USB (în limba engleză, " Universal Serial Bus ") este un standard de pentru magistrală serială de calculator folosit pentru a conecta periferice pentru computere la un computer sau la orice tip de aparat, prevăzut în acest scop ( tabletă , smartphone , etc. ). Busul USB permite perifericelor să fie conectate „la cald ” (când computerul rulează) și să beneficieze de plug and play care recunoaște automat perifericul. Poate furniza periferice eficiente din punct de vedere energetic ( cheie USB , discuri SSD ) și, pentru ultimele sale versiuni cu mufă USB Type-C , dispozitive care necesită mai multă putere (60 W în versiunea standard, 100 W maxim).
Versiunea 1.0 a USB a apărut înIanuarie 1996, acest conector a devenit răspândit în anii 2000 pentru a conecta șoareci , tastatură de computer , imprimante , taste USB și alte periferice pe computerele personale .
Performanța USB, în special în ceea ce privește viteza, sa îmbunătățit mult față de versiunile: de la 1,5 Mbit / s pentru versiunea 1.0 la 20 Gbit / s teoretic pentru versiunea 3.2 Gen 2x2 .
USB a fost proiectat la mijlocul anilor 1990 pentru a înlocui mai multe porturi de calculator extern ( de port paralel , serial de port SCSI , etc ), specializate (porturi PC tastatură DIN și PS / 2 mini-DIN, port mouse - ul) și incompatibile unele cu altele . Versiunile succesive ale standardului au fost dezvoltate împreună cu progresele tehnologice, fiecare destinată să le înlocuiască pe cele anterioare prin performanța lor. O cheie a acestei generalizări constă în faptul că cipurile simple cu cost redus gestionează în timp real toată logica de serializare și partajare - de complexitate, crescând în comparație cu versiunile - de USB.
În 1996, prima versiune a standardului, USB 1.0 , este specificată de șapte parteneri industriali ( Compaq , DEC , IBM , Intel , Microsoft , NEC și Northern Telecom ), dar rămâne teoretică și nu a fost aplicată într-adevăr pentru lipsa componentelor.
Trebuie să așteptăm a doua versiune a standardului în 1998, numit USB 1.1 , astfel încât USB-ul începe de fapt să fie folosit. Prin urmare, ceea ce denumim în mod obișnuit USB 1 este de fapt USB 1.1 .
USB 1.1 face corecții la standardul 1.0 și , de asemenea , definește două viteze de comunicare:
În August 1998, odată cu lansarea iMac G3 , Apple este primul producător care oferă un dispozitiv cu porturi USB doar ca înlocuitor pentru porturile de generație mai veche, ceea ce a făcut ca piața perifericelor USB să decoleze.
În aprilie 2000este publicat standardul USB 2.0 , care optimizează utilizarea lățimii de bandă, cu un debit teoretic de 480 Mbit / s , numit „High Speed” (în engleză High Speed ). Acesta este utilizat de periferice rapide: hard disk - uri , arzător disc optic , etc. La momentul lansării, majoritatea perifericelor aveau o viteză mai mică decât cea permisă de USB 2.0 .
În 2005, Wireless USB , o versiune wireless a USB, este specificată de Wireless USB Promoter Group . Promite 400 Mbit / s la o distanță de 3 m și 112 Mbit / s la 10 m .
În 2007, extensia On-The-Go (OTG), adăugată la standardul USB 2.0 , permite schimbul de date punct-la-punct între două dispozitive fără a fi nevoie să treacă printr-o gazdă (de obicei un computer personal). Standardul OTG devine, prin urmare, un nou standard.
În 2008, USB 3.0 (redenumit ca USB 3.1 Gen 1 ) introduce modul SuperSpeed , care are o capacitate teoretică de 5 Gbit / s . Dar, deoarece acest nou mod folosește codificarea datelor de tip 8b / 10b , viteza reală de transfer este de doar 4 Gbit / s . Cele USB 3 furnizează o putere maximă electrică de 4,5 W 0,9 A la 5 V .
Dispozitivele compatibile au conexiuni cu șase contacte în loc de patru, dar este asigurată compatibilitatea inversă a mufelor și cablurilor din versiunile anterioare. Cu toate acestea, compatibilitatea înapoi nu este posibilă, deoarece cablurile USB 3.0 de tip B nu sunt compatibile cu mufele USB 1.1 / 2.0 de tip B.
start 2010, USB 3.0 este introdus în produsele de larg consum. Priza corespunzătoare este adesea marcată cu o culoare albastră. De asemenea, apar prize roșii , care indică o putere electrică disponibilă mai mare, potrivită pentru încărcarea rapidă a dispozitivelor mici, inclusiv (cu condiția ca aceasta să fie setată în BIOS sau UEFI ) când computerul este oprit.
Alte culori, care nu sunt standardizate și, prin urmare, specifice fiecărui producător (albastru deschis, gri etc. ), indică ce porturi USB sunt conectate la adaptoare separate, ceea ce este important pentru întrebări de performanță (viteze paralele) sau fiabilitate. Galbenul este adesea folosit pentru a indica care porturi sunt retentive atunci când aparatul este oprit.
În August 2013, USB 3.1 (redenumit la USB 3.1 Gen 2 ) este anunțată. Specificațiile tehnice ale acestui standard sunt publicate în cele din urmă de consorțiul USB Implementers Forum dinaugust 2014.
3.1 USB Gen2 permite dubla ratele de USB 3.1 Gen 1 , 10 Gbit / s . Standardul este compatibil cu USB 3.1 Gen 1 și USB 2.0 . Cele USB 3.1 Gen 2 marchează lansarea unei noi conexiuni, este mai subțire și nu impune un sentiment de conexiune (se spune că conexiunea este reversibilă): a tip C . Pentru a permite în continuare conectarea la conectori USB 2.0 și 3.0 , standardul permite adaptoare pasive (spre deosebire de adaptoarele Lightning , conectorul reversibil lansat de Apple cu iPhone 5 în 2012), pentru a păstra o dimensiune mică și un cost măsurat de fabricație.
9 martie 2015, Apple introduce MacBook, primul computer cu un singur port USB 3.1 Type-C, dar care beneficiază doar de transferul USB 3.1 Gen 1 (5 Gbps ) în loc de USB 3.1 Gen 2 (10 Gbit / s ).
USB 3.2 Gen 2x2 dublează viteza versiunii anterioare la 20 Gbit / s .
Standardul rămâne compatibil cu versiunile anterioare. USB-IF beneficiază de acest nou standard pentru a redenumi, încă o dată, standardele vechi. USB 3.1 Gen 1 acompaniat de de 5 Gbit / s (anterior USB 3.0 ) devine USB 3.2 Gen 1 , USB 3.1 Gen 2 acompaniat de de 10 Gbit / s (anterior USB 3.1 ) devine USB 3.2 Gen 2 și noul standard ia numele de USB 3.2 Gen 2x2 la 20 Gbit / s .
Standardul USB4, anunțat în 2017 și oficializat în septembrie 2019 de USB-IF, promite 40 Gbit / s, precum și integrarea caracteristicilor Thunderbolt 3 , oferind speranță pentru o fuziune sau chiar o fuziune între cele două standarde. USB-IF nu este o continuare logică, denumind acest standard USB4 și nu USB 4.0 . Cablurile USB4 sunt în format USB-C.
Când se vorbește despre echipamente USB, este necesar să se specifice versiunea standardului (1.1, 2.0 sau 3.1 Gen 1 sau Gen 2 ) dar și viteza (viteză mică / completă / mare / super ). O cheie USB specificată în USB 2.0 nu este neapărat „de mare viteză” dacă aceasta nu este specificată de un logo „de mare viteză ”.
Până la versiunea 3.1 Gen 2 , magistrala USB era mai lentă decât unele interfețe interne precum PCI , AGP sau SATA . Astfel, USB 2.0 (480 Mbit / s ) este de peste zece ori mai lent decât SATA III (6 Gbit / s ). USB 3.1 Gen 1 este teoretic aproape egal cu SATA III cu o viteză de 5 Gbit / s . USB 3.1 Gen 2 depășește teoretic SATA III cu o viteză teoretică de 10 Gbit / s .
Aceste viteze sunt atinse numai atunci când copiați fișiere cu un utilitar sau un sistem de operare utilizând buffer dublu . În caz contrar, discurile vor fi apelate la rândul lor, în loc să debiteze în același timp, împărțind astfel viteza teoretică posibilă la două. Acesta este, de exemplu, cazul în Windows 7 cu funcția de bază de copiere a sistemului. Restricția fluxului este, de asemenea, respectată cu prize USB conectate la un singur controler printr-un hub USB , indiferent dacă acesta din urmă este extern sau intern.
Împărțirea debitului nu pune o problemă atunci când vine vorba de periferice care nu funcționează simultan (hub-ul este, în acest caz, utilizat pur și simplu pentru a evita conexiunile și deconectările manuale frecvente și, prin urmare, și uzura prematură a prizelor USB), alocarea benzii, în standardul USB, fiind dinamic; cu alte cuvinte, atunci când un dispozitiv rulează singur, are aproape toată lățimea de bandă.
Hub USB cu un decalaj extern de viteză de alimentare numai, în timp ce cele alimentate de intensitatea defalcare cablu USB disponibil pe toate dispozitivele care au nevoie (cele alimentate de o sursă de alimentare externă, cum ar fi hard disk - uri externe, consumă foarte puțină energie în autobuz).
USB 1.0 | USB 1.1 | USB 2.0 | USB wireless | USB 3.2 Gen 1 | USB 3.2 Gen 2 | USB 3.2 Gen 2x2 | USB4 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
An | 1996 | 1998 | 2000 | 2005 | 2008 | 2013 | 2015 | 2017 |
Debit | 1,5 Mbit / s 0,19 MB / s |
12 Mbit / s 1,5 MB / s |
480 Mbit / s 60 MB / s |
480 Mbit / s 60 MB / s |
5 Gbit / s 640 MB / s |
10 Gbit / s 1,25 Gb / s |
20 Gbps 2,5 Gbps |
40 Gbit / s 5 Gb / s |
Aceste rate de biți sunt totuși doar maxime teoretice, deoarece se utilizează codarea 8-10 (un octet util codat pe zece biți cu verificare a parității). Ele pot fi degradate de mai mulți factori (performanța dispozitivului la care este conectat dispozitivul USB, eficiența software - ului care efectuează operațiile de citire sau scriere etc. ).
Când a fost creat, magistrala USB nu a permis ca două dispozitive sau două gazde să fie legate între ele: singura schemă de conexiune permisă este un dispozitiv de pe o gazdă. Pentru a evita conexiunile incorecte, standardul specifică două tipuri de conectori:
Un hub USB poate avea atât un conector de tip B, care îl conectează la gazdă, cât și conectori de tip A, care conectează periferice la acesta. Dispozitivele (gazdă și periferice) sunt echipate cu conectori de sex feminin. Cablurile de conectare au întotdeauna un capăt de tip A tată și un capăt tată de tip B, care asigură respectarea topologiei magistralei. De asemenea, pot exista cabluri prelungitoare echipate cu conectori de același tip, dar de tipuri diferite (pentru a crea extensii).
Mini-conectorii sunt tipuri Mini-A și Mini-B . Fiecare dintre acestea fiind disponibile în prize de sex masculin și feminin, sunt folosiți patru mini conectori.
Mini-BÎn Octombrie 2000, Înainte de dezvoltarea de dispozitive compacte ( telefoane mobile , camere digitale , etc. ), o actualizare la USB 2.0 standard , introduce o versiune in miniatura a conector de tip B: Mini-B. Acest nou conector este echivalent cu conectorul de tip B, dar semnificativ mai mic ca dimensiune.
Mini-AÎn decembrie 2001, USB 2.0 vine cu un conector Mini-A, utilizat ca parte a expansiunii USB On-The-Go . Se adaugă și conectorul Mini-AB (disponibil doar în portul feminin), care permite dispozitivelor compatibile să joace fie rolul de gazdă, fie cel de periferic, deoarece pot fi conectate cu cabluri Mini-A și Mini-B .
Micro-conectorii sunt de tip Micro-A și Micro-B . Pe măsură ce dimensiunea dispozitivelor mobile a scăzut și mai mult, conectorii Mini-A și Mini-B au devenit la rândul lor prea mari.
În ianuarie 2007, este anunțat noul conector Micro-B. Nu este doar mai subțire decât mini-B, dar este conceput și pentru a rezista unui număr mare de cicluri de conectare / deconectare (până la 10.000), ceea ce îl face deosebit de potrivit pentru dispozitivele mobile care sunt adesea conectate / deconectate ( tablete tactile , smartphone - uri , etc. ).
Din aceleași motive, în aprilie 2007, un nou conector Micro-A înlocuiește conectorul Mini-A, ceea ce oficial nu este recomandat luna următoare. Ca și în cazul mini-conectorilor, sosirea Micro-A a dus și la crearea portului feminin Micro-AB care permite conectarea conectorilor Micro-A și Micro-B.
Odată cu apariția USB 3.0 , au apărut noii conectori USB 3.0 Micro-A și USB 3.0 Micro-B. La fel ca standardele anterioare, conectorul USB 3.0 Micro-AB de sex feminin conține conectori USB 3.0 Micro-A și Micro-B.
Conectorii interni sunt USB-2.0, USB-3.1 gen 1 și USB-3.1 gen 2. Sunt folosiți în interiorul computerelor pentru a conecta periferice interne și sunt proiectați pentru utilizare în medii în care utilizatorul nu are nevoie. deconectați conectorul frecvent. Din acest motiv, conectorii nu sunt atât de mici și de duri.
Porturile USB-2.0 și USB 3.1 gen 1 sunt proiectate pentru a găzdui până la două dispozitive.
Tip C este introdus cu USB 3.0 înaugust 2014. Este destinat înlocuirii tuturor conectorilor anteriori. Are particularitatea de a fi reversibil, adică nu mai are o direcție sus / jos. Această reversibilitate complică considerabil cablajul producătorului, deoarece totul trebuie conectat în duplicat. Pe de altă parte, caracterul practic pentru utilizator este asociat cu compatibilitatea cu USB Power Delivery . Tehnologia DisplayPort îi permite, de asemenea, să transmită semnale audio și video.
În martie 2016, a fost lansată o specificație a conectorului de blocare USB de tip C. Acesta definește cerințele mecanice pentru conectorii USB-C și liniile directoare pentru montarea prizelor USB-C pentru a oferi un mecanism standard de blocare a șuruburilor pentru conectorii și cablurile USB-C. Acesta definește două variante: una cu un singur șurub și cealaltă cu două șuruburi. Șuruburile de blocare ale fișelor de blocare USB Type-C sunt complet retractabile, astfel încât fișa poate fi conectată la o aplicație utilizând o priză USB de tip C care nu acceptă funcția de șurub de blocare.
Standardul USB4, care încorporează protocolul Thunderbolt 3 , este disponibil doar printr-un conector USB Type-C.
USB a înlocuit diverse interfețe de magistrală care au fost echipate înainte de computere: portul serial RS-232 , portul paralel , joystick-ul portului PS / 2 (sau portul MIDI ), portul SCSI și chiar autobuzele interne precum PCI pentru conectarea anumitor dispozitive (de exemplu plăci de sunet sau Carduri de recepție TV ).
Gama de periferice care utilizează magistrala USB este extrem de largă:
Autobuzul USB este, de asemenea, utilizat intern în unele computere pentru a conecta periferice, cum ar fi camere web, receptoare cu infraroșu (este cazul de exemplu pe MacBook Pro ) sau cititoare de carduri de memorie .
Busul USB poate alimenta perifericele cu energie, într-o anumită limită a curentului consumat (2 A pentru o aplicație de mare putere, 100 mA pentru o aplicație normală). Acest lucru permite trecerea dispozitivelor portabile de reîncărcare, pentru care vedem apariția adaptoarelor de alimentare cu o conexiune USB limitată la sursa de alimentare .
Conectivitatea USB devine astfel un standard de facto pentru furnizarea de dispozitive cu putere redusă (inițial 1 A la 5 V DC, adică 5 W ), dincolo de perifericele computerului în sens strict . Pe piață au apărut mai multe gadget-uri alimentate prin USB care nu sunt periferice pentru computer: lumini de accent, ventilatoare mici etc.
Cu toate acestea, curentul livrat de USB a fost mult timp prea mică pentru anumite dispozitive, cum ar fi hard discuri externe de 3,5 inch , sau chiar unele dintre 2,5 inci poate dura până la 10 W . O soluție posibilă a fost suplimentarea sursei de alimentare prin conectarea la un al doilea port USB (uneori și o ramură pe un port de tastatură PS / 2), dar această practică a fost restrictivă, dispozitivul mobilizând apoi două porturi și două cabluri.
Diversi producători de plăci de bază , surse de alimentare sau huburi au oferit, pe lângă porturile standard, unul sau mai multe așa-numitele porturi de încărcare rapidă care pot livra până la 2 A , uneori echipate și cu dispozitive electronice de siguranță pentru a evita orice eroare de manipulare.
Această problemă ar putea fi rezolvată cu noul standard USB. Într - adevăr, un cablu standard cu conectori de tip C (standard USB 3.1 ) permite o putere electrică de 60 W . Cabluri cu fiul cu o secțiune suficientă poate trece până la 100 W . Apoi vom tinde spre utilizarea unui singur cablu pentru periferice, care asigură atât puterea, cât și transferul de date. De exemplu, puteți conecta un afișaj la un hub USB integrat cu un singur cablu USB fără să vă faceți griji cu privire la direcția cablului sau a fișei. Grosimea conductorului necesară pentru a transporta curentul corespunzător de 5 A poate pune probleme de cost și rigiditate a cablului, cu riscul de a deteriora priza, așa cum se întâmpla în zilele SCSI .
USB-ul a devenit, de asemenea, o modalitate de a alimenta un computer și nu doar perifericele acestuia. În 2015, Google a lansat un Chromebook Pixel, care include o mufă USB de tip C, care permite reîncărcarea acestuia. În 2017, a venit rândul GPD Pocket , un computer de buzunar bazat pe Intel care rulează Windows 10 și Linux.
Acest sistem concurează cu încărcarea fără fir.
Ecosistem nouDin 2009, Uniunea Europeană încearcă să impună încărcătoare universale în conformitate cu standardele USB pentru a evita 51 de kilotone de deșeuri electronice pe an în cele 27 de țări ale sale , tensiunile și conectorii corespunzători devenind astfel standardul de facto pentru tensiunea foarte joasă. .
30 ianuarie 2020, Parlamentul European votează asupra unei rezoluții fără caracter obligatoriu în fața lobby-ului din partea unor producători precum Apple care contestă eficacitatea acesteia. Această rezoluție invită Comisia să „ia măsuri pentru a introduce încărcătorul universal” înainteiulie 2020.
Beneficiind de volumul ecosistemului creat de acest nou standard intercontractor de joasă tensiune și conector, apar noi produse, cum ar fi bateriile externe în general de la 3 la 25 Ah , care au avantajul de a putea fi utilizate cu telefoane precum tablete, inclusiv de la diferiți producători și să rămână utilizabil dacă schimbăm unul, altul sau ambele.
Producătorii de obiecte conectate utilizează această standardizare pentru a furniza obiectele în cauză fără încărcătoare, care sunt, prin urmare, mult mai puțin utile. Acestea combină astfel costuri mai mici de câțiva euro (sau dolari) și o ecologie mai bună, doi factori favorabili acceptării lor de către piață. Smartwatch-urile și difuzoarele Bluetooth pot rămâne atunci cât de departe doriți de computerul principal, care uneori chiar pot dispărea de acasă fără inconveniente.
De la sfârșitul anului 2016, lămpile de birou cu LED-uri au fost vândute, echipate standard cu o priză de încărcare pentru un dispozitiv USB extern: sursa de alimentare internă asigură deja tensiunea adecvată, adăugând că această priză costă puțin să fie fabricată și se debită doar atunci când încarcă sau furnizează un dispozitiv. La fel, sursele de alimentare precum cele ale Microsoft Surface Pro 4 au un astfel de port suplimentar din același motiv. Este astfel posibil să reîncărcați un telefon mobil sau să alimentați un difuzor Bluetooth.
De la începutul anului 2019, sălile de așteptare ale secțiilor de urgență ale anumitor spitale, precum Hôpital Saint-Antoine din Paris, au echipat experimental cu șase cabluri USB (cu mufa B ) pentru încărcarea laptopurilor, astfel încât chiar și în eventualitatea de o lungă așteptare, pacienții pot fi contactați de familiile lor. Prin urmare, mufa USB devine obișnuită, la fel ca mufele de 220 V .
Utilizarea mixtă a USB pentru date și energie, în timp ce nu toate dispozitivele au nevoie de ambele utilizări, duce la crearea pe piață a cablurilor simplificate pentru a reduce costurile și, prin urmare, prețurile. Numai pentru sursa de alimentare, acestea sunt uneori furnizate cu surse de alimentare de bază, nu pot transmite date, avantajul fiind că nu poate fi transmis astfel niciun software rău intenționat. Puterea maximă transmisă depinde de tipul și calitatea cablului. Pentru cabluri doar date sunt adesea furnizate cu periferice care au propria sursă de alimentare, acestea transmit doar date și nu alimentare. Viteza este uneori limitată la USB 2.0, iar unele cabluri USB-C nu sunt compatibile cu Thunderbolt 3 inclus în standardul USB4.
Scopul acestor cabluri cu funcționalitate redusă (date sau încărcare) este indicat pe ambalajul lor, dar nu și pe cablu, însă nu a fost stabilit un cod de culoare care să le distingă de cablurile „complete”. Datele și puterea cablurilor complete "(în engleză power and data ) sunt specificate ca atare în 2017.
Universal Serial Bus este o conexiune de mare viteză , care vă permite să conectați externe dispozitive la un calculator (gazdă în USB terminologia ). Autobuzul permite conexiuni și deconectări fierbinte ( „ hot-plug “ , fără a fi nevoie de a reporni calculatorul) și furnizează dispozitive de putere sub 5 V . Permite conectarea simultană a 127 de periferice pe controler (gazdă). Consorțiul USB planifică secțiuni de la 20 AWG (0,82 mm diametru ) la 28 AWG (0,32 mm ). Cabluri folosind 24 conductori AWG pentru putere, au o rezistență de aproximativ 300 MQ pentru 1,8 m și poate furniza cel puțin două A .
Din punct de vedere software, autobuzul are o topologie de copac (numită și stea): frunzele acestui copac sunt periferice; nodurile interne sunt hub-uri care permit sub-copaci să fie altoiți în arborele principal. Aceste hub-uri sunt disponibile comercial sub formă de cutii mici alimentate fie pe autobuz, fie pe sector, și care sunt utilizate ca prize multiple . Unele periferice integrează, de asemenea, un hub (monitoare, tastaturi etc.). Cu toate acestea, orice magistrală USB are cel puțin un hub situat pe controler: hub-ul rădăcină , care poate gestiona prizele USB ale computerului. Numărul de hub-uri în cascadă este limitat: hub-ul rădăcină inclus, nu trebuie să existe mai mult de șapte straturi în arbore.
La un nivel inferior, este un inel simbolic (în engleză : Token Ring ): fiecare nod are acces succesiv la magistrală pentru a evita coliziunea de pachete ca într-o rețea Ethernet, dar numărul maxim de noduri este predefinit și se interogă fiecare nodul generează pierderi de timp inutile.
Protocoalele utilizate pentru comunicarea pe magistrala USB sunt:
Transfer în bloc (BOT)Tastele USB 1.1 și 2.0 utilizează protocolul Bulk Only Transfer ( BOT ) care nu permite trimiterea, către controlerul dispozitivului, a mai multor comenzi în același timp și, prin urmare, nu le permite acestuia din urmă să își organizeze cât mai bine procesarea, din informații cunoscute la acesta, dar nu la sistemul de operare (la fel ca NCQ ( Native Command Queuing într-un controler de hard disk). Acest mod este, de asemenea, ineficient atunci când se combină citirile și scripturile.
USB atașat SCSI Protocol (UASP) trimite mai multe comenzi către controlerul dispozitivului, la fel ca SCSI , și permite Rearrange dispozitivului după cum consideră potrivit pentru procesarea optimă. Avantajul este evident pentru ca discurile mecanice să poată fi redate pe timpul de latență al discului și mișcarea brațului de acces. Este mai complex pentru SSD-uri, unde se poate referi doar la optimizare în timpul scrierilor. O pagină de la producătorul ASUS raportează o reducere a timpului mediu de transfer de 45% (75 s față de 137 s ). Câștigurile de 20% până la 360 MB / s sunt raportate pe computerele Mac. În toate cazurile, pentru a beneficia de aceasta, controlerul USB3 / SCSI trebuie să fie compatibil cu UASP .
Lățime de bandă este împărțită în timp între toate dispozitivele conectate. Timpul este împărțit în cadre ( cadre ) sau microtramuri ( microframe ) care permit multiplexarea . Permițând astfel transferul simultan de diferite date (mouse, tastatură, sunet etc. ).
Comunicarea dintre gazdă (computer) și periferice are loc conform unui protocol bazat pe interogarea succesivă a fiecărui periferic de către computer ( sondaj ). Când gazda dorește să comunice cu un periferic, eliberează un token (pachet de date care conține adresa perifericului codificat în șapte biți ) pentru a face acest lucru.
Dacă dispozitivul își recunoaște propria adresă în jeton, acesta trimite un pachet de date (8 până la 255 octeți ) ca răspuns. Datele astfel schimbate sunt codificate în conformitate cu codificarea NRZI . Deoarece adresa este codată pe 7 biți , 128 de periferice ( 27 ) pot fi conectate simultan la un port de acest tip. Acest număr ar trebui de fapt redus la 127 deoarece adresa 0 este o adresă rezervată.
USB definește patru tipuri de transferuri:
transferul comenzii utilizat pentru enumerarea și configurarea dispozitivelor. Este potrivit pentru date de dimensiuni mici; există o garanție de livrare (returnarea coletelor incorecte); întrerupe transferul folosit pentru a furniza informații mici cu latență scăzută. Acestea nu sunt întreruperi în sensul computerului al termenului: dispozitivul trebuie să aștepte ca gazda să îl sondeze înainte de a putea efectua un astfel de transfer. Acest tip de transfer este utilizat în special de tastaturi și șoareci; transfer izocron folosit pentru a efectua transferuri mari (lățime de bandă garantată) și în timp real. Nu există nicio garanție cu privire la rutare a datelor. Acest tip de transfer este utilizat pentru fluxuri audio și video; transfer în masă vrac în limba engleză, folosit pentru a transfera informații mari, cu rutare garantată, dar fără lățime de bandă garantată. Acest tip de transfer este utilizat de dispozitivele de stocare.Este posibil să structurați comunicația dintre o gazdă și un periferic în mai multe canale logice (în țevi și puncte finale englezești ) pentru a simplifica controlul perifericului de la portul USB.
Porturile USB acceptă conectarea la cald și recunoașterea automată a dispozitivului ( plug and play ). Astfel, perifericele pot fi conectate fără a opri computerul.
La conectarea dispozitivului la gazdă, acesta din urmă detectează adăugarea noului element prin schimbarea tensiunii dintre firele D + și D-. În acest moment, computerul trimite un semnal de inițializare dispozitivului timp de 10 ms , apoi îl alimentează cu curent prin firele GND și VBUS (până la 100 mA ); perifericul fiind apoi alimentat electric poate utiliza temporar adresa implicită ( adresa 0 ); următorul pas constă în furnizarea acestuia cu adresa sa finală și obținerea descrierii acesteia: aceasta este procedura de enumerare; după ce și-a primit adresa, perifericul transmite gazdei o listă de caracteristici care îi permit acestuia din urmă să o identifice (tip, producător, nume, versiune). Gazda, având toate caracteristicile necesare, este apoi capabilă să încarce driverul corespunzător.
Dispozitivele sunt grupate în tipuri sau „clase” în terminologia USB. Toate dispozitivele dintr-o anumită clasă recunosc același protocol standardizat. De exemplu, există o clasă pentru dispozitive de stocare în masă ( clasa de stocare în masă , MSC), implementată de aproape toate cheile USB, hard disk-uri externe, camere și de unele playere de muzică. Majoritatea sistemelor de operare au drivere generice pentru fiecare tip de dispozitiv. Aceste drivere generice oferă acces la funcțiile de bază, dar funcțiile avansate pot lipsi.
Caracteristica caracteristică a arhitecturii USB este că furnizează și energie perifericelor. Pentru aceasta, folosește un cablu format din patru fire pentru USB 1 și 2 (masă GND, sursă de alimentare VBUS și două fire de date numite D- și D +). Firele D + și D- formează o pereche răsucită și utilizează principiul transmiterii diferențiale pentru a garanta o anumită imunitate la zgomotul parazit din mediul fizic al perifericului sau al cablului său.
De asemenea, trebuie remarcat faptul că în toate mufele de sex masculin, pinii de date sunt mai scurți decât cei ai sursei de alimentare, pentru a permite dispozitivului și gazdei sale, atunci când pinii lor de alimentare se ating mai întâi la 'inserție, să-și egaleze potențiale electrice pe pinul de la sol, nu printr-unul dintre pinii de date. Această precauție împiedică o posibilă diferență de potențial între cele două dispozitive să deterioreze componentele electronice atașate acestora. Acesta este modul în care dispozitivul se protejează de electricitatea statică .
Observăm, la conectarea conectorilor electronici, că sursa de alimentare vine mai întâi în contact, apoi este rândul magistralei de date și, atunci când deconectăm, magistrala de date pierde mai întâi contactul, apoi imediat după deschiderea circuitului. , dispozitivul este oprit).
Încărcarea bateriei USB de la 1.0 la 1.2În USB 1.1 , curentul disponibil este de 500 mA în timpul transferurilor, dar poate ajunge la 1500 mA fără transfer simultan.
Unele încărcătoare externe pot furniza până la 2,4 A , ceea ce nu implică faptul că dispozitivul conectat la acesta va putea utiliza această posibilitate , de exemplu dacă bateria care se va încărca nu este complet descărcată.
Livrare alimentare USB„ USB Power Delivery ” furnizează până la 100 W putere la o tensiune maximă de 20 V prin cablul USB, menținând în același timp comunicarea. Sursa de alimentare este acum bidirecțională, se poate face în ambele direcții. Un laptop poate încărca o baterie USB chiar și atunci când nu este pe rețea, dar acest lucru îi reduce autonomia. Puteți încărca un laptop și apoi poate încărca un telefon, de exemplu, cu aceeași priză și cablu.
În timpul conectării, cele două dispozitive negociază alimentarea cu energie electrică. Fiecare port USB indică tensiunile și curenții cu care este compatibil.
Standardul prevede cinci profiluri:
Pinout-ul conectorilor de tip A și B este după cum urmează:
Funcţie | Culoare | Numărul pinului pentru tipurile A și B. |
Numărul pinului pentru tipul mini B. |
---|---|---|---|
Alimentare +5 V (VBUS) | roșu | 1 | 1 |
Date (D-) | alb | 2 | 2 |
Date (D +) | Verde | 3 | 3 |
Masă (GND) | Negru | 4 | 5 |
Pinout-ul mufei de tip C, din față, este după cum urmează:
LA 12 | A11 | A10 | A9 | LA 8 | A7 | A6 | LA 5 | A4 | A3 | A2 | A1 |
GND | RX2 + | RX2- | VBus | SBU1 | D- | D + | CC | VBus | TX1- | TX1 + | GND |
GND | TX2 + | TX2- | VBus | VConn | SBU2 | VBus | RX1- | RX1 + | GND | ||
B1 | B2 | B3 | B4 | B5 | B6 | B7 | B8 | B9 | B10 | B11 | B12 |
Pinul DC indică orientarea conectorului, pinul VConn pentru alimentare.
Pinout-ul conectorului de recepție de tip C, din față, este după cum urmează:
A1 | A2 | A3 | A4 | LA 5 | A6 | A7 | LA 8 | A9 | A10 | A11 | LA 12 |
GND | TX1 + | TX1- | VBus | CC1 | D + | D- | SBU1 | VBus | RX2- | RX2 + | GND |
GND | RX1 + | RX1- | VBus | SBU2 | D- | D + | CC2 | VBus | TX2- | TX2 + | GND |
B12 | B11 | B10 | B9 | B8 | B7 | B6 | B5 | B4 | B3 | B2 | B1 |
Puterea trece prin pinii VBus și GND. Configurațiile semnalizează prin CC1 și CC2 și există doi pini SBU ( SideBand Use ).
InternPinout-ul conectorului intern USB 2.0 este după cum urmează:
Broşă | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
---|---|---|---|---|---|
Funcţie | VBUS + 5V | D1- | D1 + | GND | NC |
Funcţie | VBUS + 5V | D0- | D0 + | GND | / |
Broşă | 1 | 3 | 5 | 7 | 9 |
Pinul 10 și locația pinului 9 (pin solid) permit conectorilor să aibă o direcție de conectare și să acționeze ca o cheie.
Pinout-ul conectorului intern USB 3.1 gen 1 este după cum urmează:
Broşă | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Funcţie | VBUS + 5V | SSRX1- | SSRX1 + | GND | SSTX1- | SSTX1 + | GND | D1- | D1 + | GND |
Funcţie | fără pin | VBUS + 5V | SSRX2- | SSRX2 + | GND | SSTX2- | SSTX2 + | GND | D2- | D2 + |
Broşă | 20 | 19 | 18 | 17 | 16 | 15 | 14 | 13 | 12 | 11 |