Интерфейс USB

Интерфейс USB

Компас об интерфейсе USB: истории создания и перспективах развития

История

Первая версия компьютерного интерфейс USB появилась 15 января 1996 года. Инициаторами проекта был альянс 7 крупных компаний производителей Intel, DEC, IBM, Northen Telecom, Compaq.

Причиной возникновения нового стандарта для передачи информации, послужила желание упростить соединение ПК с периферийными устройствами. Основная цель стандарта, была создать для пользователей возможность пользоваться таким интерфейсом, который бы обладал максимальной простотой, универсальностью, и использовал принцип Plug&Play или горячее соединение.

Это позволило бы подключать к ПК во время работы различные устройства ввода-вывода, с условием немедленного автоматического распознавания типа и модели подключённого устройства. Также, была поставлена цель, — избавиться от проблемы нехватки внутренних ресурсов прерываний системной шины.

Все эти задачи успешно были решены к концу 1996 года, а к весне 1997 года, стали появляться первые ПК, оборудованные разъёмами USB. Полная поддержка USB устройств была осуществлена только к концу 1998 года, в операционной системе Windows98, и только с этого этапа, началось особенно бурное развитие и выпуск периферийного оборудования, оснащённого этим интерфейсом.

Этот стандарт был рождён, в то время, когда уже существовал аналогичный последовательный интерфейс передачи данных, разработанный Apple Computer и имел название FireWare или IEE1394. USB — интерфейс был создан, как альтернатива IEE1394, и был призван не заменить его, а существовать параллельно уже существующему типу соединений.

USB и PS2

С точки зрения периферии, USB даёт несколько важных преимуществ по сравнению с PS/2. Во-первых, возможность подключать к одному порту не одно, а несколько устройств при использовании хабов. Во-вторых, возможность «горячего» их подключения, без обесточивания ПК и самих устройств. В-третьих, повышение максимальной скорости опроса порта с 200 Гц до 1 КГц, а скорости обмена данными от 40 Кбит/с до 12 Мбит/с в первой версии стандарта, чего более чем достаточно для любых устройств ввода. И, кроме того, документированная максимальная сила тока при тех же 5 В питающего напряжения поднята от 100 мА до 500 мА.

Физически — четырёхпроводной последовательный интерфейс может быть как синхронным, так и асинхронным. Поскольку он разрабатывался для периферии в общем случае, то изначально были определены классы устройств. Интересующие нас относятся к HID — Human Interface Device, устройствам взаимодействия человека с ПК.

Логически он работает не через прерывания, а через HID-события, которые несут смысловую нагрузку, практически в простом случае идентичную скан-кодам. С точки зрения ОС, большой разницы нет, да и с точки зрения современных BIOS — тоже.

Явно видно, что он пришёл на смену PS/2, хотя времени для этого потребовалось немало. Однако в этом году ни один ведущий производитель периферии не объявил новых моделей с поддержкой PS/2, на редком ноутбуке можно встретить эти порты. Да и не жалко их. Если при недостатке USB они помогали увеличить количество одновременно подключённых устройств, то сейчас эта проблема не стоит так остро — чем занять 10-12 портов USB, обыкновенных для современных материнских плат, надо ещё придумать.

USB на wikipedia
Интерфейсы
История рождения интерфейса USB
История развития

USB 1.1

Технические характеристики:
две скорости:
высокая скорость обмена — 12 Мбит/с
низкая скорость обмена — 1,5 Мбит/с
максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена — 5 м [1]
максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена — 3 м [1]
максимальное количество подключённых устройств (включая размножители) — 127
возможно подключение устройств с различными скоростями обмена
напряжение питания для периферийных устройств — 5 В
максимальный ток потребления на одно устройство — 500 мA

USB 2.0

USB 2.0 отличается от USB 1.1 только большей скоростью и небольшими изменениями в протоколе передачи данных для режима Hi-speed (480Мбит/сек). Существуют три скорости работы устройств USB 2.0 :
Low-speed 10—1500 Кбит/c (используется для интерактивных устройств: Клавиатуры, мыши, джойстики)
Full-speed 0,5—12 Мбит/с (аудио/видео устройства)
Hi-speed 25—480 Мбит/с (видео устройства, устройства хранения информации)

На самом деле хотя и в теории скорость USB 2.0 может достигать 480Мбит/с, устройства типа жёстких дисков и вообще любых носителей информации в реальности никогда не достигают такой скорости обмена по шине, хотя и могут развивать её. Это можно объяснить достаточно большими задержками шины USB между запросом на передачу данных и собственно началом передачи. Например, другая шина FireWire хотя и обеспечивает максимальную скорость в 400Мбит/с, что на 80Мбит/с меньше чем у USB, в реальности позволяет достичь бо́льших скоростей обмена данными с жёсткими дисками и другими устройствами хранения информации.

USB OTG

USB OTG (аббр. от On-The-Go) — дальнейшее расширение спецификации USB 2.0, предназначенное для лёгкого соединения периферийных USB-устройств друг с другом без необходимости подключения к ПК. Например, цифровой фотоаппарат можно подключать к фотопринтеру напрямую, если они оба поддерживают стандарт USB OTG. К моделям КПК и коммуникаторов, поддерживающих USB OTG, можно подключать некоторые USB-устройства. Обычно это флэш-накопители, цифровые фотоаппараты, клавиатуры, мыши и другие устройства, не требующие дополнительных драйверов. Этот стандарт возник из-за резко возросшей в последнее время необходимости надёжного соединения различных USB-устройств без использования ПК. В данной спецификации устройства обходятся без персонального компьютера, т.е. выступают как одноранговые приемопередатчики (на самом деле только создаётся такое ощущение. В действительности же устройства определяют, кто из них будет мастер-устройством, а кто подчиняемым. А одноранговым интерфейс USB быть не может).

USB wireless

Новейшая технология USB (официальная спецификация стала доступна только в мае 2005 года). Позволяет организовать беспроводную связь с высокой скоростью передачи информации (до 480 Мбит/с на расстоянии 3 метра и до 110 Мбит/с на расстоянии 10 метров).

23 июля 2007 года международная некоммерческая организация USB Implementers Forum (USB-IF), объединяющая разработчиков и производителей оборудования с интерфейсом USB, объявила о сертификации шести первых потребительских продуктов с поддержкой Wireless USB.

Идея беспроводного USB — конкурента беспроводных интерфейсов ближнего радиуса действия IrDA и Bluetooth — лежит на поверхности: благодаря полной совместимости с проводным USB он позволил бы без проводов подключать к компьютеру, КПК или смартфону практически любые периферийные устройства. При помощи беспроводных адаптеров любое устройство с интерфейсом USB может быть подключено по интерфейсу Wireless USB.

История Wireless USB началась в феврале 2004 года, когда была создана рабочая группа Wireless USB Promoter Group из представителей семи крупных ИТ-компаний Agere Systems, Hewlett-Packard, Intel, Microsoft, NEC, Philips и Samsung. Главной задачей группы стала разработка спецификации нового беспроводного стандарта, окончательный вариант которой был представлен общественности в мае 2005 года. Функции сертификации и продвижения на рынке оборудования на соответствие нового стандарта были возложены на организацию USB-IF, «опекающую» все разновидности стандартов «универсальной последовательной шины». Первая публичная демонстрация сертифицированных устройств с поддержкой Wireless USB USB-IF состоялась в июне 2006 года, а уже в октябре первый комплект из беспроводных хост-контроллера и адаптера Wireless USB для использования как в помещении, так и вне его, получил одобрение Федеральной комиссии по связи США (FCC).

Первые шаги
Wireless USB
Wireless USB
Всё о USB

USB 3.0

USB 3.0 находится на стадии разработки. USB 3.0 планируется создать обратно совместимым с USB 2.0 и USB 1.1

Финальная спецификация для стандарта USB 3.0 появится вначале лета 2008 года, а оборудование для нового порта появится в 2009 году, достигнув максимума производства к 2010 году.

Созданием USB 3.0 занимаются компании: Intel, Microsoft, Hewlett-Packard, Texas Instruments, NEC и NXP Semiconductors.

Теоретическая пиковая пропускная способность составляет 4,8 Гбит/с.

Новости USB 3.0
USB 3.0 как альтернатива FireWire
Разъёмы USB 3.0
В 10 раз быстрее предшественника
Детали USB 3.0

Mini USB

Разъёмы мини-USB обычно встречаются на цифровых камерах и внешних жёстких дисках.

Разъёмы mini usb

Распайка USB

Здесь:
GND — цепь «корпуса» для питания периферийных устройств
VBus — +5V также для цепей питания
Шина D+ предназначена для передачи данных
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 неэкранированным.