História štandardov USB od verzie 1.0 po USB4

História štandardov USB od verzie 1.0 po USB4
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  178 zobrazení
3
 0
História elektroniky

Pojem USB je skratka pre Universal Serial Bus (univerzálna sériová zbernica). Zbernica je spojenie obvodov, ktoré sa používa na prenos údajov alebo napájania medzi komponentmi v elektronickom systéme. "Sériová" zbernica prenáša údaje po jednom bite cez jeden vodič. USB je technický štandard, ktorý stanovuje špecifikácie pre konektory a káble používané na prepojenie rôznych zariadení v elektronickom systéme.

Vo veľmi jednoduchom zmysle umožňuje štandard USB jednoduché a pohodlné prepojenie a dátovú komunikáciu medzi zariadeniami. Vyvinul sa však tak, že dokáže oveľa viac. Vývoj protokolu USB a produktov s ním spojených bol podmienený problémom zložitosti prepojenia a pomalého prenosu údajov, ktorý bol vlastný počítačovým systémom zo začiatku 90. rokov. Debut štandardu USB v roku 1996 zjednodušil a zefektívnil mozaikový proces prepojovania. Odvtedy je USB doslova príbehom behu cez prekážky.

Zdokonaľovanie protokolu USB a produktov na ňom založených trvá už 26 rokov a naďalej sa vyvíja. Cieľom Fóra implementátorov USB (USB-IF), konzorcia viac ako 700 spoločností, ktoré tento štandard riadia, je neustále zvyšovanie rýchlosti dátovej komunikácie spolu s dodávkou energie. Výsledkom bolo všeobecné prijatie štandardu počítačovými spločnosťami na základe jednoduchšieho nastavenia a výmeny zariadení.

Tu sú uvedené niektoré konkrétne zmeny v štandarde USB a sprievodnom hardvéri v priebehu rokov od jeho prvého vydania. Aby sme predišli nedorozumeniam, budeme spočiatku odkazovať na pôvodné pomenovanie pred zmenami, ktoré vykonala organizácia USB-IF v roku 2013. Týmto zmenám a nejasnostiam okolo nich sa budeme venovať v celom článku.

Typy prepojení pred rokom 1996

Pred vývojom USB používali výrobcovia počítačov na prenos dát sériové aj paralelné porty, proprietárne konektory, konektory a káble, čo si často vyžadovalo špeciálne ovládače a karty. Rýchlosť prenosu dát bola pomalá, od 100 kilobajtov (kB) za sekundu v prípade paralelného portu po 450 kilobitov (kb) za sekundu v prípade sériového portu, a pripojenie zariadení si často vyžadovalo odpojenie alebo reštartovanie hostiteľského počítača.

Prvotný vývoj štandardu USB začala organizácia USB-IF v roku 1994. V tom roku bolo oznámených niekoľko verzií štandardu (USB 0.8 a USB 0.9) ako "predbežné verzie", ktoré neboli komerčne dostupné. Ďalšia predbežná verzia (USB 0.99) bola oznámená v roku 1995, ale opäť nebola komerčne dostupná.

USB 1.0

Začiatkom roka 1996 bolo vydané USB 1.0 ako prvá významná verzia radu USB. Ponúkal rýchlosť prenosu dát 1,5 megabitu za sekundu (Mbps) pri nízkej rýchlosti a 12 Mbps pri plnej rýchlosti. Bolo tiež samokonfigurovateľné, takže používateľ nemusel meniť nastavenia zariadenia, aby sa prispôsobilo periférnym zariadeniam. Rozhranie bolo tiež vymeniteľné za plnej prevádzky, takže zariadenia bolo možné meniť bez opätovného spustenia hostiteľského počítača. Aj keď išlo o prvú komerčnú verziu USB, na trhu nebola až tak široko prijatá a to najmä preto, že na vtedajšom trhu bolo k dispozícii len málo zariadení.

USB 1.1

Revidovaná verzia pôvodného štandardu bola vydaná v roku 1998. Označovala sa ako USB 1.1 a zodpovedala rýchlosti prenosu dát verzie 1.0, ale mohla pracovať aj pri nižších rýchlostiach pre zariadenia s nižšou šírkou pásma. Bola označená ako Full Speed. Prvou komerčnou lastovičkou bol počítač iMac G3 spoločnosti Apple ktorý prijal nový štandard USB a prestal vo svojich počítačoch používať sériové a paralelné porty. Tento krok pomohol pripraviť pôdu pre širšie prijatie protokolu USB v priemysle a široké prijatie produktov USB spotrebiteľmi. Verzie 1.0 a 1.1 špecifikovali používanie štandardných konektorov typu A (obdĺžnikový) alebo typu B (štvorcový so skosenými hornými rohmi).

USB 2.0

S rastúcou akceptáciou osobných počítačov a ich rôznych periférií na trhu a so zložitejšími aplikáciami sa ukázala potreba vyššej rýchlosti prenosu dát. USB 2.0 bolo vydané v apríli 2000 s rýchlosťou prenosu dát 480 Mb/s. Obmedzenia zbernice však túto rýchlosť znížili na 280 Mb/s aj keď na marketingové účely bola označená ako vysokorýchlostná. Nová verzia mohla pracovať aj s rýchlosťou 12 a 1,5 Mb/s pre zariadenia, ktoré vyžadovali menšiu šírku pásma. Ponúkla tiež možnosť pripojenia multimediálnych a pamäťových zariadení a podporu zdrojov napájania pomocou konektorov USB do 5 V a 500 mA.

Okrem toho ponúkal možnosť interakcie dvoch zariadení bez potreby samostatného hostiteľa USB, známeho aj ako USB On-the-Go. Rozhranie USB 2.0 je kompatibilné s konektormi USB typu A, B a C, ako aj s konektormi USB Mini a Micro A a B. Konektory Micro A a B však boli uvoľnené až v roku 2007.

V roku 2000 boli na trh uvedené aj prvé USB flash disky s kapacitou až 8 megabajtov, čím sa ešte viac rozšírila akceptácia štandardu USB. V dnešnom svete sú k dispozícii flash disky s úložiskom v rozsahu terabajtov.

Bezdrôtové pripojenie USB

Štandard bezdrôtového USB (W-USB) bol oznámený v máji 2005 pre bezdrôtovú sieťovú komunikáciu na krátku vzdialenosť s limitom dosahu 10 metrov a rýchlosťou 480 Mb/s. Tento štandard sa však už nepoužíva.

USB Micro

Konektory USB Micro sa objavili v roku 2007. V podstate išlo o zmenšené verzie konektorov USB Mini-B, ktoré ponúkali vyššiu rýchlosť nabíjania a prenosu dát ako mini zariadenia. Konektory USB Micro boli zväčša zavedené na použitie pri štandardizácii pripojení ako prvé v mobilných zariadeniach so systémom Android. Tiež treba jasne uviesť, že konektory USB Micro sú fyzickým štandardom, ktorý priamo nesúvisí s komunikačnými štandardmi, ako sú USB 1.0, 1.1 a 2.0.

USB 3.0 (teraz USB 3.2 Gen 1)

Tretia hlavná verzia štandardu USB potvrdila pokračujúci dopyt po väčšej digitálnej pamäti a šírke pásma na trhu. Štandard USB 3.0 bol vydaný v novembri 2008 a umožňoval prenos dát rýchlosťou maximálne 5 gigabitov za sekundu (Gb/s), ale zvyčajne fungoval rýchlosťou približne 3 Gb/s. Táto schopnosť viedla k tomu, že štandard bol označený ako SuperSpeedUSB. USB 3.0 zdvojnásobilo štyri pripojovacie linky hardvéru USB 2.0 na osem a umožnilo obojsmerný prenos dát a zostalo spätne kompatibilné s USB 2.0. Od svojho uvedenia na trh bol USB 3.0 aktualizovaný podľa konvencie pomenovania 3.2 a teraz sa technicky označuje ako USB 3.2 Gen 1.

Štandard USB 3.0 tiež zvýšil schopnosť prenosu energie na 5 V a 900 mA. Podporuje fyzické konektory USB 3.0 typu A a B a USB typu C. Na rozlíšenie konektorov používaných so štandardom 3.0 sú konektory v zariadeniach sfarbené modrou farbou.

USB 3.1 (alebo USB 3.2 Gen 2x1)

Verzia USB 3.1 bola prechodným štandardom, ktorý je totožný so štandardom 3.0, až na to, že zvýšil rýchlosť prenosu dát až na 10 Gb/s (USB 3.1 Gen 2). Rovnako ako v prípade USB 3.0 bol aktualizovaný aj názov USB 3.1, ktorý sa teraz nazýva USB 3.2 Gen 2. Vďaka zvýšeným prenosovým rýchlostiam si vyslúžil označenie SuperSpeed+. Verzia 3.1, vydaná v júli 2013, používala rovnaké konektory (USB A, B, Mini a Micro) ako verzia 3.0.

V roku 2014 boli oznámené aj konektory USB typu C. Konektor typu C, prvýkrát navrhnutý v roku 2012, poskytujúc dátové, zobrazovacie a napájacie signály prostredníctvom jediného malého konektora, ktorý je navyše obojstranný. Približne o tretinu väčší ako pôvodný konektor USB typu A má konektor typu C oválny tvar a je o niečo hrubší ako verzie USB Mini a Micro a obsahuje ďalšie vodiče a kolíky, ktoré zvyšujú jeho dátový potenciál.

USB 3.2 a USB typu C

Štandard USB 3.2 nahradil štandardy USB 3.0/USB 3.1 a vykonal v nich určité retroaktívne zmeny. Vzhľadom na pretrvávajúcu potrebu vyššej rýchlosti, ktorá bola hnacím faktorom, bola v septembri 2017 predstavená verzia USB 3.2, ďalší prechodný krok, ktorý v skutočnosti zdvojnásobil rýchlosť prenosu dát na 20 Gb/s (USB 3.2 Gen 2x2) zvýšením kanálov prenosu dát z jedného pruhu na dva. To sa dosiahlo pridaním konektorov USB typu C. Zvýšenie na 20 Gb/s je možné len pomocou káblov USB typu C, ktoré dokážu prenášať 10 Gb/s v každom smere cez dva páry vodičov.

Názov Maximálna rýchlosť Alternatívny názov Predošlý názov
USB 3.2 Gen 2x2 20 Gbps SuperSpeed USB 20 Gbps USB 3.2
USB 3.2 Gen 2 10 Gbps SuperSpeed USB 10 Gbps USB 3.1 Gen 2
USB 3.2 Gen 1 5 Gbps SuperSpeed USB 5 Gbps USB 3.1 Gen 1 alebo USB 3.0

 

USB 4.0

USB 4.0, ktoré bolo vydané v auguste 2019, je založené na protokole Thunderbolt 3. Ponúka prenos dát rýchlosťou až 40 Gb/s a s novším štandardom Power Delivery 3.1 prenos energie až do 240 W. Thunderbolt 3 bol protokol vyvinutý spoločnosťou Intel v roku 2015 na podporu vysokorýchlostného prenosu dát a videa.

Verzia USB 4.0 nepotrebuje nové konektory a využíva už existujúce konektory typu C. Vďaka tomu môžu dátové a video signály efektívne zdieľať dátové linky a dosiahnuť maximálne využitie šírky pásma zariadenia, čím sa optimalizuje rýchlosť prenosu dát. Je tiež spätne kompatibilná (pomocou adaptérov) s verziami USB 2.0 a 3.2, hoci prenosová rýchlosť tým samozrejme utrpí.

Táto najnovšia verzia štandardu USB ponúka aj funkciu Intelligent Power Delivery, ktorá umožňuje, aby kábel USB 4.0 dodával toľko energie, koľko pripojené zariadenie potrebuje, a to až do 240 W a 5 A. Napájanie je tiež obojsmerné, čo znamená, že môže prúdiť do pripojeného zariadenia alebo z neho.

Niečo o konektoroch

Ako už bolo spomenuté, rôzne verzie štandardu USB priniesli množstvo konektorov - presne je ich 14. Aj keď sú fyzická forma a protokol USB technicky nezávislé, existuje vzájomný vzťah, pokiaľ ide o to, ktoré protokoly fungujú s konkrétnymi formami. Vzhľadom na to vám prinášame stručný prehľad niektorých najvýznamnejších používaných typov.

  • USB typu A: prvý a asi aj najznámejší konektor USB sa používa od prvého vydania tohoto štandardu. Má plochý, obdĺžnikový tvar a je možné ho zasunúť len v jednej orientácii.

  • USB typ B: je menší ako typ A a má štvorcový tvar s mierne skosenými rohmi na hornej strane a veľkým prázdnym priestorom na vnútornej strane.

  • USB Mini-B: 5-pinový konektor kompaktných rozmerov používaný v starších mobilných telefónoch a digitálnych fotoaparátoch, ktorý bol z veľkej časti nahradený konektorom Micro-B.

  • USB Micro-B: menší a plochejší ako Mini-B, používa sa v mnohých inteligentných telefónoch.

  • USB 3.0 typ A: plochý a obdĺžnikový podobný typu A, ale so štvorcovými kolíkmi a modrými vnútornými prvkami na identifikáciu. Známy aj ako SuperSpeed.

  • USB 3.0 typ B: určený pre aplikácie SuperSpeed, s dvoma nad sebou umiestnenými obdĺžnikovými časťami a modrými vnútornými prvkami na identifikáciu.

  • USB 3.0 Micro-B: malý, plochý a obdĺžnikový s dvoma odlišnými sekciami. Určený na prenos dát a napájanie pre aplikácie SuperSpeed.

  • USB typu C: obojstranný symetrický dizajn s obdĺžnikovým tvarom a zaoblenými rohmi. Najnovšie zariadenie s konektorom USB.

Dekódovanie pomenovacích konvencií USB

V snahe vyjasniť zmätok na trhu, počnúc štandardom USB 3.2, zaviedla organizácia USB-IF sériu zmien v pomenovaní. Pôvodné pojmy USB 3.0 a USB 3.1 boli zrušené a nahradené trojstupňovou schémou. Prvá úroveň bola známa ako USB 3.2 Gen 1 (predtým USB 3.0 a USB 3.1 Gen 1). Spočiatku bola označovaná ako SuperSpeed USB s rýchlosťou prenosu dát až 5 Gb/s. Označenie Gen sa vzťahuje na generáciu a číslo, ktoré nasleduje, označuje počet dátových liniek. Najnovšie sa toto označenie zmenilo na SuperSpeed USB 5 Gb/s.

Druhá úroveň je označená ako USB 3.2 Gen 2 (predtým USB 3.1 Gen 2). Pôvodne sa označovala ako SuperSpeed 10 Gb/s s prenosom dát až 10 Gb/s. Tento marketingový termín zostáva nezmenený. Tretia úroveň je USB 3.2 Gen 2x2 (predtým USB 3.2). Táto úroveň bola pôvodne označená ako SuperSpeed USB 20 Gb/s a tento termín zostáva zachovaný. Má rýchlosť prenosu dát až 20 Gb/s.

Organizácia USB-IF spresnila aj pomenovanie USB 4.0 a zmenila ho na USB4 s týmito dvoma úrovňami:

  • USB4 20 Gb/s (rýchlosť prenosu dát zodpovedá jeho pomenovaniu)
  • USB4 40 Gb/s (rýchlosť prenosu dát zodpovedá jeho pomenovaniu)

Ku každej z týchto úrovní je priradené nové logo, ktoré sa môže používať na výrobkoch. Dúfame, že to pomôže vyjasniť prípadné nejasnosti spotrebiteľov na trhu. Rôzne názvy štandardov USB však naďalej spôsobujú určité obavy a zmätok na trhu, keďže zariadenia sa stále často označujú podľa starej schémy pomenovania.

Rozpis najaktuálnejších konvencií pre pomenovanie USB a logá

Pokračujúca aktuálnosť USB

Štandard USB slúžil na vyčistenie osieho hniezda konektorov a káblov, ktoré sa pôvodne používali na prepojenie periférnych zariadení s hostiteľskými počítačmi. Pokračujúci vývoj tohto štandardu a zariadení, ktoré ho podporujú, znamenal zvýšenie rýchlosti prenosu dát a napájania prostredníctvom malého, lacného a ľahko použiteľného rozhrania.

To, čo sa začalo ako spôsob pripojenia periférnych zariadení, sa stalo spôsobom, ako zlepšiť používateľské skúsenosti so všetkými typmi výrobkov vrátane inteligentných telefónov a iných mobilných zariadení, hier, hračiek, výrobkov inteligentnej domácnosti a priemyselných sietí. Zariadenia USB sa dnes často používajú aj jednoducho na účely nabíjania.

Zdroj : CUI devices

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok?

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok a chceli by ste sa o to podeliť s viac ako 250.000 čitateľmi? Tak neváhajte a dajte nám vedieť, radi ju uverejníme a to vrátane obrazových a video príloh. Rovnako uvítame aj autorov teoretických článkov, či autorov zaujímavých videí z oblasti elektroniky / elektrotechniky.

Kontaktujte nás!


Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo

JLCPCB Promo
PCBWay Promo

JLCPCB Promo
PCBWay Promo

JLCPCB Promo
Webwiki Button