Universal Serial Bus

Universal Serial Bus (USB)
USB-sertifikatlogo.
Fyr busser
produksjonshistorie
Designer Ajay Bhatt , Intel [ 1 ]
designdato januar 1996
Maker IBM , Intel , Nortel , Compaq , Microsoft , DEC og NEC
erstatter Seriell port , parallellport , spillport , Apple Desktop Bus , PS/2
spesifikasjoner
Lengde 5m ( maksimalt)
Bredde 12  mm (kontakt A), [ 2 ]​ 8,45  mm (kontakt B)
Høy 4,5  mm (kontakt A), [ 2 ]​ 7,78  mm (kontakt B, før v3.0)
hot pluggbar Ja
Utvendig Ja
Elektrisk

5 volt likestrøm


maksimal spenning 5 volt
maksimal strøm 500 til 900 mA (avhengig av versjon)
lydsignal Kun USB-C
videosignal Kun USB-C [ 3 ]
datasignal

Datapakke, definert av spesifikasjoner

Bredde 1bit _
Båndbredde 1,5/12/480/5 000/10 000  Mbit/s (avhengig av versjon)
Maks antall enheter 127
Protokoll Seriell
Kabel 8 ledninger i tvunnet par i USB 3.1; 8 på USB 3.0 og 4 på USB 1.x og 2.x.
pinner 4 (1 strøm, 2 data, 1 jord/jord)
Festing

Type A (venstre) og B (høyre) kontakter sett fra baksiden (kabelen) til fronten (kontakten). Siste Type-C-kontakt

pinne 1 VDC (+5V )
pinne 2 Data-
pinne 3 Dato+
Pinne 4 Bakke / Jord

Universal Serial Bus (BUS) (på engelsk: Universal Serial Bus ), bedre kjent under akronymet USB , er en kommunikasjonsbuss som følger en standard som definerer kablene, kontaktene og protokollene som brukes i en buss for å koble til, kommunisere og gi elektrisk strøm mellom datamaskiner , periferiutstyr og elektroniske enheter. [ 4 ]

Utviklingen startet fra en gruppe selskaper i sektoren som forsøkte å forene måten å koble eksterne enheter til datamaskinene sine, som ikke var særlig kompatible med hverandre på den tiden, blant annet Intel, Microsoft, IBM, Compaq, DEC, NEC og Nortel. Den første komplette 1.0-spesifikasjonen ble publisert i 1996, men i 1998 med 1.1-spesifikasjonen begynte den å bli mye brukt.

USB brukes som en tilkoblingsstandard for eksterne enheter som: tastaturer , mus , USB-minnepinner , joysticker , skannere , digitale kameraer , webkameraer , mobiltelefoner , mediespillere , skrivere , multifunksjonsskrivere , datainnsamlingssystemer , modemer , nettverkskort , lydkort , TV-tunerkort , eksterne DVD-brennere, eksterne harddisker og eksterne diskettstasjoner . Suksessen har vært total, etter å ha forskjøvet kontakter som serieporten , parallellporten , spillporten , Apple Desktop Bus eller PS/2 til nisjemarkeder eller til vurderingen av foreldede enheter som skal elimineres fra datamaskiner, eller for å bruke adaptere, selv om mange av dem kan erstattes av USB-enheter som implementerer disse kontaktene.

Gjennomgå

USB ble designet for å spare penger og standardisere tilkoblingen av eksterne enheter .

Den ble utviklet på midten av 1990-tallet; og i 1996 ga Universal Serial Bus Implementers Forum ( USB-IF ) [ 5 ] ut den upopulære første "USB 1.0"-spesifikasjonen, frem til 1998 da den ga ut USB 1.1 -spesifikasjonen . [ 6 ]

Fra 2004 er omtrent 6 milliarder enheter på det globale markedet, og rundt 2 milliarder selges hvert år. [ 7 ]

Bruk

Bruksområdet for USB strekker seg for tiden til alle elektroniske enheter eller komponentenheter, fra biler (moderne bilradioer blir multimediaspillere med en USB- eller iPod -kontakt ) til Blu-ray Disc-spillere eller moderne leker som Pleo . Variasjoner har blitt implementert for industriell og til og med militær bruk. Men hvor dens innflytelse er mest merkbar er i smarttelefoner ( Europa har laget en standard der alle mobiler må leveres med en microUSB-lader), nettbrett , PDAer og spillkonsoller , hvor den nesten fullstendig har erstattet proprietære kontakter.

Noen enheter krever minimalt med strøm, så flere kan kobles til uten å trenge ekstra strømforsyninger. For dette er det huber (kalt USB-huber ) som inkluderer strømforsyninger for å gi strøm til enhetene som er koblet til dem, men noen enheter bruker så mye energi at de trenger sin egen strømforsyning . Strømforsyningshuber kan gi strøm til andre enheter uten å ta strøm fra resten av tilkoblingen (innen visse grenser).

Når det gjelder harddisker, fra mai 2020, ble USB en standard som en innebygd tilkobling, tilkoblingen var bare 3.0. Det er til og med eksterne bokser og holdere som implementerer eSATA- og USB-kontakter, til og med USB 3.0. Disse og de blandede USB/ FireWire -stasjonene har drevet SCSI- og parallellporttilkoblinger ut av markedet for eksterne stasjoner .

Tidligere versjoner

USB-standarden utviklet seg gjennom flere versjoner før den offisielle utgivelsen i 1996:

Overføringshastigheter

USB-enheter er klassifisert i seks typer basert på dataoverføringshastigheten:

USB-signaler overføres i en tvunnet parkabel med en karakteristisk impedans på 90 Ω ± 15 %, hvis ledninger er betegnet D+ og D-. [ 10 ] Disse bruker i fellesskap differensialsignal i halv dupleks , det vil si at de 2 kablene brukes både til å sende og motta, men ikke samtidig. USB 3.0 bruker et andre par ledninger, også med et differensielt signal, for å utføre full duplekskommunikasjon , og dermed tillate toveis kommunikasjon samtidig. Grunnen til at kommunikasjon gjøres i differensialmodus er enkel, det reduserer effekten av elektromagnetisk støy på lange lenker. D+ og D- fungerer sammen og er ikke uavhengige forbindelser. Signaloverføringsnivåer varierer fra 0 til 0,3 V for lave (nuller) og 2,8 til 3,6 V for høye (enere) i versjon 1.0 og 1.1, og med ±400 mV i høy hastighet (2.0). I tidlige versjoner er datakablene (D+ og D-) ikke jordet, men i høyhastighetsmodus termineres de ved 45 Ω til jord eller 90 Ω differensial for å matche kabelimpedansen. Denne porten støtter kun tilkobling av enheter med lavt forbruk, det vil si som har et maksimalt forbruk på 100 mA for hver port; Hvis det imidlertid er tilkoblet en enhet som tillater 4 porter for hver USB-utgang (utvidelser på maksimalt 4 porter), vil USB-strømmen tildeles i enheter på 100mA opp til maksimalt 500mA per port. Med den første byggingen av en USB 3.0 PC i 2009, har vi nå 1A (én forsterker) per port, noe som gir 5W (fem watt) i stedet for 0,5A (500mA, 2,5W) som maksimum.

Hastighetssammenligning

Tilkoblinger til eksterne enheter Høyhastighets eksterne enhetstilkoblinger Tilkoblinger for utvidelseskort Interne lagringstilkoblinger

USB 3.0

Funksjoner til USB 3.0

I motsetning til USB 2.0 er denne teknologien (USB 3.0 Super Speed ​​) nesten ti ganger raskere når man går fra 480 Mbit/s til 5 Gbit/s, omtrent 600 MB/s. Den har også støtte for eksterne HD- enheter , noe som øker ytelsen. En annen funksjon ved denne porten er dens "intelligensregel": enheter som er koblet til og blir ubrukte etter en stund, går umiddelbart inn i lavstrømstilstand.

Hovedforskjeller mellom portene:
Samtidig økes intensiteten til strømmen fra 500 til 900 milliampere, som brukes til å forsyne en mobiltelefon eller en bærbar audiovisuell spiller på kortere tid.
På den annen side øker den hastigheten på dataoverføring, siden den i stedet for å jobbe med tre linjer, gjør det med fem. På denne måten brukes to linjer til å sende, ytterligere to til å motta, og en femte er ansvarlig for å levere strømmen. Dermed er trafikken toveis ( Full-dupleks ).

På slutten av 2009 presenterte produsenter som Asus eller Gigabyte hovedkort denne nye revisjonen av bussen. Versjon 3.0 av denne universelle kontakten er 10 ganger raskere enn den forrige. De som har et tastatur eller en mus av den forrige versjonen, vil ikke ha kompatibilitetsproblemer, siden systemet vil gjenkjenne det umiddelbart, selv om de ikke vil kunne dra nytte av de nye fremskrittene til denne usb-porten.

På Consumer Electronics Show (CES), som fant sted i Las Vegas , USA , ble flere enheter som følger med den nye kontakten presentert. Både Western Digital og Seagate har annonsert eksterne disker utstyrt med USB 3.0, mens Asus, Fujitsu og HP har annonsert at de vil ha bærbare modeller med denne porten.

Hovedforskjeller mellom USB 2.0 og 3.0 Den viktigste merkbare forskjellen er dataoverføringshastigheten, som er mye høyere enn USB 3.0-standarden. Støtte for HD-formater er nesten null i USB 2.0, men støttes bredt i USB 3.0. USB 3.0-enheter kan kobles til USB 2.0-kontakter og omvendt, hvis det er type A. Hvis det er type B eller micro-B, kan USB 2.0-enheter kobles til USB 3.0-kontakter, men ikke omvendt.

USB 3.1 med reversible Type-C-kontakter

I august 2014 publiserte USB-IF , en organisasjon som består av selskaper som Intel, Microsoft, HP og Apple blant mange andre og som bestemmer seg for USB-standarden, spesifikasjonen for den nye USB-kontakten, også kjent som "Type C ", som implementerer en ny type reversibel kobling både i ender og i posisjon. Denne typen kontakt, i tillegg til å tilby komfort på grunn av sin reversible design, tilbyr en hastighet på opptil 10 Gbit/s ytelse mens 2A kan trekkes på 5V, og valgfritt også 5A på 12V (60W) eller 20V (100W) ). Dette er grunnen til at MacBook , siden modellåret 2016, kan drives enkelt gjennom USB-tilkoblingen, også basert på den nye USB 3.1-spesifikasjonen.

Denne typen kontakt er ment å være etterfølgeren til alle de tidligere (type A og B), som vil være foreldet når den nye implementeres i alle typer mobile og stasjonære enheter.

USB 3.1-spesifikasjonen identifiserer to forskjellige overføringshastigheter: USB 3.1 Gen 1-spesifikasjonen ved 4,8 Gbps og USB 3.1 Gen 2 ved 10 Gbps. Dette forårsaker en endring i nomenklaturen til spesifikasjonene, ved å kunne bruke begrepene USB 3.0 og USB 3.1 Gen 1 (kjent som SuperSpeed ​​​​USB) som synonymer. USB 3.1-spesifikasjonen er omdøpt til USB 3.1 Gen 2, kjent som SuperSpeed ​​​​USB 10 Gbps eller SuperSpeed+. [ 13 ]

USB 3.1-standarden er bakoverkompatibel med USB 3.0 og USB 2.0. Dette betyr at en enhet med USB 3.1 koblet til en annen med USB 2.0, vil dataoverføringshastigheten være den for enheten med USB 2.0 opp til maksimalt 480 Mbit/s. Det vil også være nødvendig å ta hensyn til USB-versjonen av kabelen som tillater denne maksimale dataoverføringen, du kan ha to enheter med USB 3.1, men hvis du bruker en USB 2.0-kabel, er overføringen begrenset til den standarden.

USB Type-C-spesifikasjonen gir en ny vendbar kontakt for USB 3.1-enheter. Type-C-kontakten vil bli brukt på både verts- og gjesteenheter, og erstatter dermed flere Type-A- og Type-B-kontakter og kabler med en fremtidssikker standard som ligner på Apples Lightning og Thunderbolt. Den 24-pinners dobbeltsidige kontakten gir 4 strøm/jord-par, to differensialpar for USB 2.0-databussen (selv om bare ett par er implementert på Type-C-kabelen), fire par for høyhastighetsdatabussen, to "bruk sidebånd"-pinner og to konfigurasjonspinner for kabelorienteringsdeteksjon, dedikert BMC (biphase mark code) konfigurasjonsdatakanal og V CONN +5 V strøm for aktive kabler. Type-A- og Type-B-kabler/adaptere vil være nødvendige for eldre enheter for å koble til Type-C-verter, men adaptere/kabler med en Type-C-kontakt er ikke tillatt.

Fullfunksjons USB 3.1 Type-C-kabler er elektronisk merkede aktive kabler og inneholder en brikke med en identifiseringsfunksjon basert på Vendor Defined Message (VDM) konfigurasjonsdatakanalen til "USB Power Delivery"-spesifikasjonen. 2.0". USB 3.1 Type-C-enheter støtter også 1,5A og 3,0A forsyningsstrømmer gjennom 5V bussspenningen, i tillegg til 900mA baseline; enheter kan enten forhandle en USB-strømstøt via konfigurasjonslinjen, eller kan eventuelt støtte hele "Power Delivery"-spesifikasjonen ved å bruke både den BMC-kodede konfigurasjonslinjen og den eldre BFSK-kodede VBUS-linjen.

Alternativ modus dedikerer noen av de fysiske ledningene i Type-C-kabelen for direkte enhet-til-vert-overføring av et stort antall alternative dataprotokoller. De fire høyhastighetsbanene, to sidebåndspinner og - kun for port, avtakbar enhet og permanente kabelapplikasjoner - to USB 2.0-pinner og en konfigurasjonspinne kan brukes for alternativ modusoverføring. Modiene konfigureres av VDM gjennom konfigurasjonskanalen. Fra desember 2014 inkluderer Alt Mode-implementeringer DisplayPort 1.3 og MHL 3.0; andre serielle protokoller som PCI Express og Base-T Ethernet er mulige.

I mars 2015 lanserer Apple en ny MacBook-modell som er tynnere enn MacBook Air og utstyrt med en USB Type-C-kontakt. [ 3 ] På den annen side kunngjør Google denne typen koblinger for fremtidige Android-nettbrett og -mobiler.

USB 3.2

26. juli 2017 ble denne standarden kunngjort, og ble publisert i september samme år. Hovednyheten den ga var muligheten til å dra nytte av to spor på 5 eller 10 Gbps for å nå maksimale overføringshastigheter på opptil 20 Gbps i enheter med USB-C (USB Type C)-kontakter. [1]

USB 4

USB 4 [ 14 ] ble offisielt annonsert i mars 2019, og publisert 29. august samme år av USB Implementers Forum . Hans primære motivasjon var økt båndbredde (som tillater opptil 40 Gbit/s), konvergens av USB-C-økosystemet og minimalisering av forvirring for sluttbrukeren. Spesifikasjonen er kompatibel/basert på Thunderbolt 3, samt bakoverkompatibel med USB 3.2 og USB 2.0.

I 2020 ble det kunngjort at denne standarden ville være kompatibel med DisplayPort 2.0 og at den ville støtte oppløsninger høyere enn 8K, slik som 16K (15360 x 8460) ved 60Hz og 30 bpp 4:4:4 HDR med DSC. [to]

USB On-The-Go

Se også: tjoring

USB On-The-Go , ofte forkortet til USB OTG, er en spesifikasjon som lar USB-enheter som digitale lydspillere, mobiltelefoner eller nettbrett fungere som servere, noe som gjør det mulig å koble til USB-flash-stasjoner, USB-harddisker , mus , eller tastaturer. , blant andre komponenter.

Fysiske egenskaper

USB

Minnepinne.

USB type A hannkontakt.

USB-kontakter (fra venstre til høyre): Type A hann, Type Mini-B hann, mikroplugg (ca. 5 mm bred for digitalkameratilkobling).

PCI-USB 2.0-kort.

Datakablene er et tvunnet par for å redusere støy og forstyrrelser.

Ulike typer USB-kontakter (fra venstre til høyre): UC-E6 USB-kompatibel, Mini-B, Type B, Type A hunn og Type A hann.

En USB-pinne som denne vil normalt implementere USB Mass Storage Device-klassen.

Kompatibilitet og koblinger

USB-standarden spesifiserer relativt brede mekaniske toleranser for kontaktene, og forsøker å maksimere kompatibiliteten mellom kontaktene produsert av selskapet, et mål som er oppnådd. USB-standarden, i motsetning til andre standarder, definerer også størrelser for området rundt en enhets kontakt, for å unngå blokkering av en tilstøtende port av den aktuelle enheten.

USB 1.0-, 1.1- og 2.0-spesifikasjonene definerer to typer kontakter for tilkobling av enheter til verten: A og B. Det mekaniske laget har imidlertid endret seg på noen kontakter. For eksempel er IBM UltraPort en privat USB-kontakt plassert på toppen av LCD -skjermen på IBM bærbare datamaskiner . Den bruker en annen mekanisk kontakt, samtidig som den opprettholder de karakteristiske signalene og protokollene til USB. Andre småvareprodusenter har også utviklet sine små koblingsmedier, og en lang rekke av dem har dukket opp, noen av dårlig kvalitet.

En utvidelse til USB kalt "USB On The Go" lar en port fungere som en server eller som en enhet; dette bestemmer hvilken side av kabelen som er koblet til apparatet. Selv etter at kabelen er koblet til og enhetene kommuniserer, kan de 2 enhetene "bytte roller" under kontroll av et program. Denne funksjonen er spesielt utviklet for enheter som PDAer , der USB-koblingen kan kobles til en PC som en enhet, og som en vert til et tastatur eller en mus. "USB-On-The-Go" har også designet 3 små kontakter, mini-A og mini-B, så dette bør stoppe spredningen av miniatyriserte inngangskontakter.

Type A- og B-kontakter

Den klassiske USB-spesifikasjonen vurderer flere størrelser og typer kontakter som er kompatible med forskjellige spesifikasjoner:

I motsetning til andre datakabler ( Ethernet , HDMI , osv.), bruker hver ende av en USB-kabel en annen type kontakt; en av type A eller type B. Denne typen design ble valgt for å unngå elektrisk overbelastning og for ikke å skade utstyret, siden det kun er type A-kontakten som gir den elektriske belastningen.

Pinnelayout for type A og B

Pin Navn trådfarge Beskrivelse
1 VDC rød +5V
to D- Hvit Data -
3 D+ Grønn Data +
4 GND Svart Land

Pinnelayout for typene "mini" og "mikro"

Pin Navn trådfarge Beskrivelse
1 VDC rød +5V
to D- Hvit Dato -
3 D+ Grønn Data +
4 ID Ingen Tillater skille mellom Micro-A og Micro-B
  • Type A: jordet
  • Type B: ikke tilkoblet
5 GND Svart Jord og retur eller negativ

USB-masselagring

USB implementerer tilkoblinger til lagringsenheter ved hjelp av en gruppe standarder som kalles USB-masselagringsenhetsklassen (MSC eller UMS for kort). Dette ble opprinnelig designet for optisk og magnetisk minne, men brukes nå til å støtte en lang rekke enheter, spesielt USB-minnebrikker .

WirelessUSB

Trådløs USB (ofte forkortet W-USB eller WUSB) er en trådløs radiokommunikasjonsprotokoll med høy båndbredde som kombinerer brukervennligheten til USB med allsidigheten til trådløse nettverk. Den bruker Ultra-WideBand-plattformen utviklet av WiMedia Alliance som sin radiobase, som kan oppnå overføringshastigheter på opptil 480 Mbit/s (samme som USB 2.0) ved rekkevidde på tre meter og 110 Mbit/s ved rekkevidde på ti meter og opererer i frekvensområdene fra 3,1 til 10,6 GHz. Til dags dato er 2018 i full overgang og det er fortsatt ikke mange enheter som inkorporerer denne protokollen, både klienter og verter. Mens denne prosessen varer, ved hjelp av passende adaptere og/eller kabler, kan en WUSB-enhet konverteres til en USB-enhet og omvendt.

Liste over eksterne enheter som kan kobles til en USB- og USB OTG-port

USB-porten er en standard som tillater overføring av informasjon til eller fra en annen perifer enhet. Denne listen beskriver periferiutstyret som kan kobles til en USB-port. I alfabetisk rekkefølge.

Se også

Referanser

  1. ^ "USB-oppfinner er teknologiens usannsynlige 'rockestjerne' - CNN" . Articles.cnn.com. 4. februar 2010. Arkivert fra originalen 24. mars 2012 . Hentet 12. desember 2011 . 
  2. ^ a b "USB 'A' Plug Form Factor Revisjon 1.0" (PDF) . USB-implementeringsforum. 23. mars 2005. s. 1. Arkivert fra originalen 19. mai 2017 . Hentet 4. juni 2017 . «Kroppslengden er hele 12 mm i bredden og 4,5 mm i høyden uten avvik». 
  3. ↑ a b Fayerwayer USB-C Hva det er, hva det kan gjøre og hvorfor vi kommer til å se det overalt
  4. ^ "Boston Globe Online / Business / USB fortjener mer støtte" . simpson.net. 31. desember 1995 . Hentet 12. desember 2011 . 
  5. ↑ « Om USB Implementers Forum, Inc. » (på engelsk) . Hentet 1. august 2014 . 
  6. ↑ "Hvorfor det er vanskelig å koble til en USB og andre hemmeligheter rundt dens fødsel" . Hentet 2013-07-25 . 
  7. ^ "SuperSpeed ​​​​USB 3.0: Flere detaljer dukker opp" . 6. januar 2009. 
  8. ↑ Shankland, Stephen. USB 3.0 bringer optisk tilkobling i 2008. CNET News.com. Hentet 2007-09-19.
  9. ↑ Demerjian, Charlie. Gelsinger-demoer USB 3.0, PICe 3.0 og andre nye leker. Arkivert 7. november 2017 på Wayback Machine . TheInquirer . Hentet 2007-09-19.
  10. ^ "USB i et nøtteskall - Kapittel 2 - Maskinvare" . BeyondLogic.org . Hentet 25. august 2007 . 
  11. ^ "Arkiveret kopi" . Arkivert fra originalen 14. mai 2009 . Hentet 24. februar 2011 . 
  12. ↑ Thunderbolt 3. Den kraftigste og mest allsidige porten som finnes
  13. ^ "USB 3.1-spesifikasjonsretningslinjer for språkbruk fra USB-IF" . Arkivert fra originalen 12. mars 2016 . Hentet 21. desember 2017 . 
  14. ^ "USB4™-spesifikasjon" . Hentet 29. april 2020 . 

Eksterne lenker