TopΛεξικό τεχνικών όρωνUSB - ενιαίος σειριακός δίαυλος

USB - ενιαίος σειριακός δίαυλος

Λογότυπο USB

 

Η θύρα USB χρησιμοποιείται κυρίως για την επικοινωνία των υπολογιστών με περιφερειακές συσκευές, όπως πληκτρολόγια, ποντίκια, συσκευές πολυμέσων και εξωτερικές μονάδες. Ωστόσο χρησιμοποιείται επίσης και σε άλλες συσκευές στις οποίες είναι απαραίτητη η σύνδεση πρόσθετου εξοπλισμού. Ένα παράδειγμα είναι μια συσκευή καταγραφής εικόνας από κάμερες CCTV. Συχνά, αυτή η συσκευή διαθέτει μερικούς συνδέσμους USB για την σύνδεση εξωτερικής μνήμης μαζικής αποθήκευσης ή ποντικιού για τον πιο εύκολο χειρισμό του μενού του καταγραφικού. Παρομοίως και οι δρομολογητές Wi-Fi έχουν επιπλέον θύρες USB που καθιστούν δυνατή την σύνδεση εκτυπωτή (ο οποίος και γίνεται σε αυτή την περίπτωση εκτυπωτής δικτύου).

 

Δημοφιλή βύσματα USB: από αριστερά USB τύπου A, mini USB τύπου B και micro USB τύπου B

 

Το κύριο πλεονέκτημα της θύρας USB εκτός από την ευέλικτη εφαρμογή της είναι η ετοιμότητα της συσκευής προς χρήση αμέσως αφού συνδεθεί. Η λειτουργία Plug and Play (σύνδεση και άμεση λειτουργία) καθιστά ώστε η συσκευή που συνδέεται μέσω της θύρας USB να αναγνωρίζεται άμεσα, χωρίς να χρειάζεται η παρέμβαση του χρήστη στην διαμόρφωση του υλικού. Οι περιφερειακές συσκευές μπορούν να συνδέονται και να αποσυνδέονται χωρίς την ανάγκη απενεργοποίησης ή επανεκκίνησης της κύριας μονάδας.

 

Στους υπολογιστές η θύρα USB λειτουργεί κυρίως ως μια κύρια διεπαφή επικοινωνίας με άλλες εξωτερικές συσκευές. Αν και συνήθως οι υπολογιστές διαθέτουν μερικές θύρες, όλες τους διαχειρίζονται από έναν ενιαίο ελεγκτή τον λεγόμενο host. Κατά την επικοινωνία μέσω μιας θύρας USB απαιτείται ακριβώς ένα host, επομένως δεν είναι δυνατή η απευθείας σύνδεση δύο υπολογιστών. Μερικές φορές ωστόσο υποδεικνύεται, ότι ο αριθμός των θυρών δεν είναι ανεπαρκής. Σε αυτή την περίπτωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας διανομέας (γνωστός και ως hub). Η αρχιτεκτονική μίας διεπαφής USB επιτρέπει θεωρητικά την σύνδεση χάρη στους διανομείς έως και 127 συσκευών, συμπεριλαμβανομένων των ίδιων των hub. Βέβαια στην πράξη ο αριθμός αυτός συνήθως είναι πολύ μικρότερος.

 

Αξίζει επίσης να σημειωθεί, ότι υπάρχουν δυο είδη διανομών:

 

  • παθητικοί – δηλαδή αυτοί στους οποίους μπορούν να συνδεθούν αποκλειστικά συσκευές με χαμηλή κατανάλωση ρεύματος, π.χ. πληκτρολόγιο, ποντίκι ή στικάκι, ενώ το σύνολο του καταναλωμένου ρεύματος δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 500 mA.
  • ενεργοί – δηλαδή αυτοί που έχουν την δική του εξωτερική τροφοδοσία και επιτρέπουν την σύνδεση συσκευών με κατανάλωση ρεύματος έως 500 mA για κάθε υποδοχή· είναι κατάλληλοι για την σύνδεση π.χ. εξωτερικών σκληρών δίσκων.

  • Η διεπαφή USB εδώ και χρόνια έχει τροποποιηθεί και βελτιωθεί. Επί του παρόντος, λόγω της ταχύτητας μετάδοσης δεδομένων το πρότυπου USB μπορεί να χωριστεί σε τρεις κατηγορίες:

     

    USB 1.0 / 1.1

     

    Η πρώτη γενιά διεπαφής USB επέτρεπε την μεταφορά μόνο μέχρι 1,5 Mb/s (λιγότερο από 0,2 Megabytes ανά δευτερόλεπτο). Επιπλέον, παρουσίαζε πολλά ελαττώματα και σφάλματα. Δεν ήταν δυνατή η χρήση προέκτασης USB, ενώ το μήκος του καλωδίου ήταν αρκετά περιορισμένο. Μετά και την εισαγωγή ενός βελτιωμένου πρότυπου 1.1 εξαλείφθηκαν ορισμένα προβλήματα και αυξήθηκε η ταχύτητα μετάδοσης στα 12 Mb/s (1,5 Megabytes ανά δευτερόλεπτο).

     

    USB 2.0 (Hi-Speed)

     

    Ένα πολύ δημοφιλές μέχρι και σήμερα πρότυπο, του οποίου η ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων φτάνει έως και τα 480 Mb/s (δηλαδή 60 Megabytes ανά δευτερόλεπτο). Στην πράξη ωστόσο η ταχύτητα αυτή ανέρχεται περίπου στα 25–30 MB/s, ενώ η ταχύτητα ανάγνωσης στα 30–42 MB/s, επειδή η μεταφορά δεδομένων πραγματοποιείται σε δύο κατευθύνσεις εναλλάξ (half-duplex). Σε σχέση με το προηγούμενο πρότυπο αυτό ήταν πραγματικά μια επαναστατική λύση. Παρόλα αυτά η αυξανόμενη δημοτικότητα του USB οδήγησε στην ανάπτυξη του επόμενου προτύπου.

     

    USB 3.0 / 3.1 (SuperSpeed)

     

    Θεωρητικά η μέγιστη ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων φτάνει τα 5 Gb/s για το πρότυπο 3.0 και έως 10 Gb/s για το πρότυπο 3.1. Η μετάδοση αυτή λαμβάνει χώρα σε δύο κατευθύνσεις την ίδια χρονική στιγμή (full-duplex). Η συσκευή μπορεί να καταναλώσει έως και 900 mA ρεύματος. Επιπλέον, το καλώδιο στο πρότυπο SuperSpeed διαθέτει δύο επιπλέον θωρακισμένα ζεύγη καλωδίων τροφοδοσίας.

     

    Όπως μπορεί κανείς να δει, μέσα σε ένα διάστημα 20 ετών από την εισαγωγή του πρότυπου USB τα χαρακτηριστικά του έχουν αλλάξει σημαντικά. Ωστόσο το σημαντικό είναι ότι κάθε πρότυπο είναι συμβατό με όλα τα προηγούμενα πρότυπα. Έτσι λοιπόν ο ισχυρισμός ότι η διεπαφή USB είναι ευέλικτης χρήσης, ισχύει συνεχώς.

    Επί το παρόντος χρησιμοποιούνται μερικά είδη βυσμάτων και υποδοχών, αλλά κατά κανόνα το καλώδιο διαθέτει από την μια πλευρά ένα από τα πιο δημοφιλή βύσματα το USB-A (εικ. 1).

     

    Εικ. 1. Το δημοφιλέστερο βύσμα – USB-A

     

    Από την άλλη μεριά του καλωδίου USB μπορεί να βρίσκεται:

     

    Βύσμα USB-B – συχνά χρησιμοποιούμενο για την σύνδεση εκτυπωτών και σαρωτών.

     

    Βύσμα mini USB-B – χρησιμοποιείται για την σύνδεση και φόρτιση μικρών ηλεκτρονικών συσκευών, π.χ. τηλεφώνων, ακουστικών Bluetooth, φορητών συσκευών αναπαραγωγής πολυμέσων (αυτή την στιγμή συναντιέται όλο και πιο σπάνια).

     

    Βύσμα micro USB-B – το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο βύσμα για την σύνδεση tablet, smartphone, και άλλων συσκευών, τα οποία χρησιμοποιούν τον σύνδεσμο mini USB.

     

    Κάθε ένα από τα βύσματα που παρουσιάστηκαν παραπάνω ταιριάζουν μόνο στην υποδοχή "του ίδιου" τύπου. Επιπλέον, κάθε βύσμα έχει το αντίστοιχό του στην έκδοση A, παρόλα αυτά δεν είναι τόσο δημοφιλή και χρησιμοποιούνται αρκετά σπάνια. Βεβαίως ένα καλώδιο USB από την μια μεριά μπορεί να διαθέτει ένα βύσμα και από την άλλη μια υποδοχή. Τότε θεωρείται ως μία απλή προέκταση USB με συγκεκριμένο μήκος, διαθέσιμο στο κατάστημα Delta: 1,5 m, 3 m ή 5 m (εικ. 2).

     

    Εικ. 2. Προέκταση USB

     

    Όπως έχει ήδη αναφερθεί, οι θύρες USB εκτός από την μετάδοση δεδομένων αποτελούν επίσης και μια πηγή παροχής ρεύματος. Αυτή είναι απαραίτητη για την τροφοδοσία κάθε συσκευής που είναι συνδεδεμένη στην θύρα. Τα περισσότερα σύγχρονα τηλέφωνα διαθέτουν υποδοχή micro-USB, η οποία χρησιμοποιείται εξίσου για την μετάδοση δεδομένων, όπως και για την φόρτιση της μπαταρίας του τηλεφώνου. Η τάση στην θύρα USB ανέρχεται στα 5 V, αν και η προδιαγραφή ορίζει ένα εύρος μεταξύ 4,75 και 5,25 V.

     

    Παρακάτω παρουσιάζεται η σήμανση των ακίδων στα βύσματα (εικ. 3) και στους πίνακες δίνονται με λεπτομέρεια οι περιγραφές και τα χρώματα συγκεκριμένων καλωδίων.

     

    Εικ. 3. Περιγραφή ακίδων σε δημοφιλή βύσματα USB

     

    USB 1.0 / 2.0:

     

    Χρώμα

    Σήμα

    Τροφοδοσία +5V

    Vbus

    Μετάδοση δεδομένων -

    D-

    Μετάδοση δεδομένων +

    D+

    Μάζα

    GND

    USB 3.0:

     

    Χρώμα

    Σήμα

    Μετάδοση δεδομένων - (λήψη)

    SSRX-

    Μετάδοση δεδομένων + (λήψη)

    SSRX+

    Μάζα

    GND DRAIM

    Μετάδοση δεδομένων - (μετάδοση)

    SSTX-

    Μετάδοση δεδομένων + (μετάδοση)

    SSTX+

    Σήμερα πολλές μικρές συσκευές που ανήκουν στην κατηγορία ηλεκτρονικών συσκευών ευρεία κατανάλωσης, είναι προσαρμοσμένες να λειτουργούν με τάση τροφοδοσίας 5 V, δηλαδή όπως σε μια θύρα USB. Στις προσφορές της εταιρείας Delta υπάρχουν αποδοτικοί φορτιστές δικτύου με υποδοχή USB ή με βύσμα micro-USB με αποδοτικότητα ρεύματος 1 A ή 2 A, δηλαδή εμφανώς περισσότερο απ΄ ότι στον σύνδεσμο USB του υπολογιστή.

     

    Μια καινοτομία για το πρότυπο USB 3.1 είναι η εισαγωγή του συνδέσμου τύπου C. Ενώ οι προηγούμενες εκδόσεις ήταν συμβατές με τα παλαιότερα πρότυπα, ο νέος αυτός σύνδεσμος παρεκκλίνει από την πορεία αυτού το πρότυπου. Πέρα από τις διαφορές ως προς τις διαστάσεις (ο τύπος C είναι πολύ μικρότερος) έχει εφαρμοστεί μια νέα καινοτομία. Το βύσμα μπορεί να εισαχθεί στην υποδοχή από οποιαδήποτε μεριά και όχι όπως στις προηγούμενες εκδόσεις – μόνο από μία. Επιπλέον, μέσω αυτής της διεπαφής είναι δυνατή η τροφοδοσία συσκευών με κατανάλωση ισχύος ακόμη και 100 W. Ο μεγάλος ρυθμός μετάδοσης και το ευρύ φάσμα εφαρμογών προϋποθέτουν ότι ίσως να είναι δυνατή με ένα καλώδιο η μετάδοση μεγάλης ανάλυσης σήματος στην οθόνη και ταυτόχρονα με το ίδιο καλώδιο η τροφοδοσία της, κάτι που μπορεί να αποδειχτεί σοβαρός ανταγωνιστής για το πρότυπο HDMI.