Интерфейс USB 3.0: теория

Чем отличается USB 2.0 от USB 3.0, помимо скорости?

USB — очень полезный инструмент. Скорее всего, даже если вы не знаете, что это точно или как это работает, вы, наверное, слышали об этом; и даже если вы этого не сделали, вы все равно, вероятно, использовали его, не осознавая этого.

Основная цель USB, которая обозначает универсальную последовательную шину (USB) — это связь. В основном, он используется для передачи информации, данных и подключения между устройствами. В 90-е годы, когда компьютерная технология действительно начала принимать участие в своем развитии и начала расти, количество устройств, которые были запущены и использовались нуждались в новом формате для быстрой и стабильной передачи данных между гаджетами.

Введение

Хотя интерфейс USB 3.0 становится все популярнее, похвастать наличием соответствующего контроллера могут не все даже современные материнские платы (а собственно со стороны чипсетов поддержка ожидается только в будущем — к счастью, уже недалеком). Что уж говорить о многочисленных системах, собранных на базе комплектующих прошлых лет — там безраздельно правит старый добрый USB 2.0.

Конечно, свежий стандарт со временем вытеснит заслуженного ветерана индустрии (шутка ли — доброе десятилетие в строю, старейшими аксакалами из общераспространенных интерфейсов являются разве что шина PCI и разъемы PS/2, да и те уже не всегда можно найти на современных матплатах!). Но стоит ли бежать впереди паровоза, заранее заготавливая периферию под новый стандарт? Насколько хороша заявленная совместимость между устройствами и контроллерами USB 2.0 и USB 3.0? Есть ли разница в быстродействии между накопителями USB 2.0 и USB 3.0 при работе с устаревающей версией USB?

Для ответа на эти вопросы мы взяли два доступных нам USB-накопителя под интерфейс USB 3.0 и пару флэшек под USB 2.0. Базой для сравнения выступила материнская плата Gigabyte GA-Z68X-UD3P-B3, предлагающая пользователю как порты USB 2.0 чипсета Intel Z68, так и контроллер USB 3.0 производства EtronTech.

До свидания USB 3.0

Выпущенный десять лет назад в 2008 году, USB 3.0 стал третьей серьезной версией стандарта USB. Он обновил USB 2.0, который был выпущен в 2000 году и допускал только относительно медленную скорость передачи данных 480 Мбит/с. USB 2.0 также ограничен мощностью до 500 мА при 5 В. USB 3.0 позволил значительно повысить уровень мощности и ускорить передачу данных, увеличив их до 900 мА при 5 В и 5 гигабит в секунду (Гбит/с) соответственно.

Хотя мы обсуждаем спецификации, мы должны упомянуть, что спецификации мощности никогда не были жесткими ограничениями; они больше похожи на знаки ограничения скорости, показывающие максимальный уровень безопасной мощности. Некоторые USB-зарядные устройства могут обеспечить более высокие уровни мощности, быстрее заряжая устройства. Тем не менее, они технически находятся за пределами спецификации USB и рискуют взорвать устройство, если схема не ожидает более высоких уровней тока. Тем не менее, большинство современных устройств потребляют столько энергии, сколько им нужно, и могут легко поддерживать ток более высокого уровня. Устройства Apple фактически заряжаются на 2,1 ампера, более чем в четыре раза выше спецификации USB 2.0.



История создания

word-image-83.jpeg

Разберемся, что представляет из себя USB-разъем, и какие у него отличия от остальных портов.

USB (universal serial bus) – переводится как «универсальная последовательная шина».

Отличается такой разъем тем, что через него передаются совершенно любые данные. USB работает практически со всеми существующими электронными устройствами. Эти качества и делают USB-разъемы самыми популярными и распространенными на рынке электроники.

word-image-84.jpeg

До изобретения USB, старые компьютеры имели много разнообразных разъемов для подключения той или иной периферии. Это было очень неудобно, и порой слишком громоздко для содержания ПК у себя дома.

С выходом первого поколения USB в 1996 году, всё изменилось. Версия 1.0 не отличалась высокой скоростью (всего лишь 1,5 Мбит/с), но это был прорыв. Теперь не требовалось держать под рукой множество переходников для разных устройств. Всё подключалось через USB.

В двухтысячном году вышла версия – 2.0. Новое поколение имело пропускную способность до 480 мегабит в секунду. До 2008 года, второе поколение USB оставалось самым современным и надежным способом подключения.

Затем вышло третья версия USB-разъемов. Сегодня – это самое современное поколение. 3.0 развивает скорость передачи информации до 5 гигабит в секунду. Благодаря этому, к компьютеру или ноутбуку можно подключить не только флэш-карты, но и SSD накопители.

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.

Технические особенности

Несмотря на то, что стандарты USB 2.0 vs USB 3.0 совместимы между собой, они имеют некоторые отличия в строении. Для поддержки старых устройств USB 3.0 имеет всё те же четыре контакта.  Одну пару для приёма и передачи данных, и вторую — для питания. Но тут начинается разница между USB 2.0 и 3.0. Для организации высокой скорости работы, быстрой зарядки и других преимуществ, было добавлено ещё четыре контакта, которые предназначены для работы с силой тока до 1 ампера.

Из-за этого было добавлено ещё две витых пары. Теперь сам шнур стал толще, а его максимальная длина от пяти метров сократилась до трёх. Благодаря увеличению силы тока теперь возможны быстрая зарядка смартфонов и подключение большего количества устройств к одному разъёму USB. Кроме того, для кабеля была добавлена защита от магнитных полей.

В чём разница USB 2.0 и USB 3.0 внешне? Во-первых, это количество контактов. Во-вторых, производители выпускают порты USB 3.0 синего или в некоторых случаях красного цвета. Поэтому определить, какой перед вами разъём, не составит труда.

Порт (стандарт) USB 2.0

USB 2.0 сохранив одинаковые разъёмы, а типов разъёмов придумано 6 обеспечивал передачу информации но уже с максимальной скоростью до 480 мБит/с, теоретически можно передавать информацию на скорости 60 мБайт/с. первоначально также обеспечивалось питание подключаемых устройств 0,5А но в последствии стали устанавливать усилители тока для возможности питания энергоёмких устройств и появились USB поддерживающие питание 1А, иногда и больше говорят встречались разъёмы с максимальной возможностью выдачи питания 5А (USB 2.0 5A).  Были придуманы дополнительные возможности например прямого подключения устройств без компьютера например телефона или фотоаппарата или принтера для печати фотографий. Широко распространения такой USB не получил хотя и используется. Но разработчики на этом не останавливались да и сама жизнь заставляла придумывать как увеличить скорость передачи в этом свою роль сыграло внедрение телевидения сверх высокой чёткости и 4K существующий стандарт USB 2.0 не мог обеспечить необходимую скорость передачи информации. Возник USB 3.0

Энергопотребление

Для снижения энергопотребления проделана большая работа, которая заключается в изменении самих принципов взаимодействия хоста с устройствами (устройства с устройствами по-прежнему работать не могут). Каждая из линий подключения устройств может находиться в одном из 4 состояний, характеризующихся различным энергопотреблением.

Пересылка всего трафика через все линии и порты, сделанная в USB 1.0/2.0 для упрощения логики работы хабов, отменена — хабы осуществляют маршрутизацию, посылая пакеты только в те порты, которые необходимы для достижения конкретного устройства. Кроме того, хаб с упреждением информирует каждое устройство об ожидаемой нагрузке, а значит, устройство способно самостоятельно управлять линией, по которой оно подключено к хабу. Динамически меняя состояние линий, вся шина может существенно сэкономить энергию, которая в данном случае не расходуется зря.

Интересно также отметить, что энергию в USB 3.0 могут экономить не только устройства, но и сам хост. Каждое устройство обязано предоставить информацию о том, какую минимальную скорость обслуживания оно способно «выдержать» без ущерба для функционирования. На основе этих данных хост (читай — ноутбук или портативный плеер) может перейти в максимально «глубокое» состояние энергопотребления — понизить частоту процессора, например. Конечно, если среди подключенных устройств встретятся модели, не поддерживающие USB 3.0, описанная схема работать не будет.

Какая скорость у USB 3.0 и 2.0

Помимо того, что USB 2.0 является более старой версией 3.0, основными отличиями между ними являются скорость. USB обеспечивает максимальную скорость 480 Мбит / с, а USB 3.0 обеспечивает скорость передачи данных до 4,8 Гбит / с. Это различие почти в 11 раз. Однако в действительности скорость каждого будет отличаться от типов используемых устройств. USB 2.0 и 3.0 также совместимы с обратной совместимостью, что означает, что вы можете подключить провод USB 2.0 в порту USB 3.0 или наоборот. Однако это также скажется на скорости передачи данных.

Увеличение скорости передачи данных связано с тем, что USB 3.0 имеет больше проводов; это позволяет ему переносить больше данных, следовательно, эффективно сокращая время, затрачиваемое на передачу всех данных. USB 2.0 имеет 4 внутренних провода в своем кабеле, а USB 3.0 — 9, что более чем в два раза.

Две версии USB также отличаются способом передачи данных. USB 2.0 использует полудуплексный метод для передачи данных. Это означает, что поток данных на USB 2.0 является однонаправленным, то есть можно либо отправить данные, либо получить данные; они не могут сделать то и другое. С другой стороны, поток данных на USB 3.0 является двунаправленным, так как он использует полнодуплексный метод для передачи данных. Это позволяет пользователю одновременно отправлять и получать данные.

Кстати, ранее мы говорили о том, какой видеоредактор является лучшим для Linux. Перейти можно по ссылке выше.

Какие версии usb существуют?

По мере развития стандарта USB, он менялся с точки зрения скорости и мощности, что позволило значительно увеличить скорость запуска, зарядки USB-устройств и передачи данных.

Ниже показаны версии USB от самых ранних до новейших:

Версия

Год

Описание

Скорость передачи данных

USB 1.0

1996

Поскольку технология еще находилась в зачаточном состоянии, потребителям были доступны немногие USB-устройства.

12 Мбит/с

USB 1.1

1998

Первая версия, которая получила широкое распространение.

12 Мбит/с

USB 2.0

2000

Стандартный USB. Многие старые компьютеры имеют порты USB 2.0.

480 Мбит/с

USB 3.0

2008

Первый USB с новой функцией — SuperSpeed.

5 Гбит/с

USB 3.1

2013

Представлена скорость передачи данных, равная скорости, достигаемой с помощью кабеля Ethernet.

10 Гбит/с

USB 3.2

2017

Разработана новейшая версия USB для работы с кабелями USB-C, обеспечивающая скорость передачи данных SuperSpeed +.

20 Гбит/с

Стоимость

Средняя стоимость для флэш памяти, оснащенной USB разъемом стандарта 2.0, примерно составляет около 10$ за объем 8 Гбайт, и 5$ за 4 Гбайт. Эта цена является в принципе не очень дорогой и устраивает большую часть покупателей. Однако за увеличение скорости стоит заплатить и причем не очень-то и мало.

Цена на флэш накопитель с разъемом 3.0 на порядок дороже чем на 2.0. Средняя стоимость составляет 40$ и более. Вот тут-то и должен возникнуть вопрос, а готовы ли вы «выложить» из своего кармана такую сумму за прирост скорости. Если целью покупки является дешевый инструмент для передачи небольших по объему файлов, то выбор стоит все-таки сделать в пользу 2.0, но если скорость является основополагающим фактором использования «флешки» то тут уж не обойтись без возможностей 3.0

Разные USB

Совместимость

Совместимы ли версии 2.0 и 3.0, можно ли подключить кабель одной версии к порту другой?

Технически это возможно – устройство будет исправно работать, так как порты физически совместимы. Однако всегда будут возникать значительные изменения в функционировании.

А именно, при такой комбинации USB всегда будет работать по параметрам более старой версии, то есть, в данном случае, в формате 2.0.

 Дело в том, что тогда как новая версия приспособлена для временного «отката» до старой, старая просто не имеет технических и конструктивных возможностей для работы в формате 3.0, как ясно из написанного выше.

Таким образом, данные версии можно назвать условно совместимыми.

<Рис. 4 Внешний вид>

<Рис. 4 Внешний вид>

к содержанию ↑

Питание через USB-разъем

Изначально стандарт USB был «заточен» на питание и зарядку маломощных девайсов с током потребления до 0,5 A при напряжении 5 V. Однако с появлением смартфонов и планшетов с батареями повышенной емкости этот предел стал бы непреодолимым барьером к массовому выпуску их на рынок. Ведь заряжать такие устройства малыми токами можно сутки напролет, а кому это понравится.

Так появилось еще несколько спецификаций, в том числе Quick Charge (быстрая зарядка) – технология передачи энергии, которая превышает штатные возможности USB, посредством USB-интерфейса.

Зарядное устройство Quick Charge.

Сегодня актуальны следующие версии этого стандарта:

  • Quick Charge 2.0. Она предусматривает ступенчатое повышение выходного напряжения от 5 V до 9 V, 12 V и 20 V.
  • Quick Charge 3.0. Также поддерживает повышение напряжения до 20 V, но с интервалом 0,2 V.
  • Quick Charge 4.0 и 4+. Базируется на еще одной технологии электропитания – Power Delivery, и обеспечивает быструю зарядку аккумуляторов через разъемы USB-C.

Возможность пополнять запасы энергии от зарядных устройств с поддержкой Quick Charge имеют только те гаджеты, где она реализована на аппаратном уровне. Технология QC, как и USB, полностью поддерживает обратную совместимость.

Power Delivery – стандарт питания энергоемких устройств с поддержкой мощности до 100 W посредством обычного кабеля и разъемов USB версии 2.0 или 3.0-3.2. Источником энергии в такой системе может быть не только зарядник или power bank, но и девайс, выступающий в роли хоста. А хостом может назначаться любой гаджет с аккумулятором, например, смартфон, подключенный к другому смартфону.

Передача тока в системах Power Delivery идет в обоих направлениях, поэтому хост и периферия в процессе зарядки могут меняться местами. Кроме того, стандартом предусмотрена возможность изменения уровней токов и напряжений по пяти профилям:

  • менее 5 V и 2 А;
  • 5-12 V и 1.5 А;
  • 5-12 V и 3 А;
  • 12-20 V и 3 А;
  • 12-20 V и 4.75-5 А.

Power Delivery уже сейчас позволяет питать через разъемы USB такие мощные устройства, как ноутбуки и моноблоки. Дальнейшее развитее технологии, надо ожидать, перешагнет 100-ваттный порог и найдет применение в умных TV, бытовой технике, осветительных приборах и везде, где только можно. Словом, у USB большое будущее, и нам предстоит сосуществовать с ним еще много-много лет.

Разобрались? Удивлены, что разных видов USB так много? 😉

Одна из первых вариаций

Штекер USB Type A идеален, но в соответствии с задумкой USB Implementers Forum, он должен подключаться к компьютеру, а к периферийному устройству должен идти другой штекер. В давние времена эту роль выполнял USB 2.0 тип B.


Сравнение USB type A с USB type b

В современных устройствах он уже практически не используется, однако вполне вероятно что у вас может найтись дома принтер или сканер, подключаемый по такому «квадратному» USB.

Как отличить провод с USB 3.0 от 2.0?

Здесь USB окрашены в белый цвет

Продолжая развивать тему того, чем отличается USB 2.0 от USB 3.0 мы зацепим Другое различие между USB 2.0 и 3.0, а именно оно является визуальным. Порт USB 2.0 в основном черный или серый, порт USB 3.0 синий. Это в основном сделано так, что люди могут сказать разницу на первый взгляд, глядя на порт, который выглядит одинаково. Также сам порт USB 2.0 и 3.0 отличается. Порт USB 2.0 имеет 4 медных контакта, а порт USB 3.0 имеет 9 медных контактов в соответствии с его 9 проводами. Штыри расположены в двух разных строках, один с 4, а другой с 5.

Пример USB Type C

Следует также отметить, что оба USB 2.0 и 3.0 имеют разные порты: порты типа A, которые в основном предназначены для использования на компьютерах и больших устройствах; Порты типа B, которые являются мини и, следовательно, для использования в небольших устройствах, таких как цифровые камеры, MP3-плееры, старые смартфоны и т. Д. Однако большинство портов mini-B теперь заменены портами micro-USB. Это тот, который мы видим на большинстве смартфонов.

В 2014 году USB 3.1 был выпущен как обновление до USB 3.0. Он работает так же, как и USB 3.0, но улучшает скорость. Тем не менее, он не так широко распространено в использовании.

Тем не менее, последним увлечением является USB Type C, который, по-видимому, в конечном итоге станет более популярным, чем USB 3.0. Тип C имеет сменный порт, что означает, что оба конца одинаковы. Тем не менее, еще предстоит выяснить, достигнет ли он популярности и широко распространенного использования USB 2.0.

Версия USB 1.0 – археологические раскопки

Прапрапрадед стандарта USB – USB 1.0 появился на свет холодным ноябрем 1995 года. Но родился он немного недоношенным и большой популярности не обрел. А вот его младший брат USB 1.1, появившийся на свет тремя годами позже, был более жизнеспособным экземпляром и смог привлечь к себе достаточно внимания.

Что касается технической части, то скорость передачи данных была небольшой, но по меркам тех времен этой скорости было более чем достаточно. Скорость составляла до 12 Мбит/с и это в режиме высокой пропускной способности.

Другие материалы по данной теме

USB 3.0: есть ли смысл для картовода?
USB 3.0 — теория и практика

Видео про отличия USB 2.0 и USB 3.0

Цены в интернете

Александр

Александр

Специалист по беспроводным сетям, компьютерной технике и системам видеонаблюдения. Выпускник образовательного центра при МГТУ им. Баумана в Москве. Автор видеокурса «Все секреты Wi-Fi»

Задать вопрос

( 4 оценки, среднее 4.75 из 5 )

Optical USB (USB 3.0)

Optical USB

Optical USB (USB 3.0) некоторые фирмы осознав что есть незанятая ниша придумали передавать сигнал USB не по кабелю а по оптическому волокну, в этом случае используется конвертер с электрического сигнала в оптический и между разъёмами передаётся оптический сигнал, это частный случай используется тот же протокол USB 3.0 но сигнал передаётся в оптической среде. Одно из неоспоримых преимуществ возможность создать очень гибкий кабель и практически неограниченной длины, длина кабеля зависит от мощности лазера встроенного в разъём сейчас изготавливаются кабели до 50 метров.

История создания Universal Serial Bus

У разработчиков стационарных компьютеров и ноутбуков давно зрело решение о замене разношерстных коммуникационных разъемов одним универсальным, способным решать все возможные задачи. Первые образцы интерфейса Universal Serial Bus начали появляться в 1994-1996 годах и обозначались как USB 1.0. Новинка подстегнула рынок внешних устройств, и уже к 2000 году большинство принтеров, сканеров и других девайсов стали снабжать новомодным интерфейсом. Большим плюсом в развитии USB явилось появление в 1999 году первого флеш-накопителя на 8 Мб, который пришелся по вкусу всем пользователям.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...