Невозможно представить современного человека без электронных устройств. Смартфоны, планшеты, музыкальные плееры и ноутбуки сегодня есть практически в каждой семье. Каждое из этих устройств имеет собственное применение и, следовательно, каждое функционирует по-своему уникальным образом. Однако есть то, что в той или иной форме всех их объединяет. И это наличие USB-портов.

Однажды в 1994 году 7 ведущих мировых технологических компаний создали новый стандарт подключения компьютерной периферии. Так появилась универсальная последовательная шина, которая для краткости именуется USB.

Сегодня она действительно является всеобщим стандартом, и сложно найти электронное устройство, у которого бы не было USB-порта того или иного типа. Но как узнать, какой именно кабель к нему подходит? Данное руководство поможет определить тип USB-разъема и подобрать соответствующий ему штекер.

Разнообразие вариантов

Практически все современные компьютеры и электронные устройства имеют некоторую форму USB-соединения и поставляются в комплекте с соответствующими кабелями. Имеет ли значение, какой из них используется, и для чего нужны все эти различия? Пока это действительно важно, но в будущем может измениться.

В середине 1990-х гг. универсальная шина стала промышленным стандартом, который позволил упорядочить подключение компьютерной периферии. Она заменила ряд более ранних интерфейсов и теперь является наиболее популярным типом разъема в потребительских устройствах.

Однако пока еще сложно разобраться со всеми разновидностями USB.

Если стандарт должен был быть универсальным, почему существует так много его разных типов? Каждый из них служит своим целям, главным образом обеспечивая совместимость при выпуске новых устройств с лучшими спецификациями. Ниже приведены наиболее распространенные типы USB-разъемов.

Type-A

Большинство кабелей и периферийных устройств (например, клавиатуры, мыши и джойстики) имеют разъем типа A. Персональные компьютеры, ноутбуки и нетбуки обычно имеют несколько портов данной формы. Кроме того, многие другие устройства и адаптеры питания используют их для передачи данных и/или зарядки. Разъем имеет плоскую прямоугольную форму и является наиболее узнаваемым и используемым. Распиновка USB Type-A следующая:

1. +5V - напряжение +5 В.
2. D- - данные.
3. D+ - данные.
4. GND - земля.

Все версии стандартов USB сохраняют для Type-A одинаковый форм-фактор, поэтому они взаимно совместимы. Однако разъемы USB 3.0 вместо 4 имеют 9 контактов, используемых для обеспечения большей скорости передачи данных. Они расположены так, чтобы не мешать работе пинов предыдущих версий стандарта.

Type-B

Это разъем почти квадратной формы, который в основном используется для подключения к компьютеру принтеров, сканеров и других устройств с собственным питанием. Иногда его можно обнаружить на внешних дисководах. В наши дни данный тип разъема гораздо менее распространен, чем соединения Type-A.

Форма соединения в версии стандарта 3.0 подверглась изменению, поэтому обратная совместимость не поддерживается, хотя порты нового типа принимают штекеры старых модификаций. Причиной этого является то, что у Type-B USB 3.0 для более быстрой передачи данных предусмотрено 9 контактов, а у Powered-B - 11, 2 из которых обеспечивают дополнительное питание.

Опять же, как и в случае Type-A, физическая совместимость разных версий не говорит о поддержке скорости или функциональности.

Основные понятия

Прежде чем пытаться понять, в чем заключаются различия между типами A и B, необходимо уяснить понятия хоста, рецептора и порта.

Слот, расположенный на лицевой или тыльной части корпуса компьютера (хоста), в который вставляется один конец USB-кабеля, называется портом. Электронное устройство, которое необходимо зарядить или в которое требуется передать данные (например, смартфон или планшет), называется рецептором.

Самым популярным стандартом USB является тип A, который сегодня можно увидеть на конце почти каждого USB-кабеля, вставляемого в слот хоста. Чаще всего портами Type-A оборудуются настольные компьютеры, игровые консоли и медиаплееры.

Разъемы типа B находятся на конце обычного USB-кабеля, подключаемого к периферийному устройству, например смартфону, принтеру или жесткому диску.

Преимущества USB

Стандарт упрощает установку и замену оборудования, сводя все коммуникации к последовательной передаче данных по витой паре и идентификации подсоединенного устройства. Если добавить сюда заземление и питание, то получится простейший 4-проводной кабель, недорогой и простой в изготовлении.

Стандарт определяет способ взаимодействия периферии с хостом. Если не используется USB On the Go (OTG), который позволяет ограничивать возможности хоста, производится непосредственное подключение. Устройство USB не способно инициировать связь, это может сделать только хост, поэтому даже при наличии кабеля с соответствующими разъемами без него подключение работать не будет. Кроме того, поскольку по проводам передается как электроэнергия, так и данные, соединение двух хостов без промежуточного устройства может иметь катастрофические последствия, вызывая сильные токи, короткие замыкания и даже пожары.

Mini

Разъем являлся стандартным для мобильных устройств до появления микро-USB. Как следует из названия, mini-USB меньше обычного и по-прежнему используется в некоторых камерах. В разъеме 5 контактов, из которых 1 служит идентификатором для поддержки OTG, позволяя мобильным устройствам и другой периферии действовать как хост. Распиновка USB Mini следующая:

1. +5V - напряжение +5 В.
2. D- - данные.
3. D+ - данные.
4. ID - идентификатор хост/рецептор.
5. GND - земля.

Micro

Это текущий стандарт разъема для мобильных и портативных устройств. Он был принят практически каждым производителем, кроме Apple. Физические размеры его меньше, чем Mini-USB, но поддерживаются высокие скорости передачи данных (до 480 Мбит/с) и возможности OTG. Форма легко узнаваема благодаря компактному 5-контактному дизайну.

Разъем Lightning не является стандартом USB, а представляет собой фирменное соединение Apple для iPad и iPhone. Он похож на микро-USB и совместим со всеми устройствами Apple, сделанными после сентября 2012 года. У более старых моделей используется другой и гораздо более крупный фирменный разъем.

Type-C

Представляет собой обратимый разъем, который обещает более быструю передачу данных и большую мощность, чем предыдущие типы. Он все чаще используется в качестве стандарта для ноутбуков и даже некоторых телефонов и планшетов, был одобрен компанией «Эппл» для Thunderbolt 3.

Тип C является новым решением и обещает быть всем для всех. Он меньше, быстрее и может получать и передавать гораздо большую мощность, чем предыдущие версии.

Apple потрясла мир, когда представила новый MacBook с единственным портом USB-C. Скорее всего, это станет началом тенденции.

Подробнее о USB-C можно прочесть в конце этой статьи.

Нюансы микро-USB

Те, у кого из вас есть телефон или планшет на платформе Android, определенно имеют и микро-USB-кабель. Даже самые непреклонные поклонники Apple не могут избежать их, поскольку это наиболее распространенный тип разъема, используемый для таких вещей, как внешние силовые блоки, динамики и т. д.

Обладатели множества гаджетов могут обнаружить, что со временем этих кабелей становится много, и, поскольку они обычно взаимозаменяемы, возможно, никогда не придется покупать их отдельно, если они не потеряются или не выйдут из строя все одновременно.

При покупке кабеля micro-USB может возникнуть соблазн выбрать самый дешевый вариант, но, как это часто бывает, это является плохой идеей. Провода и штекеры низкого качества могут легко сломаться и стать бесполезными. Поэтому лучше избавить себя от будущих проблем, приобретая качественный продукт у признанного производителя, даже если он стоит немного дороже.

Еще одна вещь, о которой стоит упомянуть, - это длина кабеля. Короткие отлично подходят для транспортировки, но из-за этого часто приходится сидеть на полу рядом с розеткой, пока телефон заряжается. И напротив, слишком длинный кабель может быть неудобным при переноске, будет запутываться и потенциально может стать причиной травмы.

0,9 м - хорошая длина для зарядного кабеля. Она позволяет держать телефон, когда он подключен к батарее в сумке или кармане, идеально подходит для игры в Pokemon Go или просто для использования телефона во время путешествия в течение длительного времени.

При частой подзарядке от посторонних USB-портов, чтобы соблюсти меры безопасности или когда устройство заряжается медленно, решить проблему может специальный кабель, предотвращающий передачу данных. Альтернативой является сетевой адаптер.

Проблему также может представлять факт, что разъемы большинства USB-кабелей (кроме USB-C) не взаимозаменяемы и часто требуют несколько попыток, чтобы произвести правильное подключение. Некоторые производители предпринимали попытку это исправить. Правда, не все устройства поддерживают такую возможность.

Что такое USB OTG?

Это стандарт, который позволяет портативным и мобильным устройствам выступать в качестве хостов.

Допустим, есть внешний накопитель, ноутбук и смартфон. Что нужно сделать, чтобы скопировать файлы с диска на телефон? Проще всего переместить их с внешнего накопителя на лэптоп, а с него - на смартфон. USB OTG позволяет подключить диск непосредственно к телефону, тем самым обойдя необходимость в посреднике.

И это еще не все! Существует множество других способов использования OTG. К смартфону можно подключить любое устройство USB, будь то флеш-накопитель, беспроводная мышь, клавиатура, наушники, кард-ридеры, игровые контроллеры и т. д.

Кабели USB

В подключенном к сети мире проводные соединения между различными электронными устройствами играют важную роль. Спрос на них настолько высок, что каждый год в мире выпускаются десятки миллионов USB-кабелей.

Технологии постоянно развиваются и совершенствуются, так же как и соответствующие им периферийные устройства. Та же тенденция обновления справедлива и для USB-разъемов, но с таким количеством версий и типов стандартов USB становится сложно отслеживать, какой USB лучше подходит для выполнения тех или иных функций. Для этого необходимо уяснить их базовые различия.

Типы USB

Различные версии USB, например 2.0 и 3.0, связаны с функциональностью и скоростью USB-кабеля, а их тип (например, A или B) в основном относится к физическому дизайну разъемов и портов.

Стандарт USB 1.1 (1998 г.) рассчитан на пропускную способность 12 Мбит/с, напряжение 2,5 В и ток 500 мА.

USB 2.0 (2000 г.) отличается пометкой на логотипе USB “HI-SPEED”. Обеспечивает скорость 480 Мбит/с при напряжении 2,5 В и токе 1,8 А.

Принятый в 2008 г. USB 3.0 поддерживает 5 Гбит/с при напряжении 5 В и токе 1,8 А.

USB 3.1, действующий с 2015 г., обеспечивает скорость 10 Гбит/с при напряжении 20 В и токе 5 А.

Последний стандарт обеспечивает более высокую пропускную способность и по большей части обратно совместим с более ранними версиями. Разъемы Standard-A идентичны Туре-А предыдущих версий, но обычно окрашены в синий цвет, чтобы их можно было различить. Они полностью обратно совместимы, но увеличенные скорости доступны только в том случае, если все компоненты совместимы с USB 3. Standard-B и micro-версии отличаются дополнительными контактами, позволяющими повысить пропускную способность, и несовместимы с предыдущими версиями. Более старые кабели и разъемы USB Type-B и микро-B могут использоваться с портами USB 3.0, однако скорость при этом не увеличится.

Технические характеристики разъема типа C

Это название появилось в заголовках технических журналов всего мира, когда компания Apple выпустила 12” Macbook. Это первый ноутбук, который включает в себя дизайн Type-C.

С физической точки зрения разъем похож на существующий вариант USB Micro-B. Его размеры - 8,4 х 2,6 мм. Благодаря небольшому форм-фактору он может легко вписаться даже в самые маленькие периферийные устройства, используемые сегодня. Одним из многих преимуществ Type-C по сравнению с другими существующими решениями является то, что он позволяет подключение в обратной ориентации, т. е. штекер будет всегда правильно вставлен с первой попытки! Разъем выполнен таким образом, чтобы не нужно было беспокоиться о том, что он перевернут.

Type-C поддерживает стандарт USB 3.1 и обеспечивает максимальную скорость 10 Гбит/с. Он также имеет значительно более высокую выходную мощность до 100 Вт при напряжении 20 В и токе 5 А. Поскольку ноутбуки обычно потребляют 40-70 Вт, то это означает, что тип C легко покрывает их требования к питанию. Другая функциональность, предлагаемая USB Type-C, - двунаправленная мощность. Говоря другими словами, можно не только заряжать свой смартфон через ноутбук, но и наоборот.

Type-C получил восторженные отзывы от пользователей по всему миру и появился в популярных смартфонах Chromebook Pixel и Nexus 6P, а также планшете Nokia N1.

Можно уверенно говорить о том, что в ближайшие годы все электронные устройства будут оборудоваться портами данного типа. Это сделает работу с ними легкой и удобной. Все, что понадобится, - это единственный кабель Type-C, что позволит в конечном итоге избавиться от запутанного клубка проводов в ящике стола.

Хотя спецификации были впервые опубликованы в 2014 г., технология по-настоящему была реализована только в 2016 г. Сегодня она стала реальной заменой не только старым стандартам USB, но и другим, таким как Thunderbolt и DisplayPort. Новое решение для аудио на базе Type-C также является потенциальной заменой 3,5-мм гнезда подключения гарнитуры. Тип C тесно переплетается с другими новыми стандартами: USB 3.1 обеспечивает большую пропускную способность и USB Power Delivery - лучшую подачу питания.

Форма разъема

USB Type-C представляет собой новый крошечный разъем, размеры которого едва соответствуют microUSB. Он поддерживает различные новые стандарты, такие как USB 3.1 и USB PD.

Привычным разъемом, с которым знакомы все, является Type-A. Даже после перехода с USB 1.0 к 2.0 и далее к современным устройствам он остался прежним. Разъем такой же массивный, как и раньше, и подключается только при правильной ориентации (что, очевидно, никогда не получается с первого раза). Но по мере того как устройства становились меньше и тоньше, массивные порты просто перестали подходить. Это привело к появлению множества других форм соединителей USB, таких как Mini и Micro.

Такой неудобный набор разъемов различной формы для устройств всевозможных размеров наконец уходит в прошлое. Тип C представляет собой новый стандарт очень маленького размера. Он составляет примерно треть от старого USB Type-A. Это единый стандарт, который должны использовать все устройства, поэтому для подключения к ноутбуку внешнего накопителя или зарядки смартфона от ЗУ потребуется только один кабель. Этот крошечный разъем достаточно мал, чтобы вписаться в сверхтонкий смартфон, но достаточно мощный, чтобы через него можно было подключить все периферийные устройства. Сам кабель имеет одинаковые разъемы типа C на обоих концах.

У Type-C есть множество преимуществ. Ориентация разъема не имеет значения, поэтому больше не придется переворачивать штекер несколько раз в поисках правильного положения. Это единая форма USB-коннектора, которую должны принять все, поэтому для различных устройств не нужно иметь большое количество разных USB-кабелей с разными штекерами. И не будет множества разных портов, занимающих дефицитное пространство на все более тонких гаджетах.

Более того, разъемы типа C также могут поддерживать различные протоколы, используя «альтернативные режимы», которые позволяют иметь адаптеры, способные выводить HDMI, VGA, DisplayPort или другие типы соединений с этого единственного подключения. Хорошим примером этого является мультипортовый адаптер Apple, который позволяет подключать HDMI, VGA, USB Type-A и Type-C. Таким образом, множество разъемов на обычных ноутбуках можно свести к портам одного типа.

Питание

Спецификация USB PD также тесно переплетается с Type-C. В настоящее время подключение USB 2.0 обеспечивает до 2,5 Вт мощности. Этого достаточно только для зарядки телефона или планшета. Спецификация, поддерживаемая стандартом USB-C, предусматривает подачу питания мощностью до 100 Вт. Такое подключение двунаправленное, поэтому устройство способно через него как заряжаться, так и заряжать. При этом одновременно может происходить передача данных. Порт позволяет зарядить даже ноутбук, для которого обычно требуется до 60 Вт.

В Apple MacBook и Chromebook Pixel компании Google разъем USB-C используется для зарядки, что позволяет отказаться наконец от всех фирменных кабелей питания. При этом появляется возможность заряжать ноутбуки от портативных батарей, которые обычно используются для подзарядки смартфонов и другой электроники. А если подключить лэптоп к внешнему дисплею, питаемому от сети, то при этом будет происходить зарядка его аккумулятора.

Однако следует помнить, что наличие разъема типа C не означает автоматической поддержки USB PD. Поэтому перед покупкой устройств и кабелей необходимо убедиться, что они совместимы с обоими стандартами.

Скорости передачи

USB 3.1 - новейший стандарт универсальной последовательной шины с теоретической пропускной способностью 10 Гбит/с, что вдвое больше скорости передачи данных Thunderbolt первого поколения и USB 3.0.

Но Туре-C - это не то же самое, что USB 3.1. Это всего лишь форма разъема, а технология в его основе может опираться и на стандарты 2.0 или 3.0. Например, планшет Nokia N1 использует разъем USB типа C версии 2.0. Однако эти технологии тесно связаны. При покупке просто нужно следить за деталями и убедиться, что приобретаемое устройство или кабель поддерживают стандарт USB 3.1.

Обратная совместимость

Физический разъем типа C в отличие от базового стандарта обратной совместимости не имеет. Нельзя подключить старые USB-устройства к современному крошечному Type-C-порту, и нельзя подключить штекер USB-C к более старому порту большего размера. Но это не значит, что придется избавиться от всей старой периферии. USB 3.1 по-прежнему совместим с предыдущими версиями, поэтому потребуется только физический переходник для USB-C. А к нему уже можно подключить старые устройства непосредственно.

В ближайшем будущем многие компьютеры будут иметь как USB-разъемы типа C, так и большие типа A, как это реализовано, например, в Chromebook Pixel. Таким образом пользователи смогут постепенно переходить со старых устройств, подключая новые к USB Type-C. Но даже если компьютер производится только с портами типа C, адаптеры и концентраторы восполнят этот пробел.

Type-С является достойным обновлением. Хотя данный порт уже появился в ноутбуках и некоторых смартфонах, только ими данная технология не ограничивается. Со временем им будут оборудованы устройства всех типов. В один прекрасный день стандарт может даже заменить разъем Lightning, используемый в iPhone и iPad. У порта Apple не так много преимуществ по сравнению с USB Type-С, кроме того, что эта технология запатентована и компания может взимать плату за лицензирование.

Пользователям мобильных устройств в 2000-х пришлось нелегко – они были вынуждены мириться с так называемой проприетарностью . Телефоны каждого из производителей оснащались уникальными разъёмами для зарядки – как следствие, ЗУ, например, для не работало с телефоном . Доходило и до абсурда – когда для двух телефонов одного производителя (финского) приходилось искать различные . Недовольство пользователей оказалось настолько сильным, что вмешаться был вынужден Европарламент.

Сейчас ситуация в корне иная: практически все производители смартфонов оснащают свои гаджеты портами под зарядные устройства одного типа . Пользователю больше не приходится покупать новое ЗУ «в довесок» к телефону.

Кабели USB можно применять не только для передачи данных с ПК на гаджет, но и для зарядки мобильного устройства. Смартфоны способны пополнять «запасы» аккумулятора как от розетки, так и от компьютера, однако во втором случае зарядка займёт существенно больше времени. Традиционный кабель USB для смартфона с Android или с Windows Phone выглядит следующим образом:

На одном из его концов присутствует стандартный штекер USB 2.0 Type-A :

Этот штекер вставляется в USB-порт на компьютере или ноутбуке.

На втором конце провода – штекер microUSB .

Он, соответственно, вставляется в разъём микро-USB на мобильном устройстве.

Именно micro-USB 2.0 является сейчас унифицированным разъёмом: встретить его можно на смартфонах и планшетах почти всех производителей мобильной техники (за исключением Apple). Соглашение о стандартизации интерфейсов было подписано в 2011 году представителями 13-и компаний, лидирующих на мобильном рынке.

На Micro-USB выбор пал по ряду причин:

• Разъём компактен . Его физические размеры составляют всего лишь 2×7 миллиметров – это примерно в 4 раза меньше, чем у USB 2.0 Type-A .
• Штекер прочен – особенно если сравнивать с тонкой зарядкой Nokia.
• Разъём способен обеспечивать высокую скорость передачи данных. Теоретически скорость передачи через Micro-USB при использовании стандарта 2.0 может достигать 480 Мбит/сек. Фактическая скорость гораздо ниже (10-12 Мбит/сек в режиме Full Speed ), однако пользователям это редко доставляет неудобства.
• Разъём поддерживает функцию . Подробнее о том, какие преимущества это даёт, расскажем позже.

Конкуренцию micro-USB в борьбе за роль стандартного разъёма мог навязать Mini-USB . Мини-штекер выглядит так:

Этот вид USB-разъёма не подошёл в качестве стандартного, и вот почему:

• Разъём больше по размерам – пусть и ненамного. Величина его – 3×7 миллиметров.
• Разъём достаточно хрупкий – из-за отсутствия жёстких креплений он очень быстро расшатывается. Вследствие этого передача данных через кабель становится для пользователя настоящим мучением.

В 2000-х разъём вида mini-USB можно было встретить на смартфонах производителей «второго сорта» — скажем, и . Сейчас мобильных гаджетов с мини-разъёмом на рынке не найдёшь.

Помимо тех USB-разъёмов, о которых мы упомянули (Micro-USB, Mini-USB, USB Type-A), есть и другие. Например, micro-USB стандарта 3.0 может использоваться для подключения к ПК жёстких дисков, а USB Type-B (квадратной формы) – для музыкальных инструментов (в частности, MIDI-клавиатуры). К мобильной технике эти разъёмы не имеют прямого отношения (если не считать Galaxy Note 3 c USB 3.0), поэтому более подробно мы о них рассказывать не будем.

Какими бывают USB-кабели для смартфонов?

Благодаря неистощимой фантазии китайских рукодельцев пользователи мобильной техники могут купить кабели совершенно разных формаций. Например, в эпоху проприетарности невероятной популярностью пользовался такой вот «монстр»:

Да, эта зарядка подходила ко всем основным разъёмам!

Подобные «мультитулы» и сейчас есть в продаже, однако штекеров у них поубавилось. Вот зарядка 4-в-1 , которую можно заказать на дешевле, чем за 200 рублей:

Эта зарядка оснащена всеми современными штекерами – Lightning, 30Pin (оба для ), microUSB, USB 3.0. Однозначно, «must-have» для пользователя!

Есть и другие любопытные варианты. Вот кабель от OATSBASF для тех, кто терпеть не может кабели:

Этот кабель позволяет подзаряжать от компьютера два мобильных устройства одновременно (например, 5-ый Айфон и Android) и имеет очень соблазнительную цену – чуть более 100 рублей.

В отечественных магазинах и салонах пользователь, конечно же, не найдёт такого изобилия разнообразных кабелей, как на страницах каталогов GearBest и . Кроме того, Data-оборудование в рознице стоит существенно дороже. По этим двум причинам пользователям рекомендуется заказывать USB-кабели именно из Китая.

Что такое стандарт OTG?

Наверняка многие видели такой кабель и задумывались, для чего он нужен:

Это кабель OTG ; на одном его конце — штекер micro-USB , на втором – разъём USB 2.0 , «мама». С помощью такого кабеля к смартфону или планшету можно подключить USB-флэшку, но только в том случае, если само мобильное устройство поддерживает стандарт OTG .

OTG (сокращение от On-The-Go ) – это функция, предназначенная для быстрого соединения 2-х USB-устройств друг с другом, без посредничества компьютера. Подключить по OTG можно не только флэшку (хотя это, конечно, самый распространённый случай), но также, например, и компьютерную мышку, клавиатуру, внешний жёсткий диск, игровой руль, джойстик. Получится даже подсоединить смартфон к принтеру или МФУ, чтобы распечатать снимок, сделанный на камеру гаджета.

Кабели OTG для iPhone уже тоже появились, однако загрузить на «яблочное» устройство (без джейлбрейка) с внешнего носителя получается только фото и видео – и то лишь тогда, когда корневые папки на флэшке и сами фотографии имеют «правильные» названия.

Полного перечня смартфонов, поддерживающих функцию OTG , нет – просто потому, что наличием этого стандарта способны похвастать почти все современные гаджеты и список был бы огромен. Тем не менее, покупателю, намеревающемуся подключать к девайсу мышь или флэшку, стоит осведомиться у консультанта салона-магазина о поддержке OTG до того, как отдавать деньги – «на всякий пожарный».

USB Type-C: в чём преимущества?

Переход с micro-USB на – это новый тренд рынка мобильной электроники! Производители активно осваивают технологию и оснащают свои флагманские модели усовершенствованными разъёмами для зарядки и передачи данных. USB Type-C долго ждал «в тени»: разъём был создан ещё в 2013 году, однако только в 2016-м лидеры рынка обратили на него внимание.

Выглядит USB Type-C так:

В чём же заключаются преимущества Type-C перед привычным всем micro-USB ?

• Высокая скорость передачи данных . Пропускная способность Type-C равняется 10 Гб/сек (!). Но это только пропускная способность : в действительности на такую скорость смогут рассчитывать лишь владельцы смартфонов со стандартом USB 3.1 – например, Nexus 6P и 5X . Если гаджет использует стандарт USB 3.0 , скорость окажется на отметке примерно в 5 Гб/сек; при USB 2.0 передача данных будет происходить существенно медленнее.
• . Продолжительность процедуры зарядки смартфона зависит от потенциального количества Вт, которые поставляются разъёмом. USB стандарта 2.0 способно подавать всего 2.5 Вт – оттого зарядка и длится часы. Разъём USB Type-C обеспечивает 100 Вт – то есть в 40 раз (!) больше. Любопытно то, что передача тока может происходить в обе стороны – как к хосту, так и от него.
• Симметричность коннектора . Если у коннектора micro-USB есть верх и низ, то коннектор Type-C симметричен. Какой стороной его вставлять в разъём, значения не имеет. С этой точки технология USB Type-C похожа на Lightning от Apple.

Достоинством Type-C является также небольшая величина разъёма – всего лишь 8.4×2.6 миллиметра. По этому критерию технологии micro-USB и USB Type-C схожи.

У USB Type-C есть и недостатки, один из которых более чем существенный. Из-за нерегулируемой работы коннектора зарядка запросто может «поджарить» мобильное устройство. Такая вероятность не является чисто теоретической – возгорания случались и на практике. Именно по этой причине распространение неоригинальных, «кустарных» кабелей и зарядок USB Type-C .

Из-за подобной массовости новую технологию будут вводить эволюционно, а не революционно – чтобы пользователи имели возможность самостоятельно убедиться в преимуществах Type-C и принять решение об отказе от стандартного разъёма. При этом Рэйвенкрафт допускает, что, возможно, полного замещения USB-A не произойдёт никогда.

На самом деле новый стандарт USB 3.1 и разъем Type-C должны унять безобразие и навести порядок. На все про все - один-единственный кабель: для передачи данных, аудио-, видеосигнала и подачи питания. Симметричный разъем Type-C - настоящее счастье для запутавшихся в проводах пользователей мобильных устройств. А стандарт USB 3.1 позволяет, например, воспроизводить видео с планшета на телевизоре в то время, пока мобильное устройство заряжается.

Уже только переход на новые спецификации готовит производителям дополнительные трудности, из-за чего продавцы и покупатели тотчас же приходят в уныние. Упрекнуть компании в отсутствии заинтересованности нельзя: после выхода на рынок MacBook Pro (2015) многие производители представили продукты с поддержкой нового стандарта USB 3.1 с разъемом Type-C, среди них такие устройства, как материнские платы, мониторы, внешние накопители и смартфоны. Так, разъемом USB Type-C оборудован LG G6, а еще HTC 10 и Samsung Galaxy S8, который подключается к док-станции через универсальный разъем, превращаясь в полноценный персональный компьютер. Но новая форма не всегда означает новые функции: так, Type-C в версии Huawei не поддерживает USB 3.1, а для быстрой зарядки вообще использует собственную технологию.

Старые устройства - помеха для новых стандартов

Многообразие разъемов
Многие USB-устройства, как и прежде, выпускаются с одним из старых разъемов. Type-C должен заменить их все

Технические прорывы всегда занимают очень много времени, если есть большой фонд старой техники. Клавиатуры, мыши, внешние диски, веб-камеры, цифровые фотоаппараты, USB-флешки — миллионы этих устройств по-прежнему требуют поддержки старых версий USB. Проблему можно было бы временно решить, используя универсальные переходники, но ведь все еще выпускаются совершенно новые устройства со старыми USB-портами.

А поскольку обычному USB-кабелю не так-то просто отличить хост от клиентского устройства, ему по сей день требуется целых два разных типа разъемов. Поэтому внешние жесткие диски часто выпускаются с разъемами Mini-A, а принтеры — c типичными четырехугольными разъемами Type-B. Рано или поздно USB Type-C должен заменить не только эти разъемы - при помощи кабеля можно было бы, например, без проблем подключить периферийные устройства к ПК. Более того, Type-C может отправить в небытие DisplayPort, HDMI и даже гнезда TRS.

Не путать: Type-C - это не USB 3.1

«Говорящие» логотипы
Логотипы должны отражать, какие функции обеспечивает разъем USB. К сожалению, их используют не все производители

Поскольку консорциум USB одновременно с разъемом Type-C утвердил две другие спецификации, часто возникает некоторая путаница в понятиях. Во-первых, мы имеем новый разъем Type-C с зеркальным расположением контактов 2×12, благодаря чему порт нечувствителен к ориентации штекера – а это значит, что о проблеме «как воткнуть штекер USB Type-A с первого раза» можно будет совсем скоро забыть.
Во-вторых, вместе с новым разъемом введен новый стандарт USB 3.1, повышающий потолок скорости передачи данных до 10 Гбит/с (брутто).

Далее, электропитание USB Power Delivery (USB-PD) представлено в новой, второй ревизии: она подразумевает ускорение зарядки подключенных устройств путем увеличения мощности (20 В, 5 А вместо прежних 5 В, 0,9 А). Другими словами, несмотря на то, что USB Type-C, USB 3.1 и USB Power Delivery часто отождествляются, они не являются равнозначными терминами или синонимами. Так, существует, например, интерфейс USB 2.0 в формате Type-C или порт USB 3.1 без поддержки быстрой зарядки Power Delivery.

Но это еще не все. Совсем снимать вину за беспорядок с консорциума нельзя, поскольку от использования обычной номенклатуры он ушел: с появлением USB 3.1 прекратил существование USB 3.0 в том смысле, что эта прежняя версия теперь классифицируется как USB 3.1 Gen 1, а нововведенная технология называется USB 3.1 Gen 2. Но множество кабелей и устройств USB продаются под названием USB 3.1 — без указаний, какое именно поколение имеется в виду.

Консорциум USB, правда, разработал систему логотипов для обозначения разъемов USB Type-C, чтобы можно было отличить, например, штекер Type-C с поддержкой USB 3.1 Gen 1 от штекера с поддержкой USB 3.1 Gen 2 или вообще старого USB 2.0, но для начала логотипы нужно внимательно изучить. Нередко приходится заглядывать в руководство, чтобы понять, какая версия используется — если, конечно, подробная документация доступна. Неудивительно, что многие производители продолжают использовать прежнее название USB 3.0.

Предельные величины USB-версий
С USB 3.1 Gen 2 скорость передачи данных повышается вдвое и увеличивается мощность тока для быстрой зарядки

Ко всему этому многообразию следует добавить интерфейс Thunderbolt 3, разрабатываемый в первую очередь Intel и Apple. Thunderbolt с третьей версии тоже использует разъем Type-C, но не совсем совместим с USB 3.1. С использованием активных кабелей Thunderbolt 3 пропускная способность достигает 40 Гбит/с (брутто) — в четыре раза больше, чем у USB 3.1. Это не только обеспечивает очень высокую скорость передачи данных, но и позволит передавать по DisplayPort несколько видеопотоков с контентом 4K и даже использовать внешние видеокарты. Сложные технологии требуют использования активной электроники в кабелях. USB-устройства можно подключать к порту Thunderbolt 3, но ни в коем случае не наоборот.

Трудный выбор кабелей

Неразбериха не останавливается одними стандартами и версиями. Если раньше можно было ограничить выбор одним USB-кабелем с нужными типами разъемов, с USB 3.1 и Type-C это будет не так-то просто. Здесь, как и в случае со стандартами и версиями, в настоящее время образовался огромный недостаток информации: далеко не все кабели Type-C умеют передавать данные, видео и подавать питание. Во многих случаях для пользователей непонятно, поддерживает ли кабель Type-C быструю зарядку Power Delivery или альтернативный режим для передачи видео, потому что логотипов и маркировки, как правило, попросту нет.

Премиумные материнские платы
В настоящее время USB 3.1 Gen 2 поддерживают только отдельные материнские платы премиум сегмента. Среди них - Asus Rampage V 10, оснащенная двумя портами Type-A и двумя Type-C, стоит она около 38 500 рублей

Зачастую невозможно определить, поддерживает ли кабель USB 3.1 или всего лишь USB 2.0. На сайте Amazon очень часто встречаются отзывы от расстроенных клиентов, которые после покупки обнаружили, что приобретенный кабель не поддерживает технологию быстрой зарядки их смартфонов. Из тяжелого положения совсем не помогает выйти даже обозначение некоторыми производителями, например, Aukey, кабеля USB 3.1 Gen 1 с концами Type-C и Type-A как «кабель с Type-C на USB 3.0» — это в корне неверно.

Если вы решили обзавестись устройством с разъемом Type-C, непременно убедитесь в том, что в комплекте поставки есть кабель — только в таком случае все требования наверняка будут удовлетворены. Поставщик оборудования для компьютерной техники Hama, например, предлагает несколько кабелей Type-C с подробными характеристиками, но цены начинаются от 1000 рублей. Еще дороже обойдется покупка кабеля Thunderbolt 3 — нужно будет выложить около 2000 рублей. Зато тут предусмотрены все функции. Если эта цена слишком высока, то волей-неволей придется порыться в описаниях продуктов и отзывах клиентов о них в поисках нужного кабеля.

USB-C: симметричный штекер

Передача данных, питание и диалог между устройствами - каждый из 24 пинов штекера Type-C выполняет отдельную функцию. Легко заметить, что их расположение симметрично.

Дисплеи, ноутбуки и адаптеры

Для передачи видео в одном из альтернативных режимов (DisplayPort или HDMI), то есть, например, с ноутбука на монитор, тоже следует обратить внимание на технические требования. В настоящее время на рынке есть несколько мониторов с разъемом USB Type-C от LG, Eizo, Acer и HP (например, Envy 27, около 40 000 рублей). Для вывода видео практически повсеместно используется стандарт DisplayPort, который и вправду работает вполне надежно. Но если говорить о быстрой зарядке, которая предъявляет особые требования блоку питания монитора, то тут у покупателей во многих случаях возникают вопросы.

Видео в альтернативном режиме
Передачу видео на монитор разъем USB-C, например, как у LG 27UD88 (около 38 000 рублей), как правило, обеспечивает надежно, но быстрая зарядка Power Delivery ему дается не всегда

Впрочем, подача питания с монитора на ноутбук не всегда обязательна. Портативный 15-дюймовый монитор Asus MB169C+ (около 15 000 рублей) получает питающее напряжение от ноутбука через полноценно используемый разъем Type-C.
Так или иначе, в настоящее время чаще случается так, что ноутбук с разъемом USB Type-C подключается к монитору через порт HDMI или DisplayPort. В таких случаях требуется переходник, преобразующий видеосигнал и передающий его на монитор с использованием нужного стандарта. Такие аксессуары можно купить примерно от 1000 рублей. По сравнению с другими кабелями выбирать переходники довольно просто, потому что их задача заключается только в преобразовании видеосигнала без учета других особенностей USB 3.1.

Для тех, кто интересуется ноутбуком или планшетом с разъемом Type-C, выбор в настоящее время ограничен, но зато замечателен. Кроме MacBook (12 дюймов) есть гибриды Acer Aspire Switch 10 V (около 25 000 рублей) и Asus T100HA (около 18 000 рублей). А юный хромбук Google Pixel оснащен целыми двумя портами Type-C (правда, только стандарта USB 3.1 Gen 1), но в России он пока не поступал в официальную продажу.

Старая документация
Несмотря на то, что Acer Aspire Switch 10 V снабжен только одним портом Type-C, в руководстве указаны старые типы USB-разъемов

Наверное, вряд ли какой-нибудь пользователь осмелится разом перевести все свои периферийные устройства на Type-C, поэтому большинству владельцев ноутбуков для начала потребуется адаптер USB 3.1 для передачи данных и видеосигнала по кабелю USB Type-A, HDMI или DisplayPort. Цены на рекомендуемые гибкие модели начинаются от 2500 рублей, как, например, на Icy Box IB-DK4031. Club 3D SenseVision стоит дороже — около 6500 рублей — зато он включает HDMI, DVI, USB 3.0 Type-A, 4 разъема USB 2.0, быструю зарядку USB, а также гнезда для подключения микрофона и наушников.

Менее богат в настоящий момент выбор для десктопов: традиционно производители материнских плат внедряют новые стандарты в премиум-модели. Единственная материнская плата с четырьмя портами USB 3.1 Gen 2 (по два Type-A и Type-C) — это Asus Rampage V 10, которая стоит около 38 500 рублей. По крайней мере, указание на быструю передачу 10 Гбит/с находится в том числе на панели интерфейсных разъемов. Одним из вариантов USB 3.1 из нижней ценовой категории десктопов является MSI X99A SLI (LGA 2011-3) с одним портом Type-A и одним Type-C примерно за 15 000 рублей.

Универсальный адаптер

Переход на компьютеры с разъемом Type-C потребует для периферии наличия переходника с различными типами портов.

> Club 3D SenseVision (около 6500 рублей)
Адаптер относительно дорогой, но оснащен большим количеством портов, среди которых - HDMI, DVI, гнезда для микрофона и наушников, а также четыре порта USB 2.0 и разъем для быстрой зарядки (USB 3.1 Gen 1)

> Icy Box IB-DK4031 (около 2500 рублей)
Более простой вариант адаптера с разъемом Type-A (USB 3.1 Gen 1), HDMI,
а также разъемом Type-C с Power Delivery для быстрой зарядки внешних устройств.

Преимущества внешней памяти благодаря USB 3.1

Быстрая память
USB 3.1 Gen 2 обеспечивает многим внешним твердотельным накопителям, например, Freecom mSSD MAXX, значительный рывок в скорости

От высоких скоростей передачи данных по USB 3.1 Gen 2 выигрывают, конечно же, сетевые хранилища с конфигурацией RAID и внешние накопители, в первую очередь флеш-память — твердотельные накопители и USB-флешки. Но для последних в настоящее время доступность USB 3.1 Gen 2 сводится к нулю. Предлагаемые флешки SanDisk, Kingston и Corsair, позиционируемые как USB 3.1, передают данные со скоростью не более 5 Гбит/с, то есть относятся к первому поколению. Тем не менее, для большей части флешек сейчас этого должно хватить.

Что же касается внешних твердотельных накопителей, то тут производители Freecom (mSSD MAXX, около 8000 рублей) и Adata (SE730, около 9500 рублей) предлагают диски с USB 3.1 уже второго поколения. Первые практические тестирования показывают, что высокоскоростной интерфейс действительно обеспечивает ощутимо более высокие скорости передачи данных. Terramaster предлагает корпус для сетевого хранилища D2-310 с двумя отсеками (около 10 000 рублей) с поддержкой USB 3.1 Gen 2, на котором высокоскоростные диски SATA в RAID-массиве тоже должны произвести хорошее впечатление.

Музыка по USB-C
Счет гнезду для наушников на смартфоне открыт: в скором времени в стандартной комплектации появится переходник Type-C на TRS

Следует отдельно отметить, что производители памяти лучше всех остальных справляются с задачей указывать версии и стандарты и реже всего бросают своих клиентов на полпути. Остальные же производители должны в срочном порядке дополнить документацию и должным образом реализовывать стандарты.

Переход с одного поколения технологий на другое всегда был длительным и часто запутанным процессом, но со времен VHS и Betamax такой сумятицы, как сейчас, еще не было. Когда-нибудь конфигурация USB 3.1 / Type-C и вправду упростит всем жизнь - особенно пользователям, ну а пока предстоит преодолеть немало трудностей.

ФОТО: CHIP Studios; Freecom; Stouch; Club 3D; Raidsonic; Acer; LG; Asus; Sabrina Raschpichler

IBM, Intel, NEC и Northern Telecom (версия первого утвержденного варианта появилась довольно давно - 15 января 1996 года) и предназначенный для организации соединения многочисленных и разнотипных внешних устройств с помощью единого интерфейса.

Стандарт USB предполагает взаимодействие по архитектуре «клиент сервер» (используется терминология «Master-Slave», или «главный-служебный») и позволяет подключать до 127 устройств последовательно или используя концентратор USB (hub), к которому подсоединяется до семи устройств. Разъемы содержат четыре контакта, включая провода питания (5 В) для устройств с малым потреблением, таких как клавиатуры, мыши, джойстики и тому подобное

Концентраторы USB (хабы)

• а - общий вид устройства;
• б - вид со снятой крышкой.

Топология USB практически не отличается от топологии обычной локальной сети на витой паре, обычно называемой «звездой». Паже терминология похожа - концентратор шины также называется хаб (hub). Шина USB позволяет многоуровневое каскадирование «многоуровневая звезда».

Вместо любого из устройств может также стоять хаб. Основное отличие от топологии обычной локальной сети - компьютер (или host устройство) может быть только один. Хаб может быть как отдельным устройством с собственным блоком питания, так и встроенным в периферийное устройство. Наиболее часто хабы встраиваются в мониторы и клавиатуры.

USB с большой пропускной способностью

Пропускной способности в 480 Мбиг/с в версии 2.0 достаточно для удовлетворения потребностей всех этих применений в полной мере. Добавление устройств больше не сопряжено с установкой дополнительных адаптеров, выполнением сложного конфигурирования, ручным инсталлированием дополнительного программного обеспечения: система автоматически определяет, какой ресурс, включая программный драйвер и пропускную способность, нужен каждому периферийному устройству и делает этот ресурс доступным без вмешательства пользователя.

В связи с прогнозируемым ростом в области интеграции компьютеров и телефонии шина USB сможет выступать в качестве интерфейса для подключения устройств цифровой связи (ISDN) и цифровых устройств Private Branch exchange (РВХ).

Технические характеристики. Возможности USB (версия 1.1) следуют из ее технических характеристик:

• режим высокой скорости обмена (full speed signaling bit rate) -12 Мбит/с;
• максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена 5 м;
• режим низкой скорости обмена (low speed signaling bit rate) -1.5 Мбит/с;
• максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена - 3 м;
• максимальное количество подключенных устройств (включая концентраторы) - 127;
• возможно подключение устройств с различными скоростями обмена;
• отсутствие необходимости в установке пользователем дополнительных элементов, таких как терминаторы для SCSI;
• максимальное потребление тока на одно устройство - 500 мА.

На рисунке показан пример рационального соединения периферийных устройств в условную USB сеть. Так как обмен данными по USB идет только между компьютером и периферийным устройством (между устройствами обмена нет), то устройства с большими объемами приема и/или передачи данных должны подключаться либо к самому компьютеру, либо к ближайшему свободному узлу. В данном случае наивысший трафик у колонок (около 1.3 Мбит/с), затем модем и сканер, подключенные к хабу в мониторе, и завершают цепь клавиатура, джойстик и мышь, трафик у которых минимален.

Колонки USB имеют такой высокий трафик, так как для использования их не требуется звуковая карта. Драйвер колонок отправляет оцифрованный звук сразу в колонки, где он преобразуется в аналоговый сигнал и подается на громкоговоритель.

Кабели и разъемы. Сигналы USB передаются по 4-проводному кабелю. Здесь «Земля» - цепь «корпуса» для питания периферийных устройств, VBus - +5 В также для цепей питания. Шина D+ предназначена для передачи данных по шине, а шина D- - для приема данных. Кабель для поддержки полной скорости шины (full-speed) выполняется как витая пара, защищается экраном и может также использоваться для работы в режиме минимальной скорости (low-speed). Кабель для работы только на минимальной скорости (например, для подключения мыши) может быть любым и не экранированным.

Таблица нумерации контактов разъемов USB

Конструкция разъемов для USB рассчитана на многократное сочленение/расчленение. Различают стандартные и мини разъемы, используемые для подключения периферийных устройств.

Как видно из рисунка, невозможно подключить устройство неправильно, так как разъем серии «А» можно подключить только к активному устройству на USB концентратору или компьютеру, а серии «В» только к собственно периферийному устройству.

Большинство контактов мини USB аналогичны стандартному USB разъему, за исключением № 4. Контакт 4 называется «ID» и в разъеме Mini-A соединен с землей, однако в Mini-B - свободен. Это приводит к тому, что устройства, поддерживающие USB On-The-Go (с разъемом Mini-AB), выполняют функции хоста, будучи подсоединенными к разъему USB Mini-A (конец «А» кабеля Mini-A-Mini-B). Разъем Mini-A содержит также дополнительный ключ (кусочек пластика внутри), чтобы предотвратить включение в Устройство типа «В».

«USB на ходу» (On-The-Go - OTG). Быстрое возрастание числа мобильных цифровых устройств выявило потребность в промышленном стандарте на связь таких устройств и внешних устройств (например, принтеров). Множество методов обеспечения связи, используемых изготовителями мобильных систем, свидетельствуют об этой потребности (это доки, слоты, соединители и различные технологии карточек с памятью).

• а - тип «А» (подсоединение к источнику, то есть компьютеру или хабу);
• б - тип «В» (предназначены только для присоединения к периферийному устройству);
• в - розетка типа «А»;
• г - вилка типа «А»;
• д - розетка типа «В»;
• е -вилка типа «В»;
• ж - мини-разъемы (схема);
• з - общий вид.

К началу 2001 года рыночное проникновение USB составило более 1.1 млрд устройств с этим интерфейсом (Персональные компьютеры, внешние устройства, устройства бытовой электроники). Это делает USB естественным кандидатом на обеспечение мобильной связи «точка-точка». Однако, его несимметричный протокол «клиент сервер» (точнее, «главой-подчиненный», master-slave protocol), который полагается на «интеллект» хоста, является главным неудобством USB. Помещение полнофункционального USB хоста на портативное устройство просто невыполнимо. Кроме того, что стандарт хоста USB нанесет ущерб аккумулятору маломощного устройства, разъемы USB являются слишком крупными для этих миниатюрных устройств.

Для решения проблемы ряд изготовителей мобильных телефонов, КПК и мобильных персональных компьютеров (USB Promoter Group) объединились, чтобы разработать определить новое добавление к спецификации USB 2.0, которая была названа «USB на ходу» (On-The-Go, OTG). Выпущенный в декабре 2001 года, стандарт определяет новые небольшие разъемы, протокол установления связи, требования к электропитанию, используемому на хосте и в периферии. Спецификация также определяет новый тип устройства, названного «внешнее устройство двойного назначения», способное к действию как хост или периферия в зависимости от того, как пользователь подключает кабель с его «мини-АВ» разъемом. Будучи включенным в разъем «мини-А», устройство двойной роли ведет себя как хост, а включение в «мини-В» превращает его во внешнее устройство.

USB (Universal Serial Bus) – универсальная последовательная шина. В стандарте на интерфейс USB заложено множество удобных для пользователя функций:

«горячее» подключение и отключение устройств;

питание периферии от хост-компьютера или разветвителя через интерфейсный кабель;

малогабаритные надежные разъемы;

возможность реализации гальванической развязки;

поддержка Plug-and-Play;

высокая скорость обмена данными.

Интерфейс применяется в научной и специальной аппаратуре, а также во множестве других приложений. Недостатком интерфейса USB, несмотря на доработку спецификации, остается плохо организованная поддержка большого количества устройств.

Средой интерфейса является кабельная система (рис. 3.7) со стандартизированными разъемами нескольких видов и разветвителями (хабами). Хабы позволяют реализовывать топологию многоярусной звезды. Часто хабы используются для реализации гальванической развязки и питания оконечных устройств.

Рис. 3.7. Топология интерфейса USB: применяются разъемы типа «А»,

типа «В» и миниатюрные (обозначено буквой «М»)

Для однозначного, правильного соединения применяются разъемы нескольких различных типов (рис. 3.8). Разъемы типа «А» применяются для подключения к хабам. Вилки устанавливаются на кабелях, не отсоединяемых от устройств (например, клавиатура, мышь и т. п.). Гнезда устанавливаются на нисходящих портах хабов.

Рис. 3.8. Гнезда USB: а – типа «А»; б – типа «В»; в – назначение

выводов разъема; г – символическое обозначение

Разъемы типа «В» устанавливаются на устройствах, от которых кабель может отсоединяться (принтеры и сканеры). Ответная часть (вилка) устанавливается на соединительном кабеле, противоположный конец которого имеет вилку типа «А». Мобильные устройства обычно комплектуются миниатюрным разъемом mini-USB. Функционально он аналогичен разъему типа «В».

Типы разъемов различаются конструктивно, что исключает недопустимые петлевые соединения разъемов хабов и оконечных устройств.

Конструкция разъемов обеспечивает более позднее соединение и более раннее отсоединение сигнальных цепей по сравнению с питающими при коммутации, что обеспечивает однозначность инициализации нового устройства при горячем подключении и защиту коммутируемых цепей от повреждения.

Структура интерфейса USB обеспечивает одновременный обмен данными между хост-компьютером и несколькими периферийными устройствами. Распределение пропускной способности шины между ними планируется хост-компьютером и реализуется им с помощью посылки маркеров. Шина позволяет подключать, конфигурировать, использовать и отключать устройства во время работы хост-компьютера и самих устройств.

Стандарт USB определяет электрические и механические параметры среды передачи данных. Информационные сигналы и питающее напряжение 5 В передаются по четырехпроводному кабелю. Используется дифференциальный способ передачи сигналов D+ и D- по двум перевитым проводникам.

Уровни сигналов передатчиков в статическом режиме должны быть ниже 0,3 В (низкий уровень) или выше 2,8 В (высокий уровень). Приемники выдерживают входное напряжение в пределах 0,5...+3,8 В. Передатчики должны уметь переходить в высокоимпедансное состояние для двунаправленной полудуплексной передачи по одной паре проводов.

Передача по двум проводам в USB не ограничивается дифференциальными сигналами. Кроме дифференциального приемника каждое устройство имеет линейные приемники сигналов D+ и D-, а передатчики этих линий управляются индивидуально. Это позволяет различать более двух состояний линии, используемых для организации аппаратного интерфейса.

Состояния Diff0 и Diff1 определяются по разности потенциалов на линиях D+ и D- более 200 мВ при условии, что на одной из них потенциал выше порога срабатывания. Состояние, при котором на обоих входах D+ и D- присутствует низкий уровень, называется линейным нулем (SEO – Single-Ended Zero). Интерфейс определяет следующие состояния:

Data J State и Data К State – состояния передаваемого бита (или просто J и К), определяются через состояния Diff0 Ddiff1;

Idle State – пауза на шине;

Resume State – сигнал «пробуждения» для вывода устройства из «спящего» режима;

Start of Packet (SOP) – начало пакета (переход из Idle State в К);

End of Packet (EOP) – конец пакета;

Disconnect – устройство отключено от порта;

Connect – устройство подключено к порту;

Reset – сброс устройства.

Состояния определяются сочетаниями дифференциальных и линейных сигналов. В декодировании состояний Disconnect, Connect и Reset учитывается время нахождения линий (более 2,5 мс) в определенных состояниях. Шина обеспечивает две скорости передачи информации: полную скорость FS (full speed) – 12 Мбит/с и низкую скорость LS (Low Speed) – 1,5 Мбит/с. (В версии 2.0 определена еще и высокая скорость HS (High Speed) – 180 Мбит/с, которая позволяет существенно расширить круг устройств, подключаемых к шине).

Кабель USB содержит одну экранированную витую пару с импедансом 90 Ом для сигнальных цепей и одну неэкранированную – для подачи питания (+5 В); допустимая длина сегмента до 5 м. Для низкой скорости может использоваться неэкранированный кабель длиной до 3 м.

Скорость, используемая устройством, определяется по уровням сигналов на линиях D+ и D-, смещаемых нагрузочными резисторами приемопередатчиков (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Кабельное хозяйство интерфейса USB

Полноскоростная линия связи (рис. 3.9, а) реализуется на экранированной витой паре. Полноскоростной трансивер оконечного устройства имеет резистор, «подтягивающий» линию D+ к напряжению питания, в отличие от низкоскоростного трансивера (рис. 3.9, б), у которого такой резистор подключен к линии D-. Проверяя состояние этих линий при инициализации, хост-компьютер или хаб определяет допустимые скорости передачи данных для оконечного устройства.

Сигналы синхронизации в линиях интерфейса USB кодируются вместе с данными по методу NRZI (Non Return to Zero Invert), его работу иллюстрирует рис. 3.10. Отсутствие длинных последовательностей одинаковых битов позволяет производить самосинхронизацию портов по перепадам сигналов.

Рис. 3.10. Кодирование информации методом NZRI

NZRI – метод без возврата к нулю с инвертированием для единиц. Этот метод представляет собой модификацию простого потенциального метода кодирования, когда для представления «1» и «0» используются потенциалы двух уровней.

В методе NRZI используются два уровня потенциала сигнала. При этом потенциал, используемый для кодирования текущего бита, зависит от потенциала, который использовался для кодирования предыдущего бита (так называемое «дифференциальное кодирование»).

Если текущий бит имеет значение «1», то текущий потенциал представляет собой инверсию потенциала предыдущего бита, независимо от его значения. Если же текущий бит имеет значение «0», то текущий потенциал повторяет предыдущий.

Из описания метода NRZI видно, что для обеспечения частых изменений сигнала, а значит, и для поддержания самосинхронизации приемника нужно исключить из кодов слишком длинные последовательности одинаковых битов. Метод построен так, что гарантируют не более трех одинаковых битов подряд при любом сочетании битов в исходной информации.

Дополнительным преимуществом метода является повышение достоверности передаваемой информации за счет некоторой предопределенности очередного бита.

При однократных сбоях, обрыве линий передачи данных, разъединении разъемов, фиксация этого события происходит даже помимо системы контроля данных, работающей за счет их избыточности. Это особенно важно в системах с горячим подключением и отключением портов интерфейса.

Устройства USB представляют собой набор независимых конечных точек (Endpoint), с которыми хост-компьютер обменивается информацией.

Конечные точки (по существу – программно-доступные регистры) описываются следующими параметрами:

номером точки;

типом обмена;

направлением обмена;

максимальными размерами передаваемых и принимаемых пакетов;

частотой доступа к шине и допустимыми задержками обслуживания;

полосой пропускания канала;

алгоритмом обработки ошибок.

Каждое устройство обязательно имеет конечную точку с номером 0, используемую для инициализации и как регистры управления и состояния. Эта точка не требует инициализации и всегда доступна для обмена данными типа «управление». Оконечные устройства могут иметь дополнительные точки, реализующие обмен полезными данными. Низкоскоростные оконечные устройства содержат до двух дополнительных точек, полноскоростные – не более чем по 16 точек ввода и вывода.

Точки должны быть инициализированы после подключения к интерфейсу устройства. Для этого должна быть определена модель обмена (определены все параметры точки).

Модель обмена в спецификации USB называется словом «Pipe». Они бывают двух типов: потоковые и однократные. Потоковые точки всегда однонаправлены. Один и тот же номер конечной точки может использоваться для двух потоков встречных направлений.

Поддерживаются сплошной и изохронный (занимающий заранее оговоренную часть пропускной способности интерфейса) потоки и передача прерываний.

Пересылка данных происходит в порядке «первым пришел – первым вышел». Механизмы конечных точек и моделей обмена очень удобны для разработчиков и программистов. Они позволяют структурировать адресное пространство и унифицировать программное обеспечение.

Хост-компьютер передает запрос конечной точке. После него отправляется в ту или другую сторону пакет сообщения. Затем конечная точка возвращает пакет с информацией о своем состоянии. Следующее сообщение, как правило, не может быть отправлено до обработки предыдущего, исключая сообщения об ошибках, которые не требуют описанной выше обработки.

USB поддерживает как однонаправленные, так и двунаправленные режимы передачи данных между программным обеспечением хост-компьютера и конечной точкой. Связь с каждой из конечных точек (модель обмена) устанавливается независимо.

Стандарт USB определяет следующие типы передачи данных:

Управляющие посылки, инициализация и управление оконечными устройствами. Поле данных не более 64 байт на полной скорости и 8 байт – на низкой. Обеспечивает гарантированную доставку данных.

Сплошные потоки для больших пакетов без жестких требований ко времени доставки. Передачи занимают всю свободную пропускную способность интерфейса. Поле данных 8, 16, 32 или 64 байт. Они имеют самый низкий приоритет, могут приостанавливаться из-за нехватки производительности интерфейса. Допускаются только на полной скорости передачи.

Прерывания – короткие передачи, до 64 байт на полной скорости и до 8 байт – на низкой. Прерывания событийно ориентированы, они требуют быстрого обслуживания. Время их обслуживания гарантировано.

Изохронные передачи – непрерывные передачи в реальном времени, занимающие заранее оговоренную часть пропускной способности интерфейса и имеющие гарантированную скорость доставки. В случае обнаружения ошибки изохронные данные передаются без повтора – недействительные пакеты игнорируются. Используются для пересылки малочувствительных к разовым сбоям данных, например для голосовой связи.

Пропускная способность интерфейса делится между всеми текущими потоками. При ее дефиците инициализация нового потока невозможна.

Буферизация данных во всех устройствах на интерфейсе USB обязательна, без нее невозможно обеспечить обмен данными с установленными скоростями.

Любой обмен данными в интерфейсе USB состоит из трех пакетов.

Первый пакет содержит адрес конечной точки и описание типа обмена данными. Его передает контроллер.

Второй пакет содержит полезные данные. При отсутствии готовых к отправке данных конечная точка передает специальный флаг.

Третий пакет передает приемник. Пакет содержит подтверждение приема данных.

Форматы пакетов

Передача осуществляется последовательно в дифференциальном режиме, что повышает ее достоверность. Начиная с младшего бита. Все посылки организованы в пакеты.

В начале каждого пакета передается поле синхронизации, в это время все порты USB надежно синхронизируются с контроллером.

Затем передаются маркер начала пакета (2 бита), идентификатор пакета (4 бита), и еще раз он же, но в инверсном виде (табл. 3.2).

Таблица 3.2

Типы пакетов USB

Тип пакета	Идентифи- катор пакета	Содержимое пакета
Маркер записи в оконечное устройство		Адрес устройства и номер конечной точки (маркер модели обмена)
Маркер чтения из оконечного устройства
Маркер инициализации устройства (записи в управляющую конечную точку)
Маркер начала кадра		Маркер начала кадра
		Пакеты данных четные и нечетные
Квитирование		Подтверждение верного приема пакета
Квитирование		Ошибка обмена данными, неготовность порта, нет необслуженных прерываний
Квитирование		Прерывание
Системный		Переход на низкую скорость

В маркерах модели обмена – адрес устройства (7 бит) и адрес конечной точки (4 бита).

Отсюда те самые 127 устройств, поддерживаемые USB (нулевое устройство – системное).

В маркере начала кадра – поле номера кадра (11 бит).

В пакетах данных – сами данные (от 0 до 1023 байт).

В других пакетах поле данных отсутствует.

Поле контрольной суммы передается в конце пакетов маркеров и данных, для маркеров (5 бит), для данных (11 бит) алгоритмы вычисления контрольной суммы разные.

Каждый обмен данными инициируется хост-компьютером выдачей маркера и завершается пакетом квитирования (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Последовательность передачи пакетов при обмене данными в USB

Маркер модели обмена передает хост-компьютер.

Данные передает оконечное устройство (модель «чтение из оконечного устройства») или хост-компьютер (в двух других случаях).

Пакет квитирования передает «принимающая сторона».

Хост-компьютер формирует кадр обмена данными со всеми устройствами, длящийся 1 мс. В каждом кадре происходят операции обмена данными по всем активным моделям обмена.

В начале каждого кадра он передает маркер начала кадра. В конце кадра имеется пауза, когда в линию не передается ни какой информации.

Маркер начала кадра содержит циклически наращиваемый сериальный номер. Он может использоваться оконечными устройствами для синхронизации или самотестирования.

Такой алгоритм организации обмена данными позволяет резервировать пропускную способность интерфейса под различные задачи.

Поддержка многозадачности здесь достаточно развитая и легко управляемая. Большие потоки данных передаются с хорошим соотношением полезной информации и системной.