає в тому, що USB-роз’єми змінювалися з часом, хоча й з поважних причин. Це означає, що навіть якщо комп’ютер або хост-пристрій підтримує певну версію USB, тип фізичного порту може не підходити до штекера пристрою.
Як переконатися, що ваші USB-пристрої сумісні?
Щоб переконатися, що ваші USB-пристрої сумісні, потрібно врахувати такі змінні:
- USB-версія пристрою та порт
- Тип роз’єму USB (тип A, тип B, тип C тощо)
- Швидкість передачі USB
- Вихідна потужність порту USB
- Бажані можливості USB-пристрою
- Найвища потужність порту USB
- Тип USB-пристрою (флешка, жорсткий диск, зарядний пристрій тощо)
Ви можете скористатися таблицею сумісності, щоб дізнатися, які версії USB і штекери сумісні між собою.
Що означає сумісність версії USB для швидкості передачі?
Сумісність із версією USB означає, що швидкість передачі пристрою буде обмежена найнижчою версією USB із двох компонентів. Наприклад, якщо пристрій USB 3.0 підключено до порту USB 2.0, швидкість передачі буде обмежена швидкістю передавання даних USB 2.0.
USB-пристрої
Знайомство з USB-пристроями
USB-пристрої – це зовнішні периферійні пристрої, призначені для підключення до комп’ютера через роз’єми USB. Вони пропонують швидке та просте рішення для розширення функціональності та потужності комп’ютера. USB-пристрої бувають різних форм і розмірів, і з кожним роком їх кількість зростає. У наш час USB-пристрої є невід’ємною частиною сучасної комп’ютерної техніки, і важко уявити комп’ютер без них.
Приклади USB-пристроїв
Ось кілька прикладів пристроїв USB:
- USB-диск: невеликий пристрій, який містить флеш-пам’ять для зберігання даних. Це сучасна альтернатива старій дискеті.
- Джойстик/геймпад: пристрій, який використовується для ігор на комп’ютері. Він пропонує багато кнопок і швидку реакцію.
- Гарнітура: пристрій, який використовується для прослуховування аудіо та запису вокалу. Це популярний вибір для подкастингу чи дачі інтерв’ю.
- iPod/MP3-плеєри: пристрій для зберігання та відтворення музики. Він може заповнюватися тисячами пісень і може бути підключений до комп’ютера для синхронізації.
- Клавіатура: пристрій для введення чисел і тексту. Це хороша альтернатива повнорозмірній клавіатурі.
- Jump/Thumb Drive: невеликий пристрій, який містить флеш-пам’ять для зберігання даних. Це сучасна альтернатива старій дискеті.
- Звукова карта/динаміки: пристрій для відтворення аудіо. Він пропонує кращу якість звуку, ніж вбудовані динаміки комп’ютера.
- Веб-камера: пристрій для запису відео та фотографування. Це популярний вибір для відеоконференцій і потокового передавання.
- Принтери: пристрій для друку текстів і зображень. Він пропонує різні способи друку, такі як струменевий, лазерний або термічний.
Пристрої USB OTG
USB On-The-Go (OTG) — це функція, яку пропонують деякі USB-пристрої. Це дозволяє пристрою діяти як хост і спілкуватися з іншими пристроями USB. Ось кілька прикладів пристроїв USB OTG:
- Мобільний телефон: пристрій із функцією USB OTG. Його можна використовувати для підключення периферійних пристроїв USB, таких як клавіатура або миша.
- Камера: пристрій із функцією USB OTG. Його можна використовувати для підключення флешки USB для зберігання фотографій і відео.
- Сканер: пристрій із функцією USB OTG. Його можна використовувати для перетворення сканованих документів або зображень у цифрові файли.
Розташування портів USB на ваших пристроях
Типове розташування портів USB
USB-порти схожі на об’ємні кабельні інтерфейси, які дозволяють сучасній персональній та побутовій електроніці з’єднуватися один з одним. Їх можна знайти в різних місцях на ваших пристроях, зокрема:
- Настільні комп’ютери: зазвичай розташовані на задній частині вежі
- Ноутбуки: зазвичай розташовані з боків або ззаду пристрою
- Планшети та смартфони: додаткові USB-порти можуть бути розташовані на зарядних блоках або підставках
Як працює перерахування USB
Коли ви підключаєте USB-пристрій до комп’ютера, процес під назвою перерахування призначає унікальну адресу пристрою та починає процес його ідентифікації. Це називається перерахуванням. Потім комп’ютер визначає тип пристрою та призначає відповідний драйвер для керування ним. Наприклад, якщо ви підключите мишу, комп’ютер надсилає невеликі команди пристрою, просячи його надіслати інформацію про свої параметри. Коли комп’ютер перевірив, що пристрій є мишею, він призначає відповідний драйвер для керування ним.
Швидкість і пропускна здатність USB
USB 2.0 є найпоширенішим типом USB-порту з максимальною швидкістю 480 Мбіт/с. USB 3.0 і 3.1 швидші, зі швидкістю до 5 і 10 гігабіт на секунду відповідно. Однак швидкість порту USB не гарантується, оскільки вона розподіляється між усіма підключеними пристроями. Головний комп’ютер керує потоком даних, розділяючи його на кадри, причому кожен новий кадр починається в новому часовому інтервалі. Це гарантує, що кожному пристрою надається достатньо місця для надсилання та отримання даних.
Відстеження ваших USB-пристроїв
З великою кількістю USB-пристроїв на вибір може бути важко відстежити, який із них є який. Багато виробників чітко позначають свої пристрої логотипами або ярликами, але якщо у вас багато пристроїв, все одно може бути важко визначити, який із них є який. Щоб допомогти з цим, ви можете скористатися диспетчером USB, щоб відкрити список усіх встановлених USB-пристроїв і визначити, який з них ви хочете використовувати. Просто клацніть пристрій, який ви хочете використати, і його буде призначено відповідному порту.
Висновок
Ось і все, що вам потрібно знати про USB. Це протокол, який дозволяє вам підключатися та спілкуватися з широким спектром пристроїв, і він існує вже майже 25 років.
Це змінило спосіб підключення та використання комп’ютерів, і це залишиться. Тож не бійтеся пірнути та замочити ноги! Це не так страшно, як звучить!
Я Йост Нуссельдер, засновник Neaera і маркетолог із контенту, тато, я люблю випробовувати нове обладнання з гітарою в основі моєї пристрасті, і разом зі своєю командою я створюю детальні статті в блозі з 2020 року. щоб допомогти вірним читачам порадами щодо запису та гітари.
