7 августа 2024

Подробно о USB

Стандарты, протоколы и интерфейсы USB

USB (Universal Serial Bus) — это стандартный интерфейс для подключения периферийных устройств к компьютерам и другим цифровым устройствам. C развитием технологий USB, количество различных стандартов, протоколов и интерфейсов увеличилось, что может вызвать путаницу.

История и эволюция USB

USB 1.0 и 1.1

Первая версия USB 1.0 была представлена в 1996 году. Она обеспечивала скорость передачи данных до 12 Мбит/с. В 1998 году была выпущена улучшенная версия USB 1.1, которая также поддерживала скорости 1,5 Мбит/с для низкоскоростных устройств.

USB 2.0

В 2000 году был выпущен USB 2.0, который значительно повысил скорость передачи данных до 480 Мбит/с. Этот стандарт стал широко использоваться для различных устройств, таких как флеш-накопители, принтеры и внешние жесткие диски.

USB 3.0 и 3.1

USB 3.0, выпущенный в 2008 году, обеспечивал скорость передачи данных до 5 Гбит/с, что стало значительным улучшением по сравнению с USB 2.0. В 2013 году был представлен USB 3.1, который увеличил скорость до 10 Гбит/с. USB 3.1 также ввел новый разъем — USB Type-C.

USB 3.2 и USB4

USB 3.2, представленный в 2017 году, добавил поддержку нескольких линий передачи данных, что позволило увеличить общую скорость до 20 Гбит/с. USB4, анонсированный в 2019 году, базируется на технологии Thunderbolt 3 и обеспечивает скорость до 40 Гбит/с.

Стандарт USB

Стандарт — это документ, который определяет функции и характеристики конкретной версии протокола. Например, USB 2.0 и USB 3.0 представляют собой разные стандарты одного и того же протокола, при этом устройства в рамках этих стандартов могут подключаться через одинаковый интерфейс. Например, на материнской плате могут быть USB-A порты как второй, так и третьей версии.

Другой пример — интерфейс USB-C на последних моделях MacBook, который поддерживает протокол Thunderbolt для быстрой зарядки и передачи данных. С помощью кабеля или переходника эти ноутбуки можно подключить к монитору с интерфейсом DisplayPort для вывода изображения.

На данный момент актуальными стандартами USB являются версии 3.0 и выше. Для Thunderbolt это третья и четвертая версии, а для DisplayPort — версии 1.4 и 2.0. Одновременно развивается несколько смежных технологий и стандартов.

Скорость передачи данных

USB 1.0/1.1: Low Speed (1,5 Мбит/с), Full Speed (12 Мбит/с)
USB 2.0: High Speed (480 Мбит/с)
USB 3.0/3.1 Gen 1: SuperSpeed (5 Гбит/с)
USB 3.1 Gen 2: SuperSpeed+ (10 Гбит/с)
USB 3.2: SuperSpeed+ (до 20 Гбит/с)
USB4: до 40 Гбит/с
USB4 2.0: до 80 Гбит/с

Разъемы и кабели

USB Type-A: Самый распространенный тип разъема, используемый для подключения к компьютерам и зарядным устройствам.
USB Type-B: Используется в принтерах и других крупных устройствах.
Mini-USB и Micro-USB: Используются в мобильных устройствах, таких как телефоны и камеры.
USB Type-C: Новый универсальный разъем, который используется для зарядки и передачи данных, поддерживает USB 3.1, 3.2 и USB4.
USB Micro-B: Широко используется в смартфонах, планшетах, портативных жестких дисках и других небольших электронных устройствах. Разъем USB Micro-B обеспечивает как передачу данных, так и зарядку устройств.

Power Delivery (PD)

USB Power Delivery — это стандарт для управления подачей питания через USB, который позволяет передавать до 100 Вт мощности. Это делает возможным зарядку больших устройств, таких как ноутбуки, через USB Type-C.

DisplayPort

Специальный стандарт для подключения мониторов. Передает не файлы, а картинку и звук. Иногда он встречается отдельно, а иногда встроен в разъем USB-C. DP 1.4 поддерживает до двух 4K-мониторов с частотой 60 Гц или один с частотой 120 Гц. DP 2.0 поддерживает до двух 4K-мониторов с частотой 144 Гц. Типы разъемов: USB-C, DisplayPort

Протоколы USB

Протокол — это определенный вид и форма данных, передаваемых через интерфейс, и является самым общим понятием. Например, USB и Thunderbolt являются протоколами. В протоколе указывается, какие типы данных может передавать устройство с его поддержкой: звук, данные, видео и другую информацию.

USB использует различные протоколы для передачи данных, такие как Bulk, Control, Isochronous и Interrupt:

Bulk: Используется для передачи больших объемов данных, например, в накопителях.
Control: Используется для передачи команд управления.
Isochronous: Используется для передачи данных в реальном времени, например, в аудио- и видеоустройствах.
Interrupt: Используется для передачи небольших объемов данных с высокой скоростью отклика, например, в клавиатурах и мышах.

USB On-The-Go (OTG)

USB OTG позволяет мобильным устройствам, таким как смартфоны и планшеты, действовать как хост и подключаться к другим USB-устройствам, таким как флеш-накопители или клавиатуры.

Thunderbolt 3 и 4

Фирменный протокол, разработанный Intel и Apple на основе USB-C. По характеристикам он примерно соответствует USB 4, но чаще встречается в MacBook и дорогих ноутбуках на Windows. Этот протокол подходит для одновременного подключения мониторов, зарядки и периферийных устройств к компьютеру, работы с массивными видеофайлами прямо на внешнем SSD и сведения звука в высоком качестве.

Интерфейсы и совместимость

Обратная совместимость

Одной из сильных сторон USB является его обратная совместимость. Это означает, что устройства с более новыми стандартами USB могут работать с более старыми разъемами и кабелями, хотя скорость передачи данных будет ограничена на уровне самого старого используемого стандарта.

Устройства и аксессуары

Существуют различные устройства и аксессуары, поддерживающие USB, такие как:

Флеш-накопители: Основной способ хранения и передачи данных.
Жесткие диски и SSD: Внешние накопители для резервного копирования и хранения больших объемов данных.
Клавиатуры и мыши: Вводные устройства.
Принтеры и сканеры: Офисное оборудование.
Мобильные телефоны и планшеты: Зарядка и передача данных.
Док-станции и концентраторы: Расширение количества доступных USB-портов.

Как избежать путаницы

Определение потребностей

Первый шаг к тому, чтобы избежать путаницы, — это определить, какие устройства вы планируете подключать и какие требования они предъявляют к скорости передачи данных и мощности.

Проверка маркировки и спецификаций

При покупке кабелей и устройств всегда проверяйте их спецификации и маркировку. Например, кабели и порты USB 3.0 часто имеют синие вставки, а USB Type-C порты маркируются символом «SS» для SuperSpeed или «10» для USB 3.1 Gen 2.

Использование качественных кабелей и адаптеров

Использование качественных кабелей и адаптеров гарантирует надежную передачу данных и мощность. Избегайте дешевых несертифицированных кабелей, которые могут повредить ваши устройства или не обеспечить нужную скорость передачи данных.

Обновление драйверов и прошивки

Регулярное обновление драйверов и прошивки ваших устройств и компьютеров поможет обеспечить совместимость с новыми стандартами и протоколами USB.

USB — это мощный и универсальный стандарт, который продолжает развиваться и улучшаться. Понимание различных стандартов, протоколов и интерфейсов USB поможет вам максимально эффективно использовать ваши устройства и избегать путаницы. Надеемся, что эта статья предоставила вам полезную информацию и поможет лучше ориентироваться в мире USB.