USB-разъемы: типы, их описание, преимущества и недостатки. Типы разьемов и стандарты USB Что такое интерфейс usb

В конце 2008 года. Как и можно было ожидать, новый стандарт увеличил пропускную способность, хотя прирост не такой значительный, как 40-кратное увеличение скорости при переходе от USB 1.1 на USB 2.0. В любом случае, 10-кратное повышение пропускной способности можно приветствовать. USB 3.0 поддерживает максимальную скорость передачи 5 Гбит/с. Пропускная способность почти в два раза превышает современный стандарт Serial ATA (3 Гбит/с с учётом передачи информации избыточности).

Логотип USB 3.0

Каждый энтузиаст подтвердит, что интерфейс USB 2.0 является основным «узким местом» современных компьютеров и ноутбуков, поскольку его пиковая «чистая» пропускная способность составляет от 30 до 35 Мбайт/с. Но у современных 3,5″жёстких дисков для настольных ПК скорость передачи уже превысила 100 Мбайт/с (появляются и 2,5″ модели для ноутбуков, приближающиеся к данному уровню). Скоростные твёрдотельные накопители успешно превзошли порог 200 Мбайт/с. А 5 Гбит/с (или 5120 Мбит/с) соответствует 640 Мбайт/с.

Мы не думаем, что в обозримом будущем жёсткие диски приблизятся к уровню 600 Мбайт/с, но следующие поколения твёрдотельных накопителей могут превысить это число уже через несколько лет. Увеличение пропускной способности становится всё более важным, поскольку количество информации увеличивается, соответственно, растёт и время её резервирования. Чем быстрее работает хранилище, тем меньше будет время резервирования, тем проще будет сделать «окна» в расписании резервирования.

Таблица сравнения скоростных характеристик USB 1.0 – 3.0

Цифровые видеокамеры сегодня могут записывать и хранить гигабайты видеоданных. Доля HD-видеокамер увеличивается, а им требуются более ёмкие и быстрые хранилища для записи большого количества данных. Если использовать USB 2.0, то на передачу нескольких десятков гигабайт видеоданных на компьютер для монтажа потребуется значительное время. USB Implementers Forum считает, что пропускная способность останется принципиально важной, и USB 3.0 будет достаточно для всех потребительских устройств на протяжении ближайших пяти лет.

Кодирование 8/10 бит

Чтобы гарантировать надёжную передачу данных интерфейс USB 3.0 использует кодирование 8/10 бит, знакомое нам, например, по Serial ATA. Один байт (8 бит) передаётся с помощью 10-битного кодирования, что улучшает надёжность передачи в ущерб пропускной способности. Поэтому переход с битов на байты осуществляется с соотношением 10:1 вместо 8:1.

Сравнение пропускной способности USB 1.x – 3.0 и конкурентов

Режимы энергосбережения

Конечно, основной целью интерфейса USB 3.0 является повышение доступной пропускной способности , однако новый стандарт эффективно оптимизирует энергопотребление . Интерфейс USB 2.0 постоянно опрашивает доступность устройств, на что расходуется энергия. Напротив, у USB 3.0 есть четыре состояния подключения, названные U0-U3. Состояние подключения U0 соответствует активной передаче данных, а U3 погружает устройство в «сон».

Если подключение бездействует, то в состоянии U1 будут отключены возможности приёма и передачи данных. Состояние U2 идёт ещё на шаг дальше, отключая внутренние тактовые импульсы. Соответственно, подключённые устройства могут переходить в состояние U1 сразу же после завершения передачи данных, что, как предполагается, даст ощутимые преимущества по энергопотреблению, если сравнивать с USB 2.0.

Больший ток

Кроме разных состояний энергопотребления стандарт USB 3.0 отличается от USB 2.0 и более высоким поддерживаемым током . Если USB 2.0 предусматривал порог тока 500 мА, то в случае нового стандарта ограничение было сдвинуто до планки 900 мА. Ток при инициации соединения был увеличен с уровня 100 мА у USB 2.0 до 150 мА у USB 3.0. Оба параметра весьма важны для портативных жёстких дисков, которые обычно требуют чуть большие токи. Раньше проблему удавалось решить с помощью дополнительной вилки USB, получая питание от двух портов, но используя только один для передачи данных, пусть даже это нарушало спецификации USB 2.0.

Новые кабели, разъёмы, цветовое кодирование

Стандарт USB 3.0 обратно совместим с USB 2.0 , то есть вилки кажутся такими же, как и обычные вилки типа A. Контакты USB 2.0 остались на прежнем месте, но в глубине разъёма теперь располагаются пять новых контактов. Это означает, что вам нужно полностью вставлять вилку USB 3.0 в порт USB 3.0, чтобы удостовериться в режиме работы USB 3.0, для которого требуются дополнительные контакты. Иначе вы получите скорость USB 2.0. USB Implementers Forum рекомендует производителям использовать цветовое кодирование Pantone 300C на внутренней части разъёма.

Ситуация получилась схожей и для USB-вилки типа B, хотя различия визуально более заметны. Вилку USB 3.0 можно определить по пяти дополнительным контактам .

USB 3.0 не использует волоконную оптику , поскольку она слишком дорога для массового рынка. Поэтому перед нами старый добрый медный кабель. Однако теперь у него будет девять, а не четыре провода. Передача данных осуществляется по четырём из пяти дополнительных проводов в дифференциальном режиме (SDP–Shielded Differential Pair). Одна пара проводов отвечает за приём информации, другая – за передачу. Принцип работы похож на Serial ATA, при этом устройства получают полную пропускную способность в обоих направлениях. Пятый провод – «земля».

Универсальная последовательная шина (Universal Serial Bus) или же просто USB - это промышленный стандарт, разработанный в середине 1990 годов для того, чтобы стандартизировать подключение периферии к компьютеру. Он заменил большинство интерфейсов и теперь является самым распространенным типом разъемов для потребительских устройств.

На сегодняшний день практически каждое устройство, будь оно портативным или стационарным, имеет различные виды USB разъемов. Но все устроено намного сложнее, чем считают новички. Сегодня мы рассмотрим виды USB портов и различные стандарты.

У многих мог сейчас назреть вопрос: "Если USB должен быть универсальным, то почему он имеет большое количество типов?". Дело в том, что все эти типы USB разъемов выполняют различные функции. Это помогает обеспечить совместимость в случае выпуска устройства с улучшенными характеристиками. Давайте рассмотрим наиболее распространенные виды USB портов.

• Type-A - большинство кабелей имеют на одном конце коннектор этого типа USB, туда же относятся и кабели современных клавиатур и мышей. Этим же типом USB комплектуются персональные компьютеры и зарядные устройства;
• Type-B - это порт используется для подключения принтеров и других периферийных устройств к компьютеру. Но в настоящее время он не распространен так, как распространен USB Type-A;

• Mini USB - это был стандартный разъем для мобильных устройств до появления Micro USB. Этот разъем меньше стандартного, что и можно понять по его названию. Этот тип разъемов тоже немного устарел и был заменен Micro USB, но это не означает, что такие виды USB нигде нельзя найти;
• Micro USB - на данный момент является стандартом для портативных устройств. Его приняли все крупные производители мобильных устройств, за исключением Apple. Но Micro USB постепенно начинают заменять на USB Type-C. Кстати, существуют различные виды Micro USB разъемов, но об этом поговорим чуть позже;
• Type-C - такой кабель может иметь на обоих концах один и тот же коннектор. Заявлена более высокая скорость передачи данных и более высокая мощность по сравнению с предыдущими стандартами USB. Такой разъем использовала компания Apple для Thunderbolt 3. О USB Type-C мы поговорим чуть позже;

• Lightning - не относится к стандарту USB, но является фирменным интерфейсом для мобильной продукции Apple с сентября 2012 года. Устройства же до этого времени использовали менее компактный 30-pin проприетарный разъем.

USB 3.0

Новый стандарт обеспечивает более высокую скорость передачи данных и при этом имеет обратную совместимость со старым стандартом. По форме USB 3.0 и USB 2.0 Type-A одинаковы, просто новый стандарт окрашен в синий цвет, чтобы отличить USB 3.0 от 2.0.

Но увеличение скорости будет только в том случае, когда разъем, куда вставляется кабель или флеш-накопитель должен быть USB 3.0, и сам кабель или флеш-накопитель должен иметь коннектор USB 3.0.

Также кроме USB 3.0 Type-A существуют и другие типы разъемов USB 3.0. Type-B и его Micro версия имеют дополнительные контакты, чтобы обеспечить более высокую скорость передачи данных, что разрушает совместимость этих разъемов со старыми версиями, но старые USB 2.0 устройства можно подключить в новые USB 3.0 разъемы, но прироста скорости вы не получите.

Micro USB

Если у вас есть Android устройство, то вам нужно иметь Micro USB кабель. Даже самые ярые фанаты Apple не могут избежать этого типа разъемов в портативных аккумуляторах, колонках и другом.

Также имеются деления на типы разъемов Micro USB. В основном используется Micro USB Type-B, Type-A особо не распространен, да и я его в реальной жизни никогда не видел. То же самое относится и к Mini USB.

Если вы начнете покупать много гаджетов, вы скоро начнете использовать разные провода для разных устройств, все равно же нет разницы. Так что вам не придется докупать дополнительные провода, если вы их не теряете и не рвете.

При покупке кабеля люди обычно покупают самые дешевые, что я вам делать не советую, так как качество такой продукции может быть очень плохим. В дальнейшем это приведет к неработоспособности кабеля.

Также определитесь с длиной кабеля. В поездке короткий кабель удобен, но дома с таким вы будете сидеть на полу возле розетки. Длинный же кабель будет запутываться и всячески мешать вам. Для портативного аккумулятора у меня кабель длиной в 35 сантиметров, а кабель для зарядки смартфона дома длиной в 1 метр.

USB On-The-Go

USB On-The-Go (USB OTG) - это относительно новый стандарт, позволяющий вставлять в портативные устройства флеш-накопители, предназначенные для других USB интерфейсов, кабели, чтобы заряжать что-либо от аккумулятора вашего портативного устройства и так далее. USB OTG поддерживает не только USB Type-A, но и другие виды USB портов.

А теперь представьте, что у вас есть внешний жесткий диск, смартфон и ноутбук. Какие действия вы выполните для того, чтобы переместить какой-либо файл с внешнего жесткого диска на ваш смартфон? Самый простой способ - это сначала переместить файл с внешнего жесткого диска на ноутбук, а с него на смартфон.

А теперь представьте, что вы имеете USB OTG переходник. Просто вставьте переходник в смартфон, а в него кабель от внешнего жесткого диска. Необходимость в ноутбуке отпадает. Удобно?

К сожалению, не все устройства поддерживают USB On-The-Go, так что перед покупкой переходника советую вам проверить ваше устройство на поддержку USB OTG.

Переходники для Lightning существуют и они даже с версии iOS 9 везде работают, но называть это OTG как-то не особо хочется.

USB Type-C

Этот новый стандарт имеет большой задел на будущее. Во-первых, он быстрый и может передавать большие токи, во-вторых, его можно вставить любой стороной и на обоих концах провода может быть один и тот же коннектор.

В 2015 году компания Apple потрясла весь мир, выпустив MacBook с одним USB Type-C разъемом. Это может быть началом тенденции.

Сейчас существует немало устройств с USB Type-C разъемом. Для подключения к компьютеру стоит использовать USB Type-C - USB Type-A кабель, если у вас нет такого же разъема в компьютере.

Покупать дешевые USB Type-C кабели не стоит, совсем не стоит. Очень просто убить ваше устройство. К тому же по такому кабелю проходят большие токи, так что некачественный кабель еще и приведет к пожару. Не жалейте денег на качественный кабель.

Выводы

Сегодня мы рассмотрели различные виды USB разъемов и стандартов. Теперь вам известны все популярные типы USB разъемов. Надеюсь, что эта информация была полезной для вас. Если это так, то не поленитесь, пожалуйста, оценить эту статью ниже.

Сегодня USB вытеснил практически все другие интерфейсы для подключения компьютерной периферии (смотри врезку «Внешние интерфейсы – конкуренты USB»), залогом чему стали его неоспоримые преимущества.

■ Распространенность. Любой компьютер, выпущенный в последние годы, оснащен одним или несколькими портами USB (на современных настольных ПК их до 12, на подавляющем большинстве ноутбуков – 3–4). Выбор же USB-устройств просто огромен.

■ Простота в использовании. USB – идеальное воплощение принципа Plug and Play. Устройства с этим интерфейсом можно подключать и отключать во время работы компьютера. Современные операционные системы сразу же распознают USB-устройства и подгружают необходимые драйверы. На многих компьютерах для повышения удобства доступа порты USB размещены на фронтальной или боковой стороне корпуса. К тому же перепутать разъемы и неправильно подключить периферию невозможно.

■ Высокая пропускная способность. У интерфейса USB 2.0 она составляет 480 Мбит/с. Копирование файла размером 700 Мб на накопитель, подключенный к порту USB, займет не более 20 секунд.

■ Обеспечение питания. Порт USB не только служит для подключения периферии, но и может «подкармливать» гаджеты с низким энергопотреблением, к примеру, мыши, клавиатуры, флэшки и даже 2,5-дюймовые жесткие диски. Напряжение питания по шине USB равно 5 В при силе тока до 500 мА. Этого, конечно, недостаточно для периферийных устройств со сравнительно высоким энергопотреблением, таких как принтеры или внешние жесткие диски форм-фактора 3,5”. Поэтому они комплектуются собственными блоками питания, подключаемыми непосредственно к розетке электросети.

ПРОСТО И ЛЕГКО

Связующим центром для всех USB-устройств является компьютер. Только с ним они могут «общаться» напрямую. Такое соединение получило название «точка-точка».

При первом подключении USB-устройство автоматически обнаруживается операционной системой, после чего она осуществляет поиск нужного драйвера. При этом действует правило: чем новее версия используемой операционной системы, тем выше вероятность того, что пользователю не придется устанавливать драйвер самостоятельно. К примеру, Windows XP и Vista автоматически распознают флэш-накопители, кард-ридеры и внешние жесткие диски и регистрируют их в качестве съемных дисков. Необходимые для этих устройств драйверы входят в дистрибутив Windows и всегда находятся «под рукой» у системы. Windows Vista к тому же располагает дополнительными драйверами для наиболее распространенных моделей принтеров, сканеров, игровых клавиатур и других устройств.

СОВЕТ

За редким исключением, USB-гаджеты могут обмениваться данными между собой только при посредничестве компьютера. В этом случае ПК играет роль так называемого USB-хоста. Он запрашивает у каждого устройства, подключенного по USB и называемого клиентом, информацию о наличии необходимых для передачи данных, после чего организует «диалог». Передавать файлы «по собственной инициативе» клиентам запрещено. Данный метод, называемый опросом, хотя и отнимает часть системных ресурсов, однако делает возможным создание простых и, как следствие, недорогих USB-устройств.

Типы USB-разъемов

Существуют два типа разъемов и штекеров USB: тип А используется для подключения USB-устройств к ноутбукам и настольным компьютерам. Разъемом типа B оснащаются периферийные USB-устройства. Существует несколько вариантов разъема второго типа: собственно В, Mini-В и Micro-В.

Тип А. Коннектор типа А подключается к USB-разъему типа А компьютера или USB-хаба. Некоторые принтеры и многофункциональные устройства также оснащены разъемом типа А – для подключения фотокамер.

Тип B. Коннектор типа В подключается к соответствующему USB-разъему, которым обычно оснащаются крупные периферийные устройства, такие как МФУ, принтеры и сканеры.

Mini-USB (тип В). USB-устройства более скромных размеров, например цифровые фотокамеры, КПК или сотовые телефоны, оснащаются более миниатюрным вариантом разъема типа В, называемым Mini-USB (или, правильнее, Mini-B).

Micro-USB (тип В). Существует USB-разъем еще более компактный, чем Mini-В – это разъем Micro-B. Им чаще всего могут похвастаться мобильные телефоны.

Прямая связь двух USB-гаджетов возможна с помощью технологии On-The-Go. Ее использование позволит выводить на печать изображения без посредничества компьютера или напрямую обмениваться музыкальными файлами между MP3-плеерами.

ПРЕИМУЩЕСТВА КОНКУРЕНТОВ

Интерфейсы USB, eSATA и FireWire отличаются друг от друга, прежде всего, по скорости передачи данных (см. врезку «Пропускная способность USB, eSATA и FireWire в сравнении»).

Внешние интерфейсы – конкуренты USB

FireWire. Интерфейс для подключения видеокамер и внешних жестких дисков. Стандарт FireWire 800 предусматривает работу на больших скоростях, чем стандарт USB 2.0, однако сегодня он теряет свою актуальность.

SATA и eSATA. Наряду с интерфейсом SATA, используемым для подключения внутренних жестких дисков, существует eSATA для подключения внешних дисковых накопителей. Передача данных по eSATA осуществляется почти в четыре раза быстрее, чем по USB 2.0. Пожалуй, eSATA – единственный интерфейс, имеющий явное преимущество перед USB и не собирающийся сдавать позиции.

PS/2. Этот некогда стандартный интерфейс для подключения устройств ввода с приходом USB постепенно уходит в прошлое. Фиолетовый разъем PS/2 традиционно предназначен для клавиатуры, зеленый – для мыши.

Параллельный порт. До того как USB получил широкое распространение, параллельный порт был традиционным интерфейсом для подключения принтеров и сканеров. Теперь он встречается все реже.

Игровой порт (MIDI-порт). К игровому порту раньше подключали джойстики или музыкальные MIDI-клавиатуры. Сегодня подобные устройства используют для подключения USB-разъем, так что MIDI-порты встречаются редко.

Последовательный порт. Последовательный порт (СОМ-порт), к которому ранее подключали мышь и модем, сегодня на домашнем ПК абсолютно бесполезен. Данный интерфейс используется в промышленности – для управления специальными машинами.

Внешний SCSI-интерфейс. Раньше, наряду с распространенными сегодня внешними жесткими дисками с интерфейсом IDE, часто использовались накопители с интерфейсом SCSI, которые сегодня актуальны лишь для серверных систем.

■ eSATA служит для подключения внешних жестких дисков, а с недавних пор – и некоторых моделей флэшек. В отличие от USB и FireWire, во внешних жестких дисках с интерфейсом eSATA не требуется преобразования данных, что исключает дополнительное звено, тормозящее взаимодействие с ПК. Поэтому скорость у подобных жестких дисков находится на уровне встроенных в компьютеры винчестеров. Если вам необходима максимальная производительность внешних устройств, то eSATA – наилучшее решение.■ FireWire служит в первую очередь для подключения к ПК видеокамер и некоторых моделей жестких дисков. Актуальная версия FireWire 800 существенно быстрее интерфейса USB 2.0 (800 против 480 Мбит/с). Но устройства с интерфейсом Fire Wire обычно дороже, чем аналогичные с USB.

Пропускная способность USB, eSATA и FireWire в сравнении

Если вы планируете купить внешний жесткий диск, то вам предстоит выбрать один из нескольких возможных интерфейсов его подключения, которые имеют разную пропускную способность: наивысшую скорость передачи данных обеспечивает eSATA, следом идет FireWire 800 и замыкает эту гонку USB 2.0. Но у последнего есть свой козырь: разъем USB присутствует на любом компьютере.

Сложившийся расклад сил изменит выход устройств с интерфейсом USB 3.0, который станет самым быстрым интерфейсом передачи данных. Но до момента, когда новый стандарт USB получит широкое распространение, пройдет немало времени.

СТАНДАРТЫ USB

■ USB 1.1. Компьютеры, выпущенные до 2002 года, предоставляют в распоряжение пользователя интерфейс USB 1.1. Передача данных по этому стандарту осуществляется достаточно медленно. Теоретическая пиковая пропускная способность составляет 12 Мбит/с (или 1,5 Мб/с). Для устройств ввода – клавиатуры и мыши – этого вполне достаточно.

На заметку. Более ранняя версия, USB 1.0, не получила распространения, так и оставшись на бумаге. Готовые изделия, соответствующие этому стандарту, в продажу не поступали.

■ USB 2.0. Компьютеры и ноутбуки, выпущенные после 2003 года, как правило, оснащены портами USB 2.0. Максимальная скорость в сравнении со стандартом 1.1 заметно возросла и составила 480 Мбит/с (или 60 Мб/с). Хотя на практике достигнуть такого уровня пропускной способности не удается.

Более высокую пропускную способность обеспечивают устройства USB 2.0, отмеченные логотипом «USB 2.0 Hi-Speed». Если же на коробке или корпусе устройства указано «USB 2.0 Full-Speed», это означает, что данные будут передаваться на скорости стандарта USB 1.1.

«ЗАМЕДЛЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ»

Если Windows сама не определит подключенное USB-устройство, драйвер для него придется устанавливать самостоятельно (как правило, его можно найти на диске, входящем в комплект поставки USB-устройства). Купив принтер или МФУ с интерфейсом USB, не спешите сразу подключать его: вначале загляните в руководство пользователя и ознакомьтесь с порядком установки, чтобы понять, нужно ли инсталлировать ПО или имеющегося в ОС будет достаточно. В противном случае Windows может установить драйвер с меньшим набором функций или вовсе распознает устройство неверно.

Еще одно преимущество USB-хаба заключается в том, что его можно установить в удобном для вас месте. Это избавит от необходимости каждый раз лезть под компьютерный стол в поисках нужного порта, чтобы подключить USB-коннектор. Кроме того, если для подключения устройства не хватает длины USB-кабеля, хаб может выступать в роли удлинителя.Проще всего это сделать с помощью так называемых USB-разветвителей (USB-хабов). Эти маленькие «коробочки» доступны по цене от 100 руб. Занимая всего один USB-разъем компьютера, такое устройство предоставляет взамен, как правило, четыре (и более) порта. Теоретически использование USB-хабов позволяет подключить к одному компьютеру до 127 устройств USB.

Необходимо учесть, что существует два типа хабов.

■ Активный. В качестве источника электроэнергии он использует отдельный блок питания, который входит в комплект поставки хаба. USB-порты такого разветвителя способны обеспечивать максимальную для этого интерфейса силу тока, поэтому к активным хабам можно подключать даже такие «прожорливые» устройства, как внешние жесткие диски.

■ Пассивный. Питание на него подается с USB-порта компьютера и делится между всеми портами, поэтому пассивные хабы подходят лишь для подключения устройств с низким энергопотреблением.

USB по сети

Сетевой USB-хаб Belkin Components позволяет подключить до пяти USB-устройств, которые будут взаимодействовать с компьютером по сети. С помощью WLAN-маршрутизатора можно организовать для них беспроводное соединение.

КАКОВА МАКСИМАЛЬНАЯ ДЛИНА КАБЕЛЯ USB

Альтернативой хабу может считаться плата расширения, устанавливаемая в слот PCI материнской платы ПК. При ее использовании в вашем распоряжении окажется несколько дополнительных разъемов USB (как правило, четыре). Подобные платы можно приобрести по цене от 300 руб. Недостаток: дополнительные порты USB будут расположены на задней стенке системного блока.

Максимальная длина стандартного кабеля USB составляет 5 метров. Если этого недостаточно, потребуются специальные удлинители (после каждого 5-метрового участка необходим своего рода ретранслятор с автономным питанием, в роли которого, кстати говоря, может выступать и USB-хаб). С их помощью можно достигнуть длины соединения, равной 25 метрам. Использование так называемых USB Line Extender (стоимостью 1000 руб. и более; это устройство представляет собой USB-адаптер и хаб, которые соединены стандартным сетевым кабелем) позволит преодолевать расстояние и в 60 метров.

Что означают логотипы USB

На упаковке большинства USB-устройств красуется один или несколько приведенных ниже логотипов. Их наличие указывает на то, что устройство соответствует техническим требованиям, описанным в спецификациях и документах некоммерческой организации USB Implementers Forum. Если вам встретится обозначение, которого нет в нашем списке, будьте осторожны: возможно, вы имеете дело с низкосортной продукцией «третьих фирм», которые, возможно, не поддерживают заявленных характеристик.

НЕМНОГО О WIRELESS USB

Wireless USB – это новый стандарт, призванный сделать возможной беспроводную связь по шине USB. Бесконечные провода на и под столом благополучно ушли бы в прошлое, если бы принтеры, сканеры, внешние жесткие диски и MP3-плееры смогли обмениваться данными с компьютером без использования кабеля. Эта новая технология, предлагаемая USB Imple menters Forum, поможет реализовать эту мечту.

Новый USB-кабель

«Традиционный» USB-кабель состоит из четырех проводов. Два из них осуществляют передачу данных, два других используются для электропитания. Для нового высокоскоростного режима работы USB версии 3.0 четырех проводов уже недостаточно, поэтому новый кабель будет иметь четыре дополнительные линии для данных: первая пара будет служить для приема, вторая – для передачи. Преимущество: в отличие от USB 2.0 прием и передача данных будут осуществляться одновременно и на максимальной скорости. Кабель USB 3.0 будет оснащен новым коннектором с пятью дополнительными контактами.

В качестве примера рассмотрим, как можно одновременно подключить обычные USB-принтер и сканер, используя Wireless USB. Совсем без проводов в этом случае обойтись все же не удастся: оба устройства придется соединить кабелями с беспроводным USB-хабом, который «от их имени» будет общаться с компьютером. При этом в ПК должен быть установлен соответствующий беспроводной USB-адаптер. В данном случае принтер и сканер будут определяться системой как устройства, подключенные к компьютеру традиционным способом.

Стоит принять во внимание тот факт, что максимальную скорость передачи в 480 Мбит/с беспроводной интерфейс USB обеспечивает только в том случае, если расстояние между хабом и компьютером не превышает трех метров. На большем расстоянии пропускная способность Wireless USB снижается. Если на пути беспроводного канала связи встретятся преграды, например стена, передача данных будет невозможна.

На заметку. Альтернативой решениям Wireless USB являются USB-хабы, подключаемые к локальной сети. Их можно подключить к WLAN-маршрутизатору, в результате чего также станет возможно беспроводное соединение USB-устройств и компьютера.

НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ USB 3.0

Стандарт USB 3.0 стал дальнейшим развитием интерфейса USB 2.0, привнеся в него целый ряд улучшений.

■ Пропускная способность. На практике USB 2.0 обеспечивает передачу данных на максимальной скорости, едва превышающей 30 Мб/с. Это ограничивает возможности многих устройств, прежде всего внешних дисковых накопителей, которые способны работать на скорости, превышающей указанную в 2–4 раза. В USB 3.0 пропускная способность вырастет сразу в 10 раз и достигнет уровня 5 Гбит/с. Для этой цели USB 3.0 оснащается более сложной технологией передачи данных, при которой для трансляции одного байта требуется не 8, а 10 бит. Поэтому реальный скоростной предел при передаче данных составит приблизительно 500 Мб/с. Однако даже таких результатов добиться вряд ли получится – камнем преткновения станут скоростные возможности внешних устройств (тех же накопителей), которые по скорости значительно отстают от возможностей USB 3.0.

■ Разъемы. Одной из основных задач, стоящих перед разработчиками нового стандарта, – сохранение совместимости разъемов USB 3.0 и 2.0. В результате вы легко сможете подключить устройство USB 2.0 к разъему USB 3.0. Но тому, кто стремится к максимальной скорости, все же придется приобрести новые кабели (см. врезку «Новый USB-кабель»). Они устроены сложнее и будут стоить дороже, чем аналогичные кабели USB 2.0. Кроме того, не все типы разъемов получат обратную совместимость со старым стандартом USB 2.0. Если в случае коннекторов USB типа А удалось обойтись малой кровью, «вписав» пять новых контактов в уже имеющуюся конструкцию разъема, то с коннекторами USB типа B, и уж тем более Micro-B, все оказалось куда сложнее. В этом случае пришлось менять конструктив разъема, по сути разбив его на две части: первая – для сохранения совместимости с предыдушими стандартами, представляет собой «старый» порт USB 2.0, вторая – объединяет пять новых линий, появившихся в USB 3.0. Таким образом, коннекторы этих типов не могут быть подключены к порту USB 2.0.

■ Питание. Разъемы USB 3.0 поддерживают большую силу тока, чем все предыдущие версии USB: 900 вместо прежних 500 мА. Это важно, к примеру, при использовании внешних жестких дисков.

■ Энергосбережение. В USB 2.0 хост должен был постоянно проводить опрос подключенных устройств, выясняя нет ли у них новой порции данных, поэтому все они должны были быть постоянно активными. Отказ от такого циклического опроса в USB 3.0 позволит использовать режим энергосбережения.

USB (Universal Serial Bus) – универсальная последовательная шина. В стандарте на интерфейс USB заложено множество удобных для пользователя функций:

«горячее» подключение и отключение устройств;

питание периферии от хост-компьютера или разветвителя через интерфейсный кабель;

малогабаритные надежные разъемы;

возможность реализации гальванической развязки;

поддержка Plug-and-Play;

высокая скорость обмена данными.

Интерфейс применяется в научной и специальной аппаратуре, а также во множестве других приложений. Недостатком интерфейса USB, несмотря на доработку спецификации, остается плохо организованная поддержка большого количества устройств.

Средой интерфейса является кабельная система (рис. 3.7) со стандартизированными разъемами нескольких видов и разветвителями (хабами). Хабы позволяют реализовывать топологию многоярусной звезды. Часто хабы используются для реализации гальванической развязки и питания оконечных устройств.

Рис. 3.7. Топология интерфейса USB: применяются разъемы типа «А»,

типа «В» и миниатюрные (обозначено буквой «М»)

Для однозначного, правильного соединения применяются разъемы нескольких различных типов (рис. 3.8). Разъемы типа «А» применяются для подключения к хабам. Вилки устанавливаются на кабелях, не отсоединяемых от устройств (например, клавиатура, мышь и т. п.). Гнезда устанавливаются на нисходящих портах хабов.

Рис. 3.8. Гнезда USB: а – типа «А»; б – типа «В»; в – назначение

выводов разъема; г – символическое обозначение

Разъемы типа «В» устанавливаются на устройствах, от которых кабель может отсоединяться (принтеры и сканеры). Ответная часть (вилка) устанавливается на соединительном кабеле, противоположный конец которого имеет вилку типа «А». Мобильные устройства обычно комплектуются миниатюрным разъемом mini-USB. Функционально он аналогичен разъему типа «В».

Типы разъемов различаются конструктивно, что исключает недопустимые петлевые соединения разъемов хабов и оконечных устройств.

Конструкция разъемов обеспечивает более позднее соединение и более раннее отсоединение сигнальных цепей по сравнению с питающими при коммутации, что обеспечивает однозначность инициализации нового устройства при горячем подключении и защиту коммутируемых цепей от повреждения.

Структура интерфейса USB обеспечивает одновременный обмен данными между хост-компьютером и несколькими периферийными устройствами. Распределение пропускной способности шины между ними планируется хост-компьютером и реализуется им с помощью посылки маркеров. Шина позволяет подключать, конфигурировать, использовать и отключать устройства во время работы хост-компьютера и самих устройств.

Стандарт USB определяет электрические и механические параметры среды передачи данных. Информационные сигналы и питающее напряжение 5 В передаются по четырехпроводному кабелю. Используется дифференциальный способ передачи сигналов D+ и D- по двум перевитым проводникам.

Уровни сигналов передатчиков в статическом режиме должны быть ниже 0,3 В (низкий уровень) или выше 2,8 В (высокий уровень). Приемники выдерживают входное напряжение в пределах 0,5...+3,8 В. Передатчики должны уметь переходить в высокоимпедансное состояние для двунаправленной полудуплексной передачи по одной паре проводов.

Передача по двум проводам в USB не ограничивается дифференциальными сигналами. Кроме дифференциального приемника каждое устройство имеет линейные приемники сигналов D+ и D-, а передатчики этих линий управляются индивидуально. Это позволяет различать более двух состояний линии, используемых для организации аппаратного интерфейса.

Состояния Diff0 и Diff1 определяются по разности потенциалов на линиях D+ и D- более 200 мВ при условии, что на одной из них потенциал выше порога срабатывания. Состояние, при котором на обоих входах D+ и D- присутствует низкий уровень, называется линейным нулем (SEO – Single-Ended Zero). Интерфейс определяет следующие состояния:

Data J State и Data К State – состояния передаваемого бита (или просто J и К), определяются через состояния Diff0 Ddiff1;

Idle State – пауза на шине;

Resume State – сигнал «пробуждения» для вывода устройства из «спящего» режима;

Start of Packet (SOP) – начало пакета (переход из Idle State в К);

End of Packet (EOP) – конец пакета;

Disconnect – устройство отключено от порта;

Connect – устройство подключено к порту;

Reset – сброс устройства.

Состояния определяются сочетаниями дифференциальных и линейных сигналов. В декодировании состояний Disconnect, Connect и Reset учитывается время нахождения линий (более 2,5 мс) в определенных состояниях. Шина обеспечивает две скорости передачи информации: полную скорость FS (full speed) – 12 Мбит/с и низкую скорость LS (Low Speed) – 1,5 Мбит/с. (В версии 2.0 определена еще и высокая скорость HS (High Speed) – 180 Мбит/с, которая позволяет существенно расширить круг устройств, подключаемых к шине).

Кабель USB содержит одну экранированную витую пару с импедансом 90 Ом для сигнальных цепей и одну неэкранированную – для подачи питания (+5 В); допустимая длина сегмента до 5 м. Для низкой скорости может использоваться неэкранированный кабель длиной до 3 м.

Скорость, используемая устройством, определяется по уровням сигналов на линиях D+ и D-, смещаемых нагрузочными резисторами приемопередатчиков (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Кабельное хозяйство интерфейса USB

Полноскоростная линия связи (рис. 3.9, а) реализуется на экранированной витой паре. Полноскоростной трансивер оконечного устройства имеет резистор, «подтягивающий» линию D+ к напряжению питания, в отличие от низкоскоростного трансивера (рис. 3.9, б), у которого такой резистор подключен к линии D-. Проверяя состояние этих линий при инициализации, хост-компьютер или хаб определяет допустимые скорости передачи данных для оконечного устройства.

Сигналы синхронизации в линиях интерфейса USB кодируются вместе с данными по методу NRZI (Non Return to Zero Invert), его работу иллюстрирует рис. 3.10. Отсутствие длинных последовательностей одинаковых битов позволяет производить самосинхронизацию портов по перепадам сигналов.

Рис. 3.10. Кодирование информации методом NZRI

NZRI – метод без возврата к нулю с инвертированием для единиц. Этот метод представляет собой модификацию простого потенциального метода кодирования, когда для представления «1» и «0» используются потенциалы двух уровней.

В методе NRZI используются два уровня потенциала сигнала. При этом потенциал, используемый для кодирования текущего бита, зависит от потенциала, который использовался для кодирования предыдущего бита (так называемое «дифференциальное кодирование»).

Если текущий бит имеет значение «1», то текущий потенциал представляет собой инверсию потенциала предыдущего бита, независимо от его значения. Если же текущий бит имеет значение «0», то текущий потенциал повторяет предыдущий.

Из описания метода NRZI видно, что для обеспечения частых изменений сигнала, а значит, и для поддержания самосинхронизации приемника нужно исключить из кодов слишком длинные последовательности одинаковых битов. Метод построен так, что гарантируют не более трех одинаковых битов подряд при любом сочетании битов в исходной информации.

Дополнительным преимуществом метода является повышение достоверности передаваемой информации за счет некоторой предопределенности очередного бита.

При однократных сбоях, обрыве линий передачи данных, разъединении разъемов, фиксация этого события происходит даже помимо системы контроля данных, работающей за счет их избыточности. Это особенно важно в системах с горячим подключением и отключением портов интерфейса.

Устройства USB представляют собой набор независимых конечных точек (Endpoint), с которыми хост-компьютер обменивается информацией.

Конечные точки (по существу – программно-доступные регистры) описываются следующими параметрами:

номером точки;

типом обмена;

направлением обмена;

максимальными размерами передаваемых и принимаемых пакетов;

частотой доступа к шине и допустимыми задержками обслуживания;

полосой пропускания канала;

алгоритмом обработки ошибок.

Каждое устройство обязательно имеет конечную точку с номером 0, используемую для инициализации и как регистры управления и состояния. Эта точка не требует инициализации и всегда доступна для обмена данными типа «управление». Оконечные устройства могут иметь дополнительные точки, реализующие обмен полезными данными. Низкоскоростные оконечные устройства содержат до двух дополнительных точек, полноскоростные – не более чем по 16 точек ввода и вывода.

Точки должны быть инициализированы после подключения к интерфейсу устройства. Для этого должна быть определена модель обмена (определены все параметры точки).

Модель обмена в спецификации USB называется словом «Pipe». Они бывают двух типов: потоковые и однократные. Потоковые точки всегда однонаправлены. Один и тот же номер конечной точки может использоваться для двух потоков встречных направлений.

Поддерживаются сплошной и изохронный (занимающий заранее оговоренную часть пропускной способности интерфейса) потоки и передача прерываний.

Пересылка данных происходит в порядке «первым пришел – первым вышел». Механизмы конечных точек и моделей обмена очень удобны для разработчиков и программистов. Они позволяют структурировать адресное пространство и унифицировать программное обеспечение.

Хост-компьютер передает запрос конечной точке. После него отправляется в ту или другую сторону пакет сообщения. Затем конечная точка возвращает пакет с информацией о своем состоянии. Следующее сообщение, как правило, не может быть отправлено до обработки предыдущего, исключая сообщения об ошибках, которые не требуют описанной выше обработки.

USB поддерживает как однонаправленные, так и двунаправленные режимы передачи данных между программным обеспечением хост-компьютера и конечной точкой. Связь с каждой из конечных точек (модель обмена) устанавливается независимо.

Стандарт USB определяет следующие типы передачи данных:

Управляющие посылки, инициализация и управление оконечными устройствами. Поле данных не более 64 байт на полной скорости и 8 байт – на низкой. Обеспечивает гарантированную доставку данных.

Сплошные потоки для больших пакетов без жестких требований ко времени доставки. Передачи занимают всю свободную пропускную способность интерфейса. Поле данных 8, 16, 32 или 64 байт. Они имеют самый низкий приоритет, могут приостанавливаться из-за нехватки производительности интерфейса. Допускаются только на полной скорости передачи.

Прерывания – короткие передачи, до 64 байт на полной скорости и до 8 байт – на низкой. Прерывания событийно ориентированы, они требуют быстрого обслуживания. Время их обслуживания гарантировано.

Изохронные передачи – непрерывные передачи в реальном времени, занимающие заранее оговоренную часть пропускной способности интерфейса и имеющие гарантированную скорость доставки. В случае обнаружения ошибки изохронные данные передаются без повтора – недействительные пакеты игнорируются. Используются для пересылки малочувствительных к разовым сбоям данных, например для голосовой связи.

Пропускная способность интерфейса делится между всеми текущими потоками. При ее дефиците инициализация нового потока невозможна.

Буферизация данных во всех устройствах на интерфейсе USB обязательна, без нее невозможно обеспечить обмен данными с установленными скоростями.

Любой обмен данными в интерфейсе USB состоит из трех пакетов.

Первый пакет содержит адрес конечной точки и описание типа обмена данными. Его передает контроллер.

Второй пакет содержит полезные данные. При отсутствии готовых к отправке данных конечная точка передает специальный флаг.

Третий пакет передает приемник. Пакет содержит подтверждение приема данных.

Форматы пакетов

Передача осуществляется последовательно в дифференциальном режиме, что повышает ее достоверность. Начиная с младшего бита. Все посылки организованы в пакеты.

В начале каждого пакета передается поле синхронизации, в это время все порты USB надежно синхронизируются с контроллером.

Затем передаются маркер начала пакета (2 бита), идентификатор пакета (4 бита), и еще раз он же, но в инверсном виде (табл. 3.2).

Таблица 3.2

Типы пакетов USB

Тип пакета	Идентифи- катор пакета	Содержимое пакета
Маркер записи в оконечное устройство		Адрес устройства и номер конечной точки (маркер модели обмена)
Маркер чтения из оконечного устройства
Маркер инициализации устройства (записи в управляющую конечную точку)
Маркер начала кадра		Маркер начала кадра
		Пакеты данных четные и нечетные
Квитирование		Подтверждение верного приема пакета
Квитирование		Ошибка обмена данными, неготовность порта, нет необслуженных прерываний
Квитирование		Прерывание
Системный		Переход на низкую скорость

В маркерах модели обмена – адрес устройства (7 бит) и адрес конечной точки (4 бита).

Отсюда те самые 127 устройств, поддерживаемые USB (нулевое устройство – системное).

В маркере начала кадра – поле номера кадра (11 бит).

В пакетах данных – сами данные (от 0 до 1023 байт).

В других пакетах поле данных отсутствует.

Поле контрольной суммы передается в конце пакетов маркеров и данных, для маркеров (5 бит), для данных (11 бит) алгоритмы вычисления контрольной суммы разные.

Каждый обмен данными инициируется хост-компьютером выдачей маркера и завершается пакетом квитирования (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Последовательность передачи пакетов при обмене данными в USB

Маркер модели обмена передает хост-компьютер.

Данные передает оконечное устройство (модель «чтение из оконечного устройства») или хост-компьютер (в двух других случаях).

Пакет квитирования передает «принимающая сторона».

Хост-компьютер формирует кадр обмена данными со всеми устройствами, длящийся 1 мс. В каждом кадре происходят операции обмена данными по всем активным моделям обмена.

В начале каждого кадра он передает маркер начала кадра. В конце кадра имеется пауза, когда в линию не передается ни какой информации.

Маркер начала кадра содержит циклически наращиваемый сериальный номер. Он может использоваться оконечными устройствами для синхронизации или самотестирования.

Такой алгоритм организации обмена данными позволяет резервировать пропускную способность интерфейса под различные задачи.

Поддержка многозадачности здесь достаточно развитая и легко управляемая. Большие потоки данных передаются с хорошим соотношением полезной информации и системной.

Альтернативные способы подключения, такие как разъёмы USB, широко применяются для подключения современных устройств.

Это название довольно распространённое и с английского языка переводиться так – «универсальная последовательная шина».

Все USB разъёмы представлены тремя версиями.

Характерные особенности основных трёх версий USB разъёмов

Первая версия USB разъёмов (1.1). Её Характерной особенностью является очень маленькая скорость, при которой вся информация передаётся с большой задержкой.

Скорость передачи составляет 12 Мбит/с. Его основное предназначение – это применение для взаимосвязи устройств.

Вторая версия USB разъёмов (2.0).

Характеризуется скоростью передачи данных 480 Мбит/с. Это соответствует скорости в 48 Мбайт/с.

Основная часть всех современных технических приборов и устройств приспособлены к применению именно этой версии. Она наиболее популярна и известна, а поэтому пользуется спросом на рынке электротоваров.
Правда по причине множества факторов настоящая скорость этого стандарта не бывает больше 30 – 33 Мбайт/с.

Так как последние выпуски жёстких дисков, к примеру, SSD, разработаны для чтения информации со значительно большей скоростью (почти в 4 раза), то эта версия стандарта задерживает действие новых моделей накопителей.

В этом виден основной недостаток свойств разъёмов USB 2.0. Но несмотря на это определённые устройства вполне совместимы с этой версией разъёмов: мышки, клавиатуры, сканеры и принтеры.

Третья версия USB (3.0).

Данная версия характеризуется скоростью передачи информации – 5 Гбит/с – что считается достаточно высоким показателем.

Такая скорость соответствует 500 Мбайт/с.

Это намного выше показателей скорости винчестеров последнего поколения (150 – 170 Мбайт/с).

Разъёмы USB 3.0 для их распознавания специально маркируются синим цветом.

Совместимость интерфейсов

Если рассмотреть вопрос совместимости устройств, которые имеют представленные выше разъёмы, то можно констатировать, что первая и вторая версии разъёмов USB могут быть заменимы между собою.

Определённое устройство, которое имеет соединение второй версии USB, а принимает соединение первой версии, может показать сообщение, в котором будет говориться о его возможности работать быстрее.

Потому что данная модель компьютера рассчитана на приём информации через вторую версию, скорость которой выше, чем первой.

То есть не будет использован весь потенциал скорости данного устройства.
Современные устройства, которые имеют разъёмы второй версии, могут быть подключены к третьей версии USB, а использование третьей версии относительно второй исключается, кроме USB 3.0 типа А.

Дополнительные контакты создают условия для увеличения скорости интерфейса – это есть особенностью последних моделей кабелей и устройств, имеющих разъёмы третьей версии USB.

Питание USB разъёмов

Мощность, на которую рассчитаны подключаемые устройства с разъёмами USB, составляет 2,5 Вт, а также 4,5 Вт (для третьей версии).

Исходя из этого, разъёмам USB всех версий необходимо напряжение 5 В. Ток до 0,5 А, а для третьей версии – 0,9 А .

Контакты USB 3.0.

Такие устройства, как плееры, карты памяти, телефоны, флэшки (то есть устройства с маленькой мощностью) свободно могут подключаться с помощью таких разъёмов.

А технические средства, имеющие большую мощность, подключаются к внешней электрической сети.

Типы разъемов

Вторая и третья версии разъёмов различают по размерам: Mini USB (маленькие размеры), Micro USB (ещё меньшие размеры); а также по типам: А, В.

USB разъём 2.0 типа A.

Надежный разъем основной характеристикой которого является способность выдерживать не одно подключение, при этом, не теряя своей целостности.

Сечение разъёма имеет прямоугольную форму, что создаёт дополнительную защиту при подключении.

Его недостаток – это большой размер, а все современные устройства отличаются портативностью что и повлияло на разработку и выпуск разъёмов аналогичного типа, но меньшего размера.

USB 2.0 типа А был представлен в девяностых годах и на данный момент еще является наиболее используемым.

Его имеют значительная часть маломощных устройств: клавиатура, мышка, флэшка и другие.

USB разъём версии 2.0 типа В.

В основном его применение находим в стационарных устройствах имеющие большие размеры. К ним относятся сканеры, принтеры, реже ADSL-модемы.

Редко, но все же бывает, что кабеля такого типа продаются отдельно от самой техники, потому что они не входят в состав комплекта технического устройства. Поэтому проверяйте комплектацию устройств.

Разъёмы данного типа не такие востребованные, как разъёмы типа А.

Квадратная и трапециевидная форма присуща всем разъёмам типа В.

К ним относятся и Mini и Micro.

Особенность сечения разъёмов типа «В» заключается в их квадратной форме, что отличает его от других типов.

Разъёмы Mini USB второй версии типа B.

Название разъёма такого типа говорит о том, что оно имеет очень маленькие размеры. И это не удивительно, потому что современный рынок всё больше предлагает миниатюрные товары.

Благодаря использованию персональных винчестеров, кардридеров, плееров и других маленьких устройств, разъёмы USB Mini, относящиеся к типу B, получили большую популярность.

Следует отметить ненадёжность таких разъёмов. При частом использовании он расшатывается.

А вот применение моделей разъёмов USB Mini типа A крайне ограничено.

Разъёмы Мicro USB 2.0 типа B.

Модели разъёмов Micro USB являются более совершенными относительно моделей Mini USB.

Данный тип разъёмов отличается невероятно маленькими размерами.

В отличие от предыдущих представленных типов мини, эти разъёмы очень надёжны своими креплениями и фиксацией подключения.

Разъём Мicro USB 2.0 типа «B» был признан по своим качествам единым для всеобщего применения для зарядки всех портативных устройств.

Что произойдёт со временем, когда все производители станут выпускать технику, приспособленную именно к таким разъёмам. Наверное, осталось не долго чтобы это увидеть.

Но такое решение уже было принято в 2011 году всеми современными производителями, хотя разъём Мicro USB 2.0 типа «B» еще присутствует не на всех устройствах.

Разъёмы USB третьей версии типа A.

Разъёмы USB 3.0 имеют большую скорость для передачи информации за счёт дополнительных контактов.

При таких изменениях всё же сохранена совместимость обратной связи. Его применение налажено в компьютерах и ноутбуках последнего поколения.

Разъёмы USB третьей версии типа B.

Третья версия разъёмов USB типа «B» не подходят к подключению разъёмов USB второй версии.

Его применяют в работе периферийных устройств со средней и крупной производительностью.

Micro USB 3.0.

Современные внешние накопители, имеющие высокую скорость, а также диски типа SSD, в основном, все оснащены таким разъёмом, который характеризуется высокой скоростью обмена информацией.

Всё более занимает лидирующее положение благодаря тому, что имеет очень качественные соединения.

Разъём удобный в использовании из-за своей компактности. Его предшественником считается разъем вида Micro USB.

Распиновка разъемов USB .

Основные отличия разъёмов Micro и Mini USB

На первый взгляд данные разъёмы очень похожи. И действительно, большая часть характерных особенностей основных параметров данных видов совпадает.

Но при внимательном осмотре можно заметить такие отличия:

1. Разъём USB Mini имеет большие размеры относительно разъёма USB Micro.
2. Наличие защёлок специального предназначения на задней стороне разъёмов USB Micro.

Многие пользователи уже убедились, что удобнее всего иметь у себя в наличии не один вид разъёмов, а несколько, потому что различные виды устройств имеют разные виды подключения разъёмов USB.

К единому стандарту производители устройств к сожалению, еще не пришли, и скорее всего не придут еще долго, ведь каждый тип разъема USB имеет свое назначение.