USB (универсальная последовательная шина): все, что вам нужно знать

USB — сокращение от Universal Serial Bus — представляет собой стандартный тип соединения plug-and-play для многих типов устройств. Как правило, USB относится к типам кабелей и разъемов, используемых для подключения этих многочисленных типов внешних устройств к компьютерам.

Что такое USB?

Стандарт универсальной последовательной шины оказался чрезвычайно успешным. USB-порты и кабели используются для подключения оборудования, такого как принтеры, сканеры, клавиатуры, мыши, флэш-накопители, внешние жесткие диски, джойстики, камеры, мониторы и т. д., к компьютерам всех типов, включая настольные компьютеры, планшеты, ноутбуки, нетбуки и т. д..

На самом деле, USB стал настолько распространенным, что вы обнаружите, что подключение доступно практически на любом компьютероподобном устройстве, таком как игровые приставки, домашнее аудио/видеооборудование и даже во многих автомобилях.

До USB многие из этих устройств подключались к компьютеру через последовательные и параллельные порты, а также через PS/2.

Многие портативные устройства, такие как смартфоны, устройства для чтения электронных книг и небольшие планшеты, используют USB в первую очередь для зарядки. Зарядка через USB стала настолько распространенной, что теперь легко найти замену электрическим розеткам в магазинах товаров для дома со встроенными портами USB, что устраняет необходимость в адаптере питания USB.

Список стандартов USB

Существовало несколько основных стандартов USB, самая новая доступная версия — USB4 2.0:

• USB4 2.0 : эта версия USB 4, поддерживающая скорость 80 Гбит/с (81 920 Мбит/с), была выпущена в сентябре 2022 года.
• USB4 : в соответствии со спецификацией Thunderbolt 3, USB4 поддерживает скорость 40 Гбит/с (40 960 Мбит/с).
• USB 3.2 Gen 2×2 : совместимые устройства, также известные как USB 3.2, могут передавать данные со скоростью 20 Гбит/с (20 480 Мбит/с), что называется Superspeed+ USB dual-lane.
• USB 3.2 Gen 2 : совместимые устройства, ранее называвшиеся USB 3.1, могут передавать данные со скоростью 10 Гбит/с (10 240 Мбит/с), что называется Superspeed+.
• USB 3.2 Gen 1 : ранее называвшееся USB 3.0, совместимое оборудование может достигать максимальной скорости передачи 5 Гбит/с (5120 Мбит/с), что называется SuperSpeed ​​USB.
• USB 2.0 : Устройства, совместимые с USB 2.0, могут достигать максимальной скорости передачи 480 Мбит/с, что называется высокоскоростным USB.
• USB 1.1 : Устройства USB 1.1 могут достигать максимальной скорости передачи 12 Мбит/с, что называется Full Speed ​​USB.

Большинство USB-устройств и кабелей сегодня работают с USB 2.0, и все большее их число обновляется до USB 3.0.

Важно : Части системы, подключенной через USB, включая хост (например, компьютер), кабель и устройство, могут поддерживать разные стандарты USB, если они физически совместимы. Однако все части должны поддерживать один и тот же стандарт, если вы хотите достичь максимально возможной скорости передачи данных.

Все, что вам нужно знать о USB-портах и ​​кабелях

Взгляд на разъемы USB

Существует ряд различных разъемов USB, описанных ниже.

Важно : Штекерный разъем на кабеле или флэш-накопителе обычно называют вилкой. Гнездовой разъем на устройстве, компьютере или удлинительном кабеле обычно называется розеткой.

• USB Type C: часто называемые просто USB-C, эти вилки и розетки имеют прямоугольную форму с четырьмя закругленными углами. Существуют только вилки и розетки USB 3.1 Type C (и, следовательно, кабели), но доступны адаптеры для обратной совместимости с разъемами USB 3.0 и 2.0. Этот новейший USB-разъем наконец-то решил проблему того, какая сторона поднимается вверх. Его симметричная конструкция позволяет вставлять его в розетку любым способом, поэтому вам никогда не придется пытаться снова (один из самых больших недостатков более ранних USB-разъемов). Они широко применяются на смартфонах и других устройствах.
• USB Type A: Официально называемые USB Standard-A, эти вилки и розетки имеют прямоугольную форму и являются наиболее часто встречающимися разъемами USB. Вилки и розетки USB 1.1 Type A, USB 2.0 Type A и USB 3.0 Type A физически совместимы.
• USB Type B: Официально называемые USB Standard-B, эти вилки и розетки имеют квадратную форму с дополнительной выемкой сверху, наиболее заметной на разъемах USB 3.0 Type B. Вилки USB 1.1 типа B и USB 2.0 типа B физически совместимы с розетками USB 3.0 типа B, но вилки USB 3.0 типа B несовместимы с розетками USB 2.0 типа B или USB 1.1 типа B.
• Разъем USB Powered-B также указан в стандарте USB 3.0. Эта розетка физически совместима с разъемами USB 1.1 и USB 2.0 Standard-B, а также, конечно же, с разъемами USB 3.0 Standard-B и Powered-B.
• USB Micro-A: штекеры USB 3.0 Micro-A выглядят как два разных прямоугольных штекера, соединенных вместе, один немного длиннее другого. Вилки USB 3.0 Micro-A совместимы только с розетками USB 3.0 Micro-AB.
• Штекер USB 2.0 Micro-A очень маленький и прямоугольный, во многом напоминающий сморщенный штекер USB типа A. Вилки USB Micro-A физически совместимы с розетками USB 2.0 и USB 3.0 Micro-AB.
• USB Micro-B: разъемы USB 3.0 Micro-B выглядят почти так же, как разъемы USB 3.0 Micro-A, поскольку они представляют собой два отдельных, но соединенных разъема. Вилки USB 3.0 Micro-B совместимы как с розетками USB 3.0 Micro-B, так и с розетками USB 3.0 Micro-AB.
• Штекер USB 2.0 Micro-B очень маленький и прямоугольный, но два угла на одной из длинных сторон скошены. Вилки USB Micro-B физически совместимы с розетками USB 2.0 Micro-B и Micro-AB, а также с розетками USB 3.0 Micro-B и Micro-AB.
• USB Mini-A: штекер USB 2.0 Mini-A имеет прямоугольную форму, но одна сторона более закругленная. Вилки USB Mini-A совместимы только с розетками USB Mini-AB. Разъема USB 3.0 Mini-A нет.
• USB Mini-B: Штекер USB 2.0 Mini-B имеет прямоугольную форму с небольшими выемками по бокам и выглядит почти как растянутый кусок хлеба, если смотреть на него спереди. Вилки USB Mini-B физически совместимы с розетками USB 2.0 Mini-B и Mini-AB. Разъем USB 3.0 Mini-B отсутствует.

Важно : Чтобы было ясно, нет розеток USB Micro-A или USB Mini-A, только разъемы USB Micro-A и USB Mini-A. Эти вилки «А» подходят к розеткам «АВ».

Устранение неполадок USB

Использование USB-устройства обычно довольно простое: просто подключите его. К сожалению, это не всегда так просто.

Некоторым совершенно новым устройствам, подключаемым через USB, для полноценной работы требуются специальные драйверы устройств. В других случаях USB-устройство, которое годами нормально работало, может внезапно перестать работать без видимой причины.

Следуйте этому руководству о том, что делать, если ваши USB-порты не работают, или этому руководству по исправлению, что делать, если USB-устройство не распознается в Windows, если вы столкнулись с одной из этих проблем.

Однако, как правило, лучший совет по устранению неполадок будет специфичен для любого устройства, которое вы используете. Воспользуйтесь строкой поиска в верхней части этой страницы, чтобы найти дополнительную помощь, будь то ваш телефон, потоковая флешка или какое-либо другое USB-устройство.

USB был разработан совместно Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Nortel. Стандарт USB поддерживается Форумом разработчиков USB (USB-IF).

С 2019 года USB4 является текущим стандартом USB. Только разъемы USB-C (а не традиционные mini/micro-USB) могут поддерживать USB4.

Если вы видите число 2.0 или 3.0 на флэш-накопителе, это относится к версии USB, которую поддерживает устройство. Флэш-накопители, поддерживающие USB 3.0, могут передавать данные немного быстрее, но это не имеет большого значения, поскольку большинство портов обратно совместимы.

EIA-232F — это более старый стандарт подключения, который был заменен USB. Стандарт USB быстрее и потребляет меньше энергии, что делает его намного более эффективным.

Что такое USB? История развития. Характеристики. Преимущества и недостатки

USB (Universal Serial Bus — Универсальная последовательная шина) — это стандарт соединения, предназначенный для передачи данных и электрического питания между устройствами. USB был разработан в 1996 году компаниями Intel, Compaq, Microsoft, NEC и Philips.

История развития

1. USB 1.0 (1996 г.) — первая версия USB, предлагала скорость передачи данных до 1,5 Мбит/с (низкая скорость) и 12 Мбит/с (полная скорость).
2. USB 1.1 (1998 г.) — улучшенный стандарт, устранивший некоторые ошибки предыдущей версии.
3. USB 2.0 (2000 г.) — значительное увеличение скорости передачи данных до 480 Мбит/с (высокая скорость), совместимость с устройствами предыдущих версий.
4. USB 3.0 (2008 г.) — называемый также SuperSpeed USB, скорость передачи данных увеличена до 5 Гбит/с, улучшенное энергопотребление и повышенная эффективность передачи.
5. USB 3.1 (2013 г.) — предлагает скорость передачи данных до 10 Гбит/с (SuperSpeed+), обратная совместимость с предыдущими стандартами.
6. USB 3.2 (2017 г.) — удваивает пропускную способность до 20 Гбит/с, используя существующие кабели и коннекторы.
7. USB4 (2019 г.) — скорость передачи данных до 40 Гбит/с, поддержка протокола Thunderbolt 3, совместимость с предыдущими стандартами USB.

Особенности USB

1. Горячее подключение и отключение устройств без необходимости перезагрузки компьютера.
2. Автоматическое определение и конфигурирование устройств.
3. Поддержка до 127 устройств одновременно.
4. Питание устройств через USB-порт.

Характеристики USB

1. Скорость передачи данных варьируется от 1,5 Мбит/с до 40 Гбит/с в зависимости от версии USB.
2. Дальность передачи сигнала ограничена примерно 5 метрами для USB 2.0 и 3 метрами для USB 3.0.

Преимущества USB

1. Универсальность и совместимость с различными устройствами.
2. Простота использования и подключения.
3. Возможность одновременного подключения нескольких устройств. 4. Горячее подключение и отключение устройств.
4. Поддержка питания устройств через USB-порт.

Недостатки USB

1. Ограниченная дальность передачи сигнала (3-5 метров).
2. Может возникнуть проблема с пропускной способностью, когда одновременно подключено большое количество устройств с высоким потреблением ресурсов.
3. Не все устройства совместимы с новыми версиями стандарта, что может потребовать использования адаптеров или конвертеров.

Где используется

USB широко используется в повседневной жизни и применяется во многих областях.

Примеры устройств и сфер применения USB:

1. Персональные компьютеры и ноутбуки — для подключения различных периферийных устройств, таких как клавиатуры, мыши, принтеры, сканеры, веб-камеры и т. д.
2. Мобильные устройства — для зарядки аккумуляторов, передачи данных, подключения аксессуаров.
3. USB флеш-накопители и внешние жесткие диски — для хранения и передачи данных.
4. Мультимедийные устройства — для подключения к телевизорам, аудио- и видеоаппаратуре.
5. Автомобильная электроника — для зарядки устройств, подключения мультимедийных систем, навигационных устройств и диагностического оборудования.
6. Промышленное оборудование и системы автоматизации — для передачи данных и управления различными компонентами.
7. Игровые приставки и аксессуары — для подключения контроллеров, гарнитур, VR-устройств и других аксессуаров.
8. Различные устройства бытовой электроники, такие как цифровые фоторамки, электронные книги, музыкальные плееры и другие гаджеты, использующие USB для зарядки и передачи данных.
9. Зарядные станции и адаптеры питания — для зарядки различных устройств через USB-порт.
10. Медицинское оборудование — для передачи данных, подключения датчиков и управления устройствами.

В целом, USB стал универсальным стандартом для подключения и передачи данных между различными устройствами благодаря своей простоте, надежности и совместимости. Он продолжает развиваться и адаптироваться к новым технологиям и потребностям пользователей, что обеспечивает его долгосрочную релевантность и популярность.

Лекция 14. Универсальная последовательная шина usb.

USB обеспечивает одновременный обмен данными между хост-компьютером и множеством периферийных устройств (ПУ). Распределение пропускной способности шины между ПУ планируется хостом и реализуется им с помощью посылки маркеров. Шина позволяет подключать, конфигурировать, использовать и отключать устройства во время работы хоста и самих устройств. Ниже приводится авторский вариант перевода терминов из спецификации «Universal Serial Bus Specification», опубликованной Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom. Более подробную и оперативную информацию можно найти по адресу: Устройства (Device) USB могут являться хабами, функциями или их комбинацией. Хаб (Hub) обеспечивает дополнительные точки подключения устройств к шине. Функции (Function) USB предоставляют системе дополнительные возможности, например подключение к ISDN, цифровой джойстик, акустические колонки с цифровым интерфейсом и т. п. Устройство USB должно иметь интерфейс USB, обеспечивающий полную поддержку протокола USB, выполнение стандартных операций (конфигурирование и сброс) и предоставление информации, описывающей устройство. Многие устройства, подключаемые к USB, имеют в своем составе и хаб, и функции. Работой всей системы USB управляет хост-контроллер (Host Controller), являющийся программно-аппаратной подсистемой хост-компьютера. Физическое соединение устройств осуществляется по топологии многоярусной звезды. Центром каждой звезды является хаб, каждый кабельный сегмент соединяет две точки — хаб с другим хабом или с функцией. В системе имеется один (и только один) хост-контроллер, расположенный в вершине пирамиды устройств и хабов. Хост-контроллер интегрируется с корневым хабом (Root Hub), обеспечивающим одну или несколько точек подключения — портов. Контроллер USB, входящий в состав чипсетов, обычно имеет встроенный двухпортовый хаб. Логически устройство, подключенное к любому хабу USB и сконфигурированное (см. ниже), может рассматриваться как непосредственно подключенное к хост-контроллеру. Функции представляют собой устройства, способные передавать или принимать данные или управляющую информацию по шине. Типично функции представляют собой отдельные ПУ с кабелем, подключаемым к порту хаба. Физически в одном корпусе может быть несколько функций со встроенным хабом, обеспечивающим их подключение к одному порту. Эти комбинированные устройства для хоста являются хабами с постоянно подключенными устройствами-функциями. Каждая функция предоставляет конфигурационную информацию, описывающую возможности ПУ и требования к ресурсам. Перед использованием функция должна быть сконфигурирована хостом — ей должна быть выделена полоса в канале и выбраны опции конфигурации. Примерами функций являются:

• Указатели — мышь, планшет, световое перо.
• Устройства ввода — клавиатура или сканер.
• Устройство вывода — принтер, звуковые колонки (цифровые).
• Телефонный адаптер ISDN.

Хаб — ключевой элемент системы РпР в архитектуре USB. Хаб является кабельным концентратором. Точки подключения называются портами хаба. Каждый хаб преобразует одну точку подключения в их множество. Архитектура допускает соединение нескольких хабов. У каждого хаба имеется один восходящий порт (Upstream Port), предназначенный для подключения к хосту или хабу верхнего уровня. Остальные порты являются нисходящими (Downstream Ports), предназначенными для подключения функций или хабов нижнего уровня. Хаб может распознать подключение устройств к портам или отключение от них и управлять подачей питания на их сегменты. Каждый из портов может быть разрешен или запрещен и сконфигурирован на полную или ограниченную скорость обмена. Хаб обеспечивает изоляцию сегментов с низкой скоростью от высокоскоростных. Хабы могут управлять подачей питания на нисходящие порты; предусматривается установка ограничения на ток, потребляемый каждым портом. Система USB разделяется на три уровня с определенными правилами взаимодействия. Устройство USB содержит интерфейсную часть, часть устройства и функциональную часть. Хост тоже делится на три части — интерфейсную, системную и ПО устройства. Каждая часть отвечает только за определенный круг задач, логическое и реальное взаимодействие между ними иллюстрирует рис. 7.1. В рассматриваемую структуру входят следующие элементы:

• Физическое устройство USB — устройство на шине, выполняющее функции, интересующие конечного пользователя.
• Client SW — ПО, соответствующее конкретному устройству, исполняемое на хост-компьютере. Может являться составной частью ОС или специальным продуктом.
• USB System SW — системная поддержка USB, независимая от конкретных устройств и клиентского ПО.
• USB Host Controller — аппаратные и программные средства для подключения устройств USB к хост-компьютеру.

При подготовке материала использовались источники:
https://rutab.net/b/kompyuternaya-periferiya/2022/10/22/usb-universalnaya-posledovatelnaya-shina-vse-chto-vam-nuzhno-znat.html
https://hpc.by/usb
https://studfile.net/preview/6756903/page:25/