Почему в качестве универсального порта выбрали USB, чем USB 2.0 отличается от 3.0 и какое будущее ждет эту технологию
Каждый из нас постоянно, в большей или меньшей степени, пользуется электроникой. Без разнообразных гаджетов представить современного человека практически невозможно. А ведь любой девайс требует средство для соединения с другими для передачи данных. Поиски подобного устройства и порта к нему велись еще в начале последнего десятилетия двадцатого века. А в его середине был впервые представлен USB 1.0. Ежедневно пользуясь устройствами, работающими с USB, человек даже не задумывается о том, как устроены эти гаджеты.
Анатомия порта
Universal Serial Bus, или USB (ю-эс-би), — “универсальная последовательная шина”, последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике. Для подключения к шине используется четырехпроводный кабель, при этом два провода используются для приема и передачи данных, а два других — для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания. Данное свойство сыграло значительную роль в популяризации этой шины. Кабель USB (до 2.0 включительно) состоит из четырех медных проводников — два проводника питания и два проводника данных в витой паре — и заземленной оплетки (экрана). Кабели USB ориентированы, то есть имеют физически разные наконечники “к устройству” и “к хосту”.
При разработке USB преследовалось несколько целей, таких как расширение функциональности компьютера (замена множества специфических портов для разных устройств на один универсальный), возможность подключения мобильного телефона к компьютеру и упрощение работы с компьютером для простого пользователя. Старт у шины оказался сложным: после патча к Windows 95 и включения в стандартный пакет W98 поддержка USB была практически бесполезна: большинство устройств еще не перешли на универсальный порт, в результате чего за USB на некоторое время закрепилось прозвище Useless Serial Bus (“бесполезная последовательная шина”). Но прогресс не стоял на месте, и производители стали оптимизировать порты своих устройств, приводя их к стандарту.
Не стояла на месте и разработка новых версий самой шины. В начале 2000-х стартовала версия USB 2.0, вместе с модификациями ставшая самой массовой и актуальной до сих пор версией шины. В отличии от предшественницы 1.1 новая версия ввела режим High-speed (высокая скорость, на этикетках пометка HI-SPEED), позволивший передавать данные со скоростью до 480 Мбит/с вместо 12 Мбит/с ранее. Впрочем, реальная скорость передачи данных всегда была где-то на сорок процентов ниже из-за задержек между запросом на передачу данных и собственно началом передачи. К плюсам стандарта стоит отнести возможность быстрого отключения и включения устройств за счет увеличения длины заземляющего контакта разъема по отношению к сигнальным. При подключении разъема USB первыми замыкаются заземляющие контакты, потенциалы корпусов двух устройств становятся равны и дальнейшее соединение сигнальных проводников не приводит к перенапряжениям.
Эволюция к человеку
Конечно, нельзя сказать, что USB сразу получил всеобщее признание и не имел конкурентов. В начале 2000-х “яблочная” корпорация отдавала приоритет шине FireWire собственной разработки. Первые айподы вообще не имели USB-интерфейса, использовалась только FireWire. Впрочем, это продлилось недолго, более массовая универсальная шина вытеснила конкурента на роль выхода для подключения зарядного устройства.
Дополнительными толчками для развития USB послужили разработка разъема mini-USB, системы USB OTG и возможности биоса компьютера поддерживать USB, а “бестселлером” стало появление USB-флешек, жизнь без которых себе не может представить никто. Последними эволюционными шагами на данный момент являются появление micro-USB-портов и протокол 3.0.
USB OTG — расширение USB 2.0, предназначенное для соединения периферийных USB-устройств друг с другом без подключения к компьютеру. Например, цифровой фотоаппарат можно подключать к фотопринтеру напрямую, если они оба поддерживают стандарт USB OTG. К моделям КПК и коммуникаторов, поддерживающих стандарт, можно подключать флеш-накопители, цифровые фотоаппараты, клавиатуры, мыши и другие устройства, не требующие дополнительных драйверов. Этот стандарт возник из-за резко возросшей в последнее время необходимости надежного соединения различных устройств без использования ПК. При подключении через USB OTG ранг устройства (ведущий или ведомый) определяется наличием перемычки к ID-штекеру в проводе.
Этой же необходимостью было обусловлено появление сначала мини-USB, а потом и микровыхода. Дело в том, что на большинстве мобильных телефонов, плееров и иных “походных” устройств не хватало места для полноценного USB-порта, необходимого для передачи данных. Решением стало уменьшение размеров порта с 4х12 миллиметров до 3х7 в мини- и 2х7 в микропортах. При этом скорость соединения осталась неизменной, в минусах оказались только срок службы и хрупкость устройств.
Появление флешек позволило избавиться от груд CD-“болванок” и дискет, поскольку при большей надежности, емкости и мобильности еще и не требовалось двух специализированных устройств. Естественно, что появилась необходимость поддержки USB биосом компьютера, которая позволила загружать компьютер с флеш-носителей, например, для переустановки ОС. Современные материнские платы поддерживают до 20 USB-портов.
“Пухлый” провод и читалка
Дальнейшее развитие электроники привело к тупику — лимит возможностей USB 2.0 был выработан, его скорости стало не хватать. Потребовался новый стандарт, который и вышел в 2008 году. Уложиться в старые четыре провода не удалось, добавили пять новых. Первые материнские платы с поддержкой USB 3.0 вышли три года назад. Пока этот стандарт еще не приобрел действительно массовый характер, однако устройства, поддерживающие USB 3.0, постепенно поступают на рынок. Появляются и платы, добавляющие это расширение в старые компьютеры.
В спецификации USB 3.0 разъемы и кабели обновленного стандарта физически и функционально совместимы с USB 2.0, причем для однозначной идентификации разъемы USB 3.0 принято изготавливать из пластика синего цвета. Кабель USB 2.0 содержит в себе четыре линии — пару для приема/передачи данных, плюс и ноль питания. В дополнение к ним USB 3.0 добавляет еще четыре линии связи (две витые пары), в результате чего кабель стал гораздо толще. Hовые контакты в разъемах USB 3.0 расположены отдельно от старых в другом контактном ряду. Спецификация USB 3.0 повышает максимальную скорость передачи информации до 5 Гбит/с, что на порядок больше 480 Мбит/с, которые может обеспечить USB 2.0. Таким образом, скорость передачи возрастает с 60 Мбайт/с до 600 Мбайт/с, хотя потери в скорости на запрос и ответ сохраняются.
Множество разных USB-модификаций привели к необходимости создания нового устройства, позволяющего считывать данные с любого из носителей, поддерживающих формат. Так и появились кардридеры. Ридер представляет собой маленькую коробочку со стандартным USB-портом спецификации 2.0 или 3.0. По сути, внешне устройство на первый взгляд практически невозможно отличить от обычной флешки. А вот внутренности устройств различаются серьезно: если флешка это всего лишь чип для хранения данных, то в ридере имеются встроенные адаптеры, поддерживающие несколько форматов памяти, совместимых с мобильными устройствами. В каждом конкретном ридере число форматов может колебаться от пяти до полутора десятков, но все основные (microSD,miniSD, RS-MMC, MMC и MMCplus) поддерживаются любым устройством. В принципе, ридер может быть одновременно и флешкой: возможность флешки читать не исключила возможность несения собственного запоминающего чипа. От этого скачет и цена: устройство без памяти обойдется в девять-десять долларов, а вот с гигабайтом собственной информации — уже в три раза дороже. За каждый последующий гигабайт придется доплачивать по пять долларов. Несомненно, появление данного устройства оказалось весьма оправданно, и даже завышенные цены не отпугивают покупателей.
