USB - универсальная последовательная магистраль

Логотип интерфейса USB

Порт USB используется в основном для связи компьютеров и периферийных устройств, таких как клавиатура, мышь, мультимедийные устройства или внешние диски. Тем не менее он используется и в других устройствах, в которых необходимо подключить дополнительное оборудование. Примером может быть регистратор, наигрывающий изображение с промышленных камер, часто это устройство имеет несколько портов USB для подключения внешних накопителей или мыши для облегчения манипуляций в меню регистратора. Кроме того, маршрутизаторы Wi-Fi имеют дополнительный порт USB, позволяющий подключить принтер (который затем становится сетевым принтером).

Популярные разъемы USB, от левой USB типа А, мини USB типа В и микро USB типа В.

Основным преимуществом порта USB за пределами его универсального применения, есть готовность устройства до применения его в эксплуатацию сразу после подключения. Функция Plug and Play (подключи и пользуйся) делает, что подключение через порт USB немедленно идентифицировано, без вмешательства пользователя в аппаратную конфигурацию. Периферийные устройства можно подключать и выключать без выключения и перезагрузки главного устройства

В компьютерах порт USB служит в качестве одного интерфейса связи с другими внешними устройствами. Несмотря на то, что в компьютерах, как правило, есть несколько портов, все управляется одним контроллером под названием хоста. Для обмена данными через порт USB требуется только один хост, потому невозможно прямое соединения двух компьютеров. Иногда, однако, оказывается, что количество портов недостаточно, тогда можно использовать специальный распределитель - концентратор (широко известный как концентратор). Архитектура интерфейса USB, благодаря концентраторам, теоретически позволяет подключать до 127 устройств, включая и концентраторы. На практике может оказаться, что это число будет меньше.

Стоит также отметить, что существует два вида концентратов:

Интерфейс USB в течение многих лет изменялся и улучшался. В настоящее время, со взгляда на быстроту передачи данных, стандарт USB можна разделить на три категории:

USB 1.0 / 1.1

Первое поколение интерфейса USB позволяет передавать только до 1,5 Мбит/с (менее 0,2 мегабайта в секунду). Кроме того, они имеют много недостатков и ошибок. Нельзя было использовать удлинители USB, а длина кабеля была сильно ограничена. Только после введения улучшенного стандарта 1.1 по части были устранены некоторые проблемы и увеличена скорость передачи данных до 12Мбит/с (1,5 мегабайта в секунду).

USB 2.0 (Hi-Speed)

До сегодня очень популярный стандарт, скорость передачи данных которого выносит до 480 Мбит/c (или 60 мегабайтов за секунду). На практике, однако, скорость записи составляет приблизительно 25-30 МБ/с, а чтения - 30-42 МБ/c, так как передача данных происходит в обоих направлениях поочередно (haft-duplex). Что касается предыдущего стандарта, то это было поистине революционное решение. Тем не менее растущая популярность USB сделала, что был разработан еще один стандарт.

USB 3.0 / 3.1 (SuperSpeed)

Теоретически максимальная скорость передачи данных до 5 Гбит/c для стандарта 3.0 и до 10 Гбит/с для стандарта 3.1. Передача происходит в обоих направлениях одновременно (full duplex). Устройство может брать до 900 мА электрического тока. Кроме того, кабель в стандарте SuperSpeed имеет две дополнительные экранированные пары проводов.

Как видно, в течение 20 лет с момента введения стандарта USB, его характеристики были значительно изменены. Однако, что важно, каждый стандарт совместимый со всеми предыдущими стандартами, Благодаря этому, утверждение что интерфейс USB является универсальным, есть постоянно актуальным.

В настоящее время используется несколько типов вилок и розеток, однако, как правило, провод заканчивается с одно стороны самым популярным плагином USB-A (рис. 1).

Рис.1. Самый популярный плагин – USB-A

С другой стороны USB кабеля может находится:

Плагин USB-B – наиболее часто используемый для подключения принтеров, сканеров.

Плагин мини USB-B – используемый для подключения и зарядки электронных устройств, например телефонов, наушников Bluetooth, портативных медиа-плееров ( в настоящее время встречаются все реже).

Плагин микро USB-B – в настоящее время наиболее широко используется для подсоединения планшетов, смартфонов и других устройств, в которых используетмя мини-разъем USB.

Каждая из представленных выше вилок подходит только до розетки "своего" типа. Кроме того, каждый штекер имеет свой аналог в версии А, но, однако, они не столь популярны и редко используются. Конечно, USB-кабель с одной стороны может иметь вилку, а с другой слот. Это нормальный удлинитель, например, доступный в предложении фирмы Delta: 1,5м, 3м и 5м (рис.2)

Рис 2. Удлинитель USB

Как уже упоминалось, кроме передачи данных, порты USB являются также источником энергнии. Она необходима для питания каждого устройства, подключенного к порту. Большинство современных телефонов имеют разъем микро-USB, который используется как для передачи данных, так и для зарядки аккумулятора телефона. Напряжение в порте USB становит 5 В, хотя спецификация определяет диапазон между 4,75 и 5,25 В.

В таблице ниже представлена маркировка штырей на вилках и в таблицах приведены подробные описания и цвета отдельных проводников.

Рис.3. Описание штырей на популярных USB-вилках

USB 1.0 / 2.0:

USB 3.0:

В настоящее время много мелких устройств с бытовой категории электроники, приспособлены до мощности напряжения 5 В, то-есть таким, как в порте USB. В предложении компании Дельта имеются эффективные зарядные устройства с розеткой USB или разъeмом микро USB с производительностью тока 1А и 2А, то-есть значительно выше, чем в компьютерном разъеме USB.

Новое в стандарте USB 3.1 является введение соединителя типа C. Насколько предыдущие версии были обратно совместимы со старыми стардартами, настолько новая редакция этого разъема выходит из схемы. Помимо различий в размерах (тип С намного меньше), применено некоторые инновации. Плагин может быть вставлен в розетку любой стороной, а не так, как в предыдущих версиях - только одной. Кроме того, при посредничестве этого интерфейса, можно будет обеспечить устройства мощностью до 100 Вт. Огромная пропускная способность и широкий диапазон применения способствуют тому, что в ближайшее время одним кабелем можно будет пересылать в огромном разрешении сигнал к монитору и одновременно тем же самым кабелем его запитывать, что может привести к серьезной конкуренции для стандарта HDMI.