информационный портал по вопросам биомедицинской инженерии

Сейчас на сайте 0 пользователей и 0 гостей.

Вход в систему

Недавно присоединились

  • Олег Матвеевич
  • вусенко алена ива...
  • Краснозобов Жигер...
  • Корсаков Александ...
  • Пирогов Дмитрий В...
аватар: Аль-кавати Ахмед Абдо

 

 

 Истории стандарта USB

Шина или интерфейс USB (Universal Serial Bus) — это универсальная последовательная шина, предназначенная для подключения периферийных устройств. В свое время шина USB пришла на смену уже морально устаревшим интерфейсам COM, LPT, PS/2 и GamePort (для подключения джойстика).

Стандарт USB 1.0, получивший широкое распространение, был представлен в ноябре 1996 года. Он определял два скоростных режима передачи данных: режим Full-Speed с максимальной скоростью передачи до 12 Мбит/с и режим Low-Speed с максимальной скоростью передачи до 1,5 Мбит/с. Максимальная длина кабеля в режиме Full-Speed не превышала 3 м, а в режиме Low-Speed — 5 м.

Для подключения периферийных устройств к шине USB 1.0 использовался кабель, состоящий из двух пар проводов. Одна витая пара в дифференциальном включении использовалась для приема и передачи данных, а еще одна пара проводов — для питания периферийного устройства напряжением +5 В. Благодаря встроенным линиям питания шина USB 1.0 позволяла подключать периферийные устройства без собственного источника питания. При этом максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB 1.0, не должна была превышать 0,5 А. К одному контроллеру шины USB 1.0 можно было подсоединить до 127 устройств через цепочку концентраторов.

В сентябре 1998 года появилась спецификация USB 1.1. Собственно, по своим техническим и скоростным характеристикам она не отличалась от USB 1.0. Просто в ней были исправлены ошибки версии 1.0.

В апреле 2000 года была опубликована спецификация USB 2.0, а в конце 2001 года эта версия была стандартизована. Сегодня шина USB 2.0 является самой распространенной. Все ноутбуки, материнские платы и периферийные устройства (принтеры, МФУ, мыши, клавиатуры, джойстики, графические планшеты и т.д.) оснащаются интерфейсом USB 2.0, а интерфейс USB 1.1 уже практически вышел из употребления. В то же время интерфейс USB 2.0 является обратно совместимым с интерфейсом USB 1.1.

В спецификации USB 2.0 предусмотрено три скоростных режима: кроме режимов Low-Speed (до 1,5 Мбит/с) и Full-Speed (до 12 Мбит/с), есть высокоскоростной режим Hi-Speed, определяющий максимальную скорость передачи до 480 Мбит/с (60 Мбайт/с).

Как и в случае спецификаций USB 1.0 и USB 1.1, в спецификации USB 2.0 для подключения периферийных устройств используется кабель, состоящий из двух пар проводов: одна витая пара проводов для приема и передачи данных, а другая — для питания периферийного устройства. При этом напряжение питания опять-таки составляет 5 В, а максимальная сила тока не должна превышать 0,5 А. К одному контроллеру шины USB 2.0 можно подсоединять до 127 устройств через цепочку концентраторов.

В стандарте USB 2.0 предусмотрено три типа разъемов: разъем типа A (рис. 1), разъем типа B (рис. 2) и разъем miniUSB типа B (рис. 3). Впоследствии, в январе 2007 года, были представлены разъемы microUSB, однако они предназначены для мобильных телефонов и коммуникаторов и не используются в компьютерах и периферийных устройствах.

 

Рис. 1. Разъем USB типа A

Рисунок

Рис. 2. Разъем USB типа B

Рисунок

Рис. 3. Разъем miniUSB типа B

Основная проблема шины USB 2.0 заключается в том, что она является однонаправленной. То есть данные передаются в обе стороны (либо в одну, либо в другую, но не одновременно) по одной и той же витой паре. Несмотря на декларируемую максимальную скорость передачи данных до 480 Мбит/с, шина USB 2.0 имеет достаточно большие задержки между запросом на передачу данных и собственно началом передачи. Поэтому в реальности интерфейс USB 2.0 не позволяет передавать данные со скоростью более 35 Мбайт/с (280 Мбит/с). Конечно, такая скорость передачи данных сегодня уже явно недостаточна. Подключение по интерфейсу USB 2.0 внешних жестких дисков и флэш-памяти не позволяет реализовать весь их скоростной потенциал. К примеру, при подключении внешнего жесткого диска по интерфейсу eSATA скорость передачи данных ограничивается скоростными характеристиками самого диска и для современных дисков составляет порядка 90 Мбайт/с (при последовательных операциях чтения и записи), а при подключении того же внешнего диска по интерфейсу USB 2.0 скорость передачи данных снижается до 33 Мбайт/с.

Не только внешние накопители, но и многие другие периферийные устройства нуждаются в существенно большей пропускной способности интерфейса, нежели может предоставить интерфейс USB 2.0. Поэтому новый высокоскоростной стандарт USB 3.0, разработка которого велась в течение нескольких лет, появился как нельзя кстати.

Спецификация USB 3.0: коротко о главном

Если говорить о главном преимуществе стандарта USB 3.0 по сравнению со стандартом USB 2.0, то это, конечно же, скорость передачи данных. Спецификацией USB 3.0 предусмотрен режим SuperSpeed со скоростью передачи данных до 5 Гбит/с (640 Мбайт/с), то есть более чем в 10 раз превышающей ту, что предусмотрена спецификацией USB 2.0. Конечно, реальная скорость передачи данных будет, скорее всего, ниже, однако даже с учетом этого для большинства периферийных устройств такой пропускной способности шины USB 3.0 более чем достаточно.

Естественно, высокая скорость передачи у шины USB 3.0 — это не единственное ее отличие от шины USB 2.0. Но при всех различиях (коих немало) сохраняется обратная совместимость USB 3.0 c USB 2.0. То есть в спецификации USB 3.0, кроме режима SuperSpeed, оставлены и режимы Hi-Speed, Full-Speed и Low-Speed. Кроме того, разъемы USB 3.0 совместимы с разъемами USB 2.0. Это означает, что все периферийные устройства с интерфейсом USB 2.0 можно будет подключать к шине USB 3.0.

Следующее важное отличие спецификации USB 3.0 от USB 2.0 заключается в том, что стандартом предусмотрена двунаправленная передача данных по разным витым парам. Таким образом, контактов в разъемах USB 3.0 стало больше. Увеличилось и количество проводов в USB-кабеле. Так, в стандарте USB 2.0 одна витая пара использовалась для приема/передачи данных, а другая — для питания, то есть в разъемах USB 2.0 было четыре контакта, а USB-кабель содержал четыре провода. В спецификации USB 3.0 первая витая пара применяется для передачи данных, вторая — для приема данных, третья — для питания, а для совместимости со стандартом USB 2.0 предусмотрена четвертая витая пара, по которой осуществляется прием/передача данных в режиме USB 2.0 (Hi-Speed, Full-Speed и Low-Speed). Кроме того, в обязательном порядке присутствует еще одна «земля» (GND_DRAIN) в виде оплетки двух витых пар. Таким образом, в кабеле USB 3.0 не четыре провода (как в кабеле USB 2.0), а восемь (рис. 4), а в разъемах USB 3.0 как минимум девять контактов (оплетки витых пар подключаются к контакту GND_DRAIN).

 

Рисунок

Рис. 4. Кабель USB 3.0

Напряжение питания, передаваемое по USB-шине, осталось без изменений — +5 В.

Типы возможных разъемов и кабелей

Количество возможных разъемов USB 3.0 стало больше. Имеются разъемы USB 3.0 следующих типов: типа A, типа B, Powered-B, Micro-B, Micro-A и Micro-AB. , что разъем USB 3.0 Micro-A существует только в штепсельном варианте, а разъем USB 3.0 Micro-AB — только в гнездовом. Особо отметим, что спецификацией USB 3.0 не предусмотрены разъемы miniUSB типа B, которые широко распространены в настоящее время.

Разъем USB 3.0 типа A

Разъем USB 3.0 типа A (рис. 5), как штепсельный, так и гнездовой, по своей форме и размерам не отличается от разъема USB 2.0 типа A. Он полностью совместим с разъемом USB 2.0 типа A, то есть в гнездовой разъем USB 3.0 типа A, кроме штепсельного разъема USB 3.0 типа A, можно вставлять штепсельный разъем USB 2.0 типа A, и наоборот: в гнездовой разъем USB 2.0 типа A можно вставлять штепсельный разъем USB 3.0 типа A.

 

Рисунок

Рис. 5. Разъем USB 3.0 типа A

Всего в разъеме USB 3.0 типа A имеется девять контактов (рис. 6).

 

Рисунок

Рис. 6. Нумерация контактов в разъеме USB 3.0 типа A

Совместимость разъема USB 3.0 типа A с разъемом USB 2.0 типа A достигается за счет того, что все контакты, присутствующие в разъеме USB 2.0 типа A, есть и в разъеме USB 3.0 типа A, но в последний добавлены и новые контакты.

Разъем USB 3.0 типа B

Разъем USB 3.0 типа B (рис. 7), как и разъем USB 2.0 типа B, будет использоваться для подключения стационарных периферийных устройств, таких как принтеры, МФУ и внешние диски. В компьютерах гнездовые разъемы USB 3.0 типа B применяться не будут (как не используются гнездовые разъемы USB 2.0 типа B). Разъем USB 3.0 типа B частично совместим с разъемом USB 2.0 типа B, то есть в гнездовой разъем USB 3.0 типа B, кроме штепсельного разъема USB 3.0 типа B, можно вставлять штепсельный разъем USB 2.0 типа B. А вот вставить в гнездовой разъем USB 2.0 типа B штепсельный разъем USB 3.0 типа B не удастся.

 

Рисунок

Рис. 7. Разъем USB 3.0 типа B

Всего в разъеме USB 3.0 типа B имеется девять контактов (рис. 8). Их расположение, естественно, отличается от расположения контактов в разъеме USB 3.0 типа A, однако соответствие номеров контактов и их назначение точно такое же.

 

Рисунок

Рис. 8. Нумерация контактов в разъеме USB 3.0 типа B

 

Разъем USB 3.0 Micro-B

Разъем USB 3.0 Micro-B (рис. 10) ориентирован на использование в портативных устройствах, таких как мобильные телефоны, коммуникаторы и т.д. Он совместим с разъемом USB 2.0 Micro-B, то есть в гнездовой разъем USB 3.0 Micro-B, кроме штепсельного разъема USB 3.0 Micro-B, можно также вставлять штепсельный разъем USB 2.0 Micro-B. Однако в гнездовой разъем USB 2.0 Micro-B нельзя вставить штепсельный разъем USB 3.0 Micro-B. Совместимость гнездового разъема USB 3.0 Micro-B с штепсельным разъемом USB 2.0 Micro-B достигается за счет того, что разъем USB 3.0 Micro-B как бы разделен на две конструктивные части: USB 2.0 и USB 3.0. В часть USB 2.0 можно отдельно вставлять штепсельный разъем USB 2.0 Micro-B. Штепсельный разъем USB 3.0 Micro-B также конструктивно разделен на две части и может вставляться только в гнездовой разъем USB 3.0 Micro-B (или USB 3.0 Micro-AB).

 

Рисунок

Рис. 10. Разъем USB 3.0 Micro-B

Всего в разъеме USB 3.0 Micro-B имеется десять контактов. Кроме стандартных контактов VBUS, D-, D+, GND, SSTX-, SSTX+, GND_DRAIN, SSRX- и SSRX+, есть еще один специфический контакт ID, предназначенный для идентификации режима OTG.

Разъем USB 3.0 Micro-AB

Гнездовой разъем USB 3.0 Micro-AB будет использоваться только в устройствах, поддерживающих стандарт OTG (On-The-Go) (собственно, как и разъем USB 2.0 Micro-AB). В гнездовой разъем USB 3.0 Micro-AB можно будет вставлять штепсельные разъемы USB 3.0 Micro-B, USB 3.0 Micro-A, USB 2.0 Micro-B и USB 2.0 Micro-A. А вот гнездовой разъем USB 2.0 Micro-AB будет совместим только со штепсельными разъемами USB 2.0 Micro-B и USB 2.0 Micro-A.

Типы кабелей USB 3.0

С учетом разнообразия разъемов USB 3.0 будут предлагаться следующие типы USB-кабелей:

  • USB 3.0 типа A (штепсель) — USB 3.0 типа A (штепсель);
  • USB 3.0 типа A (штепсель) — USB 3.0 типа B (штепсель);
  • USB 3.0 типа A (штепсель) — USB 3.0 Micro-B (штепсель);
  • USB 3.0 Micro-A (штепсель) — USB 3.0 Micro-B (штепсель);
  • USB 3.0 Micro-A (штепсель) — USB 3.0 типа B (штепсель);
  • кабель, жестко связанный с устройством с одного конца и штепсельным разъемом USB 3.0 Micro-A с другого конца;
  • кабель, жестко связанный с устройством с одного конца и штепсельным разъемом USB 3.0 Powered-B с другого конца;
  • кабель, жестко связанный с устройством или присоединяемый к нему с помощью фирменного (нестандартного) разъема с одного конца и штепсельным разъемом USB 3.0 типа A с другого конца.

Источники :
1. http://compress.ru/article.aspx?id=19961#08
2. http://www.usb-30.ru/interface

Комментарии