USB

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 29. června 2021; kontroly vyžadují 132 úprav .
Univerzální sériová sběrnice (USB)

USB typ A
Typ Pneumatika
Příběh
Vývojář Compaq , DEC , IBM , Intel , Microsoft , NEC a Nortel
Rozvinutý 1996
Vyrobeno z května 1996 [1]
vyhnáni Sériový port ,
paralelní port ,
herní port ,
ADB ,
PS/2 ,
Specifikace
Délka, mm 6,65 ( typ C )
Šířka, mm
  • 12 (typ A) [2]
  • 8,45 (typ B)
  • 6,8 (mini/mikro)
  • 8,25 (typ C)
Výška, mm
  • 4,5 (typ A) [2]
  • 7,26 (typ B)
  • 10,44 (typ B SuperSpeed)
  • 1,8-3 (mini/mikro)
  • 2.4 (Typ-C)
Hot swap Ano
Externí Ano
Kabel 2–5 m (v závislosti na kategorii)
závěry
  • 4: 1 napájení, 2 data, 1 uzemnění
  • 5 (On-The-Go)
  • 9 (SuperSpeed)
  • 11 (Powered-B SuperSpeed)
  • 24 (typ C)
Elektrické parametry
Napětí 5V DC _
Max. Napětí
  • 5,00+0,25
    −0,60     V
  • 5,00+0,25
    −0,55     B     (USB 3.0)
  • 20 V (napájení USB PD 3.0)
  • 48V (Power Delivery USB PD 3.1) [3]
Max. proud
  • 0,5 A (USB 2.0)
  • 0,9 A (USB 3.0)
  • 3 A (USB-C)
  • 5 A (nabíjení baterie)
  • 5 A (napájení)
Možnosti dat
Přenos dat paketová data definovaná specifikacemi
Bitová šířka 1 bit
Šířka pásma V závislosti na režimu:
  • Half duplex (USB 1.xa USB 2.0): 1,5; 12; 480 Mbps
  • Plně duplexní (USB 3.xa USB4): 5; deset; dvacet; 40 Gbps
Max. zařízení 127
Protokol konzistentní
Pinout
typ-A (vlevo) a typ-B (vpravo)
Kontaktní číslo.OznačeníPopis
jeden    VBUS _+5V
2    Data-údaje -
3    Data+Data +
čtyři    PřízemníZemě
ObrazovkaPrýmek
 Mediální soubory na Wikimedia Commons

USB ( anglicky  Universal Serial Bus  - „univerzální sériová sběrnice“) je sériové rozhraní pro připojení periferních zařízení k počítačové technice . Získal nejširší distribuci a stal se hlavním rozhraním pro připojení periferií k digitálním domácím spotřebičům.

Rozhraní umožňuje nejen výměnu dat, ale také napájení periferního zařízení. Síťová architektura umožňuje připojit velké množství periferií i k zařízení s jediným USB konektorem.

Vývoj specifikací USB probíhá v rámci mezinárodní neziskové organizace USB Implementers Forum (USB-IF), která sdružuje vývojáře a výrobce zařízení s USB sběrnicí. V procesu vývoje bylo vyvinuto několik verzí specifikací . Přesto se vývojářům podařilo udržet vysokou míru kompatibility mezi zařízeními různých generací. Specifikace rozhraní pokrývá bezprecedentně širokou škálu problémů souvisejících s připojením a interakcí periferních zařízení s počítačovým systémem:

Historie

U Intelu má USB narozeniny 15. listopadu 1995 [4] [5] . První specifikace pro USB 1.0 byly představeny v letech 1994-1995. Vývoj USB byl podporován společnostmi Intel , Microsoft , Philips , US Robotics . USB se stalo „společným jmenovatelem“ tří nesouvisejících aspirací různých společností:

Podpora USB byla vydána v roce 1996 jako záplata pro Windows 95 OEM Service Release 2 , později se stala standardem ve Windows 98 . V prvních letech (1996-1997) bylo málo zařízení, takže sběrnice byla vtipně nazývána "Useless serial bus" ("neužitečná sériová sběrnice") [6] . Výrobci si však rychle uvědomili výhody USB a do roku 2000 s novým rozhraním pracovala většina tiskáren a skenerů .

Společnosti Hewlett-Packard , Intel , Lucent (nyní Alcatel-Lucent ), Microsoft , NEC a Philips společně převzaly iniciativu vyvinout rychlejší verzi USB. Specifikace USB 2.0 byla zveřejněna v dubnu 2000 a koncem roku 2001 byla tato verze standardizována organizací USB Implementers Forum. USB 2.0 je zpětně kompatibilní se všemi předchozími verzemi USB.

Některá z prvních mobilních zařízení měla vestavěný objemný konektor USB-B [7] . Častěji ale vývojáři standard porušovali zakomponováním o něco kompaktnějšího USB-A [7] , případně přišli s vlastním konektorem. Se standardem USB 2.0 se speciálně pro mobilní zařízení objevily konektory Mini-A a Mini-B a později se objevila specifikace USB OTG. V roce 2007 se objevily konektory Micro-A a Micro-B, dvakrát tenčí než Mini- a spolehlivější [7] . Další nevýhodou MiniUSB je, že fixační zařízení byla na periferii, nikoli v kabelu, a v případě poruchy bylo nutné zařízení opravit, než měnit levný kabel [7] . V roce 2009, ve snaze snížit množství elektronického odpadu , byl Micro-B vyhlášen jako hlavní standard pro nabíječky mobilních telefonů, ale memorandum nebylo nikdy plně implementováno - Apple jednoduše vyrobil adaptér z Micro-B na jeho konektor.

Na počátku roku 2000 dala Apple Corporation přednost sběrnici FireWire , na jejímž vývoji se aktivně podílela. Časné modely iPodu byly vybaveny pouze rozhraním FireWire a neexistovalo žádné USB. Následně společnost opustila FireWire ve prospěch USB a nechala FireWire pouze pro dobíjení v některých modelech. Některé klávesnice a myši vyráběné od druhé poloviny 90. let však měly rozhraní USB.

Od počátku 21. století byla podpora USB povolena v BIOSu (podpora USB v podnikovém segmentu začala v polovině 90. let). To umožnilo bootování z flash disků , například pro přeinstalaci OS; zmizela potřeba klávesnice PS/2 . Moderní základní desky pro stolní počítače podporují více než 10 portů USB. Naprostá většina moderních notebooků a stolních počítačů nemá porty COM ani LPT .

Zatímco probíhala distribuce USB portů druhé verze, výrobci externích pevných disků si již „odpočinuli“ proti omezení USB 2.0 – jak v proudu, tak v rychlosti. Byl vyžadován nový standard, který byl vydán v roce 2008. Se starými čtyřmi žilami nebylo možné se setkat, tak přibylo pět nových. První základní desky s podporou USB 3.0 vyšly v roce 2010 . Do roku 2013 se USB 3.0 stalo hlavním proudem. Komerčně dostupné jsou rozšiřující desky, které přidávají podporu USB 3.0 do starších počítačů.

Již v prvních letech byla objevena závažná konstrukční chyba konektoru USB-A: je asymetrický, ale neukazuje, na kterou stranu jej připojit. Mobilní telefony navíc začaly rozšiřovat funkcionalitu USB pro připojení netradičních zařízení: Motorola RAZR V3 připojovala sluchátka přes Mini-B, v chytrých telefonech Samsung bylo přidáno šest nových mezi pěti kolíky Micro-B. Oba tyto problémy vyřešil symetrický konektor USB-C, který se objevil v roce 2014. Některé vodiče jsou zdvojené na obou stranách, regulátory se po připojení „dohodnou“ na přiřazení ostatních. Kromě toho má USB-C několik redundantních kabelů pro přenos například analogového zvuku nebo videa HDMI .

USB4, vydané v roce 2019, umožnilo přesměrování supervysokorychlostních linek, které poskytují 40 Gbps jedním směrem. Umožnil také takzvané " protokolové tunelování ", kdy jsou video a PCIe "zabaleny" do USB paketů, což dává více prostoru pro data [8] (starší zařízení, která nelze nasadit, potřebují speciální konvertory). Opustil staré konektory a zůstal pouze USB-C.

Základní informace

Kabel USB (až 2.0 včetně) se skládá ze čtyř měděných vodičů: dvou silových vodičů a dvou datových vodičů v kroucené dvoulinkě. Vodiče jsou uzavřeny v uzemněném opletení (stínění).

Kabely USB jsou orientované, to znamená, že mají fyzicky odlišné očka „k zařízení“ (typ B) a „k hostiteli“ (typ A). USB zařízení je možné implementovat bez kabelu s koncovkou "k hostiteli" zabudovanou v těle. Kabel je také možné trvale zapustit do zařízení, jako je tomu u myši (norma to zakazuje pro plně a vysokorychlostní zařízení, ale výrobci to porušují). Existují, i když to standard zakazuje, pasivní USB extendery, které mají konektory „od hostitele“ a „do hostitele“.

Kabely tvoří rozhraní mezi USB zařízeními a USB hostitelem. Softwarově řízený USB řadič funguje jako hostitel , který zajišťuje funkčnost celého rozhraní. Ovladač je zpravidla integrován do čipu southbridge , i když může být vyroben také v samostatném balení. Ovladač je připojen k externím zařízením přes USB hub . Vzhledem k tomu, že sběrnice USB má stromovou topologii , rozbočovač nejvyšší úrovně se nazývá kořenový rozbočovač. Je zabudován do USB řadiče a je jeho nedílnou součástí.

Pro připojení externích zařízení k rozbočovači USB poskytuje porty zakončené konektory. USB zařízení nebo USB rozbočovače nižší úrovně lze připojit ke konektorům pomocí správy kabelů. Takové rozbočovače jsou aktivní elektronická zařízení (neexistují žádná pasivní) obsluhující několik vlastních USB portů. U rozbočovačů USB je povoleno až pět úrovní kaskádování, nepočítaje kořen. Samotné rozhraní USB neumožňuje propojení dvou počítačů (hostitelských zařízení) k sobě, to je možné pouze při použití speciální elektroniky, která má dva USB vstupy a specializovaný můstek, například emulující dva připojené ethernetové adaptéry, jeden pro každou stranu, nebo pomocí specializovaného softwaru pro sdílení souborů [9] [10] .

Zařízení mohou být napájena ze sběrnice, ale mohou také vyžadovat externí zdroj napájení. U zařízení je standardně garantováno až 100 mA a po domluvě s hostitelským řadičem až 500 mA. Pohotovostní režim je také podporován pro zařízení a rozbočovače na povel ze sběrnice s vyjmutím hlavního zdroje při zachování pohotovostního napájení a zapnutí na povel ze sběrnice.

USB podporuje připojování a odpojování zařízení za provozu. Toho je dosaženo zvětšením délky zemnícího kontaktu konektoru oproti signálovým. Po připojení USB konektoru se nejprve sepnou zemní kontakty, potenciály skříní obou zařízení se vyrovnají a další připojování signálových vodičů nevede k přepětí.

Na logické úrovni podporuje USB zařízení přenos dat a příjem transakcí. Každý paket každé transakce obsahuje číslo koncového bodu (endpointu) na zařízení. Když je zařízení připojeno, ovladače v jádře operačního systému načtou seznam koncových bodů ze zařízení a vytvoří řídicí datové struktury pro komunikaci s každým koncovým bodem zařízení. Kolekce koncových bodů a datových struktur v jádře OS se nazývá roura.

Koncové body a potažmo kanály patří do jedné ze čtyř tříd – streaming (bulk), control (control), isochronous (isoch) a interrupt (interrupt). Nízkorychlostní zařízení, jako je myš, nemohou mít izochronní a streamovací kanály.

Řídicí kanál je určen pro výměnu krátkých paketů otázek a odpovědí se zařízením. Každé zařízení má řídicí kanál 0, který umožňuje softwaru operačního systému číst stručné informace o zařízení, včetně kódů výrobce a modelu použitých k výběru ovladače a seznamu dalších koncových bodů.

Kanál přerušení umožňuje doručovat krátké pakety oběma směry bez obdržení odpovědi / potvrzení na ně, ale s garancí doby doručení - paket bude doručen nejpozději za N milisekund. Používá se například ve vstupních zařízeních (klávesnice, myši, joysticky).

Izochronní kanál umožňuje doručovat pakety bez záruky doručení a bez odpovědí/potvrzení, ale s garantovanou rychlostí doručení N paketů za periodu sběrnice (1 kHz pro nízkou a plnou rychlost, 8 kHz pro vysokou rychlost). Používá se k přenosu zvukových a obrazových informací.

Streamovací kanál zaručuje doručení každého paketu, podporuje automatické pozastavení přenosu dat, když zařízení není připraveno (přetečení nebo podtečení vyrovnávací paměti), ale nezaručuje rychlost a zpoždění doručení. Používá se například v tiskárnách a skenerech.

Čas sběrnice je rozdělen na periody, na začátku periody řadič odešle paket „period start“ na celou sběrnici. Dále jsou během periody přenášeny přerušovací pakety, poté izochronní v požadovaném množství, ve zbývajícím čase periody jsou přenášeny řídící pakety a nakonec streamované pakety.

Aktivní stranou sběrnice je vždy řadič, přenos datového paketu ze zařízení do řadiče je realizován jako krátká otázka z řadiče a dlouhá, data obsahující odezva ze zařízení. Plán paketů pro každou periodu sběrnice je vytvořen společným úsilím hardwaru řadiče a softwaru ovladače, proto mnoho řadičů používá extrémně komplexní DMA s komplexním programem DMA generovaným ovladačem.

Velikost paketu pro koncový bod je konstanta zabudovaná do tabulky koncových bodů zařízení a nelze ji změnit. Vybírá jej vývojář zařízení z těch, které podporuje standard USB.

Verze specifikace

Seznam specifikací

Specifikace Rychlost USB standard
Nízká rychlost až 1,5 Mbps USB 1.0
Plná rychlost až 12 Mbps USB 1.1
vysoká rychlost až 480 Mbps USB 2.0
Super rychlost až 5 Gbps USB 3.0 / USB 3.1 Gen 1 / USB 3.2 Gen 1
SuperSpeed+ 10 Gbps až 10 Gbps USB 3.1 Gen 2 / USB 3.2 Gen 2
SuperSpeed++ 20 Gbps až 20 Gbps USB 3.2 Gen 2x2

Náhledy

USB 1.0

Specifikace byla vydána 15. ledna 1996.

Specifikace:

USB 1.1

Specifikace byla vydána v září 1998. Opravené problémy a chyby nalezené ve verzi 1.0. První verze široce distribuovaná[ specifikovat ] .

USB 2.0

Specifikace byla vydána v dubnu 2000.

USB 2.0 se liší od USB 1.1 zavedením režimu High-Speed ​​​​(označený na logu jako „Hi-speed“ [12] ).

Zařízení USB 2.0 mají tři provozní režimy:

Následné úpravy

Následné úpravy specifikace USB jsou publikovány jako oznámení o technických změnách (ECN )  . Nejdůležitější z modifikací ECN jsou uvedeny v balíčku specifikace USB 2.0 dostupném na webu USB Implementers Forum . 

  • Mini-B konektor ECN: Oznámení vydáno v říjnu 2000.
  • Errata od prosince 2000: oznámení vydané v prosinci 2000.
  • Pull-up/pull-down rezistory ECN: Oznámení vydáno v květnu 2002.
  • Errata od května 2002: oznámení vydané v květnu 2002.
  • Asociace rozhraní ECN: Oznámení vydané v květnu 2003. Byly přidány nové standardy, které umožňují přidružit více rozhraní k jedné funkci zařízení.
  • Zaoblené zkosení ECN: Oznámení vydané v říjnu 2002.
  • Unicode ECN: Oznámení vydáno v únoru 2005. Toto ECN určuje, že řetězce jsou kódovány pomocí UTF-16LE .
  • Inter-Chip USB Supplement: oznámení vydané v březnu 2006.
  • Dodatek On-The-Go 1.3: Oznámení vydané v prosinci 2006. USB On-The-Go umožňuje, aby dvě zařízení USB spolu komunikovala bez samostatného hostitele USB. V praxi jedno ze zařízení plní roli hostitele pro druhé.
USB OTG

V USB je jedno zařízení vždy hostitel, druhé periferie. Smartphony, digitální fotoaparáty a další mobilní zařízení musí být buď hostitelem, nebo periferním zařízením: když je fotoaparát připojen k počítači, je periferní zařízení a když je připojen k fototiskárně, je to hostitel.

USB OTG (od On-The-Go, rusky „on the go“ ) usnadnilo změnu role zařízení: oni sami určují, kdo by měli být. Zařízení OTG lze připojit k počítači a přes stejný port lze k takovým zařízením připojit periferie USB: obvykle flash disky, digitální fotoaparáty, klávesnice, myši a další zařízení, která nevyžadují další ovladače [13] .

Role zařízení je určena kabelem: v zástrčce na straně hostitele jsou piny 4 (ID) a 5 (zem) uzavřeny; na straně periferie není ID nikde připojeno.

USB 3.x

USB 3.0

Konečná specifikace USB 3.0 se objevila v roce 2008. USB 3.0 bylo vyvinuto společnostmi Intel , Microsoft , Hewlett-Packard , Texas Instruments , NEC a NXP Semiconductors .

Specifikace USB 3.0 zvyšuje maximální rychlost přenosu dat na 5 Gbps, což je řádově rychlejší než USB 2.0. Verze 3.0 se také vyznačuje zvýšenou proudovou silou z 500 mA na 900 mA. Z jednoho portu tak lze napájet více zařízení a u některých zařízení také není potřeba používat externí napájení [14] . Ve specifikaci USB 3.0 jsou konektory a kabely aktualizovaného standardu fyzicky i funkčně kompatibilní s USB 2.0 a pro jednoznačnou identifikaci jsou konektory USB 3.0 obvykle vyrobeny z modrého plastu (u některých výrobců červené). USB 2.0 kabel obsahuje čtyři linky - dvojici pro příjem / přenos dat, plus a nula napájení, konektor "A" má 4 piny. Pro přenos vysokorychlostních signálů SuperSpeed ​​přidal USB 3.0 další čtyři komunikační linky (dvě kroucené páry) a jeden signálový zemnící kolík (GND_DRAIN), v důsledku čehož se kabel stal mnohem silnější. Nové kolíky v konektorech USB 3.0 jsou umístěny odděleně od starých v jiné řadě kolíků.

V říjnu 2009 bylo oznámeno, že Intel se rozhodl odložit zavádění podpory USB 3.0 do svých čipových sad až do roku 2011. Toto rozhodnutí vedlo k tomu, že až do roku 2011 se tento standard nerozšířil, protože uživateli nestačilo jednoduše koupit základní desku, byl potřeba další adaptér nebo k nim výrobce základní desky připájel řadič třetí strany [15 ] [16] .

USB 3.0 Host Controller (xHCI) poskytuje hardwarovou podporu toku příkazů, stavů, příchozích a odchozích dat, což vám umožňuje plně využít šířku pásma sběrnice USB. Streamy byly přidány do protokolu USB 3.0 SuperSpeed ​​​​pro podporu UASP .

Linux podporuje USB 3.0 od verze jádra 2.6.31 [17] . Windows 8 a 10 podporují USB 3.0 bez dalších ovladačů.

Po vydání specifikace USB 3.1 byl standard USB 3.0 přejmenován na USB 3.1 Gen 1. Podle CTO USB-IF se tak stalo s cílem usnadnit vývojářům zařízení, tedy zajistit podporu pro všechny verze USB nyní stačí dvě specifikace - USB 2 a USB 3.1 - místo tří [18] . Přejmenováno na USB 3.2 Gen 1 po vydání specifikace USB 3.2.

USB 3.1

Dne 31. července 2013 oznámila skupina USB 3.0 Promoter Group přijetí specifikace pro další rozhraní, USB 3.1, které může dosáhnout až 10 Gbps [19] . Kompaktní konektor USB Type-C použitý u této verze je symetrický a umožňuje zasouvání kabelu v obou směrech, jako to dříve Apple dělal s konektory Lightning .

Po vydání standardu USB 3.1 společnost USB-IF oznámila, že režim přenosu USB 3.0 až 5 Gb/s (SuperSpeed) bude nyní klasifikován jako USB 3.1 Gen 1 a nový standard přenosu USB 3.1 až 10 Gb/s. (SuperSpeed+ ) – jako USB 3.1 Gen 2 [20] [21] .

USB 3.1 obsahuje dva standardy [22] :

  • SuperSpeed ​​​​(USB 3.1 Gen 1) až 5 Gb/s, stejně jako USB 3.0;
  • SuperSpeed+ (USB 3.1 Gen 2) až 10 Gb/s, dvojité USB 3.0.

V USB 3.1 Gen 2 se kromě zvýšení rychlosti na 10 Gb/s snížila režie kódování až o 3 % přechodem na schéma kódování 128b/132b .

Standard USB 3.1 je zpětně kompatibilní s USB 3.0 a USB 2.0.

V praxi první implementace USB 3.1 jako IP bloku od Synopsys vykázala efektivní přenosovou rychlost 7,2 Gb/s (900 MB za sekundu) v prosinci 2013 [23] .

USB 3.2

Dne 22. září 2017 zveřejnila nezisková organizace USB Implementers Forum (USB-IF) standardní specifikaci USB 3.2 [24] , konečnou revizi pro USB 3.x. Nová specifikace umožňuje zdvojnásobení maximální možné rychlosti přenosu dat ve srovnání s USB 3.1 Gen 2 – z 10 na 20 Gb/s díky použití dvou linek s rychlostí 5 Gb/s nebo 10 Gb/s pouze pro USB Type-C konektor díky svým reverzibilním kontaktům a použití duplicitních výstupů jako samostatného kanálu. Hostitelské adaptéry byly upraveny tak, aby plynule přecházely z 2kanálového redundantního výstupního režimu do jednokanálového režimu. Moderní kabely USB Type-C , které jsou k dispozici, již tento „dvoulinkový“ režim podporují, takže není třeba kupovat nové kabely [25] . Objevení prvních komerčních zařízení podporujících standard USB 3.2 se očekává nejdříve v druhé polovině roku 2019 [26] .

Specifikace USB 3.2 nahrazují standardy USB 3.0 a USB 3.1; zařízení, která je splňují, budou zahrnovat tři rychlostní standardy [27] :

  • SuperSpeed ​​​​USB (USB 3.2 Gen 1) až 5 Gb/s s kódováním 8b/10b jako USB 3.1 Gen 1 a USB 3.0;
  • SuperSpeed+ USB 10 Gb/s (USB 3.2 Gen 2) až 10 Gb/s s kódováním 128b/132b jako USB 3.1 Gen 2;
  • SuperSpeed+ USB 20 Gb/s (USB 3.2 Gen 2x2) až 20 Gb/s s kódováním 128b/132b přes dva pruhy, z nichž každý je kompatibilní s USB 3.1 Gen 2.

Specifikace také uvádějí variantu se dvěma linkami, z nichž každá pracuje na protokolu USB 3.0 :

  • SuperSpeed+ USB 10 Gb/s (USB 3.2 Gen 1x2) až 10 Gb/s s kódováním 8b/10b přes dva pruhy, každý USB 3.1 Gen 1.
Nové schéma pojmenování

Od vydání standardu USB 3.2 zavedl USB-IF nové schéma pojmenování [28] . Aby společnosti pomohly označit různé přenosové režimy, USB-IF doporučuje pojmenovat přenosové režimy 5, 10, 20 Gbps jako SuperSpeed ​​​​USB 5 Gbps, SuperSpeed ​​​​USB 10 Gbps, SuperSpeed ​​​​USB 20 Gbps, v tomto pořadí [29] :

Specifikace staré jméno původní název Režim přenosu Marketingový název (značka USB-IF) Rychlost Rychlost přenosu Obrázek
USB 3.2 Gen1 USB 3.1 Gen1 USB 3.0 Gen 1 SuperSpeed ​​USB 5 Gbps 5 Gbit/s 500 MB/s USB SuperSpeed ​​​​5 Gbps Trident Logo.svg
USB 3.2 Gen2 USB 3.1 Gen2 USB 3.1 Gen 2 SuperSpeed ​​USB 10 Gbps 10 Gbit/s 1,21 GB/s USB SuperSpeed ​​​​10 Gbps Trident Logo.svg
USB 3.2 Gen 2x2 --- USB 3.2 Gen 2×2 SuperSpeed ​​USB 20 Gbps 20 Gbit/s 2,42 GB/s USB SuperSpeed ​​​​20 Gbps Trident Logo.svg

USB4

Na rozdíl od předchozích verzí se název protokolu píše společně, bez mezery mezi slovem „USB“ a číslem „4“.

Specifikace čtvrté verze byla zveřejněna 29. srpna 2019 [30] [31] . Nový základní protokol zvyšuje maximální rychlost na 40 Gbps (při použití kompatibilních kabelů Type-C) při zachování zpětné kompatibility s USB 3.2, USB 2.0 a volitelným Thunderbolt 3 [32] [33] [34] .

Rychlosti až 40 Gbps jsou dosažitelné pouze se speciálně označenými kabely. U běžných kabelů je maximální rychlost omezena na 20 Gbps. [35] [36]

V listopadu 2022 se očekává vydání aktualizované specifikace USB4 verze 2.0 s šířkou pásma až 80 Gb/s [37] .

Inter-Chip USB

Inter Chip USB(IC-USB) a High Speed ​​​​Inter-Chip USB (HSIC) jsou zjednodušené verze USB 2.0 pro nepřepínané připojení čipů v jednom zařízení. Zjednodušení je dosaženo nahrazením fyzické vrstvy USB z asynchronní na synchronní, odmítnutím možnosti měnit rychlost a detekci připojení, odmítnutím elektrické ochrany ovladačů a snížením jejich výkonu. Logická část USB je nezměněna (včetně logiky stavů sběrnice). IC-USB definuje připojení Full Speed ​​​​(12 Mbps) zařízení; HSIC definuje připojení vysokorychlostních (480 Mbps) zařízení.

První verze standardu IC-USB byla přijata v roce 2006. První verze standardu HSIC byla přijata v roce 2007 [38] . HSIC používá dvě digitální linky s logickými úrovněmi LVCMOS (1,2 V ): STROBE a DATA. Maximální délka vodiče je 10 cm Synchronní rozhraní poskytuje propustnost 480 Mbps při taktovací frekvenci 240 MHz. Ovladač fyzické vrstvy HSIC spotřebuje o 50 % méně energie a zabírá o 75 % méně místa na čipu než tradiční ovladač USB 2.0 [39] .

V roce 2012 byla přijata první verze specifikací Inter-Chip USB pro USB 3.0 [40] .

Bezdrátové USB

Wireless USB  - technologie USB (oficiální specifikace dostupná od května 2005 ), která umožňuje organizovat bezdrátovou komunikaci s vysokou rychlostí přenosu dat (až 480 Mbps na vzdálenost 3 metrů a až 110 Mbps na vzdálenost 10 metrů) .

23. července 2007 oznámila společnost USB-IF certifikaci prvních šesti spotřebitelských produktů podporujících bezdrátové rozhraní USB [41] .

Media Agnostic USB

V roce 2013 byla představena specifikace MA-USB, která umožňuje zapouzdření USB protokolu do stávajících komunikačních kanálů, včetně WiFi a WiGig .

USB kabely a konektory

Kabely a konektory USB 1.x a 2.0

Specifikace 1.0 regulovala dva typy konektorů: A - na straně USB řadiče nebo hubu a B - na straně periferního zařízení. Následně byly vyvinuty miniaturní konektory pro použití USB v přenosných a mobilních zařízeních, nazývané Mini-USB. Novou verzi miniaturních konektorů s názvem Micro-USB představila společnost USB-IF 4. ledna 2007.

Obyčejný Mini Micro
Typ A 4×12 mm 3×7 mm 2×7 mm
Typ B 7×8 mm 3×7 mm 2×7 mm

Existují také konektory Mini-AB a Micro-AB, ke kterým se připojují odpovídající konektory typu A i typu B.

Výrobci elektroniky používají Mini-USB kompatibilní konektor obsahující 10 pinů místo 5 jako v originále (10pinová zástrčka se do 5pinového konektoru nevejde). Tento konektor lze vidět zejména v telefonech Alcatel (TCL), Fly a Philips, kde se používají další kontakty umožňující použití náhlavní soupravy s mikrofonem. Po přechodu na Micro-USB + Mini-Jack, v rámci evropského programu standardizace nabíječek, se však používání tohoto konektoru od roku 2012 dramaticky snížilo.

USB-A v sobě spojuje odolnost a mechanickou pevnost navzdory nedostatečnému utahování šroubů. Menší verze konektorů, které mají tenké plastové výstupky vyčnívající vysoko ze substrátu zásuvky, však nesnášejí časté zavírání a otevírání a vyžadují opatrnější manipulaci.

USB signály (až 2.x) jsou přenášeny po dvou vodičích stíněného čtyřvodičového kabelu.

Pinout Typ-A a -B
Kontaktní číslo Označení Barva drátu Popis
jeden VBUS _ Červená, popř oranžový +5V
2 D- Bílá, popř Zlato Data −
3 D+ Zelená Data+
čtyři GND Černá, popř Modrý Země
Pinout Mini/Micro-A a -B
Kontaktní číslo Označení Barva drátu Popis
jeden VBUS _ Červené +5V
2 D- Bílý Data −
3 D+ Zelená Data+
čtyři ID žádný drát On-The-Go ID identifikuje konec kabelu:
  • A (hostitel): připojen k zemi
  • B (zařízení): nepřipojeno
5 GND Černá Země

Zde je GND " zemní "  obvod pro napájení periferií a VBus je +5 voltů, také pro napájecí obvody. Data jsou přenášena rozdílně na vodičích D− a D+. Stavy „0“ a „1“ jsou určeny rozdílem potenciálů mezi vedeními větším než 0,2 V a za předpokladu, že na jednom z vedení je potenciál vůči GND vyšší než 2,8 V [42] . Metoda diferenciálního přenosu je hlavní, ale ne jediná (například během inicializace zařízení informuje hostitele o režimu podporovaném zařízením ( Full -  Speed ​​​​nebo Low-Speed ) tahem za  jeden z datové linky do V_BUS přes odpor 1,5 kΩ (D− pro režim nízké rychlosti a D+ pro režimy plné rychlosti a vysoké rychlosti) [43] .

Pro udržení dostatečné úrovně signálu v kabelu a zabránění jeho útlumu je nutné korelovat délku kabelu s průřezem vodičů. Je běžnou praxí specifikovat průřez vodiče v AWG , například "28 AWG/1P...".

Přibližná shoda: označení kabelu (označení tloušťky drátu v AWG) a odpovídající délka kabelu:

AWG Délka, ne více (cm)
28 81
26 131
24 208
22 333
dvacet 500

Omezení délky kabelu souvisí také se zpožděním signálu ve vedení. Specifikace USB 2.0 stanoví latenci menší než 5,2 nanosekundy na metr pro kabel o délce 5 m. Maximální povolené zpoždění linky je 1,5 mikrosekundy pro režim nízké rychlosti. Pro zajištění režimu Hi Speed ​​musí linka zaručit zpoždění menší než 26 nanosekund a Low Speed ​​- 1,5 mikrosekundy.

Kabely a konektory USB 3.0 a jejich kompatibilita s USB 2.0

  • Všechny konektory USB, které lze vzájemně propojit, jsou navrženy tak, aby spolupracovaly. Toho je dosaženo také díky elektrické kompatibilitě všech pinů konektoru USB 2.0 s odpovídajícími piny konektoru USB 3.0. Konektor USB 3.0 má zároveň další kolíky, které se neshodují s konektorem USB 2.0, a proto při připojování konektorů různých verzí nebudou „extra“ kolíky použity, což zajistí normální provoz připojení verze 2.0.
  • Všechny zásuvky a zástrčky mezi USB 3.0 typu A a USB 2.0 typu A jsou navrženy tak, aby spolupracovaly.
  • Velikost konektoru USB 3.0 typu B je o něco větší, než by bylo potřeba pro konektor USB 2.0 typu B a starší. Současně je zajištěno připojení k těmto zásuvkám a tomuto typu zástrček. Oba typy kabelů lze tedy použít pro připojení periferního zařízení s konektorem USB 3.0 typu B k počítači, ale pro zařízení s konektorem USB 2.0 typu B lze použít pouze kabel USB 2.0.
  • Zásuvky eSATAp označené jako eSATA/USB Combo, to znamená, že mají možnost k nim připojit zástrčku USB, mají možnost připojit zástrčky USB typu A: USB 2.0 a USB 3.0, ale ve vysokorychlostním režimu USB 2.0.
  • Zástrčka eSATA se nevejde do žádné verze jednoduché zásuvky USB.
  • Zástrčku eSATA lze připojit do kombinované zásuvky eSATA/USB.
Obrázky konektorů USB 3.0
Obyčejný Mini Micro
Typ A
Typ B
Typ C
Pinouty konektoru USB 3.0 typu A
Kontaktní číslo. A B mikro B
jeden VBUS (VCC) VBUS (VCC) VBUS (VCC)
2 D- D- D-
3 D+ D+ D+
čtyři GND GND ID
5 StdA_SSTX- StdA_SSTX- GND
6 StdA_SSTX+ StdA_SSTX+ StdA_SSTX-
7 GND_DRAIN GND_DRAIN StdA_SSTX+
osm StdA_SSRX- StdA_SSRX- GND_DRAIN
9 StdA_SSRX+ StdA_SSRX+ StdA_SSRX-
deset StdA_SSRX+
Obrazovka Obrazovka Obrazovka Obrazovka

Existují také dva další typy konektorů USB 3.0 Micro: zástrčka USB 3.0 Micro-A a zásuvka USB 3.0 Micro-AB. Vizuálně se liší od USB 3.0 Micro-B „obdélníkovou“ (neoříznutou) částí konektoru s částí USB 2.0, která zabraňuje zapojování zástrčky Micro-A do zásuvky Micro-B a činí zásuvku Micro-AB kompatibilní s oběma zástrčkami.

Zásuvka Micro-AB bude použita v mobilních zařízeních s integrovaným hostitelským řadičem USB 3.0. Pin 4 (ID) se používá k identifikaci režimu hostitele / klienta - v zástrčce Micro-A je zkratován k zemi.

Vývody konektoru USB 3.0 Powered-B

Konektor USB 3.0 Powered-B je navržen se dvěma extra kolíky, což umožňuje zařízením poskytovat až 1000 mA jinému zařízení, jako je bezdrátový adaptér USB. To eliminuje potřebu zdroje napájení pro zařízení připojené k bezdrátovému USB adaptéru, což je další krok k ideálnímu bezdrátovému komunikačnímu systému (bez samostatného napájení). Normální kabelová připojení k hostiteli nebo rozbočovači tyto dva piny navíc nepoužívají.

jeden VBUS Napájení +5V
2 USB D- Data USB 2.0
3 USB D+
čtyři GND Země
osm StdA_SSRX- SuperSpeed ​​příjem
9 StdA_SSRX+ SuperSpeed ​​příjem
7 GND_DRAIN Země
5 StdA_SSTX- SuperSpeed ​​převodovka
6 StdA_SSTX+ SuperSpeed ​​převodovka
deset DPWR Dodatečné napájení na zařízení
jedenáct GND_D Uzemnění napájení zařízení
USB Type-C Přiřazení pinů Konektor USB Type-C – zásuvka a zástrčka
Kontakt název Popis Kontakt název Popis
A1 GND Země B12 GND Země
A2 TX1+ SuperSpeed ​​​​diferenciální pár #1 [a] , převodovka+ B11 RX1+ SuperSpeed ​​​​Diferenciální pár #2 [a] Receive+
A3 TX1- SuperSpeed ​​​​diferenciální pár #1 [a] , převodovka- B10 RX1- SuperSpeed ​​​​diferenciální pár #2 [a] , příjem-
A4 VBUS _ Plus výživa B9 VBUS _ Plus výživa
A5 CC1 Konfigurace kanálu (nebo shody) B8 SBU2 Další kanál (boční pásmo)
A6 D+ Vysokorychlostní diferenciální pár [b] , pozice 1, data+ B7 D- Vysokorychlostní diferenciální pár [b] , pozice 2 [c] , data-
A7 D- Vysokorychlostní diferenciální pár [b] , pozice 1, data- B6 D+ Vysokorychlostní diferenciální pár [b] , pozice 2 [c] , data+
A8 SBU1 Další kanál (boční pásmo) B5 CC2 Konfigurační kanál
A9 VBUS _ Plus výživa B4 VBUS _ Plus výživa
A10 RX2- SuperSpeed ​​​​diferenciální pár #4 [a] , příjem- B3 TX2- SuperSpeed ​​​​diferenciální pár #3 [a] , převodovka-
A11 RX2+ SuperSpeed ​​​​diferenciální pár #4 [a] , příjem+ B2 TX2+ SuperSpeed ​​​​diferenciální pár #3 [a] , převod +
A12 GND Země B1 GND Země
  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Stíněný diferenciální pár, lze použít k implementaci USB SuperSpeed ​​​​(3.0), SuperSpeed+ (3.1), SuperSpeed++ (3.2) - až 20 Gbps
  2. ↑ 1 2 3 4 Nestíněný diferenciální pár, lze použít k implementaci USB Low-Speed ​​​​(1.0), Full-Speed ​​​​(1.1), High-Speed ​​​​(2.0) - až 480 Mbps
  3. ↑ 1 2 V zástrčce je diferenciální pár zapojen pouze v jedné poloze, ve 2. poloze nejsou kontakty.
Účel vodičů v kabelu USB 3.1 Type-C
Konektor č. 1 kabelu typu C Kabel typu C Kabel konektoru č. 2 typu C
Kontakt název Barva pláště vodiče název Popis Kontakt název
Prýmek Obrazovka Kabelový oplet Obrazovka Vnější plášť kabelu Prýmek Obrazovka
A1, B1, A12, B12 GND Pocínované GND_PWRrt1
GND_PWRrt2 		společný pozemek A1, B1, A12, B12 GND
A4, B4, A9, B9 VBUS _ Červené PWR_VBUS 1 PWR_VBUS 2 _ _
 Napájení VBUS _ A4, B4, A9, B9 VBUS _
B5 V CONN Žlutá
 PWR_V CONN V CONN napájení B5 V CONN
A5 CC Modrý CC Konfigurační kanál A5 CC
A6 Dp1 Bílý UTP_Dp Nestíněný diferenciální pár , kladný A6 Dp1
A7 Dn1 Zelená UTP_Dn Nestíněný diferenciální pár, záporný A7 Dn1
A8 SBU1 Červené SBU_A Datové pásmo A B8 SBU2
B8 SBU2 Černá SBU_B Datové pásmo B A8 SBU1
A2 SSTXp1 Žlutá * SDPp1 Stíněný diferenciální pár #1, kladný B11 SSRXp1
A3 SSTXn1 Hnědá * SDPn1 Stíněný diferenciální pár #1, záporný B10 SSRXn1
B11 SSRXp1 Zelená * SDPp2 Stíněný diferenciální pár #2, kladný A2 SSTXp1
B10 SSRXn1 Oranžový * SDPn2 Stíněný diferenciální pár #2, záporný A3 SSTXn1
B2 SSTXp2 bílá * SDPp3 Stíněný diferenciální pár #3, kladný A11 SSRXp2
B3 SSTXn2 Černá * SDPn3 Stíněný diferenciální pár #3, záporný A10 SSRXn2
A11 SSRXp2 Červené * SDPp4 Stíněný diferenciální pár #4, kladný B2 SSTXp2
A10 SSRXn2 modrá * SDPn4 Stíněný diferenciální pár #4, záporný B3 SSTXn2
* Barvy plášťových vodičů nejsou specifikovány normou.

„V blízké budoucnosti se rozhraní USB Type-C stane skutečně univerzálním. Verze 2.1 poskytuje výkon portu až 240W. To umožní jeho použití k napájení 4K monitorů, tiskáren a dokonce i energeticky náročných herních notebooků.“ https://usb.org/document-library/usb-type-cr-cable-and-connector-specification-revision-21

Optické kabely USB 3.0

V roce 2013 některé společnosti představily USB 3.0 a Thunderbolt optické (optické) kabely, jejichž prostřednictvím lze USB signál přenášet až na vzdálenost 100 metrů [44] oproti 3–5 metrům (typicky) u standardních „drátových“ kabelů. Tenké a flexibilní kabely umožňují přenášet data rychlostí až 1 Gb/s, ale neposkytují přenos energie.

Na začátku cesty je signál převeden z konvenčního elektrického signálu USB na optické signály. Na konci cesty je signál invertován.

Způsob komunikace

Specifikace USB nabízí konstruktérovi několik možností pro zařízení v závislosti na požadované rychlosti přenosu dat. Jsou to Low Speed ​​(fyzická rychlost 1,5 Mbps ± 1,5 %), Full Speed ​​(12 Mbps ± 0,25 %), High Speed ​​(480 Mbps ± 0,05 %), SuperSpeed ​​(5 Gbps ± 0,06 %) , SuperSpeed+ (10 Gbps). Nízkorychlostní, plně a vysokorychlostní zařízení používají pro komunikaci jednu diferenciální poloduplexní komunikační linku, SuperSpeed ​​- několik. Výměnné protokoly jsou identické.

USB je síť s jedním hlavním (hostitelem) a libovolným počtem podřízených zařízení (zařízení). Síťová topologie  je aktivní strom . "Aktivní" znamená, že každý uzel stromu má speciální zařízení - rozbočovač. Hub se zabývá ukončením elektrického kabelu, směrováním paketů, detekcí připojení/odpojení zařízení a dalšími funkcemi. Všechna připojení v síti jsou elektricky a protokolově identická.

USB umožňuje „horké“ připojování a odpojování jednotlivých zařízení nebo segmentů sítě. „Hot“ znamená, že síťový provoz není narušen a průvodce je schopen automaticky v reálném čase určit změnu konfigurace sítě. Vzhledem k tomu, že celá síť přijímá energii z masteru, je podporována schopnost automaticky řídit napájení sítě: zařízení informuje master o svých potřebách a master může zařízení deaktivovat, pokud může být překročena kapacita sítě .

Fyzická vrstva

Zjednodušené elektrické schéma USB připojení je znázorněno na obrázku. Když není nikdo připojen k hostiteli, obě signální vedení D+ a D− jsou vytaženy s odpory 15 kΩ do mínusu napájecího zdroje. Když je zařízení připojeno, jedna z linek je vytažena až na +3,3 V přes odpor 1,5 kΩ. Nízkorychlostní zařízení vytáhnou linii D–, zatímco zařízení s vysokou rychlostí linii D+. Hostitel tedy určuje skutečnost připojení a typ připojeného zařízení. Vysokorychlostní zařízení fungují v okamžiku připojení jako Full Speed ​​a po výměně vizitek se přepnou do vysokorychlostního režimu.

Stav diferenciálního páru definovaný pullup rezistory je ve specifikaci označován jako Idle. Stejný stav se zapnutým ovladačem je označen písmenem J. Opačný stav je označen písmenem K. Uzavření obou linek do mínusu se nazývá Single Ended 0, zkráceně SE0; zkrat na kladný - SE1.

Data jsou kódována metodou NRZI (Inverted Non-return-to-zero). Podle této metody každý nulový bit vstupních dat odpovídá změně stavu diferenciálního páru (J→K nebo K→J) a pro jednotku nedochází k žádné změně. Aby se eliminovala ztráta synchronizace na dlouhých jednotlivých sekvencích, používá se bitstuffing , to znamená, že se do datového toku násilně vloží nula pro každých 6 jednotek v řadě.

Stav sběrnice SE0 delší než 10 ms je zařízením interpretován jako Reset a vyžaduje, aby zařízení znovu inicializovalo zásobník USB. Nečinný stav po dobu delší než 3 ms v řadě je zařízením interpretován jako zastavení sběrnice (Suspend) a formálně vyžaduje, aby zařízení samo omezilo spotřebu energie ze sběrnice USB. Ukončení z režimu Suspend nastane buď po obnovení činnosti hostitele, nebo může zařízení v případě potřeby odeslat speciální signál Resume. Signál Resume se skládá ze stavu K na několik milisekund, ukončeného sekvencí SE0, SE0, J, kde každý stav trvá jeden bitový interval podle rychlostního režimu zařízení.

Struktura balíčku

Výměna probíhá v krátkých balíčcích. Každý paket začíná sekvencí Start of Packet, pro nízkou a plnou rychlost je to KJKJKJKK. Dále je zde vždy speciální identifikátor paketu PID ( anglicky  Packet IDentifier ), označující typ paketu. Celkem existuje 16 různých typů paketů, takže PID má 4 bity. Kvůli spolehlivosti je však hodnota tohoto pole duplikována v inverzní podobě, takže délka pole PID v paketu je 8 bitů. Paket končí sekvencí End of Packet: SE0, SE0, J. Minimální interval mezi pakety je ~0,1 µs (pro plnou rychlost).

V závislosti na typu paketu může být mezi PID a EoP obsažena řada dalších polí s parametry paketu a/nebo daty. Všechna tato pole (včetně PID) jsou nejprve vysílána LSB.

Typy USB balíčků jsou uvedeny v tabulce:

Typ Hodnota PID (nejvýznamnější bit jako první) Přenesený bajt (nejméně významný bit jako první) název Popis
Rezervováno 0000 0000 1111
Žeton 0001 1000 0111 VEN Hostitel oznámí zařízení, že další paket bude obsahovat data z hostitele do zařízení
1001 1001 0110 V Hostitel oznámí zařízení, že je připraven přijmout datový paket ze zařízení.
0101 1010 0101 SOF Paket označující začátek časového rámce nebo mikrorámce.
1101 1011 0100 ZALOŽIT Hostitel oznámí zařízení, že další paket bude obsahovat konfigurační data z hostitele do zařízení
1000 0001 1110 ROZDĚLIT USB vysokorychlostní dělený přenos
0100 0010 1101 PING Kontrola, zda zařízení může přijímat data (vysokorychlostní USB)
Speciální 1100 0011 1100 PŘED Oznámení hubu, že další transakce bude v režimu nízké rychlosti
podání ruky CHYBOVAT Chyba rozdělení přenosu (vysoká rychlost USB)
0010 0100 1011 ACK Potvrzení příjmu datového paketu
1010 0101 1010 NACK Neochota obsloužit předchozí paket, paket je ignorován
0110 0110 1001 NYET Data ještě nejsou připravena (vysokorychlostní USB)
1110 0111 1000 STÁNEK Předchozí balíček měl přístup k neexistující nebo deaktivované funkci
Data 0011 1100 0011 DATA0 Dokonce i datový paket
1011 1101 0010 DATA1 Lichý datový paket
0111 1110 0001 DATA2 Vysokorychlostní isochronní datový paket (vysokorychlostní USB)
1111 1111 0000 MDATA Vysokorychlostní isochronní datový paket (vysokorychlostní USB)

Pakety typu IN, OUT, SETUP jsou hlavičky multipaketové transakce s výměnou dat. Obsahují pole adresy zařízení a čísla koncového bodu v zařízení, se kterým budou v této transakci vyměňována data. Integrita paketu je ověřena polem CRC5.

Pakety typu DATA obsahují datové pole a pole integrity dat CRC 16. Standard omezuje maximální povolenou délku dat na 8 bajtů pro nenakonfigurovaná zařízení, 64 bajtů pro nízkorychlostní zařízení, 1023 bajtů pro zařízení s plnou rychlostí a 1024 bajtů pro vysokorychlostní zařízení. Zařízení může nastavit maximální délku dat tak, aby byla menší, než je povoleno. Hostitel musí podporovat maximální povolenou délku dat. Při běžné výměně jsou datové pakety prokládány jako "sudé-liché".

Pakety jako ACK, NACK, STALL dokončí transakci a hlásí (ne)úspěch aktuální transakce. Neobsahují další pole.

Adresa

USB je síť, což znamená, že k jednomu hostiteli se může připojit více zařízení. Každému zařízení je během procesu počáteční konfigurace v okamžiku připojení přiřazena jedinečná adresa. Rozměr adresy je 7 bitů, nulová hodnota je vyhrazena - podle toho se k jednomu hostiteli může připojit až 127 zařízení. Pole adresy obsahuje pouze ty pakety, které zahajují transakci (IN, OUT, SETUP).

Koncový bod

Kromě adresování fyzicky připojených zařízení nabízí USB logické adresování v rámci zařízení. Logické adresování umožňuje oddělit datové toky podle různých funkcí v rámci stejného zařízení. Například klávesnice s touchpadem může mít jeden datový kanál pro stisk kláves a druhý pro data na touchpadu. V zásobníku TCP/IP existuje přímá analogie pro koncový bod – porty.

Pole "koncový bod" má rozměr 4 bity, to znamená, že je možných až 16 bodů. Každý bod může nezávisle fungovat jako přijímač i jako vysílač, takže jich někdy bývá 32. Pole „endpoint“ je součástí adresování v síti USB a je obsaženo pouze ve stejných paketech, kde je adresa (IN , OUT, SETUP). V okamžiku připojení, jako součást počáteční konfigurace, musí zařízení vysílat hostiteli informace o příslušných bodech a jejich účelu. Tyto informace musí být konzistentní s příslušnými datovými kanály softwaru ovladače zařízení na hostiteli. Přístup k nepoužitému bodu má za následek odpověď STALL. Pakety SETUP mohou dorazit pouze do nulového koncového bodu.

Časové rámce

Specifikace USB obsahuje koncepty časových rámců a mikrosnímků. U nízkorychlostních zařízení vysílá hostitel každou milisekundu signál Keep Alive sestávající ze sekvence End of Packet. U zařízení s plnou rychlostí odesílá hostitel každou milisekundu speciální paket SOF (Start of Frame), označující začátek dalšího rámce. Pro High Speed ​​je tento paket vysílán každých 125 µs; takové období se nazývá mikrosnímek. Specifikace USB vyžaduje, aby bylo podporováno plánování transakcí a paketů, aby nebyla narušena periodicita SOF.

Principy výměny dat

Výměna dat probíhá v tzv. transakcích – neoddělitelných sekvencích několika balíčků. Iniciátorem výměny je vždy hostitel. Odešle krátký paket (token) s upozorněním na zahájení nové transakce. V tomto tokenovém paketu hostitel specifikuje směr transakce (IN nebo OUT), adresu zařízení a číslo koncového bodu. Například token OUT znamená, že po tokenu bude bezprostředně následovat datový paket z hostitele do zařízení (DATA0 nebo DATA1). V jedné transakci může být několik datových paketů, pokud každý z nich má maximální délku dat povolenou pro toto zařízení. Konec datového přenosu je určen délkou paketu, která se nerovná maximu. Jakmile přijde zkrácený paket, zařízení okamžitě odešle odpověď packet-acknowledgement (handshake), například ACK (vše bylo úspěšně přijato), NACK (nemohlo přijmout: např. vstupní buffer byl plný), STALL (data adresované odpojenému koncovému bodu). Všechny pakety v transakci jsou přenášeny téměř současně, maximální pauza mezi pakety by neměla přesáhnout ~1 μs (pro Full Speed), jinak bude transakce rozpoznána jako chybná.

Podobně jsou data přenášena ze zařízení na hostitele. Hostitel zahájí přenos pomocí tokenu IN. Pokud zařízení nemá žádná data připravená k odeslání, odpoví NACK a transakce skončí. Pokud jsou data připravena, zařízení začne vysílat pakety DATA0/DATA1. Princip ukončení přenosu je podobný: neúplná délka datového paketu. Po přijetí neúplného paketu hostitel odpoví zařízení paketem ACK.

Transakce s tokenem SETUP je zcela podobná transakci OUT, rozdíly jsou pouze v logice vnímání dat zařízením: jedná se o parametry připojení, které řídí činnost USB stacku zařízení.

Řízení, přerušení, hromadné, izochronní

Specifikace USB poskytuje několik způsobů výměny dat. Každý zahrnutý koncový bod musí být namapován na jednu z metod. Control, Interrupt a Bulk používají protokol handshaking popsaný výše. Hromadná metoda umožňuje hostiteli volně komunikovat se zařízením, jak se mu zlíbí. Způsob ovládání je podobný hromadnému, ale se zařízením si vyměňuje pouze speciální data, která řídí činnost USB protokolu v souladu se specifikací (v rámci transakcí typu SETUP). Vzhledem k tomu, že periferní zařízení nemohou zahájit výměnu, přišla s metodou přerušení pro přenos dat, která se náhle objeví na zařízení, což vám umožňuje vyzvat zařízení s určitou periodou. Metoda přerušení je široce používána pro dotazovací klávesnice a myši. Samostatná je izochronní metoda, která umožňuje vyhradit část šířky pásma sběrnice USB pro data, jako je zvuk nebo video. Izochronní nepodporuje řízení integrity přenosu (nepřenášejí se pakety ACK a NACK), což znamená, že v případě chyb nejsou poskytovány opakované pokusy: nesprávně přijatá data jsou ztracena.

Inicializace zařízení

Host si v okamžiku připojení vyžádá od zařízení sadu standardizovaných informací (deskriptorů), na základě kterých se rozhodne, jak s tímto zařízením pracovat. Deskriptory obsahují informace o výrobci a typu zařízení, na základě kterých hostitel vybírá softwarový ovladač. Tabulky deskriptorů a přiřazení polí jsou podrobně popsány v kapitole 9 specifikace USB.

Poté hostitel provede změnu rychlosti (pokud je zařízení vysokorychlostní) a přiřadí zařízení adresu.

Ladění a certifikace

K ladění protokolů a kontrole souladu se standardem mohou vývojáři zařízení použít různé nástroje, které umožňují pozorovat výměnné procesy na sběrnici [45] [46] . Tyto nástroje mohou být čistě softwarové a načítají události sběrnice z ovladačů USB počítače. Tyto nástroje však neukazují hardwarově zpracované nebo chybné signály na sběrnici. Pro komplexní nezávislé řízení se používají specializované hardwarové skenery a analyzátory protokolů. Použití hardwarového analyzátoru doporučuje konsorcium USB pro certifikaci a při přípravě uvedení zařízení do sériové výroby.

Formálně, aby bylo možné získat právo umístit USB loga na produkty, je nutné je certifikovat pro shodu s normou. Organizace USB-IF nabízí certifikační služby pro USB zařízení a také vede seznam certifikačních laboratoří třetích stran [47] .

Plug and Play

Vývojáři specifikace USB věnovali pozornost otázce automatické detekce funkčnosti zařízení USB, aby ušetřili uživatele od rutinních akcí při připojování zařízení USB. K tomu slouží dva mechanismy:

  • Zařízení sděluje hostiteli své atributy, které zahrnují ID dodavatele zařízení (VID) a ID produktu (PID). Na základě těchto identifikátorů hostitel (počítač) hledá způsoby, jak s tímto zařízením pracovat (obvykle je to vyjádřeno v požadavku na instalaci ovladačů dodávaných výrobcem zařízení).
  • Zařízení sdělí hostiteli identifikátor standardizované třídy zařízení. V rámci konceptu USB byla vyvinuta řada specifikací pro standardní třídy zařízení, v rámci kterých se sjednocuje práce se zařízeními určité funkcionality. Známá jsou například zařízení třídy Human Interface Device, HID (to jsou myši, klávesnice, herní ovladače atd.) a velkokapacitní paměťová zařízení („flash disky“, diskové jednotky). Pro oblíbené třídy zařízení mají počítače hotové ovladače, takže připojení takových zařízení je pro uživatele neviditelné.

Kromě standardních USB řešení nabízejí některé společnosti a nadšenci další řešení. Oblíbené jsou například předinstalované ovladače WinUSB s API třetí strany dostupné v prostředí Windows .

Standardní třídy zařízení

Účel zařízení USB lze určit podle kódů tříd, které jsou hlášeny hostiteli USB, aby se načetly potřebné ovladače. Kódy tříd umožňují sjednotit práci se zařízeními stejného typu od různých výrobců. Zařízení může podporovat jednu nebo více tříd, jejichž maximální počet je určen počtem dostupných koncových bodů.

Popis kódů tříd [48] :

Kód název Příklady použití/poznámka
00h _ N/A Nenastaveno
01h Zvuk Zvuková karta , MIDI
02h Komunikační zařízení (CDC) Modem , síťová karta , COM port
03h Human Interface Device (HID) Klávesnice , myš , joystick
05h Zařízení fyzického rozhraní (PID) Joystick s podporou zpětné vazby Force
06h obraz Webová kamera , skener
07h Tiskárna Tiskárna
08h Velkokapacitní paměťové zařízení (MSD) USB flash disk , paměťová karta , čtečka karet , digitální fotoaparát
09h USB hub USB hub
0 Ah Data CDC Používá se ve spojení s třídou CDC
0bh Čtečka čipových karet (CCID) Čtečka čipových karet
0Dh zabezpečení obsahu biometrický skener
0Eh Třída video zařízení Webová kamera
0Fh osobní zdravotní péče Indikátor pulzu, lékařské vybavení
DCH Diagnostické zařízení Používá se ke kontrole kompatibility USB
E0h Bezdrátový ovladač Bluetooth adaptér
EFh Smíšený Zařízení ActiveSync
FEh Specifické pro aplikaci Zařízení IrDA , režim aktualizace firmwaru (DFU)
FFh Specifické pro dodavatele Dle uvážení výrobce

Napájení

Standard USB poskytuje možnost napájet připojená zařízení malým množstvím elektrické energie. Zpočátku standard USB 2.0 umožňoval zařízení odebírat maximální proud 0,5 A při 5 V. USB 3.0 zvýšilo maximální proud na 0,9 A při stejném napětí. Tyto standardy umožňují hostiteli řídit spotřebu zařízení připojených ke sběrnici. Za tímto účelem zařízení v okamžiku připojení a inicializace informuje hostitele o svých energetických potřebách. Hostitel vyhodnotí energetické možnosti tohoto segmentu sítě a povolí nebo zakáže zařízení pracovat.

Ve snaze standardizovat požadavky energeticky náročných zařízení přijal USB-IF v roce 2007 specifikaci USB Battery Charging, která v rámci kabelové infrastruktury USB 2.0/3.0 umožnila zvýšit proud spotřebovávaný zařízením až na 5A. [49] [50] . Později byla přijata samostatná specifikace USB Power Delivery, která umožňuje mnohem větší flexibilitu při správě napájení.

USB standardy napájení
Specifikace Max. proud Max. Napětí Max. Napájení
USB 1.1/2.0 500 mA 5 V 2,5 W
USB 3.0 900 mA 5 V 4,5 W
USB 3.2 Genx2 1,5 A 5 V 7,5 W
Nabíjení baterie 1.2 1,5 A 5 V 7,5 W
Dodávka energie 1.0/2.0/3.0 5 A [a] 20 V 100 W
Dodávka energie 3.1 5 A [a] 48 V [b] 240 W
  1. ↑ 1 2 Pro proudy větší než 3 A jsou nutné speciální kabely.
  2. ↑ Pro napětí nad 20V jsou potřeba speciální kabely.

USB nabíjení baterie

První pokus o standardizaci zařízení s vysokou spotřebou a výstupních USB napájecích zdrojů vyústil ve specifikaci USB Battery Charging [51] . První verze byla vydána v roce 2007. Aktuální verze USB BC 1.2 byla zveřejněna v roce 2010.

Specifikace umožňovala existenci speciálně určených[ jak? ] Konektory USB-A se zvýšenou proudovou účinností (až 1,5 A). Protokol počáteční konfigurace USB byl doplněn o možnost „vyjednat“ rozšířenou spotřebu. Koncové zařízení mohlo zvýšit spotřebu až po "dohodě" s hostitelem.

Povoleny byly i konektory USB-A s nezapojenými datovými linkami, jako například na nabíječkách. Takové nabíječky gadget identifikoval podle uzavřených kontaktů D+ a D−. Taková zařízení mohla vydávat proud až 5 A.

Pro malé spotřebiče energie specifikace doporučovala konektor MicroUSB-B.

USB napájení

V novém standardu USB Power Delivery byl výrazně přepracován koncept napájení [52] [53] . Vývojáři hostitelů i zařízení nyní mají flexibilitu při správě napájení USB. Rozhodnutí o tom, kdo je zdroj, kdo je spotřebitel, o možnostech zdroje a kabelu, se provádí v průběhu dialogu mezi zařízeními přes samostatný komunikační kanál. Je možné, že během dialogu může zařízení vyžadovat a hostitel souhlasit se zvýšením napájecího napětí, aby mohl přenášet vysoký výkon přes stávající kabelovou infrastrukturu. Na napájecím vodiči Vbus je z hostitele vydáno přepětí. Pro kompatibilitu se staršími zařízeními hostitel vrátí napětí na starých 5 voltů, jakmile detekuje odpojené zařízení.

Technologie USB Power Delivery poskytuje výkon až 100 W. Díky tomu bylo možné pomocí klasického USB kabelu nabíjet a připojit všechna elektronická zařízení ze zdroje nabíjení, kterým může být smartphone, notebook nebo externí baterie [54] .

USBPD Rev.1

V roce 2012 byla představena první revize USB PD. Byla použita standardní infrastruktura zástrček a kabelů USB 2.0 a 3.0. Správa napájení byla prováděna prostřednictvím dialogu mezi spotřebitelem a zdrojem prostřednictvím nezávislého komunikačního kanálu organizovaného přes napájecí kabel standardního USB kabelu (V sběrnice ). Byla použita frekvenční modulace s nosnou 24 MHz .

Norma umožňovala zvýšit napětí na napájecím kolíku USB (Vbus) na 12 V nebo 20 V při maximálním proudu až 5A.

USBPD 2.0

Druhá revize standardu byla vydána v roce 2014 spolu se specifikací USB 3.1 a je vázána na nový konektor USB Type-C. Nyní se pro vyhrazený komunikační kanál mezi zdrojem energie a spotřebitelem používá samostatný vodič v kabelu (konfigurační kanál). Podporuje také určení typu kabelu a jeho schopností přenosu energie, pro které musí být v kabelech se zvýšeným maximálním proudem instalován mikroobvod, který hlásí parametry kabelu.

Norma umožňovala zvýšit napětí na napájecím kolíku USB (Vbus) na 9, 15 nebo 20 V při maximálním proudu až 5A. Pro proudy nad 3A jsou nutné speciální kabely s identifikačním čipem.

USBPD 3.0

V roce 2019 bylo vydáno USB PD 3.0. Jeho podstatným rozdílem oproti USB PD 2.0 je režim Programmable Power Supply, kdy spotřebitel nepožaduje pevné napětí z rozsahu 5, 9, 15 nebo 20 V, ale může si napětí upravit v rozsahu 3,3 ... 21 V v krocích po 20 mV. Spotřebitel může také požádat zdroj o omezení proudu v krocích po 50 mA.

USBPD 3.1

Na jaře 2021 bylo vydáno USB PD 3.1. [3] Podstatným rozdílem je rozdělení režimů na Standard Power Range (kompatibilní s USB PD 3.0) a Extended Power Range, ve kterém jsou možná napětí 28, 36 a 48V. Režim Programmable Power Supply je vyhrazen pouze pro standardní rozsah napájení a není podporován v rozšířeném rozsahu napájení. Pro získání vysokého regulovaného napětí byl zaveden režim Adjustable Voltage Supply, který umožňuje nastavit napětí od 15 do 48V v krocích po 100 mV.

Maximální přenášený výkon tak dosáhl 240W. Pro proudy nad 3A a napětí nad 20V jsou nutné speciální kabely s identifikačním čipem. Pro vizuální značení vysokovýkonných kabelů byla vyvinuta speciální loga. [35] [36] [55]

Nestandardní řešení

Napájení mobilních gadgetů

Výrobci mobilních zařízení se nemohli dostat přes dostupnost elektřiny z USB zásuvky. Existuje mnoho zařízení, která odebírají proud, aniž by vyhovovala specifikaci USB.

Současně může být nabíjecí proud požadovaný zařízením mnohem vyšší, než povoluje standard USB. Aby se toto omezení obešlo, mnoho výrobců telefonů vyvinulo vlastní pravidla pro určení speciálního zdroje napájení - nabíječky [56] [57] . Nyní po připojení k originální nabíječce dostane telefon možnost nabíjet co nejrychleji. Při připojení ke standardnímu USB hostu se přitom telefon řídí doporučeními USB standardu, nabíjí se sníženým proudem nebo se nenabíjí vůbec.

Například zařízení Apple určují maximální proudový výstup nabíječky z napětí na pinech D− a D+. Pokud D+ = D− = 2,0 V, pak max. proud - 0,5 A. Pokud D+ = 2,0 V a D− = 2,8 V, pak max. proud - 1 A. Pokud D+ = 2,8 V a D− = 2,0 V, pak max. proud - 2 A [58] .

V roce 2007 USB-IF přijímá specifikaci USB Battery Charging, která zahajuje proces standardizace napájení mobilních zařízení. V letech 2007-2010 byla přijata řada národních a mezinárodních předpisů (například Společné externí napájení, GSM Universal Charging Solution, čínské „Technické požadavky a zkušební metoda nabíječky a rozhraní pro mobilní telekomunikační koncová zařízení“ [59] [60] ), podle které musí být nabíječky mobilních přístrojů vybaveny stejným typem konektorů: USB-A zásuvka na pouzdru nabíječky a Micro-USB-B na samotném gadgetu. Nabíječka je označena sepnutými kontakty D+ a D−.

Rychlé nabíjení Qualcomm

Technologie Qualcomm , podobné standardu USB Power Delivery, ale jednodušší na implementaci, si získaly určitou popularitu. Byly vydány čtyři kompatibilní verze specifikace [61] [62] :

Verze Qualcomm Quick Charge 1.0 (2013) poskytovala napájení 5 V 2 A a příliš se nelišila od jiných nestandardních řešení. Neobdrželi distribuci.

Qualcomm Quick Charge 2.0 (2015), stejně jako USB Power Delivery, poskytoval po dohodě mezi nabíječkou a gadgetem možnost zvýšit napájecí napětí na 9, 12 nebo 20 V. Ale na rozdíl od USB Power Delivery byl smluvní způsob mnohem jednodušší a umožňoval použití stávajících kabelů a konektorů USB 2.0/3.0. Podle stavu vedení D+/D− gadget určí, že je připojen k nabíječce, načež nastaví na vedeních D+/D− určité napětí podle požadovaného napájecího napětí.

Verze Qualcomm Quick Charge 3.0 (2016) doplňuje QC 2.0 o možnost plynule upravit výstupní napětí v rozsahu 3,6-20 V na přání gadgetu.

Podle specifikace USB mohou některé kabely s konektory typu C obsahovat čip, který identifikuje parametry kabelu. Vzhledem k tomu, že tento mikroobvod je napájen kabelovým napájecím vedením, může být zvýšení napětí na nich fatální pro kabel i pro připojené zařízení. V tomto ohledu se použití Quick Charge 2.0 a 3.0 na kabelech s konektory typu C ukázalo jako rizikové. USB-IF v roce 2015 zveřejnilo metodiku testování kabelové infrastruktury s konektory typu C, kde výslovně zakázalo řízení napětí na elektrickém vedení nestandardními metodami. Nyní nabíječky Quick Charge 2.0 a 3.0 s konektorem USB typu C nebudou moci získat certifikát shody [63] . Google vydal doporučení nepodporovat QC 2.0 a 3.0 na zařízeních Android [64] . Problém je vyřešen ve specifikaci Quick Charge 4.

Verze Qualcomm Quick Charge 4 představená v listopadu 2016. Prohlášeno za kompatibilní s kabely s konektory typu C [65] . Verze Qualcomm Quick Charge 4+ byla představena v létě 2017.

Napájené USB

V roce 1999 přijala skupina výrobců komerčních zařízení podnikový standard, podle kterého byl konektor USB vybaven dalšími kontakty s napětím 5 V, 12 V nebo 24 V a proudem do 6 A. Toto rozhodnutí nebylo podpořeno přes USB-IF.

Kritika

  • Mini- a zejména Micro-USB konektory se vlivem konstrukčních chyb výrobce po čase často uvolňují, začínají ztrácet kontakt a nemají dostatečně spolehlivé uchycení k desce plošných spojů , díky čemuž při intenzivním používání mohou být zcela nebo částečně poškozen. V některých případech dochází k vypadnutí patic, což může vést k nutnosti výměny desky nebo dokonce nákupu nového zařízení z důvodu nemožnosti běžné obnovy roztrhaných vytištěných stop. Tato nevýhoda je nejvýraznější u malých zařízení, jako jsou mobilní telefony, tablety, elektronické čtečky a kapesní digitální přehrávače . .
  • Protokol vyžaduje, aby koncové zařízení udržovalo poměrně složitý algoritmický zásobník jak pro přímou komunikaci po sběrnici, tak pro podporu souvisejících funkcí, jako je inicializace nebo odpovědi na servisní zprávy. Zařízení kvůli své složitosti a rozmanitosti často hardwarově implementují pouze základní úrovně protokolu a ty vyšší nechávají napospas programovému kódu. To vede ke značné režii programové paměti a času a také obsahuje hrozbu chyb a pokusů o přílišné zjednodušení programového kódu na úkor souladu s normou.
  • Kód výrobce (VID) je vydán vývojáři zařízení až po byrokratickém postupu a peněžních nákladech ve výši asi 5 000 $. Organizace pro vývoj standardu USB-IF navíc zaujímá negativní postoj k přeprodeji ze strany vlastníků kódů kódů zařízení (PID) výrobce [66] . To vše omezuje dostupnost sběrnice pro malé výrobce a nezávislé vývojáře. Volně dostupné kódy pro zařízení, která implementují standardní funkce (například výměnný port, paměťové zařízení nebo zvukové zařízení), tvůrci standardu neposkytují.
  • Seznam tříd a podtříd zařízení je po částech nekonzistentní, příliš nabubřelý, podtřídy stejné úrovně jsou často nestejné a obsahují zastaralou funkcionalitu. V důsledku toho podpora určité standardní třídy často vyžaduje redundantní kód, který není potřebný pro okamžitou činnost, a to jak ze zařízení, tak z hostitele (počítače). Totéž platí pro typy přenášených paketů, z nichž některé mají spíše historický význam.
  • Navzdory deklarované univerzálnosti mnoho zařízení, dokonce i těch, které patří do standardních tříd, z větší části vyžaduje softwarovou podporu a samostatné ovladače na hostiteli. Moderní operační systém Windows tedy při připojení externího COM portu nebo GPS navigátoru (které patří do stejné standardní třídy komunikačních zařízení) vyžaduje samostatný ovladač pro každé ze zařízení. To ukládá výrobcům samostatné povinnosti vytvářet a případně podepisovat ovladače a obsahuje riziko, že zařízení nebude fungovat na operačním systému jiné verze.
  • Ve srovnání s jinými formáty přenosu dat má formát USB 1.0 velké latence (zpoždění) při přenosu informací. Formát USB 2.0 High Speed ​​​​se pokusil snížit problémy s latencí, ale samotný formát vyžaduje vysokorychlostní transceiver a vysokofrekvenční kabel rozhraní, což je v mnoha případech nadbytečné a drahé.

Nevýhody USB 2.0

  • Přestože teoretická maximální propustnost USB 2.0 je 480 Mbit/s (60 Mb/s), v praxi nelze dosáhnout propustnosti blízké špičce (max. 45 Mb/s [67] , častěji až 30 Mb/s). To je způsobeno skutečností, že sběrnice USB je poloduplexní - pro přenos dat v obou směrech se používá pouze jeden kroucený pár, proto lze data přenášet v jednom cyklu pouze v jednom směru, a proto jsou vyžadovány dva cykly pro obousměrnou výměnu dat. Pro srovnání, FireWire sběrnice má sice nižší špičkovou šířku pásma 400 Mb/s, což je formálně o 80 Mb/s (10 Mb/s) méně než USB 2.0, ale je duplexní (pro přenos dat se používají dva kroucené páry – každý v vlastní směr a obousměrná výměna dat vyžaduje 1 cyklus), umožňuje vám poskytnout větší šířku pásma pro výměnu dat s pevnými disky a dalšími úložnými zařízeními. V tomto ohledu různé mobilní disky dlouho „odpočívaly“ proti nedostatečné praktické šířce pásma USB 2.0.

Výhody USB 3.0

  • Schopnost přenášet data rychlostí až 5 Gb/s.
  • Regulátor je schopen současně přijímat a odesílat data (plný duplexní režim), což zvýšilo rychlost provozu.
  • USB 3.0 poskytuje více proudu, což usnadňuje připojení zařízení, jako jsou pevné disky.
  • USB 3.0 je kompatibilní se staršími standardy. Je možné připojit stará zařízení k novým portům. Zařízení USB 3.0 lze připojit k portu USB 2.0 (pokud je napájení dostatečné), ale rychlost zařízení bude omezena rychlostí portu.

Zranitelnost

V srpnu 2014 byla prokázána implementace zranitelnosti zařízení USB nazvané BadUSB . Některá zařízení USB umožňují změnit firmware mikroobvodu, který je zodpovědný za interakci s počítačem. Útočník, který provedl reverzní inženýrství konkrétního zařízení, může vytvořit a zapsat do něj škodlivý kód. Tento škodlivý kód může například napodobením klávesnice provést za uživatele na infikovaném počítači potřebné akce nebo napodobením síťového zařízení změnit nastavení sítě tak, že uživatel bude procházet internet přes zprostředkující servery řízené útočníkem ( Pharming ). Kromě toho může škodlivý kód napodobením USB flash disku stáhnout a spustit virový program v počítači s povoleným automatickým spouštěním. Takový virus se může zkopírovat na jiná USB zařízení aktuálně připojená k počítači a infikovat stále více USB zařízení (webové kamery, klávesnice, flash karty atd.) [68] .

Škodlivé zařízení USB Kill a podobná zařízení mohou zneužít další zranitelnost: zařízení USB okamžitě po připojení k napájení generuje sérii vysokonapěťových pulsů na datových pinech, které ničí cenné mikroobvody uvnitř počítače [69] [70] [71] [72] . Tato zranitelnost je způsobena dostupností USB zásuvek a také tím, že všechny USB porty jsou napájeny bez ohledu na to, jaké zařízení je k nim připojeno, a také kvůli slabé ochraně před vysokým napětím ve vysokorychlostních kontaktech připojených k čipům a výstup na tělo.

USB a FireWire/1394

Protokol USB Mass Storage, což je metoda přenosu příkazů SCSI přes sběrnici USB, má větší režii než jeho odpovídající protokol FireWire/1394, SBP-2. Při připojení externího disku nebo CD / DVD mechaniky přes FireWire je tedy možné dosáhnout vyšší rychlosti přenosu dat. Také velkokapacitní paměťové zařízení USB nebylo podporováno na starších operačních systémech (včetně Windows 98 ) a vyžadovalo instalaci ovladače. Zpočátku v nich byl podporován SBP-2. Také ve starších operačních systémech (Windows 2000) byl protokol úložiště USB implementován ve zkrácené podobě, což neumožňovalo použití funkce zápisu CD a DVD na jednotku připojenou přes USB; SBP-2 nikdy neměl taková omezení.

Sběrnice USB je striktně orientovaná, takže propojení dvou počítačů vyžaduje další hardware. Připojení zařízení bez počítače, jako je tiskárna a skener nebo fotoaparát a tiskárna, bylo definováno standardem USB OTG ; dříve byly tyto implementace vázány na konkrétního výrobce. Sběrnice 1394/FireWire není zpočátku touto nevýhodou postižena (lze například připojit dvě videokamery).

Fakta

Welder Saldanha, vůdce jednoho z evangelikálních kultů v Brazílii , zakázal svým stoupencům používat USB zařízení a porty – ve znaku USB viděl symbol Satana  – trojzubec, kterým jsou duše hříšníků mučeny v pekle , a prohlásil že každý, kdo používá USB, uctívá Satana [73] [74] [75] [76] .

Poznámky

  1. ↑ 82371FB (PIIX) a 82371SB (PIIX3) PCI ISA IDE Xcelerator . Intel (květen 1996). Získáno 12. března 2016. Archivováno z originálu 13. března 2016.
  2. ↑ 1 2 USB 'A' Plug Form Factor Revision 1.0 (PDF). Fórum USB Implementers Forum (23. března 2005). - "Délka těla je celá 12 mm na šířku a 4,5 mm na výšku bez odchylek". Získáno 4. června 2017. Archivováno z originálu 19. května 2017.
  3. ↑ 1 2 Napájení USB-C dosahuje 240 W s rozšířeným rozsahem výkonu . Získáno 23. února 2022. Archivováno z originálu dne 14. listopadu 2021.
  4. ↑ USB je dvacet let staré, vynálezce portu vysvětlil, proč konektor původně nebyl vyroben jako "changeling" . Získáno 28. června 2019. Archivováno z originálu 19. listopadu 2015.
  5. ↑ Všechno nejlepší k narozeninám USB: Standard slaví 20 let a hrdý vynálezce Ajay Bhatt říká všem . Staženo 28. června 2019. Archivováno z originálu 31. května 2019.
  6. ↑ Zbytečná sériová sběrnice. USB je zkratka pro Useless Serial Bus. 1 USB Zkratka/zkratka Význam – Co znamená USB? . Získáno 10. března 2012. Archivováno z originálu dne 18. března 2013.
  7. ↑ 1 2 3 4 Proč se USB stále mění? | Nerd z nostalgie - YouTube . Získáno 13. června 2021. Archivováno z originálu dne 18. června 2021.
  8. ↑ USB 4: Vše, co víme, včetně podpory Apple | Tomův hardware . Získáno 13. června 2021. Archivováno z originálu dne 30. června 2021.
  9. ↑ Jak připojit počítače přes USB (23. srpna 2003). Získáno 27. září 2016. Archivováno z originálu 31. března 2016.
  10. ↑ Propojení dvou počítačů pomocí kabelu USB-USB – tajemství hardwaru . Získáno 28. září 2016. Archivováno z originálu 30. září 2016.
  11. ↑ 1 2 Specifikace USB 1.0 (části 7.1.1.1 a 7.1.1.2) (odkaz není k dispozici) . Datum přístupu: 28. října 2015. Archivováno z originálu 28. října 2015. 
  12. ↑ USB.org - Doporučení pro pojmenování a balení USB . Datum přístupu: 7. ledna 2013. Archivováno z originálu 14. ledna 2013.
  13. ↑ K tabletům na bezplatném OS můžete připojit jakékoli periferie, ale to vyžaduje vytvoření vlastního jádra
  14. ↑ Archivovaná kopie . Získáno 31. března 2017. Archivováno z originálu 31. března 2017.
  15. ↑ USB 3.0 v ohrožení . Získáno 28. října 2009. Archivováno z originálu 24. května 2011.
  16. ↑ Další informace o revizi B3 Archivováno 4. března 2012 na Wayback Machine 
  17. ↑ Archivovaná kopie (odkaz není dostupný) . Získáno 11. června 2009. Archivováno z originálu 12. června 2009.   Blog vývojářů linuxového USB subsystému Sarah Sharp
  18. ↑ USB-IF nechce, abyste byli zmateni USB Type-C . Staženo 24. února 2020. Archivováno z originálu dne 24. února 2020.
  19. ↑ Konektor USB Type-C: výhody, nevýhody a vlastnosti | AndroidLime . androidlime.ru Získáno 24. března 2016. Archivováno z originálu 5. dubna 2016.
  20. ↑ USB Platform Interoperability Lab (downlink) . Získáno 19. srpna 2016. Archivováno z originálu 20. srpna 2016. 
  21. ↑ USB 3.1 GEN 1 & GEN 2 VYSVĚTLENÍ . Získáno 19. srpna 2016. Archivováno z originálu 19. září 2016.
  22. ↑ USB.org - SuperSpeed ​​​​USB (nedostupný odkaz) . Získáno 19. srpna 2016. Archivováno z originálu 14. května 2009. 
  23. ↑ Synopsys (2013-12-10). Synopsys předvádí první přenos dat mezi hostitelským zařízením a platformou SuperSpeed ​​USB 10 Gb/s . Tisková zpráva . Archivováno z originálu 24. prosince 2013. Staženo 23. 12. 2013 . „Jak bylo měřeno Ellisys USB Explorer Protocol Analyzer, IP realizovala 10 Gb/s USB 3.1 efektivní datové rychlosti více než 900 MB/s mezi dvěma prototypovými systémy Synopsys HAPS-70 na bázi FPGA při použití zpětně kompatibilních USB konektorů, kabelů a softwaru.“
  24. ↑ Specifikace USB 3.2  . USB Implementers Forum, Inc. Načteno 29. května 2018. Archivováno z originálu 1. června 2012.
  25. ↑ Sergej Karasev. Byla zveřejněna specifikace USB 3.2 . 3DNews (28. září 2017). Staženo 29. 5. 2018. Archivováno z originálu 29. 5. 2018.
  26. ↑ Sergej Karasev. Byla uspořádána první ukázka možností rozhraní USB 3.2 na světě . 3DNews (28. května 2018). Staženo 29. 5. 2018. Archivováno z originálu 29. 5. 2018.
  27. ↑ Zapomeňte na USB 3.0 a USB 3.1, USB 3.2 zůstane pouze „třetí“ . Staženo 27. února 2019. Archivováno z originálu dne 27. února 2019.
  28. ↑ Specifikace USB 3.2 Pokyny pro používání jazyka od USB-IF . Získáno 6. března 2020. Archivováno z originálu dne 3. listopadu 2021.
  29. ↑ USB DevDays 2019 – Branding Session . Získáno 6. března 2020. Archivováno z originálu dne 22. března 2020.
  30. ↑ Specifikace USB4™ | USB-IF  (anglicky) . Fórum USB Implementers (29. srpna 2019). Získáno 4. září 2019. Archivováno z originálu 12. srpna 2021.
  31. ↑ USB4 | USB-IF . www.usb.org. Získáno 3. září 2019. Archivováno z originálu dne 24. listopadu 2021.
  32. ↑ Thunderbolt je v USB4 volitelný, specifikace USB4  říká . PCWorld (3. září 2019). Získáno 4. září 2019. Archivováno z originálu 6. srpna 2020.
  33. ↑ USB4 zvýší rychlost přenosu dat přes kabely USB Type-C na 40 Gb/s . 3DNews (4. března 2019). Získáno 4. září 2019. Archivováno z originálu 6. března 2019.
  34. ↑ Morten Christensen. Upgradujte svůj design SoC na USB4 Archivováno 4. srpna 2020 na Wayback Machine
  35. ↑ 1 2 Představení nových loga certifikovaných kabelů s výkonem USB Type-C . Získáno 2. října 2021. Archivováno z originálu dne 2. října 2021.
  36. ↑ 1 2 Kabely a zařízení s USB Type-C budou nyní indikovat nejen rychlost přenosu dat, ale i nabíjecí výkon . Získáno 2. října 2021. Archivováno z originálu dne 2. října 2021.
  37. ↑ Andrej Zhuchenko. Představený standard USB4 verze 2.0 s šířkou pásma 80 Gb/s . 3DNews (1. září 2022). Staženo: 11. září 2022.
  38. ↑ Vysokorychlostní mezičipová elektrická specifikace USB . Získáno 3. ledna 2015. Archivováno z originálu 3. prosince 2017.
  39. ↑ Co je HSIC? . Získáno 28. prosince 2014. Archivováno z originálu 12. září 2015.
  40. ↑ Dodatek mezi čipy ke specifikaci USB Revision 3.0 . Získáno 21. listopadu 2008. Archivováno z originálu 1. června 2012.
  41. ↑ terralab.ru Bezdrátové USB: první kroky (nedostupný odkaz) . Získáno 1. listopadu 2007. Archivováno z originálu 10. listopadu 2007. 
  42. ↑ Guk M. Hardware IBM PC.-St. Petersburg: Peter, 2000.-S.-708-723.- ISBN 5-88782-290-2
  43. ↑ Rozhraní USB Agurov P.V. Nácvik používání a programování. - Petrohrad: BHV-Petersburg, 2004. - 576 s. - ISBN 5-94157-202-6 .
  44. ↑ Corning Incorporated . CES 2013 (nedostupný odkaz) . Optické kabely od Corning . Získáno 13. ledna 2013. Archivováno z originálu 18. ledna 2013. 
  45. ↑ Nástroje pro vývoj USB . Datum přístupu: 23. listopadu 2016. Archivováno z originálu 4. prosince 2016.
  46. ↑ USB softwarové a hardwarové nástroje . Datum přístupu: 23. listopadu 2016. Archivováno z originálu 19. listopadu 2016.
  47. ↑ Nezávislé testovací laboratoře . Získáno 28. března 2019. Archivováno z originálu dne 28. března 2019.
  48. ↑ Kódy tříd USB (nedostupný odkaz) . Datum přístupu: 22. března 2012. Archivováno z originálu 2. dubna 2007. 
  49. ↑ Typy nabíjecích portů . Získáno 15. července 2016. Archivováno z originálu 16. července 2020.
  50. ↑ Základy nabíjení baterií USB: Průvodce přežitím . Získáno 30. června 2016. Archivováno z originálu 9. září 2019.
  51. ↑ USB Battery Charging v1.2 (nedostupný odkaz) . Získáno 8. listopadu 2016. Archivováno z originálu dne 28. března 2016. 
  52. ↑ How Power Delivery Works Archivováno 21. září 2017 na Wayback Machine // Habr . - 22.01.2013.
  53. ↑ Revoluce rozhraní. USB 3.1 Type-C podrobně. Pohled na inženýra elektroniky Archivováno 11. dubna 2018 na Wayback Machine // Sudo Null IT News . - 18.05.2015.
  54. ↑ USB Power Delivery – co to je a jak to funguje? | AndroidLime . androidlime.ru Staženo 6. 5. 2018. Archivováno z originálu 7. 5. 2018.
  55. ↑ USB-IF oznamuje nová certifikovaná loga hodnocení výkonu kabelu USB Type-C® . Získáno 2. října 2021. Archivováno z originálu dne 1. října 2021.
  56. ↑ Nabíjení gadgetů přes USB . Získáno 15. července 2016. Archivováno z originálu 21. července 2016.
  57. ↑ Nabíjení gadgetů přes USB . Získáno 30. června 2016. Archivováno z originálu 16. srpna 2016.
  58. ↑ Upravte levnou USB nabíječku pro napájení zařízení iPod, iPhone nebo Samsung Galaxy . Získáno 8. listopadu 2016. Archivováno z originálu 7. října 2011.
  59. ↑ „Technické požadavky a zkušební metoda nabíječky a rozhraní pro mobilní telekomunikační koncová zařízení“ (CCSA YD/T 1591-2006, později aktualizováno na YD/T 1591-2009)
  60. ↑ Jak vyhovět novým čínským standardům rozhraní pro mobilní telefony . Získáno 8. listopadu 2016. Archivováno z originálu 14. května 2014.
  61. ↑ Qualcomm Quick Charge – co to je a jak funguje technologie rychlého nabíjení Archivováno 18. května 2021 na Wayback Machine // galagram.com . - 05.05.2017.
  62. ↑ Technologie Qualcomm Quick Charge 4+ urychlí nabíjení o 15 % Archivní kopie z 30. května 2020 na Wayback Machine // 3dnews.ru. - 02.06.2017.
  63. ↑ „Technologie rychlého nabíjení a USB-C. Konkrétně není možné podporovat oba standardy ve stejném zařízení.“
       —  Inženýr společnosti Google varuje, že USB-C a Qualcomm Quick Charge nejsou kompatibilní  // www.extremetech.com. - 25.04.2016.
  64. ↑ Google to OEM: Nepoužívejte Qualcomm Quick Charge; USB-PD je budoucnost  : Existují dva konkurenční standardy rychlého nabíjení. Google chce jednoho z nich zabít // Ars Technica . - 11.10.2016.
  65. ↑ Zavedena technologie Qualcomm Quick Charge 4  : Technologie Qualcomm Quick Charge 4 je o 20 % rychlejší // iXBT.com . - 17.11.2016.
  66. ↑ Elektronika MCS. Poznámka k ID produktu USB . Získáno 1. června 2015. Archivováno z originálu 24. června 2015.
  67. ↑ Manuel Masiero, Achim Roos. Recenze Adata DashDrive Air AE400: Wi-Fi, nabíječka a čtečka karet. Přístup k souborům a streamování . www.tomshardware.com (10. července 2013).
  68. ↑ 3DNews Ve standardu USB byla objevena kritická zranitelnost . Získáno 6. října 2014. Archivováno z originálu 7. října 2014.
  69. ↑ Flash disk vypálí počítač výbojem 200 voltů Archivovaná kopie ze 16. září 2016 na Wayback Machine
  70. ↑ Legendární „zabijácký flash disk“ se začal prodávat Archivní kopie z 15. září 2016 na Wayback Machine  - Rossijskaja Gazeta, 2016-09-14
  71. ↑ Jednotka USB Kill 2.0 může zničit téměř jakýkoli počítač ve druhé archivované kopii z 19. září 2016 na Wayback Machine  - securitylab.ru
  72. ↑ USB klíčenka, která během vteřiny deaktivuje PC, stojí pouze 50 EUR Archivovaná kopie z 15. září 2016 na Wayback Machine  - 3dnews.ru
  73. ↑ Acidez Bucal. BOMBA: Em SP, kultový evangelický proibe pro použití technologie USB  (port.) . Bobolhando (29. června 2010). Získáno 17. dubna 2014. Archivováno z originálu 19. dubna 2014.
  74. ↑ Staff Writer. Brazilský kult zakazuje  USB . ITProPortal.com (17. listopadu 2010). Získáno 17. dubna 2014. Archivováno z originálu 19. dubna 2014.
  75. ↑ Brazilští evangelisté vidí symbol Satana ve znaku USB (nepřístupný odkaz) . Ruformator (17. listopadu 2010). Získáno 17. dubna 2014. Archivováno z originálu 19. dubna 2014. 
  76. ↑ Vedoucí náboženské komunity označil USB port počítače za výtvor Satana . Získáno 16. září 2016. Archivováno z originálu 21. září 2016.

Literatura

  • Univerzální sériová sběrnice USB // Aktualizace a opravy počítačů / Scott Muller. - 17. vyd. - M  .: Williams , 2007. - Ch. 15 : Sériová, paralelní a další I/O rozhraní. - S. 1016-1026. — ISBN 0-7897-3404-4 .

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích
 Počítačové sběrnice a rozhraní
Základní pojmy
Procesory
Vnitřní
notebooky
Pohony
Obvod
Správa zařízení
Univerzální
Video rozhraní
Vestavěné systémy
 Mikrokontroléry
Architektura
8bitový
16bitový
32bitový
Výrobci
Komponenty
Obvod
Rozhraní
OS
Programování