Universal Serial Bus

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Ujednoznacznienie Ten artykuł dotyczy portu komunikacyjnego. Zobacz też: inne znaczenia tego skrótu.
USB 1.1 / USB 2.0 / USB 3.0
USB Type A Plug BW.svg
Wtyczka USB typu A
Typ interfejsu szeregowy
Transfer USB 1.1: do 12 Mbit/s (1,5 MB/s)
USB 2.0: do 480 Mbit/s (60 MB/s)
USB 3.0: 5 Gbit/s (640 MB/s)[1]
Długość magistrali 3 m lub 5 m. Wtórnik USB umożliwia przedłużenie kabla USB o swoją długość
Liczba portów USB 1.1: od 2 do 6
USB 2.0: od 2 do 8 (dla chipsetów VIA)
USB 3.0: od 2 do 10
Liczba urządzeń do 127 na magistrali utworzonej przy użyciu hubów
Rodzaj złącza USB typu A lub B
Zasilanie przez interfejs USB 1.1, 2.0 5V 500mA

USB 3.0 5V 900mA

Hot plugging tak
Zastosowanie
klawiatury, myszy, dżojstiki, kamery internetowe, skanery, drukarki, modemy, pamięci masowe, aparaty cyfrowe, telefony komórkowe, urządzenia audio-wideo, łączenie dwóch komputerów za pomocą kabla PC-USB-PC
Logo standardu USB

Universal Serial Bus, USB, uniwersalna magistrala szeregowa – rodzaj sprzętowego portu komunikacyjnego komputerów, zastępującego stare porty szeregowe i porty równoległe. Został opracowany przez firmy Microsoft, Intel, Compaq, IBM i DEC.

Port USB jest uniwersalny w tym sensie, że można go wykorzystać do podłączenia do komputera wielu różnych urządzeń (np.: kamery wideo, aparatu fotograficznego, telefonu komórkowego, modemu, skanera, klawiatury, przenośnej pamięci itp). Urządzenia podłączane w ten sposób mogą być automatycznie wykrywane i rozpoznawane przez system, przez co instalacja sterowników i konfiguracja odbywa się w dużym stopniu automatycznie (przy starszych typach szyn użytkownik musiał bezpośrednio wprowadzić do systemu informacje o rodzaju i modelu urządzenia). Możliwe jest także podłączanie i odłączanie urządzeń bez konieczności wyłączania czy ponownego uruchamiania komputera.

Większość współczesnych systemów operacyjnych obsługuje złącze USB – dotyczy to m.in. systemów firmy Microsoft zaczynając od Windows 95 w wersji OSR2 (istnieje także poprawka do wersji OSR1 udostępniająca obsługę USB), systemów Windows z rodziny NT (od wersji 5.0), systemów opartych na jądrze Linux, systemów z rodziny BSD oraz Mac OS.

Praca w sieci[edytuj | edytuj kod]

Jedną z ważniejszych cech portu USB jest zgodność ze standardem Plug and Play. Architektura USB składa się z serwera (hosta), wielu portów USB oraz urządzeń do nich podłączonych. Host USB może zarządzać wieloma kontrolerami, a każdy kontroler może udostępniać jeden lub więcej portów USB. Urządzenia można łączyć ze sobą tworząc sieć o topologii drzewa wykorzystując do tego koncentratory USB. Mogą być one połączone ze sobą kaskadowo tworząc nawet pięciopoziomową strukturę drzewiastą. W całej sieci można podłączyć do 127 urządzeń USB, jednak ze względu na pobór mocy ich liczbę trzeba ograniczyć. Każde urządzenie komunikuje się z kontrolerem przy wykorzystaniu kanałów logicznych, których może być do 32, przy czym 16 z nich jest wejściowych i 16 wyjściowych. Dwa kanały, po jednym z każdego kierunku transmisji, są zarezerwowane, więc realnie istnieje 30 kanałów logicznych na każde urządzenie USB. Przykładem wykorzystania wielu kanałów może być kamera internetowa z mikrofonem i wyjściem słuchawkowym. Ponadto w jednej sieci mogą pracować urządzenia o różnych szybkościach transmisji.

Ważną cechą USB jest to, iż magistrala wymaga obecności dokładnie jednego kontrolera magistrali, którego rolę pełni host. Uniemożliwia to wykonanie bezpośredniego połączenia dwóch komputerów (wymagany jest przewód ze specjalnym układem) ani bezpośredniego połączenia ze sobą urządzeń peryferyjnych (w tym przypadku brak kontrolera).

Standardy i przepustowość[edytuj | edytuj kod]

Na opakowaniach produktów można znaleźć oznaczenia USB 2.0 i podobne, ważniejszą informacją jest jednak szybkość transmisji. Urządzenia te powinny mieć naklejkę informującą o ich standardzie pracy. Urządzenia USB możemy podzielić na trzy grupy ze względu na zgodność z przyjętymi specyfikacjami:

  • USB 1.1 Urządzenia spełniające warunki tej specyfikacji mogą pracować z szybkością (Full Speed) 12 Mbit/s (1,5 MB/s) i (Low Speed) 1,5 Mbit/s (0,1875 MB/s). Data ogłoszenia specyfikacji: 23.08.1998.
  • USB 2.0 (Hi-Speed) Urządzenia zgodne z warunkami nowej specyfikacji mogą pracować z maksymalną szybkością 480 Mbit/s (60 MB/s). Rzeczywista szybkość przesyłu danych zależy od konstrukcji urządzenia. Według testów portalu CNet[2] maksymalna prędkość zapisu kształtuje się w granicach 25 - 30 MB/s, a odczytu 30 - 42 MB/s. Jest to głównie spowodowane tym, że transmisja danych przez port odbywa się w trybie half-duplex na jednej parze przewodów. Urządzenia w standardzie USB 2.0 są w pełni kompatybilne ze starszymi urządzeniami. Data ogłoszenia specyfikacji: 27.04.2000.
  • USB 3.0 (SuperSpeed) Urządzenia zgodne z warunkami nowej specyfikacji mogą pracować z szybkością 5 Gbit/s[1] (640 MB/s). Rzeczywista przepustowość łącza danych wynosi 4 Gbit/s, co przy zastosowaniu kodowania 8b/10b pozwala uzyskać transfer rzędu 400 MB/s[3]. Nowy standard oprócz standardowych przewodów (dla kompatybilności w dół z USB 2.0 i 1.1) do szybkich transferów wykorzystuje dwie dodatkowe, ekranowane pary przewodów w full-dupleksie. Pierwsza prezentacja tej technologii odbyła się na targach CES 2008. Data ogłoszenia specyfikacji: 17.11.2008.
  • USB 3.1 Standard ogłoszony 31 lipca 2013. Do powszechnego użytku ma wejść w 2015 roku. Prędkość maksymalna to 10 Gbit/s, a moc może wynosić 100W. Standard 3.1 będzie kompatybilny z USB 3.0 i 2.0.

Typy złączy USB[edytuj | edytuj kod]

Transmisja elektryczna[edytuj | edytuj kod]

Przewód Numer Sygnał Opis
czerwony 1 VBUS zasilanie +5 V (maks. 0,9 A)
biały albo żółty 2 D- transmisja danych Data-
zielony 3 D+ transmisja danych Data+
czarny 4 (5 w microUSB i miniUSB) GND masa
5 SSRX- Odbiór Danych USB 3.0
6 SSRX+ Odbiór danych USB 3.0
7 GND DRAIN Masa USB 3.0
8 SSTX- Nadawanie danych USB 3.0
9 SSTX+ Nadawanie danych USB 3.0

Transmisja odbywa się przy wykorzystaniu dwóch przewodów (zielonego Data+ i białego Data-). Magistrala zawiera również linię zasilającą (czerwony +5VDC i czarny przewód − masa) o napięciu 5 V i maksymalnym poborze prądu 1,5 A dla USB 2.0 i 0,9 A dla USB 1.1 w trybie charging ports (standardowo 0,5 A dla USB 1.1/2.0). W starszych płytach głównych występuje zamiast czterech pięć styków dla każdego gniazda USB; piąty styk należy połączyć z czarnym przewodem GND płytki z gniazdem. Uwaga. W przypadku wtyczek USB mini i micro (jak na powyższym zdjęciu wtyczki zawierające 5 styków) schemat połączeń wygląda nieco inaczej niż zawarty w tabeli poniżej. W mini i micro USB styk oznaczony jako 4 pozostaje niepodłączony (NC), styk o numerze 5 stanowi GND (przewód czarny).

Czasem można spotkać się z następującymi kolorami przewodów: niebieski, pomarańczowy, zielony, biały. Wówczas kolor biały odpowiada czerwonemu (według powyższego schematu jest to przewód nr 1), zielony – biały albo żółty (według powyższego schematu jest to przewód nr 2), pomarańczowy – zielony (według powyższego schematu jest to przewód nr 3), niebieski – czarny (według powyższego schematu jest to przewód nr 4). W niektórych przypadkach przewód czarny (na powyższym schemacie oznaczony nr 4.) znaczony jest kolorem białym, natomiast kolor biały (przewód nr 2 na schemacie) bywa zastępowany niebieskim.

Zasilanie[edytuj | edytuj kod]

Standardowym napięciem zasilania dla pojedynczego urządzenia podłączonego do portu USB 1.1/2.0 jest 5 V przy czym specyfikacja określa, że powinno być ono między 4,75 V a 5,25 V. Dla portu USB 3.0 podstawowe napięcie jest takie samo, lecz dopuszczalny zakres jest szerszy i wynosi 4,45 – 5,25 V[4]. Dla portu USB 2.0 podstawową jednostką zasilania jest 100 mA, a dla USB 3.0 - 150 mA i są to minimalne wartości prądu jakie może podać port. Otrzymuje się je odpowiednio przy napięciach 4.0 V i 4,4 V. Przy standardowym napięciu zasilania prąd płynący w obwodzie jest 5 razy większy dla standardu USB 2.0 (wynosi on 500 mA) i 6 razy większy dla USB 3.0 (czyli 900 mA). Są to wartości maksymalne dla tych specyfikacji. Jeśli urządzenie podłączone do odpowiedniego portu jest wysokoprądowe, to domyślnie jest zasilane maksymalnym prądem. Natomiast urządzenie niskoprądowe inicjowane jest minimalną wartością prądu, ale może ono zażądać wartości maksymalnej i otrzyma ją, tylko gdy magistrala ma taka możliwość[5]. Jeśli urządzenie wymaga więcej prądu niż maksymalny, jakim jest w stanie zasilić go port, wtedy nie może być ono zasilane z pojedynczego portu. Takie urządzenia zwykle pozwalają na podłączenie dodatkowego portu USB i zasilanie go jednocześnie z obu[6]. Przy podłączeniu koncentratora portów USB do portu bazowego, przydziela on sobie 1 jednostkę zasilania (odpowiednio 100/150 mA), a pozostałe 4 rezerwuje dla później przyłączanych urządzeń. Jeśli zostanie podłączone jedno urządzenie to koncentrator przydzieli mu tylko 1 jednostkę zasilania, a pozostałe rezerwuje. Inaczej jest, gdy koncentrator ma własne zasilanie. W takim przypadku może on podawać maksymalną wartość prądu dla każdego urządzenia.

W specyfikacji USB w 2007 roku zdefiniowano nowy typ portów służący do ładowania urządzeń (baterii) - są to tzw. charging ports. Pozwalają one na uzyskanie prądu zasilającego powyżej 500 mA bez jakiejkolwiek negocjacji z kontrolerem. Jeśli jednak podłączone urządzenie będzie przeciążać port, to zostanie automatycznie na nim odcięte zasilanie. Rozróżnia się dwie odmiany ładujących portów USB. Należą do nich downstream charging ports pozwalające na przesyłanie danych, i dedicated charging ports, w których piny D- i D+ są zmostkowane (nie pozwalają na transmisję danych). W pierwszej odmianie portów zbyt duży prąd zasilania mógłby interferować z przewodami sygnałowymi służącymi do przesyłania danych, dlatego maksymalny prąd zasilający został ograniczony do 900 mA. W przypadku portów dedykowanych nie ma takiej obawy, więc wartość maksymalnego prądu jaki może podać port wynosi 1,5 A w przypadku USB 2.0 i 1,8 A dla USB 3.0[7].

Innym rodzajem portów USB są porty zasilane (powered USB), które potrafią dostarczyć prąd o natężeniu 6 A i napięciu 5 V, 12 V lub 24 V. Pozwala to uzyskać do 144 W zasilania na port.

Kontroler USB[edytuj | edytuj kod]

Kontroler USB firmy ASUS na złączu PCI

Kontroler USB jest kartą rozszerzeń umożliwiająca podłączanie urządzeń korzystających z interfejsu USB do komputerów nie posiadających tego złącza. Karty takie występują w różnych wersjach w zależności od liczby portów i ich rodzaju (USB 1.1, USB 2.0 lub USB 3.0).

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]