USB – przegląd standardów USB | Poradnik Media Expert

Poradniki Eksperta

USB (Universal Serial Bus) – inaczej uniwersalna magistrala szeregowa, to typ złącza, które ma na celu przewodowe uzgodnienie komunikacji między dwoma lub więcej urządzeniami. Mówiąc prościej – USB pozwala na wspólną pracę różnych urządzeń, za pomocą fizycznego nośnika informacji. Każdy z nas doskonale wie, jak wygląda przeciętne złącze USB, gdyż mamy z nim kontakt na co dzień. Przenoszenie danych na pendrive’ach lub dyskach, obsługiwanie komputera przy pomocy zewnętrznych urządzeń, takich jak myszka czy klawiatura, a nawet lampka. Zgrywanie danych z innych urządzeń, takich jak aparaty, telefony lub czytniki. Przesyłanie danych do i z codziennie przydatnych urządzeń, jak drukarka czy skaner. Ta krótka choć imponująca lista, to tylko mały fragment najczęściej wykonywanych czynności z użyciem USB różnych standardów.

Z perspektywy przeciętnego użytkownika, działanie USB jest wyjątkowo łatwe. Wystarczy fizycznie umieścić kabel lub urządzenie z zakończeniem USB w odpowiednim porcie, a cała reszta powinna zadziać się sama. Oczywiście, za wszystko odpowiadają skomplikowane procesy, które mogą być dla nas w ogóle niewidoczne. Poprawne działanie USB, wymaga zainstalowania odpowiednich dla danego urządzenia sterowników. Sterowniki, to zbiór danych z informacjami o tym, w jaki sposób urządzenia powinny ze sobą współpracować. Bez odpowiednich sterowników, drukarka nie odebrałaby polecenia wydruku dokumentów, a myszka nie przesyłałaby informacji o swojej zmianie położenia. W nowoczesnych systemach, sterowniki instalują się automatycznie, bez naszej ingerencji. Dawniej, konieczne było dołączenie sterowników na oddzielnej płycie, do programu czy urządzenia i samodzielne ich zainstalowanie.

Niektórzy mogą jednak chcieć wniknąć głębiej, w techniczny aspekt działania USB. W kablu USB najczęściej spotkamy się z czterema przewodami, odpowiadającymi za różne funkcje – jednym przewodem odpowiadającym za przesyłanie informacji, drugim za ich odbiór, przewodem uziemiającym oraz czwartym, odpowiedzialnym za przewodzenie napięcia. Urządzenie hostujące, przesyła odpowiednim urządzeniom wymagane dane, a także przy użyciu sterowników sprawdza tryb, którego do prawidłowego działania wymaga podłączone urządzenie. Najczęściej używanymi trybami są masowy, izochroniczny i przerwaniowy.

Tryb masowy odpowiada za przesyłanie dużych plików, takich jak obrazy wysokiej rozdzielczości, skany czy filmy. Najczęściej spotkamy się z tym trybem w pracy z kopiarkami, skanerami czy dyskami zewnętrznymi. Izochroniczne przesyłanie danych, polega na nieprzerwanym procesie. Trybu tego używają na przykład zewnętrzne głośniki, kamery czy nawet lampki. Tryb przerywaniowy polega natomiast na błyskawicznym przekazywaniu mniejszych informacji w momencie, gdy jest to wymagane do pracy urządzenia. Z takim działaniem najczęściej spotkamy się przy podłączeniu urządzeń usprawniających obsługę komputera, takich jak myszki czy klawiatury. Prościej mówiąc – naciśnięcie klawisza na zewnętrznej klawiaturze lub poruszenie myszką, wysyła krótki sygnał do komputera z informacją, co się dzieje.

Każde urządzenie posiada określoną liczbę portów USB, inaczej zwanymi gniazdami. Komputery stacjonarne i laptopy posiadają zazwyczaj więcej portów w porównaniu z innymi urządzeniami. Zawdzięczają to swojej wszechstronności i mnogości wykonywanych poleceń. Mimo to, często może zdarzyć się, że liczba gniazd USB w urządzeniu, jest dla nas zbyt mała. Z pomocą przychodzi wtedy USB hub, czyli urządzenie działające prawie identycznie, jak znany każdemu rozgałęziacz. Do jednego portu USB, podłączane jest urządzenie z większą liczbą gniazd, dzięki czemu można do niego podłączyć kilka kabli jednocześnie. Warto jednak pamiętać, że podobnie jak w przypadku rozgałęziacza, ma on swoje ograniczenia. Jeżeli podłączymy zbyt wiele urządzeń do USB hub, możemy narazić się na przeciążenie maksymalnego limitu. Limit wyznaczony jest przez standard USB portu, do którego jest podłączony hub. Jeżeli taka sytuacja by nastąpiła, urządzenie hostujące zatrzyma działanie wybranych operacji.

To jeden z najważniejszych czynników, wpływających na jakość i moc USB. Standard określa istotne dla działania urządzenia zużycie prądu i przepustowość. W dzisiejszych urządzeniach, zastosowanie mają trzy standardy USB: 2.0, 3.0 i 3.1. Różnią się między sobą nie tylko datą zastosowania w produkowanych urządzeniach, ale przede wszystkim, coraz to lepszymi maksymalnymi osiągnięciami.

USB standard 2.0 – jest to najstarszy z używanych współcześnie standardów USB, a przez to staje się coraz mniej popularny w nowszych urządzeniach. Sięgające 2000 roku USB, posiada maksymalną przepustowość na poziomie 480 Mb na sekundę (technologia Hi-Speed). Jak niedługo się dowiemy, jest to, porównując z pozostałymi standardami, niewielka szybkość. Niepodważalną zaletą USB standardu 2.0, jest jego niskie zużycie energii elektrycznej, osiągające maksymalnie 500 mA. Ponadto USB w tym standardzie, działa w tak zwanym trybie half-duplex, dzięki któremu informacje przesyłane przez kabel USB, mogą przepływać wyłącznie w jedną stronę jednocześnie. Jest to wada, jeżeli oczekujemy od portu USB wysokiej przepustowości i szybkości przesyłania. Warto jednak zastanowić się nad tym, czy rzeczywiście oczekujemy od każdego portu USB najwyższych osiągnięć – niskie zużycie energii, może przemawiać za tym, by na przykład używać takiego wejścia jako stale obsługującego mniej wymagające urządzenia, takie jak myszka czy klawiatura. Dodatkowym atutem USB 2.0, jest długość kabla, która może osiągać nawet 5 metrów.

USB standard 3.0 – drugi w historii USB standard. Jako cel wprowadzenia USB 3.0, było stopniowe wyparcie starszego USB 2.0. Jak już wiemy, nie powiodło się to. Mimo tego, standard 3.0 znacznie podwyższył maksymalny zakres osiągnięć swojego poprzednika. Zamiast poprzednich 480 Mb/s, USB 3.0 dzięki systemowi SuperSpeed, osiąga przepustowość rzędu aż 5Gb/s (ponad 10 razy więcej niż USB 2.0). Oczywiście, wiąże się to z podwyższeniem zużywanej przez USB energii elektrycznej, lecz w porównaniu z ogromnym skokiem przepustowości, może być to niezauważalne. Dziesięciokrotne podwyższenie maksymalnej ilości przesyłanych informacji, skontrowane jest zużyciem energii elektrycznej wysokości 900 mA (o 400 mA więcej, niż w przypadku USB standardu 2.0). Tak wysokie i szybkie przesyłanie danych, pozwala nie tylko na bezproblemowe i błyskawiczne przekazywanie informacji, ale również chociażby szybsze ładowanie urządzenia, za pomocą ładowarki wykorzystującej USB. Dodatkowym atutem USB 3.0, jest zmiana w sposobie działania kabla. Zamiast systemu half-duplex, stosowanego w USB 2.0, występuje tu system full-duplex. Pozwala on na przepływanie danych w obie strony, a nie tylko w jedną. Trudno jest nie zauważyć poważnego skoku technologicznego, jaki nastąpił między standardem 2.0 a 3.0. Warto również zaznaczyć, że standard USB 3.0 jest kompatybilny z 2.0, dzięki czemu urządzenia obu standardów, mogą ze sobą współpracować. Warto jednak zaznaczyć, że z oczywistych względów, jakość i szybkość przesyłania danych między urządzeniami dwóch standardów, będzie odpowiadała maksymalnej mocy słabszego USB.

USB standard 3.1 – najnowszy i najbardziej zaawansowany standard USB z 2013 roku. Zachowując najlepsze rozwiązania USB 3.0, na przykład przepustowość systemu full-duplex, czy proporcjonalnie niskiego zużycia energii elektrycznej, nowy standard USB, znacznie podwyższył maksymalną szybkość transferu informacji. W przypadku standardu 3.1, wynosi ona aż 10 Gb na sekundę (tym razem dwukrotne przewyższenie poprzednich możliwości). USB 3.1, to zdecydowanie najlepsze rozwiązanie pod względem technicznym. Wartym uwagi, jest jednak stosowane przez producentów nazewnictwo. Czasami możemy spotkać się z określeniami USB 3.1 Gen 1 i USB 3.1 Gen 2. Określenie generacji, to nic innego jak zwykła zamiana nazewnictwa. USB 3.0 określane jest jako USB 3.1 Gen 1, a USB 3.1 jako USB 3.1 Gen 2. Aby mieć pewność co do standardu umieszczonego w urządzeniu portu USB, wystarczy sprawdzić jego przepustowość – 5 Gb/s określało będzie USB 3.0 a 10 Gb/s USB 3.1.

Typ złącza określa budowę samej końcówki USB, a także kształt portu, do którego pasuje. Wyróżnia się kilka rodzajów typów złącz, w zależności od ich przeznaczenia. Najpopularniejszym rozwiązaniem jest typ A w kształcie prostokąta, obsługujący wszystkie standardy. To dzięki typowi A, możemy posługiwać się urządzeniami takimi jak przenośne dyski zewnętrzne, klawiatury, myszki, etc. Typ B również jest kompatybilny z wszystkimi standardami USB, choć wykorzystywany jest rzadziej od wersji A. Dziś spotkamy się z nim głównie, używając drukarek. Wśród typów A i B, wyróżniamy po dwa podtypy – mini oraz micro. Wersje te stosowane są najczęściej w urządzeniach przenośnych, ze względu na ich małe rozmiary. USB micro i mini nie są jednak pozbawione wad. Poza niesymetrycznym kształtem, który często utrudnia podłączenie urządzenia do kabla, maksymalna moc przesyłania informacji jest w nich ograniczona. Odpowiedzią na te problemy, jest USB typu C, które ma w założeniach wyprzeć z rynku inne rodzaje USB. Wielość typów i standardów USB może wydawać się problematycznie duża, natomiast trzeba mieć na uwadze, że jest wynikiem ciągłego i szybkiego rozwoju technologicznego. Być może za kilka lat, poznamy jeszcze lepsze i sprawniejsze rozwiązania, które pozwolą nam na bardziej wygodne i funkcjonalne korzystanie z USB na co dzień.