USB

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «Universal Serial Bus»)
Перейти к: навигация, поиск
Логотип USB

USB (ю-эс-би, англ. Universal Serial Bus — «универсальная последовательная шина») — последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике. Символом USB являются четыре геометрические фигуры: большой круг, малый круг, треугольник и квадрат, расположенные на концах древовидной блок-схемы.

Разработка спецификаций на шину USB производится в рамках международной некоммерческой организации USB Implementers Forum (USB-IF), объединяющей разработчиков и производителей оборудования с шиной USB.

Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводной кабель, при этом два провода (витая пара) в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода — для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА, у USB 3.0 — 900 мА).

История[править | править вики-текст]

Первые спецификации для USB 1.0 были представлены в 1994—1995 годах. Разработка USB поддерживалась фирмами Intel, Microsoft, Philips, US Robotics. USB стал «общим знаменателем» под тремя не связанными друг с другом стремлениями разных компаний:

  • Расширение функциональности компьютера. На тот момент для подключения внешних периферийных устройств к персональному компьютеру использовалось несколько «традиционных» (англ. legacy) интерфейсов (PS/2, последовательный порт, параллельный порт, порт для подключения джойстика, SCSI), и с появлением новых внешних устройств разрабатывали и новый разъём. Предполагалось, что USB заменит их все и заодно подхлестнёт разработку нетрадиционных устройств.
  • Подключить к компьютеру мобильный телефон. В то время мобильные сети переходили на цифровую передачу голоса, и ни один из имеющихся интерфейсов не годился для передачи с телефона на компьютер как речи, так и данных.
  • Простота для пользователя. Старые интерфейсы (например, последовательный (COM) и параллельный (LPT) порты) были крайне просты для разработчика, но не давали настоящего «подключи и работай». Требовались новые механизмы взаимодействия компьютера с низко- и среднескоростными внешними устройствами — возможно, более сложные для конструкторов, но надёжные, дружественные и пригодные к «горячему» подключению.

Поддержка USB вышла в виде патча к Windows 95b, в дальнейшем она вошла в стандартную поставку Windows 98. В первые годы устройств было мало, поэтому шину в шутку называли «Useless serial bus» — «бесполезная последовательная шина».[1] Впрочем, производители быстро осознали пользу USB, и уже к 2000 году большинство принтеров и сканеров работали с новым интерфейсом.

Hewlett-Packard, Intel, Lucent (ныне Alcatel-Lucent), Microsoft, NEC и Philips совместно выступили с инициативой по разработке более скоростной версии USB. Спецификация USB 2.0 была опубликована в апреле 2000 года, и в конце 2001 года эта версия была стандартизирована USB Implementers Forum. USB 2.0 является обратно совместимой со всеми предыдущими версиями USB.

Следует отметить, что в начале 2000-х годов корпорация Apple отдавала приоритет шине FireWire, в разработке которой она принимала активное участие. Ранние модели iPod были оснащены только интерфейсом FireWire, а USB отсутствовал. Впоследствии компания отказалась от FireWire в пользу USB, оставив в некоторых моделях FireWire только для подзарядки. Однако, часть выпускаемых клавиатур и мышей, начиная со второй половины 90-х годов, имели интерфейс USB.

С середины первого десятилетия 2000-х годов BIOS’ы компьютеров массового сегмента начали поддерживать USB[источник не указан 324 дня] (поддержка USB в корпоративном сегменте началась с середины 90-х). Это позволило загружаться с флэш-дисков, например, для переустановки ОС; пропала надобность в PS/2-клавиатуре. Современные материнские платы поддерживают до 20 USB-портов. В подавляющем большинстве современных ноутбуков COM- и LPT-портов нет, всё чаще появляются настольные компьютеры без COM- портов.

Пока происходило распространение USB-портов второй версии, производители внешних жёстких дисков уже «упёрлись» в ограничение USB 2.0 — и по току, и по скорости. Потребовался новый стандарт, который и вышел в 2008 году. Уложиться в старые 4 провода не удалось, добавили 5 новых проводов. Первые материнские платы с поддержкой USB 3.0 вышли в 2010 году. К 2013 году USB 3.0 стал массовым. Также имеются платы расширения, добавляющие поддержку USB 3.0 в старых компьютерах.

Основные сведения[править | править вики-текст]

Кабель USB (до 2.0 включительно) состоит из 4 медных проводников — 2 проводника питания и 2 проводника данных в витой паре — и заземленной оплётки (экрана).

Кабели USB ориентированы, то есть имеют физически разные наконечники «к устройству» и «к хосту». Возможна реализация USB устройства без кабеля, со встроенным в корпус наконечником «к хосту». Возможно и неразъёмное встраивание кабеля в устройство, как в мышь (стандарт запрещает это для устройств full и high speed, но производители его нарушают). Существуют (хотя и запрещены стандартом) и пассивные USB удлинители, имеющие разъёмы «от хоста» и «к хосту».

С помощью кабелей формируется интерфейс между USB-устройствами и USB-хостом. В качестве хоста выступает программно-управляемый USB-контроллер, который обеспечивает функциональность всего интерфейса. Контроллер, как правило, интегрирован в микросхему южного моста, хотя может быть исполнен и в отдельном корпусе. Соединение контроллера с внешними устройствами происходит через USB-концентратор (другие названия — хаб, разветвитель). В силу того, что USB-шина имеет древовидную топологию, концентратор самого верхнего уровня называется корневым (root hub). Он встроен в USB-контроллер и является его неотъемлемой частью.

Для подключения внешних устройств к USB-концентратору в нем предусмотрены порты, заканчивающиеся разъёмами. К разъёмам с помощью кабельного хозяйства могут подключаться USB-устройства, либо USB-хабы нижних уровней. Такие хабы — активные электронные устройства (пассивных не бывает), обслуживающие несколько собственных USB-портов. С помощью USB-концентраторов допускается до пяти уровней каскадирования, не считая корневого. USB-интерфейс позволяет соединить между собой и два компьютера, но это требует наличия специальной электроники, эмулирующей Ethernet-адаптер с драйверной поддержкой с обеих сторон.

Устройства могут быть запитаны от шины, но могут и требовать внешний источник питания. По умолчанию устройствам гарантируется ток до 100 мА, а после согласования с хост-контроллером — до 500 мА. Поддерживается и дежурный режим для устройств и разветвителей по команде с шины со снятием основного питания при сохранении дежурного питания и включением по команде с шины.

USB поддерживает «горячее» подключение и отключение устройств. Это достигнуто увеличенной длиной заземляющего контакта разъёма по отношению к сигнальным. При подключении разъёма USB первыми замыкаются заземляющие контакты, потенциалы корпусов двух устройств становятся равны и дальнейшее соединение сигнальных проводников не приводит к перенапряжениям, даже если устройства питаются от разных фаз силовой трёхфазной сети.

На логическом уровне устройство USB поддерживает транзакции приема и передачи данных. Каждый пакет каждой транзакции содержит в себе номер оконечной точки (endpoint) на устройстве. При подключении устройства драйверы в ядре ОС читают с устройства список оконечных точек и создают управляющие структуры данных для общения с каждой оконечной точкой устройства. Совокупность оконечной точки и структур данных в ядре ОС называется каналом (pipe).

Оконечные точки, а значит, и каналы, относятся к одному из 4 классов — поточный (bulk), управляющий (control), изохронный (isoch) и прерывание (interrupt). Низкоскоростные устройства, такие, как мышь, не могут иметь изохронные и поточные каналы.

Управляющий канал предназначен для обмена с устройством короткими пакетами «вопрос-ответ». Любое устройство имеет управляющий канал 0, который позволяет программному обеспечению ОС прочитать краткую информацию об устройстве, в том числе коды производителя и модели, используемые для выбора драйвера, и список других оконечных точек.

Канал прерывания позволяет доставлять короткие пакеты и в том, и в другом направлении, без получения на них ответа/подтверждения, но с гарантией времени доставки — пакет будет доставлен не позже, чем через N миллисекунд. Например, используется в устройствах ввода (клавиатуры/мыши/джойстики).

Изохронный канал позволяет доставлять пакеты без гарантии доставки и без ответов/подтверждений, но с гарантированной скоростью доставки в N пакетов на один период шины (1 кГц у low и full speed, 8 МГц у high speed). Используется для передачи аудио- и видеоинформации.

Поточный канал дает гарантию доставки каждого пакета, поддерживает автоматическую приостановку передачи данных по нежеланию устройства (переполнение или опустошение буфера), но не дает гарантий скорости и задержки доставки. Используется, например, в принтерах и сканерах.

Время шины делится на периоды, в начале периода контроллер передает всей шине пакет «начало периода». Далее в течение периода передаются пакеты прерываний, потом изохронные в требуемом количестве, в оставшееся время в периоде передаются управляющие пакеты и в последнюю очередь поточные.

Активной стороной шины всегда является контроллер, передача пакета данных от устройства к контроллеру реализована как короткий вопрос контроллера и длинный, содержащий данные, ответ устройства. Расписание движения пакетов для каждого периода шины создается совместным усилием аппаратуры контроллера и ПО драйвера, для этого многие контроллеры используют крайне сложный DMA со сложной DMA-программой, формируемой драйвером.

Размер пакета для оконечной точки есть вшитая в таблицу оконечных точек устройства константа, изменению не подлежит. Он выбирается разработчиком устройства из числа тех, что поддерживаются стандартом USB.

Версии спецификации[править | править вики-текст]

Предварительные версии[править | править вики-текст]

  • USB 0.7: спецификация выпущена в ноябре 1994 года.
  • USB 0.8: спецификация выпущена в декабре 1994 года.
  • USB 0.9: спецификация выпущена в апреле 1995 года.
  • USB 0.99: спецификация выпущена в августе 1995 года.
  • USB 1.0 Release Candidate: спецификация выпущена в ноябре 1995 года.

USB 1.0[править | править вики-текст]

Спецификация выпущена 15 января 1996 года.

Технические характеристики:

  • два режима работы:
    • режим с низкой пропускной способностью (Low-Speed) — 1,5 Мбит/с
    • режим с высокой пропускной способностью (Full-Speed) — 12 Мбит/с
  • максимальная длина кабеля (без экрана) для режима Low-Speed — 3 м
  • максимальная длина кабеля (в экране) для режима Full-Speed — 5 м
  • максимальное количество подключённых устройств (включая размножители) — 127
  • возможно подключение «разноскоростных» периферийных устройств к одному контроллеру USB
  • напряжение питания для периферийных устройств — 5 В
  • максимальный ток, потребляемый периферийным устройством — 500 мА

USB 1.1[править | править вики-текст]

Спецификация выпущена в сентябре 1998 года. Исправлены проблемы и ошибки, обнаруженные в версии 1.0. Первая версия, получившая массовое распространение.

USB 2.0[править | править вики-текст]

Логотип Hi-Speed USB

Спецификация выпущена в апреле 2000 года.

USB 2.0 отличается от USB 1.1 введением режима High-speed (пометка на логотипе — «HI-SPEED»[2]).

Для устройств USB 2.0 регламентировано три режима работы:

  • Low-speed, 10—1500 Кбит/c (клавиатуры, мыши, джойстики)
  • Full-speed, 0,5—12 Мбит/с (аудио-, видеоустройства)
  • High-speed, 25—480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения информации)

Последующие модификации[править | править вики-текст]

Последующие модификации к спецификации USB публикуются в рамках Извещений об инженерных изменениях (англ. Engineering Change Notices — ECN). Самые важные из модификаций ECN представлены в наборе спецификаций USB 2.0 (англ. USB 2.0 specification package), доступном на сайте USB Implementers Forum.

  • Mini-B Connector ECN: извещение выпущено в октябре 2000 года.
  • Errata, начиная с декабря 2000: извещение выпущено в декабре 2000 года.
  • Pull-up/Pull-down Resistors ECN: извещение выпущено в мае 2002 года.
  • Errata, начиная с мая 2002: извещение выпущено в мае 2002 года.
  • Interface Associations ECN: извещение выпущено в мае 2003 года.
    • Были добавлены новые стандарты, позволяющие ассоциировать множество интерфейсов с одной функцией устройства.
  • Rounded Chamfer ECN: извещение выпущено в октябре 2002 года.
  • Unicode ECN: извещение выпущено в феврале 2005 года.
    • Данное ECN специфицирует, что строки закодированы с использованием UTF-16LE.
  • Inter-Chip USB Supplement: извещение выпущено в марте 2006 года.
  • On-The-Go Supplement 1.3: извещение выпущено в декабре 2006 года.
    • USB On-The-Go делает возможным связь двух USB-устройств друг с другом без отдельного USB-хоста. На практике одно из устройств играет роль хоста для другого.

USB OTG[править | править вики-текст]

Логотип USB OTG

USB OTG (аббр. от On-The-Go) — дальнейшее расширение спецификации USB 2.0, предназначенное для лёгкого соединения периферийных USB-устройств друг с другом без необходимости подключения к ПК. Например, цифровой фотоаппарат можно подключать к фотопринтеру напрямую, если они оба поддерживают стандарт USB OTG. К моделям КПК и коммуникаторов, поддерживающих USB OTG, можно подключать некоторые USB-устройства. Обычно это флэш-накопители, цифровые фотоаппараты, клавиатуры, мыши и другие устройства, не требующие дополнительных драйверов[3]. Этот стандарт возник из-за резко возросшей в последнее время необходимости надёжного соединения различных устройств без использования ПК.

При подключении через USB OTG ранг устройства (ведущий или ведомый) определяется наличием или, соответственно, отсутствием перемычки между контактами 4 (ID) и 5 (Ground) в штекере соединительного кабеля. В USB OTG кабеле такая перемычка устанавливается лишь в одном из двух разъёмов.

Wireless USB[править | править вики-текст]

Логотип USB wireless

Wireless USB — технология USB (официальная спецификация доступна с мая 2005 года), позволяющая организовать беспроводную связь с высокой скоростью передачи информации (до 480 Мбит/с на расстоянии 3 метра и до 110 Мбит/с на расстоянии 10 метров).

23 июля 2007 года USB Implementers Forum (USB-IF) объявила о сертификации шести первых потребительских продуктов с поддержкой Wireless USB.[4]

USB 3.0[править | править вики-текст]

Окончательная спецификация USB 3.0 появилась в 2008 году. Созданием USB 3.0 занимались компании Intel, Microsoft, Hewlett-Packard, Texas Instruments, NEC и NXP Semiconductors.

В спецификации USB 3.0 разъёмы и кабели обновлённого стандарта физически и функционально совместимы с USB 2.0, причём для однозначной идентификации разъёмы USB 3.0 принято изготавливать из пластика синего или (у некоторых производителей) красного цвета. Кабель USB 2.0 содержит в себе четыре линии — пару для приёма/передачи данных, плюс и ноль питания. В дополнение к ним USB 3.0 добавляет ещё четыре линии связи (две витые пары), в результате чего кабель стал гораздо толще. Hовые контакты в разъёмах USB 3.0 расположены отдельно от старых в другом контактном ряду. Спецификация USB 3.0 повышает максимальную скорость передачи информации до 5 Гбит/с — что на порядок больше 480 Мбит/с, которые может обеспечить USB 2.0. Таким образом, скорость передачи возрастает с 60 Мбайт/с (30 Мбайт/с эффективных) до 600 Мбайт/с и позволяет передать 1 ТБ не за 8-10 часов, а за 40-60 минут.

Версия 3.0 отличается не только более высокой скоростью передачи информации, но и увеличенной силой тока с 500 мА до 900 мА. Таким образом, от одного хаба можно подпитывать большее количество устройств либо избавить сами устройства от отдельных блоков питания. На некоторых материнских платах и ноутбуках одно или несколько гнезд USB 3.0 могут быть помечены значком молнии. Это значит, что от данного порта можно запитывать и заряжать устройства, потребляющие ток более 1 А, а также зарядка будет идти при выключенном компьютере.

Фирмой Intel анонсирована[когда?] предварительная версия программной модели контроллера USB 3.0[5]. Но в октябре 2009 года появилась информация (от EE Times со ссылкой на сотрудника одной из крупнейших компаний по производству персональных компьютеров), что корпорация Intel решила повременить с внедрением поддержки USB 3.0 в свои чипсеты до 2011 года. Это решение привело к тому, что до 2011 года данный стандарт не стал массовым, так как пользователю было недостаточно просто купить материнскую плату, был необходим дополнительный адаптер.[6] Введение в третью аппаратную версию (англ. Rev.3) чипов Intel P/H/Q67 для построения материнских плат поддержки спецификации USB 3.0[7][8] частично решило данную проблему.

Хост-контроллер USB-3(xHCI) обеспечивает аппаратную поддержку потоков для команд, статусов, входящих и исходящих данных, что позволяет более полно использовать пропускную способность USB-шины. Потоки были добавлены к протоколу USB 3.0 SuperSpeed ​​ для поддержки UASP.

Аппаратная поддержка 4 портов USB 3.0 реализована в чипсетах AMD на платформах FM1 и FM2, в чипсетах Intel 7-й и 8-ой серий для сокетов LGA1155 и LGA1150, а также Apple устанавливает порты USB 3.0 в своих новых MacBook Air, MacBook Pro и Mac mini.

The SuperSpeed USB Logo

Linux поддерживает USB 3.0, начиная с версии ядра 2.6.31.[9]

В Windows 8 интерфейс USB 3.0 поддерживается без установки дополнительных драйверов.

USB 3.1[править | править вики-текст]

31 июля 2013 года USB 3.0 Promoter Group объявила о принятии спецификации следующего интерфейса, USB 3.1, скорость передачи которого может достигать 10 Гбит/с.

Кабели и разъёмы USB[править | править вики-текст]

Кабели и разъёмы USB 1.x и 2.0[править | править вики-текст]

Спецификация 1.0 регламентировала два типа разъёмов: A — на стороне контроллера или концентратора USB и B — на стороне периферийного устройства. Впоследствии были разработаны миниатюрные разъёмы для применения USB в переносных и мобильных устройствах, получившие название Mini-USB. Новая версия миниатюрных разъёмов, называемых Micro-USB, была представлена USB Implementers Forum 4 января 2007 года.

Обычный Mini Micro
Тип A 4×12 мм
Type A Plug Coloured.svg
3×7 мм
Mini-A.jpg
2×7 мм
UsbMicroA.jpg
Тип B 7×8 мм
Type B Plug Coloured.svg
3×7 мм
USB apparate.jpg
2×7 мм
MicroB USB Plug.jpg
Подключение выносной колодки с парой разъёмов USB на материнской плате ASUS P5Q SE

Существуют также разъёмы типа Mini-AB и Micro-AB, с которыми соединяются соответствующие коннекторы как типа A, так и типа B.

Производителями электроники используется разъём, совместимый с Mini USB, содержащий 10 контактов, а не 5, как в оригинале (10-контактный штекер не войдёт в 5-контактный разъём). В частности, данное гнездо можно увидеть в телефонах под маркой Alcatel(TCL), Fly и Philips, где дополнительные контакты используются для возможности использования гарнитуры с микрофоном. Однако после перехода на Micro USB + Mini Jack, в рамках Европейской программы по стандартизации зарядных устройств, использование данного разъёма с 2012 года резко сократилось.

USB-A удачно сочетает долговечность и механическую прочность, несмотря на отсутствие винтовой затяжки. Однако уменьшенные варианты разъёмов, имеющие тонкие пластмассовые выступы, высоко выступающие из подложки гнезда, плохо переносят частое смыкание-размыкание и требуют более бережного обращения.

Сигналы USB (версии ≤2.x) передаются по двум проводам экранированного четырёхпроводного кабеля.

Номер контакта 4 3 2 1
Обозначение
GND
D+
D-
VBUS
Цвет провода
Чёрный
Зелёный
Белый
Красный
Размещение проводников

Здесь GND — цепь «корпуса» для питания периферийных устройств, а VBus — +5 вольт, также для цепей питания. Данные передаются дифференциально по проводам D- и D+ (diff0 и diff1 соответственно, в терминологии официальной документации). Состояния «0» и «1» определяются по разности потенциалов между линиями более 0,2 В и при условии, что на одной из линий (D− в случае diff0 и D+ при diff1) потенциал относительно GND выше 2,8 В.[10] Дифференциальный способ передачи является основным, но не единственным (например, при инициализации устройство сообщает хосту о режиме, поддерживаемом устройством (англ. Full-Speed или англ. Low-Speed), подтягиванием одной из линий данных к V_BUS через резистор 1,5 кОм (D− для режима Low-Speed и D+ для режимов Full-Speed и High-Speed)[11].

Для соблюдения достаточного уровня сигнала в кабеле и недопускания его затухания требуется коррелировать длину кабеля с сечением проводников. Принята практика указания толщины сечения провода в AWG, например «28 AWG/1P…..».

Примерное соответствие: маркировка кабеля (указание толщины провода в AWG) и соответствующая ей длина кабеля:
AWG Длина, не больше (см)
28 81
26 131
24 208
22 333
20 500

Кабели и разъёмы USB 3.0 и их совместимость с USB 2.0[править | править вики-текст]

  • Все разъёмы USB, имеющие возможность входить в соединение друг с другом, рассчитаны на совместную работу. Также это достигается за счет электрической совместимости всех контактов разъёма USB 2.0 с соответствующими контактами разъёма USB 3.0. При этом разъём USB 3.0 имеет дополнительные контакты, не имеющие соответствия в разъёме USB 2.0 и, следовательно, при соединении разъёмов разных версий «лишние» контакты не будут задействованы, обеспечивая нормальную работу соединения версии 2.0.
  • Все гнёзда и штекеры между USB 3.0 Тип A и USB 2.0 Тип A рассчитаны на совместную работу.
  • Размер гнезда USB 3.0 Тип B несколько больше, чем это могло бы потребоваться для штекера USB 2.0 Тип B и более ранних. При этом предусмотрено подключение в эти гнезда и такого типа штекеров. Соответственно, для подключения к компьютеру периферийного устройства с разъёмом USB 3.0 Тип B можно использовать кабели обоих типов, но для устройства с разъёмом USB 2.0 Тип B — только кабель USB 2.0.
  • Гнезда eSATAp, обозначенные как eSATA/USB Combo, то есть имеющие возможность подключения к ним штекера USB, имеют возможность подключения штекеров USB Тип A: USB 2.0 и USB 3.0, но в скоростном режиме USB 2.0.
  • Штекер eSATA ни в какую версию простого гнезда USB войти не может.
  • Штекер eSATA может подключаться к гнезду eSATA/USB Combo.

Изображения разъёмов USB 3.0[править | править вики-текст]

Обычный Mini Micro
Тип A
Connector USB 3 IMGP6022 wp.jpg
Тип B
USB3 Stecker Typ B IMGP8197 smial wp.jpg
USB3 Trapezstecker IMGP9572 smial wp.jpg
Connector USB 3 IMGP6028 wp.jpg

Расположение выводов соединителей USB 3.0 типа A[править | править вики-текст]

Images.png Внешние изображения
Image-silk.png USB Тип А
Image-silk.png USB Тип В
Image-silk.png USB Тип B micro
Image-silk.png USB Тип B mini
Image-silk.png USB 3.0 Powered-B
Image-silk.png 3_USB 3B_pinout_lrg.jpg Расположение контактов на розетке USB 3.0 B
Image-silk.png 3_USB 3A_pinout_lrg.jpg Расположение контактов на розетке USB 3.0 A
№ контакта A B micro B
1 VBUS (VCC) VBUS (VCC) VBUS (VCC)
2 D- D- D-
3 D+ D+ D+
4 GND GND ID
5 StdA_SSTX- StdA_SSTX- GND
6 StdA_SSTX+ StdA_SSTX+ StdA_SSTX-
7 GND_DRAIN GND_DRAIN StdA_SSTX+
8 StdA_SSRX- StdA_SSRX- GND_DRAIN
9 StdA_SSRX+ StdA_SSRX+ StdA_SSRX-
10 StdA_SSRX+
Экран Экран Экран Экран
Расположение контактов вилки USB 3.0 Micro-B‎

Также существуют разъёмы USB 3.0 Micro ещё двух типов: вилка USB 3.0 Micro-A и розетка USB 3.0 Micro-AB. Визуально отличаются от USB 3.0 Micro-B «прямоугольной» (не срезанной) частью разъёма с секцией USB 2.0, что позволяет избежать подключения вилки Micro-A в розетку Micro-B, а розетку Micro-AB делает совместимой с обеими вилками.

Розетка Micro-AB будет применяться в мобильных устройствах, имеющих бортовой USB 3.0 host контроллер. Для идентификации режима хост/клиент используется вывод 4 (ID) — в вилке Micro-A он замкнут на «землю».

Расположение выводов соединителей USB 3.0 Powered-B[править | править вики-текст]

Новый разъём USB 3.0 Powered-B спроектирован с использованием двух дополнительных контактов, что позволяет устройствам предоставлять до 1000 мА другому устройству, например, адаптеру Wireless USB. Это позволяет избежать необходимости в источнике питания для устройства, подключаемого к Wireless USB адаптеру, делая ещё один шаг к идеальной системе беспроводной связи (без отдельного питания). При обычных проводных подключениях к хосту или хабу эти два дополнительных контакта не используются.

Дополнительные контакты питания розетки USB 3.0 Powered-B

1 VBUS +5V Питание
2 USB D- USB 2.0 данные
3 USB D+
4 GND Земля
8 StdA_SSRX- SuperSpeed приём
9 StdA_SSRX+ SuperSpeed приём
7 GND_DRAIN Земля
5 StdA_SSTX- SuperSpeed передача
6 StdA_SSTX+ SuperSpeed передача
10 DPWR Дополнительное питание на устройство
11 GND_D Земля питания устройства

Оптические кабели USB 3.0[править | править вики-текст]

На CES 2013 компания Corning представила оптические кабели USB 3.0 и Thunderbolt. Разработчики сообщают о возможности передачи информации (но не энергии) на расстояние до 100 метров[12] против 3-5 метров (как правило) для стандартных «проводных» кабелей. При этом кабели тонкие (3 мм в диаметре) и гибкие (их можно спокойно завязывать в узлы). Скорость передачи данных достигает 1 ГБ/с. Разработчики также сообщают, что стоимость этих кабелей будет сравнима со стоимостью медных кабелей. Новинку обещают запустить в продажу в 1-м квартале 2013 года.

Принцип работы[править | править вики-текст]

В начале пути сигнал из обычного электрического сигнала USB преобразуется в оптические сигналы. В конце пути сигнал подвергается обратному преобразованию.

Классы устройств[править | править вики-текст]

Назначение USB-устройств определяется кодами классов, которые сообщаются USB-хосту для загрузки необходимых драйверов. Коды классов позволяют унифицировать работу с однотипными устройствами разных производителей. Устройство может поддерживать один или несколько классов, количество которых определяется количеством конечных точек (USB endpoints).

Описание кодов классов:[13]

Код Название Примеры использования / примечание
00h N/A Не задано
01h Audio Звуковая карта, MIDI
02h Communication Device (CDC) Модем, Сетевая карта, COM-порт
03h Human Interface Device (HID) Клавиатура, Мышь, Джойстик
05h Physical Interface Device (PID) Джойстик с поддержкой Force feedback
06h Image Веб-камера, Сканер
07h Printer Принтер
08h Mass Storage Device (MSD) USB-накопитель, карта памяти, картридер, цифровая фотокамера
09h USB hub USB-хаб
0Ah CDC Data Используется совместно с классом CDC
0Bh Smart Card Reader (CCID) Считыватель смарт-карт
0Dh Content security Биометрический сканер
0Eh Video Device Class Веб-камера
0Fh Personal Healthcare Индикатор пульса, медицинское оборудование
DCh Diagnostic Device Используется для проверки совместимости с USB
E0h Wireless Controller Bluetooth-адаптер
EFh Miscellaneous ActiveSync-устройства
FEh Application-specific IrDA-устройства, режим обновления прошивки (DFU)
FFh Vendor-specific На усмотрение производителя

Также USB-разъёмы могут выполнять функции электрической розетки (обычно используются для зарядки мобильных телефонов и иных гаджетов)

Недостатки USB 2.0[править | править вики-текст]

Хотя теоретическая максимальная пропускная способность USB 2.0 составляет 480 Мбит/с (60 Мбайт/с), на практике обеспечить пропускную способность, близкую к пиковой, не удаётся (максимум 45 Мбайт/с[14], чаще до 30 Мбайт/с). Это объясняется тем, что шина USB является полудуплексной — для передачи данных в обе стороны используется всего одна витая пара, поэтому за один такт данные могут быть переданы только в одну сторону, и, соответственно, для двунаправленного обмена данными требуется 2 такта. Для сравнения, шина FireWire, хотя и обладает меньшей пиковой пропускной способностью 400 Мбит/с, что на 80 Мбит/с (10 Мбайт/с) меньше, чем у USB 2.0, но будучи дуплексной (для передачи данных используется две витые пары — каждая в свою сторону, и для двунаправленного обмена данными требуется 1 такт), она позволяет обеспечить бо́льшую пропускную способность для обмена данными с жёсткими дисками и другими устройствами хранения информации. В связи с этим разнообразные мобильные накопители уже давно «упираются» в недостаточную практическую пропускную способность USB 2.0.

Преимущества USB 3.0[править | править вики-текст]

  • Возможности передачи данных на скорости до 5 Гбит/с.[источник не указан 398 дней]
  • Контроллер способен одновременно принимать и отправлять данные, что увеличило скорость работы.
  • USB 3.0 обеспечивает более высокую силу тока. Например, жесткий диск, который на USB 2.0 не включался, будет работать вполне стабильно. Увеличенная сила тока сокращает время зарядки устройств от USB. Силы тока теперь достаточно для подключения даже мониторов.
  • USB 3.0 совместим со старыми стандартами. Так, вы можете включить старое устройство в новый порт и оно будет работать на максимально возможной для него скорости. Обратное, разумеется, неверно — если вы подключите устройство USB 3.0 к порту USB 2.0, то скорость работы устройства будет ограничена скоростью работы порта.

Критика[править | править вики-текст]

Разъёмы Mini и особенно Micro USB, вследствие конструктивных просчётов производителя, зачастую со временем разбалтываются, начинают терять контакт и не имеют достаточно надёжного крепления к печатной плате, из-за чего при интенсивной эксплуатации могут быть полностью или частично повреждены. В некоторых случаях гнезда отрываются, что может привести к необходимости замены платы или даже приобретения нового устройства, в связи с невозможностью нормального восстановления оторванных печатных дорожек. Данный недостаток наиболее проявляется в малогабаритных устройствах, например, в мобильных телефонах, планшетных компьютерах, электронных устройствах для чтения и карманных цифровых проигрывателях.[источник не указан 895 дней]

Протокол требует от оконечного устройства поддержания достаточно сложного алгоритмического стека как для непосредственно обмена по шине, так и для поддержания сопутствующих функций типа инициализации или ответов на cлужебные сообщения. В виду своей сложности и разнообразности, устройства зачастую аппаратно выполняют лишь базовые уровни протокола, оставляя верхние на откуп программному коду. Это приводит к заметным непроизводительным затратам программной памяти и времени, а также содержит угрозу ошибок и попыток избыточно упростить программный код в ущерб соответствию стандарту.

Коды производителя и номер устройства выдается лишь членам сообщества после бюрократической процедуры. Это ограничивает доступность шины для мелких производителей и независимых разработчиков. Свободно доступные коды для устройств реализующих стандартные функциональности (напр. порт обмена, устройство памяти или аудио-устройство) создатели стандарта не предоставляют.

Список классов и подклассов устройств частями непоследователен, чрезмерно раздут, подклассы одного уровня зачастую неравноценны и содержат устаревшую функциональность. Как результат, поддержка определенного стандартного класса зачастую требует избыточного кода, не нужного для непосредственного функционирования, как со стороны устройства, так и хоста (компьютера). То же относится и к типам передаваемых пакетов, часть из которых имеет скорее историческое значение.

Несмотря на заявленную универсальность, устройства даже принадлежащие стандартным классам, большей частью требуют программной поддержки и отдельных драйверов на хосте. Так, современная операционная система Windows при подключении внешнего СOM-порта или GPS-навигатора (которые относятcя к одному стандартному классу коммуникационных устройств), требует для каждого из устройств отдельного личного драйвера. Это налагает на производителей отдельные обязанности по созданию и, возможно, подписыванию драйверов и содержит потенциальную опасность неработоспособности устройства на операционной системе другой версии.

По сравнению с другими форматами передачи данных, формат USB1.0 имеет большие латентности (задержки) передачи информации. В формате USB2.0 High Speed cоздатели предприняли попытку для уменьшения проблем латентности, но этот формат сам по себе требует наличия высокоскоростного приемопередатчика и высокочастотного кабеля сопряжения, что во многих случаях является избыточным и дорогостоящим.

Уязвимость[править | править вики-текст]

В августе 2014 года была обнародована уязвимость устройств USB, которая позволяет с определённой лёгкостью изменять микропрограмму микросхемы, отвечающую за взаимодействие с компьютером, записывая в неё вредоносный код. Так как через USB можно подключить множество устройств, то вредоносная программа может имитируя клавиатуру, произвести необходимые действия за пользователя на заражаемом компьютере, а имитируя сетевое устройство изменить сетевые настройки таким образом, что пользователь будет просматривать сайты интернет через подконтрольные злоумышленнику промежуточные серверы (Фарминг). Кроме того такой вирус может скопировать себя и на другие устройства USB, подключённые в данный момент к компьютеру, заражая всё новые USB устройства (Вэб-камеры, клавиатуры, флеш-карты и др.).[15]

USB и FireWire/1394[править | править вики-текст]

Протокол USB Mass Storage, представляющий собой метод передачи команд SCSI по шине USB, имеет бо́льшие накладные расходы, чем соответствующий ему протокол SBP-2 шины FireWire/1394. Поэтому при подключении внешнего диска или привода CD/DVD по FireWire удаётся достичь большей скорости передачи данных. Кроме того, USB Mass Storage не поддерживался в старых ОС (включая Windows 98), и требовал установки драйвера. SBP-2 же в них поддерживался изначально. Также в старых ОС (Windows 2000) протокол USB storage был реализован в урезанном виде, не позволяющем использовать функцию записи CD- и DVD-дисков на подключённом по USB дисководе, SBP-2 никогда не имел таких ограничений.

Шина USB строго ориентирована, поэтому соединение двух компьютеров требует дополнительного оборудования. Соединение оборудования без компьютера, например, принтера и сканера или же фотоаппарата и принтера было определено стандартом USB OTG, ранее же эти реализации были завязаны на конкретного производителя. Шина 1394/FireWire изначально не подвержена этому недостатку (например, можно соединить две видеокамеры).

Тем не менее, ввиду лицензионной политики Apple, а также значительно более высокой сложности оборудования, 1394 менее распространён, контроллер 1394 имеется на материнских платах только Premium или Deluxe версий . Что касается периферии, поддержка 1394 реализована во множестве корпусов для внешних накопителей на основе HDD (особенно премиум-сегмента) и приводов оптических дисков[источник не указан 389 дней], мультимедиа интерфейсах, камкордерах и видеокамерах.

Следует также отметить, что Apple использует в своих компьютерах и порт 1394b, известный как FireWire800, пиковая скорость передачи данных которого составляет 800 Мбит/сек.

Производные стандарты[править | править вики-текст]

  • «USB Implementers Forum» разрабатывает стандарт беспроводной сети на основе USB.
  • High Speed Inter Chip (HSIC) — вариант для межчипового подключения, которому не нужны аналоговые преобразователи, присутствующие в обычном USB. Стандарт был принят в 2007 году. HSIC потребляет на 50 % меньше энергии и занимает на 75 % меньше места на плате, чем традиционный USB 2.0. HSIC использует две линии 1,2 вольта и имеет пропускную способность 480 Мбит/с, используя частоту 240 МГц. Максимальная длина проводников — 10 см.

Интересные факты[править | править вики-текст]

Последователям одного из евангельских культов Бразилии запретили пользоваться USB-портами. Так, их лидер Уэлдер Салданья (Welder Saldanha) усмотрел в эмблеме USB символ сатаны, а именно трезубец, которым пытают души грешников в аду. В связи с этим, он заявил, что все, кто используют USB, поклоняются сатане.[16][17][18][19]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Useless Serial Bus. USB stands for Useless Serial Bus. 1 USB Acronym/Abbreviation Meaning — What Does USB Stand For?
  2. USB.org - USB Naming and Packaging Recommendations. Проверено 7 января 2013. Архивировано из первоисточника 14 января 2013.
  3. к планшетам на свободных ОС можно подключать все, но это требует сборки собственного ядра
  4. terralab.ru Wireless USB: первые шаги
  5. http://www.intel.com/technology/usb/xhcispec.htm Intel анонсировала предварительную версию программной модели контроллера USB 3.0
  6. http://www.telecomnews.ru/news/21/3452/ USB 3.0 под угрозой
  7. Новая ревизия B3 чипсета Intel P67: REV 3.0 — контроллер USB 3.0 производства компании NEC REV 3.1 — контроллер USB 3.0 производства компании ASMedia
  8. Узнайте больше о ревизии B3 (англ.)
  9. http://sarah.thesharps.us/2009-06-07-20-00.cherry Блог разработчика Linux USB subsystem Sarah Sharp
  10. Гук М. Аппаратные средства IBM PC.-СПб: Питер,2000.-С.-708-723.-ISBN 5-88782-290-2
  11. Агуров П. В. Интерфейс USB. Практика использования и программирования.-СПб: БХВ-Петербург,2004.-576 с.-ISBN 5-94157-202-6
  12. Corning Incorporated | CES 2013 | Optical Cables by Corning
  13. USB Class Codes
  14. Manuel Masiero, Achim Roos. Adata DashDrive Air AE400 Review: Wi-Fi, Charger, And Card Reader. File Access And Streaming. www.tomshardware.com (July 10, 2013 10:10 PM).
  15. 3DNews.В стандарте USB обнаружена критическая уязвимость
  16. Acidez Bucal. BOMBA: Em SP, culto evangélico proibe uso de tecnologias USB (порт.). Bobolhando (29 июня 2010). Проверено 17 апреля 2014.
  17. Staff Writer. Brazilian cult bans USB (англ.). ITProPortal.com (17 November 2010). Проверено 17 апреля 2014.
  18. Бразильские евангелисты усмотрели в эмблеме USB символ сатаны. Руформатор (17 ноября 2010). Проверено 17 апреля 2014.
  19. Бразильские евангелисты усмотрели в эмблеме USB символ сатаны // Мой друг компьютер — 2010 — № 26 (97) — С.5

Ссылки[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК (глава 15 — Последовательный, параллельный и другие интерфейсы ввода-вывода — USB) = Upgrading and Repairing PCs. — 17 изд. — М.: «Вильямс», 2007. — С. 1016—1026. — ISBN 0-7897-3404-4.