1.4 Cтандарти iнтерфейсa usb та рiзновиди шлейфiв (кабелiв)

USB (ю-ес-бі, англ. Universal Serial Bus - «Універсальна послідовна шина») - послідовний інтерфейс передачі даних для середньошвидкісних і низькошвидкісних периферійних пристроїв в обчислювальній техніці. Символом USB є чотири геометричні фігури: великий круг, мале коло, трикутник і квадрат, розташовані на кінцях деревовидної блок-схеми.

Розробка специфікацій на шину USB проводиться в рамках міжнародної некомерційної організації USB Implementers Forum (USB-IF), що об'єднує розробників і виробників обладнання з шиною USB.

Опис USB

Для підключення периферійних пристроїв до шини USB використовується чьотирьох кабель, при цьому два дроти (вита пара) в диференціальному включенні використовуються для прийому і передачі даних, а два дроти - для живлення периферійного пристрою. Завдяки вбудованим лініям живлення USB дозволяє підключати периферійні пристрої без власного джерела живлення (максимальна сила струму, споживаного пристроєм по лініях живлення шини USB, не повинна перевищувати 500 мА, у USB 3.0 - 900 мА).

Основні особливості USB

Кабель USB (до 3.0 не включно) складається з 4 мідних провідників - 2 провідника харчування і 2 провідники даних в витій парі - і заземленої обплетення (екрану)[8,стр.367]

Кабелі USB орієнтовані, тобто мають фізично різні наконечники «до пристрою» і «до хосту». Можлива реалізація USB пристрою без кабелю, з вбудованим в корпус наконечником «до хосту». Можливо і нероз'ємне вбудовування кабелю в пристрій, як в миша (стандарт забороняє це для пристроїв full і high speed, але виробники його порушують). Існують (хоча і заборонені стандартом) і пасивні USB подовжувачі, які мають роз'єми «від хоста» і «до хосту».

За допомогою кабелів формується інтерфейс між USB-пристроями і USB-хостом. В якості хоста виступає програмно-керований USB-контролер, який забезпечує функціональність всього інтерфейсу. Контролер, як правило, інтегрований в мікросхему південного мосту, хоча може бути виконаний і в окремому корпусі. З'єднання контролера з зовнішніми пристроями відбувається через USB-концентратор (інші назви - хаб, розгалужувач). У силу того, що USB-шина має деревоподібну топологію, концентратор самого верхнього рівня називається кореневим (root hub). Він вбудований в USB-контроле i є його невід'ємною частиною.

Для підключення зовнішніх пристроїв до USB-концентратора в ньому передбачені порти, що закінчуються роз'ємами. До роз'ємів за допомогою кабельного господарства можуть підключатися USB-пристрої, або USB-хаби нижніх рівнів. Такі хаби - активні електронні пристрої (пасивних не буває), які обслуговують кілька власних USB-портів. За допомогою USB-концентраторів допускається до п'яти рівнів каскадування, не рахуючи кореневого. USB-інтерфейс дозволяє з'єднати між собою і два комп'ютери, але це вимагає наявності спеціальної електроніки, емулює Ethernet-адаптер з драйверної підтримкою з обох сторін.

Модифікації USB

USB 1.0

Технічні характеристики:

 два режими даних:

• режим з високою пропускною здатністю (Full-Speed​​) - 12 Мбіт / с

• режим з низькою пропускною здатністю (Low-Speed​​) - 1,5 Мбіт / с

• максимальна довжина кабелю для режиму з високою пропускною здатністю - 5 м [7]

• максимальна довжина кабелю для режиму з низькою пропускною здатністю - 3 м [7]

• максимальна кількість підключених пристроїв (включаючи множителі) - 127

• можливе підключення пристроїв, що працюють в режимах з різною пропускною здатністю до одного контролеру USB

• напруга живлення для периферійних пристроїв - 5 В

• максимальний струм, споживаний периферійним пристроєм - 500 мА[7]

USB 2.0

Спецификация выпущена в апреле 2000 года.

USB 2.0 отличается от USB 1.1 введением режима High-speed (пометка на логотипе — "HI-SPEED".

Для устройств USB 2.0 регламентировано три режима работы:

• Low-speed, 10—1500 Кбит/c (клавиатуры, мыши, джойстики)

• Full-speed, 0,5—12 Мбит/с (аудио-, видеоустройства)

• High-speed, 25—480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения информации)[7]

USB 3.0

У специфікації USB 3.0 роз'єми і кабелі оновленого стандарту фізично і функціонально сумісні з USB 2.0, причому для однозначної ідентифікації роз'єми USB 3.0 прийнято виготовляти з пластику синього кольору. Кабель USB 2.0 містить в собі чотири лінії - пару для прийому / передачі даних, плюс і нуль харчування. На додаток до них USB 3.0 додає ще чотири лінії зв'язку (дві виті пари), в результаті чого кабель став набагато товщі. Hовие контакти в роз'ємах USB 3.0 розташовані окремо від старих в іншому контактному ряду. Специфікація USB 3.0 підвищує максимальну швидкість передачі інформації до 5 Гбіт / с - що на порядок більше 480 Мбіт / с, які може забезпечити USB 2.0. Таким чином, швидкість передачі зростає з 60 Мбайт / с до 600 Мбайт / с і дозволяє передати 1 Тб не за 8-10 годин, а за 40-60 хвилин.

Версія 3.0 відрізняється не тільки більш високою швидкістю передачі інформації, але і збільшеною силою струму з 500 мА до 900 мА. Таким чином, від одного хаба можна підживлювати більшу кількість пристроїв або позбавити самі пристрої від окремих блоків живлення [8,cтр.389]

Рiзновиди шлейфiв (кабелiв) USB

Cпеціфікація 1.0 регламентувала два типи роз'ємів: A - на стороні контролера чи концентратора USB і B - на стороні периферійного пристрою. Згодом були розроблені мініатюрні роз'єми для застосування USB в переносних і мобільних пристроях, що отримали назву Mini-USB. Нова версія мініатюрних роз'ємів, званих Micro-USB.

Якщо раніше довжина шлейфів складали звичаю 15-3 метра, то зараз з появою USB 3 вона може досягати 100 метрів [8,cтр.461]

Типові різновиди шлейфів і роз'єми інтерфейсу USB [додатки, стр.4, мал. 1-6]

РОЗДІЛ 2. Встановлення контролера і шлейфів та перевiрка ix на працездатнiсть