Шнуры для передачи данных USB, USB 2.0, USB 3.0

USB или универсальная последовательная шина — это стандартный тип соединения и среда связи между широким спектром электрических устройств, включая компьютеры и периферийные устройства.

Она была введена в эксплуатацию в 1996 году. Идея заключалась в стандартизации связи или передачи данных между периферийными устройствами и компьютерами путем замены старых интерфейсов связи, таких как параллельные и последовательные порты (не путайте их с процессом связи/передачи данных) и FireWire.

Знаете ли вы? Стандарт USB регулируется Форумом разработчиков USB (USB-IF), учрежденным компаниями-основателями, включая IBM, Intel, Microsoft и Nortel.

Где используется USB?

В качестве отраслевого стандарта кабели USB используются для подключения настольных или портативных компьютеров к внешним аппаратным устройствам, таким как клавиатуры, мыши, флэш-накопители, принтеры и игровые контроллеры.

Интерфейс USB стал настолько популярным в последние годы, что вы можете легко найти их даже в автомобилях и электрических розетках в домах. Современные смартфоны, планшетные компьютеры и многие портативные устройства теперь поддерживают USB-кабели и разъемы для быстрой зарядки по сравнению с другими типами кабелей.

Преимущества интерфейса USB

• Хотя USB был в первую очередь разработан для нормализации связи между персональными компьютерами и вспомогательными устройствами, существует несколько других преимуществ интерфейса USB.
• Он является самонастраивающимся, а это означает, что нет необходимости настраивать/конфигурировать его параметры перед использованием.
• USB-устройства могут быть добавлены или заменены в систему без выключения или перезагрузки системы (с возможностью горячей замены).
• Его способность к электропитанию позволяет питать небольшие устройства без дополнительного кабеля питания.
• Протокол передачи данных USB и получение сигналов всегда надежны независимо от их версии.

Типы USB в зависимости от их версии

Есть два способа классификации USB-кабеля; на основе его версии или поколения, которая касается функциональности (скорости передачи данных) кабеля, и по его физической конструкции.

Прежде чем приступить к рассмотрению различных типов USB-кабелей, давайте сначала разберемся с несколькими терминами, связанными с ними. Типичный USB-кабель имеет два разъёма, по одному с каждой стороны. Один — для хоста, к которому относятся все типы компьютеров (ПК, планшеты), а другой — для приемника, любого портативного устройства (смартфона), на которое необходимо перенести данные. Слот, в который вставлен USB, называется портом или розеткой. Как бы то ни было, давайте перейдем к делу.

С 1996 года были представлены четыре основных версии или поколения стандартов USB. Это USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0 и USB4. USB4 — самый последний.

Оригинальный USB, USB 1.0, поддерживает двухскоростную шину со скоростью передачи данных 1,5 Мбит/с для недорогих устройств с низкой скоростью передачи данных (клавиатуры, мыши) и 12 Мбит/с для устройств с высокой скоростью передачи данных (принтеры, дисководы). Эта архитектура с несколькими шинами расширена до USB 2.0 (запущен в 2001 г.). Однако была добавлена ​​третья, «высокоскоростная» шина с максимальной скоростью передачи данных 480 Мбит/с.

Универсальная последовательная шина впервые привлекла внимание в 1988 году (когда был представлен USB 1.1) с выпуском Apple iMac. Это был первый широко известный продукт с технологией USB. Вскоре производители ПК последовали их примеру, заменив устаревшие порты на USB в своих продуктах. Таким образом, первоначальный успех USB связан с успехом iMac.

USB 3.0

USB 3.0, выпущенный 12 ноября 2008 года, произвел революцию в отрасли. Он представил гораздо более высокоскоростную шину со скоростью передачи данных до 5 Гбит/с (в дополнение к существующим режимам скорости передачи) и более высокую выходную мощность (900 мА по сравнению с 500 мА в предыдущих версиях). Более того, он был обратно совместим с USB 2.0, что обеспечивает возможность взаимодействия. Эта версия USB известна как SuperSpeed.

Стандарт USB 3.0 был заменен USB 3.1 в 2014 году. Скорость передачи данных в USB 3.1 Gen 2 (SuperSpeed ​​+) была увеличена до 10 Гбит/с. Одним из важных изменений, выдвинутых стандартом USB 3.1, стала замена их предыдущей схемы кодирования 8b/10b на более эффективную 128b/132b, вариант кодирования 64b/66b (который преобразует 64-битные данные в 66-битный линейный код). Это значительно снижает накладные расходы на кодирование, что приводит к сравнительно более высоким эффективным скоростям передачи данных.

Следующий стандарт USB 3.2 был выпущен в 2017 году. Как и ожидалось, он ввел новый, гораздо более быстрый режим передачи, сохранив при этом все существующие режимы. Это позволило кабелям USB-C (поддерживаемым 3.1) работать в 2 раза быстрее их начальной скорости (от 5 Гбит/с до 10 Гбит/с для кабелей USB-C 3.1 Gen 1 и от 10 Гбит/с до 20 Гбит/с для кабелей Gen 2). Позже мы поговорим о кабелях USB-C.

USB4 или USB 4.0

Последний стандарт USB, USB4 (или USB 4), расширяет существующие возможности кабелей USB-C, обеспечивая максимальную доступную пропускную способность USB. Он основан на протоколе Thunderbolt, который предлагает расширенные функции, такие как двунаправленная передача данных (отправка и получение данных с обоих концов), данные по двойному протоколу и передача видео по одному кабелю с низкой задержкой.

USB4 совместим с Thunderbolt 3 и обратно совместим со спецификациями USB 2.0 и USB 3.2. Он поддерживает максимальную скорость передачи данных 40 Гбит/с. В существующих кабелях USB-C эти скорости достигаются за счет двухполосной работы, когда две полосы в кабеле передают данные одновременно.

Базовый процессор Intel 11-го поколения Tiger Lake — первый продукт, поддерживающий стандарт USB4 или Thunderbolt 4.

Типы USB-кабелей [в зависимости от их физической структуры]

Почти все электронные продукты, от смартфонов и небольших портативных устройств до компьютеров всех типов, теперь имеют USB-порты или поддержку USB. Однако физические характеристики USB-портов и разъемов различаются в зависимости от класса продукта.

По физическим характеристикам или компоновке кабели USB можно разделить на три типа: USB-A, USB-B и USB-C.

USB Тип-A

USB-A, пожалуй, самый популярный USB (разъем или порт), который вы можете найти на своих ПК, игровых консолях, портативных медиаплеерах и портах для зарядки смартфонов. Стандартный штекер USB Type-A имеет плоскую прямоугольную форму.

Более старые разъемы USB Type-A и порты, поддерживающие стандарт USB 2.0, имеют четыре внутренних контакта; одна пара предназначена для передачи данных, а другая — для питания. С введением стандарта USB 3.0 к оригинальной конструкции были добавлены пять дополнительных контактов, чтобы сделать новые порты и разъемы USB Type-A (SuperSpeed) более быстрыми и обратно совместимыми со старыми версиями USB.

USB Тип-B

Порты USB типа B обычно находятся на приемниках или периферийных устройствах, таких как принтеры и сканеры, которые работают с высокими скоростями передачи данных и имеют относительно больший размер (по сравнению с другими периферийными устройствами).

В большинстве случаев USB-кабель, соединяющий компьютер с принтером или сканером, имеет разъем USB типа B с одной стороны и разъем типа A с другой. Хотя они обычно имеют двойное назначение, некоторые порты типа B допускают передачу питания только от хоста.

Существует две версии USB Type-B. Оригинальный разъем USB Type-B имеет квадратное сечение со слегка наклоненным верхним внешним ободком. Он поддерживает скорость передачи данных до 480 Мбит/с (USB 2.0).

Улучшенная версия разъема Type-B, Type-B SuperSpeed, была представлена, чтобы сделать их совместимыми со стандартом USB 3.0. Кабели Type-B SuperSpeed ​​со скоростью передачи данных более 5 Гбит/с идеально подходят для подключения ПК с внешними жесткими дисками и аудиоинтерфейсами.

USB Mini и Micro типа B

Разъемы Mini-USB были впервые введены в 1998 году для электронных устройств, таких как ранние смартфоны и планшетные компьютеры. В то время как разъемы Mini-A уже давно сняты с производства, Mini Type-B по-прежнему поддерживается небольшим количеством устройств.

Разъемы Micro-USB разработаны специально для современных портативных устройств, таких как смартфоны и фотоаппараты, которые намного тоньше ранних устройств. Толщина разъема Micro-USB почти вдвое меньше, чем у Mini-USB.

USB-C

USB-C-это отраслевой стандарт для высокоскоростной передачи данных и питания, который в настоящее время используется на все большем числе устройств, включая новейшие смартфоны, внешние твердотельные накопители и дорогие ноутбуки.

Разъем USB-C сначала может показаться похожим на разъем Micro-USB, поскольку оба имеют изогнутые края, хотя разъем USB-C немного толще и шире.

Пожалуй, наиболее важной и желанной особенностью разъемов USB-C является возможность переключения. Это означает, что разъемы USB-C не имеют ориентации вверх или вниз (как в случае с разъемами USB-A и USB-B). Их можно каждый раз правильно вставлять, не переворачивая.

Еще одним преимуществом кабелей USB-C является то, что они несут ток не менее 3 А при 60 Вт. Кабели USB-C на USB-C предназначены для передачи более высокого тока 5 В.

Кабели USB-C на основе стандарта USB 3.1 имеют максимальный предел передачи данных 10 Гбит/с. Старые кабели, поддерживающие USB 2.0, могут передавать только до 480 Мбит/с.

USB OTG

USB On-The-Go или OTG — это спецификация USB, которая позволяет определенным устройствам выполнять роли как хоста, так и приемника. Например, с помощью OTG смартфон может считывать данные как хост при подключении к цифровой камере или флеш-накопителю, но действовать как приемник при подключении к главному компьютеру.

Что в будущем?

Есть популярная поговорка, что «ничто не вечно», и в мире технологий это не может быть более точным. Хотя порты и кабели Type-A и Type-B по-прежнему широко используются, USB-C готов заменить их в ближайшем будущем.

Самые последние порты USB-C поддерживают протокол Thunderbolt 3, который обеспечивает максимальную скорость передачи данных до 40 Гбит/с. USB4, который еще не вышел на массовый рынок, стандартизирует скорость Thunderbolt 3.

Высокая пропускная способность данных и питания позволяет разъемам USB-C напрямую подключаться к нескольким аудио- и видеоинтерфейсам без использования каких-либо адаптеров. К ним относятся устройства MHL (Mobile High-Definition Link), HDMI и DisplayPort.

С 2014 года все большее количество электронных устройств, включая смартфоны, материнские платы ПК/ноутбуков и внешние жесткие диски, стали поддерживать USB-C. Двусторонние кабели USB-C, которые подключаются как к хосту, так и к приемнику, быстрее и эффективнее, чем старые разъемы Type-A и Type-B.

Растущая экосистема USB-C означает, что вам скоро потребуются поддерживаемые порты и разъемы для передачи данных и зарядки ноутбуков. Хотя Apple была первой компанией, которая представила порты USB-C на своих устройствах, они все чаще встречаются на других массовых устройствах. В дорогих ПК и ноутбуках есть как минимум один порт USB-C.

Альтернативные способы подключения, такие как разъёмы USB, широко применяются для подключения современных устройств.

Это название довольно распространённое и с английского языка переводиться так – «универсальная последовательная шина».

Все USB разъёмы представлены тремя версиями.

Характерные особенности основных трёх версий USB разъёмов

Первая версия USB разъёмов (1.1). Её Характерной особенностью является очень маленькая скорость, при которой вся информация передаётся с большой задержкой.

Скорость передачи составляет 12 Мбит/с. Его основное предназначение – это применение для взаимосвязи устройств.

Вторая версия USB разъёмов (2.0).

Характеризуется скоростью передачи данных 480 Мбит/с. Это соответствует скорости в 48 Мбайт/с.

Так как последние выпуски жёстких дисков, к примеру, SSD, разработаны для чтения информации со значительно большей скоростью (почти в 4 раза), то эта версия стандарта задерживает действие новых моделей накопителей.

В этом виден основной недостаток свойств разъёмов USB 2.0. Но несмотря на это определённые устройства вполне совместимы с этой версией разъёмов: мышки, клавиатуры, сканеры и принтеры.

Третья версия USB (3.0).

Данная версия характеризуется скоростью передачи информации – 5 Гбит/с – что считается достаточно высоким показателем.

Такая скорость соответствует 500 Мбайт/с.

Это намного выше показателей скорости винчестеров последнего поколения (150 – 170 Мбайт/с).

Разъёмы USB 3.0 для их распознавания специально маркируются синим цветом.

Совместимость интерфейсов

Если рассмотреть вопрос совместимости устройств, которые имеют представленные выше разъёмы, то можно констатировать, что первая и вторая версии разъёмов USB могут быть заменимы между собою.

Определённое устройство, которое имеет соединение второй версии USB, а принимает соединение первой версии, может показать сообщение, в котором будет говориться о его возможности работать быстрее.

Потому что данная модель компьютера рассчитана на приём информации через вторую версию, скорость которой выше, чем первой.

Дополнительные контакты создают условия для увеличения скорости интерфейса – это есть особенностью последних моделей кабелей и устройств, имеющих разъёмы третьей версии USB.

Питание USB разъёмов

Мощность, на которую рассчитаны подключаемые устройства с разъёмами USB, составляет 2,5 Вт, а также 4,5 Вт (для третьей версии).

Исходя из этого, разъёмам USB всех версий необходимо напряжение 5 В. Ток до 0,5 А, а для третьей версии – 0,9 А.

Контакты USB 3.0.

Такие устройства, как плееры, карты памяти, телефоны, флэшки (то есть устройства с маленькой мощностью) свободно могут подключаться с помощью таких разъёмов.

А технические средства, имеющие большую мощность, подключаются к внешней электрической сети.

Типы разъемов

Вторая и третья версии разъёмов различают по размерам: Mini USB (маленькие размеры), Micro USB (ещё меньшие размеры); а также по типам: А, В.

USB разъём 2.0 типа A.

Надежный разъем основной характеристикой которого является способность выдерживать не одно подключение, при этом, не теряя своей целостности.

Сечение разъёма имеет прямоугольную форму, что создаёт дополнительную защиту при подключении.

Его недостаток – это большой размер, а все современные устройства отличаются портативностью что и повлияло на разработку и выпуск разъёмов аналогичного типа, но меньшего размера.

USB 2.0 типа А был представлен в девяностых годах и на данный момент еще является наиболее используемым.

Его имеют значительная часть маломощных устройств: клавиатура, мышка, флэшка и другие.

USB разъём версии 2.0 типа В.

В основном его применение находим в стационарных устройствах имеющие большие размеры. К ним относятся сканеры, принтеры, реже ADSL-модемы.

Редко, но все же бывает, что кабеля такого типа продаются отдельно от самой техники, потому что они не входят в состав комплекта технического устройства. Поэтому проверяйте комплектацию устройств.

Разъёмы данного типа не такие востребованные, как разъёмы типа А.

Квадратная и трапециевидная форма присуща всем разъёмам типа В.

К ним относятся и Mini и Micro.

Особенность сечения разъёмов типа «В» заключается в их квадратной форме, что отличает его от других типов.

Разъёмы Mini USB второй версии типа B.

Название разъёма такого типа говорит о том, что оно имеет очень маленькие размеры. И это не удивительно, потому что современный рынок всё больше предлагает миниатюрные товары.

Благодаря использованию персональных винчестеров, кардридеров, плееров и других маленьких устройств, разъёмы USB Mini, относящиеся к типу B, получили большую популярность.

Следует отметить ненадёжность таких разъёмов. При частом использовании он расшатывается.

А вот применение моделей разъёмов USB Mini типа A крайне ограничено.

Разъёмы Мicro USB 2.0 типа B.

Модели разъёмов Micro USB являются более совершенными относительно моделей Mini USB.

Данный тип разъёмов отличается невероятно маленькими размерами.

В отличие от предыдущих представленных типов мини, эти разъёмы очень надёжны своими креплениями и фиксацией подключения.

Разъём Мicro USB 2.0 типа «B» был признан по своим качествам единым для всеобщего применения для зарядки всех портативных устройств.

Что произойдёт со временем, когда все производители станут выпускать технику, приспособленную именно к таким разъёмам. Наверное, осталось не долго чтобы это увидеть.

Но такое решение уже было принято в 2011 году всеми современными производителями, хотя разъём Мicro USB 2.0 типа «B» еще присутствует не на всех устройствах.

Разъёмы USB третьей версии типа A.

Разъёмы USB 3.0 имеют большую скорость для передачи информации за счёт дополнительных контактов.

При таких изменениях всё же сохранена совместимость обратной связи. Его применение налажено в компьютерах и ноутбуках последнего поколения.

Разъёмы USB третьей версии типа B.

Третья версия разъёмов USB типа «B» не подходят к подключению разъёмов USB второй версии.

Его применяют в работе периферийных устройств со средней и крупной производительностью.

Micro USB 3.0.

Современные внешние накопители, имеющие высокую скорость, а также диски типа SSD, в основном, все оснащены таким разъёмом, который характеризуется высокой скоростью обмена информацией.

Всё более занимает лидирующее положение благодаря тому, что имеет очень качественные соединения.

Разъём удобный в использовании из-за своей компактности. Его предшественником считается разъем вида Micro USB.

Распиновка разъемов USB.

Основные отличия разъёмов Micro и Mini USB

На первый взгляд данные разъёмы очень похожи. И действительно, большая часть характерных особенностей основных параметров данных видов совпадает.

Но при внимательном осмотре можно заметить такие отличия:

1. Разъём USB Mini имеет большие размеры относительно разъёма USB Micro.
2. Наличие защёлок специального предназначения на задней стороне разъёмов USB Micro.

Многие пользователи уже убедились, что удобнее всего иметь у себя в наличии не один вид разъёмов, а несколько, потому что различные виды устройств имеют разные виды подключения разъёмов USB.

К единому стандарту производители устройств к сожалению, еще не пришли, и скорее всего не придут еще долго, ведь каждый тип разъема USB имеет свое назначение.

USB — разработанный в середине девяностых годов стандарт обмена данными между устройствами и их питания. Этот протокол используется для подключения к компьютеру периферии и пришел на замену нескольким разработанным ранее портам. Стандарт утвержден несколькими крупными компаниями, в том числе IBM, Intel, Microsoft и NEC. В июне 2009 года Еврокомиссия приняла разъем micro USB в качестве стандартного для зарядки смартфонов, выпускаемых 14 крупнейшими производителями.USB используется для подключения к компьютеру Flash-накопителей, жестких дисков, звуковых карт, колонок, микрофонов, MIDI-клавиатур, адаптеров Wi-Fi, модемов, клавиатур, мышей, джойстиков, веб-камер, принтеров, кард-ридеров, оптических приводов и прочей техники, а также для зарядки аккумуляторов и питания маломощных устройств. Компания Microsoft ввела поддержу USB в Windows 98, Apple в начале века пыталась продвигать стандарт FireWire, однако впоследствии отдала предпочтение USB, а в некоторых продуктах использует собственную разработку — интерфейс Lightning, основанный на USB 2.0 и нескольких проприетарных протоколах.Официально стандарт USB 1.x был утвержден в начале 1996 года. Он предусматривал обмен данными на двух скоростях: низкой — до 1,5 Мбит/с и высокой — до 12 Мбит/c. В 1998 стандарт был обновлен до версии 1.1, в которой был устранен ряд проблем первой версии.USB 2.0 утвержден в апреле 2000 года и до настоящего момента наиболее распространен. Теоретически максимальная скорость обмена данными выросла до 480 Мбит/с, в реальной жизни она редко превышает 280 Мбит/с. Напряжение, подаваемое через плату составляет 5 В при силе тока 150 или 500 мА.Кабель USB вплоть до версии 2.0 содержит четыре проводника, два из которых используются для передачи данных, другие два — для подачи питания периферийному устройству. Обычно кабель бывает экранирован.Стандарт USB 3.0 утвержден в 2008 году, в нем скорость передачи данных увеличена до 5 Гбит/с, а сила тока — до 900 мА. В кабеле USB 3.0 используется девять проводников: два для питания и семь для передачи данных. Стандарт также получил дополнительную спецификацию для использования в зарядных устройствах — сила тока составляет 1,5 А, при этом передача данных не предусмотрена. Как правило, контакты порта USB 3.0 размещены на площадке синего цвета.В 2013 году утвержден стандарт USB 3.1, в котором теоретическая скорость передачи информации выросла по сравнению с USB 3.0 вдвое — до 10 Гбит/с. Стандарт обратно совместим с USB 2.0 и 3.0. Сила тока при напряжении 5 В увеличена до 2 А, также предусмотрено питание с силой тока 5 А при напряжении 12 и 20 В.Чаще всего внешние устройства, питающиеся от USB, поддерживают «горячее» подключение и отключение, что достигается замыканием заземляющих контактов и как следствие отсутствием разницы потенциалов корпусов.Передача данных между USB-хостом и периферийным USB-устройством осуществляется через управляемый программно USB-контроллер. Данные передаются короткими пакетами «вопрос-ответ». Пакеты одновременно уходят в оба направления, при этом контроллер не дожидается подтверждения их доставки, что обеспечивает обмен данными с высокой скоростью. Пакеты могут передаваться как с гарантией доставки (например, в устройствах ввода), так и без нее (при передаче видео и звука).Для подключения устройств к порту USB предусмотрено несколько типов разъемов, они отличаются размером, дизайном и расположением контактов. Существуют как стандартные разъемы, так и проприетарные, ограниченные применением в продукции той или иной компании. Нестандартные разъемы могут применяться для передачи дополнительной информации — к примеру, при использовании гарнитуры телефона.

Используемые источники:

• https://new-science.ru/4-razlichnyh-tipa-usb-kabelej-i-ih-raznovidnosti/
• https://itkompik.ru/voprosy-pk/vidy-usb-razemov.html
• https://www.iguides.ru/main/ask/kak_eto_rabotaet_usb/