Porady
Uniwersalna magistrala szeregowa, w skrócie USB, to szeroko stosowany interfejs szeregowy, za pomocą którego urządzenia elektroniczne mogą być ze sobą połączone i wymieniać dane. Technologia USB wywodzi się z sektora PC i została opracowana w celu podłączenia do komputera domowego urządzeń peryferyjnych, takich jak drukarki, skanery i inny sprzęt.
Dzięki wygodnym funkcjom, takim jak możliwość podłączania urządzeń podczas pracy (hot plugging) czy automatyczne rozpoznawanie sprzętu (plug & play), USB od momentu wprowadzenia na rynek w 1996 roku przyniosło użytkownikom znaczne ułatwienia. Wraz z wprowadzeniem USB 2.0 w 2000 roku, szybkość transferu danych została znacznie zwiększona, tak że USB był również używany do podłączania zewnętrznych urządzeń pamięci masowej i stał się obecnie standardem w porównaniu z konkurencyjnymi systemami, takimi jak FireWire lub eSATA. Podczas gdy USB 1.0 miał maksymalny transfer 12 Mbit/s, USB 3.1 pozwala na transfery rzędu 10 Gbit/s. Istnieje duża kompatybilność w dół USB 3.1 i USB 3.0. Istnieje szeroka kompatybilność w dół, ale ma to swoje ograniczenia (zwłaszcza w związku ze zwiększoną różnorodnością złączy).
Odkąd telefony komórkowe wykorzystują USB jako standardowy interfejs i do zasilania, w użyciu są liczne kable ze złączami USB-C lub micro-USB. Z kolei klasyczne urządzenia peryferyjne dla komputerów PC, takie jak drukarki czy skanery, zwykle wykorzystują złącza USB typu B, podczas gdy po stronie hosta spodziewane są złącza typu A. Przy zakupie złączy USB należy więc wcześniej ustalić, która generacja USB i jaki format złącza jest faktycznie wymagany.
Komunikacja w systemie USB jest centralnie sterowana przez kontroler hosta, który zazwyczaj jest jednym z zaimplementowanych zespołów płyty głównej komputera domowego. Kontroler hosta odczytuje dane z podłączonych urządzeń. Podłączone urządzenia mogą wysyłać dane tylko na żądanie kontrolera hosta. Wyjątkiem są urządzenia "USB on the Go", które również mogą komunikować się bez udziału kontrolera hosta. Nowo podłączone urządzenia otrzymują unikalny adres od kontrolera hosta i są pytane m.in. o producenta i identyfikator produktu. Standard USB definiuje różne klasy urządzeń, które mogą być sterowane za pomocą sterowników generycznych. Oznacza to, że dla każdego urządzenia nie jest wymagany osobny sterownik. Dzięki temu urządzenia o podstawowych funkcjach, takie jak klawiatury, myszy czy urządzenia pamięci masowej, mogą być używane natychmiast, bez wcześniejszej instalacji sterowników.
USB od pierwszej wersji dostarcza energię do podłączonych urządzeń poprzez stosowane połączenie kablowe. Maksymalny pobór mocy przez konsumentów został rozszerzony z 0,5 W na początku do nawet 100 W wraz z kontynuacją specyfikacji USB.
Standard USB można podzielić na następujące wersje:
USB 1.0
USB 1.0 został wprowadzony w 1996 roku jako ujednolicający następca serii różnych interfejsów komputerowych. Ze względu na swoje uniwersalne twierdzenie, standard nie ograniczał się do klawiatury i myszy, ale był przeznaczony również dla bardziej zaawansowanych urządzeń peryferyjnych PC. Przy maksymalnej prędkości transmisji 12 Mbit/s podłączenie urządzeń pamięci masowej praktycznie nie wchodziło w grę.
USB 1.1
USB 1.1 został wprowadzony jako specyfikacja w 1998 roku, przede wszystkim w celu wyeliminowania błędów i nierozwiązanych problemów swojego poprzednika. Szybkość transferu pozostała bez zmian.
USB 2.0
Wprowadzona w 2000 roku specyfikacja USB 2.0 ("High-Speed") jest do tej pory najbardziej rozpowszechniona i można ją znaleźć w prawie wszystkich systemach komputerowych. Z szybkością transferu 480 Mbit/s umożliwiał regularne korzystanie z połączeń wymagających dużej ilości danych, takich jak pamięci masowe czy urządzenia wideo. Dzięki temu USB mogło konkurować z FireWire. Maksymalna dostarczana moc została zwiększona z dotychczasowych 0,5 W do 2,5 W.
USB 3.0
W 2008 roku wprowadzono USB 3.0 z przyrostkiem nazwy "SuperSpeed" i teoretyczną prędkością transferu 5 Gbit/s. Maksymalna możliwa do uzyskania prędkość transmisji danych netto jest taka sama jak w przypadku systemu FireWire. Tymczasem maksymalna możliwa do uzyskania prędkość transmisji danych netto wynosi nieco mniej niż 4 GBit/s. Wraz z USB 3.0 wprowadzono nowe kształty złącz i kabli. Dostępne na rynku komputery domowe posiadają zazwyczaj kilka portów USB 3.0 oprócz znanych nam portów USB 2.0. Jednak transmisje USB 3.0 odbywają się tylko wtedy, gdy kontroler hosta, a także kabel i urządzenie końcowe są zdolne do obsługi tego standardu. W przeciwnym razie system przełącza się w tryb USB 2.0. W przypadku USB 3.0 regularnie dostępny jest pobór mocy na poziomie 4,5 W - w przypadku wprowadzonego w 2014 roku złącza USB Type-C nawet 15 W lub 100 W w trybie USB Power Delivery (USB-PD).
USB 3.1
Standard USB 3.1, który został wprowadzony w 2013 roku, podwajał prędkość transferu, nazywaną "SuperSpeed+", do 10 Gb/s. Poprzedni standard USB 3.0 został włączony do nowej specyfikacji i od tego czasu nosi oficjalną nazwę "USB 3.1 Gen 1". SuperSpeed+ jest teraz określane jako "USB 3.1 Gen 2".
Kompatybilność
Technologia USB charakteryzuje się znaczną kompatybilnością wsteczną, co pozwala na długotrwałe użytkowanie starszych urządzeń. Na przykład urządzenia USB 2.0 mogą być używane na kontrolerze hosta obsługującym USB 3.0. Również możliwe jest korzystanie z urządzeń USB 3.0 na kontrolerze hosta, który obsługuje maksymalnie USB 2.0. Należy jednak upewnić się, że kontroler hosta jest w stanie obsłużyć wymaganą moc urządzenia docelowego. Aby rzeczywiście działać zgodnie z specyfikacją USB 3.0, zarówno kontroler hosta, jak i kabel oraz urządzenie docelowe muszą obsługiwać ten standard.
Standardowe formaty to:
Typ A
Najbardziej powszechnym typem złącza jest złącze typu A, które można znaleźć jako klasyczny typ złącza USB na niemal każdym komputerze. Jego dość duża forma wynika z historii rozwoju w dziedzinie komputerów stacjonarnych i sprawia, że jest mniej atrakcyjny dla małych lub mobilnych urządzeń. Złącza typu A są zazwyczaj używane do podłączania do kontrolera hosta.
Typ B
Złącze typu B jest znacznie mniej powszechne niż typ A. Najczęściej stosuje się je do podłączania drukarek i kopiarek. Często jest również używane do podłączania zewnętrznych dysków twardych.
Typ C
Złącze typu C zostało wprowadzone w 2014 roku i jest najnowszym formatem rodziny złączy USB. W porównaniu do typów A i B jest znacznie bardziej kompaktowe. Ze względu na symetryczną budowę wtyczki nie ma znaczenia, w jakiej orientacji jest wtykana, co znacznie ułatwia obsługę. Złącze typu C umożliwia prąd o nominale 3 A przy napięciu 5 V i może zapewnić 15 W mocy. W trybie USB-PD możliwe jest dostarczanie prądu o wartości 5 A. Napięcie może być zwiększone z 5 V do 12 lub 20 V, co umożliwia dostarczanie mocy do 100 W. Dzięki możliwości przesyłania energii w obie strony, zasilanie jest teraz możliwe w obie strony.
Micro-USB
Złącze Micro-USB jest obecnie najpopularniejszym złączem do urządzeń mobilnych, takich jak smartfony czy tablety. Ze względu na swoją kompaktową formę łatwo mieści się w obudowie. Złącze Micro-USB jest stopniowo zastępowane przez złącze typu C.
Kształty
Uniwersalne zastosowanie złącz USB przyniosło znacznie większy wybór różnych form złączy w porównaniu z początkowym okresem technologii USB. Warto zwrócić uwagę na specyfikacje danej generacji USB oraz możliwe kombinacje i dostępną przestrzeń w obszarze zastosowania. Dzięki złączom mikro- i mini-USB istnieją wersje dostosowane do ograniczonych przestrzeni, które zostały uzupełnione i zastąpione przez nowe złącze typu C.
Podczas zakupu złączy USB ważne jest uwzględnienie kompatybilności urządzeń, które mają zostać ze sobą połączone. W zależności od konfiguracji dostępnych wariantów może być już mniej, co ułatwia wybór. Ważnym czynnikiem może być także dostępna przestrzeń w obszarze zastosowania lub specjalne zastosowania, takie jak wydajniejsze zasilanie, które może sugerować wybór złącza typu C. W każdym przypadku warto zapoznać się z technicznymi specyfikacjami i arkuszami danych używanych urządzeń, aby dokładnie ocenić parametry wydajności i wyjaśnić wszelkie wątpliwości.