Usb интерфей использование применение. Типы и стандарты USB

В настоящее время существует несколько видов USB разъемов (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина), которые бывают трех версий - USB v1.1, USB v2.0 и USB v3.0. Версия v1.1 практически почти не используется по причине слишком низкой скорости передачи данных (12 Мбит/сек), поэтому применяется только для совместимости.

Вторая версия USB 2.0 сейчас занимает доминирующее положение на рынке. Большинство современных устройств поддерживают эту версию, которая обеспечивает скорость обмена информацией 480 Мбит/сек, что эквивалентно скорости копирования на уровне 48 Мбайт/сек. Однако, по причине неидеальной реализации и конструктивных особенностей, на практике реальная скорость редко превышает 30-33 Мбайт/сек. Многие жесткие диски способны считывать информацию со скоростью в 3-4 раза больше.

Разъем USB v2.0 является узким местом, которое тормозит работу современных накопителей. В то же время для мышек, клавиатур и некоторых других устройств это не имеет большого значения. Третья версия USB v3.0 маркируется синим цветом, что обозначает принадлежность к последнему поколению. Пропускная способность третьей версии USB обеспечивает скорость 5 Гбит/сек, что эквивалентно 500 Мбайт/сек. С учетом того обстоятельства, что современные винчестеры обладают скоростью 150-170 Мбайт/сек, третья версия USB обладает большим запасом скорости передачи данных.

Конструктивно версии USB 1.1 и 2.0 полностью совместимы между собой. В случае, если одна из соединяемых сторон поддерживает версию v1.1, то обмен данными будет происходить на пониженной скорости, а операционная система выдаст сообщение: "Устройство может работать быстрее", что будет означать, что в компьютере используется быстрый порт USB 2.0, а подключаемое устройство версии 1.1 — медленное. Совместимость версий USB 2.0 и 3.0 выглядит несколько иначе. Любое устройство USB v2.0 можно подключить к порту третьей версии, обозначенному синим цветом. А вот обратное подключение (за исключением типа А) невозможно. В современных кабелях и устройствах USB v3.0 имеются дополнительные контакты, которые позволяют увеличить скорость интерфейса.

Питание USB

Любой разъем USB питается напряжением 5 В и током до 0,5 А, а для USB версии 3.0 - 0,9 А. Практически это значит, что максимальная мощность подключаемого устройства не превышает 2,5 Вт или 4,5 Вт для USB 3.0. По этой причине подключение маломощных и портативных устройств (телефонов, плееров, флэшек, карт памяти) не вызовет проблем, а крупногабаритная и массивная техника имеет питание от внешней сети.

Разъемы USB v2.0 и USB v3.0 классифицируются также по типам (тип A и тип B) и по размерам (MiniUSB и MicroUSB).

Разъем USB типа A получил наибольшее распространение и является самым узнаваемым среди существующих. Большинство устройств (мышки, клавиатуры, флэшки, камеры и многие другие) оснащены USB типа A, который был разработан еще в 90-х годах. Главным преимуществом данного порта является надежность, позволяющая выдержать большое количество подключений и не потерять при этом целостность. Хотя сечение разъема прямоугольное, в нем предусмотрена защита от неправильного подключения, поэтому его невозможно воткнуть обратной стороной. Однако он имеет достаточно большие габариты, поэтому не подходит для портативных устройств, что в результате привело к созданию модификаций меньших размеров.

Разъем USB тип B пользуется меньшей популярностью. Все модификации типа B, включая Mini и Micro, имеют квадратную или трапециевидную форму. Традиционный полноразмерный тип B - единственный тип, который имеет квадратное сечение. Из-за достаточно больших размеров он применяется в различных периферийных и крупногабаритных стационарных устройствах (сканерах, принтерах, иногда ADSL-модемах). Обычно производители принтеров или многофункциональных устройств редко комплектуют свои изделия таким кабелем, поэтому покупателю приходится приобретать его отдельно.

Причиной появления крошечных разъемов Mini USB тип B стало обилие на рынке миниатюрных устройств. А настоящую массовость им обеспечило появление переносных винчестеров. В отличие от больших разъемов с 4-я контактами, в Mini USB тип B имеется пять контактов, впрочем, один из них не задействован. К сожалению, миниатюризация негативно отобразилась на надежности. В процессе эксплуатации, спустя некоторое время разъем Mini USB начинает расшатываться, хотя из порта не выпадает. В данное время по-прежнему активно используется в портативных винчестерах, плеерах, кардридерах и другой компактной технике. Вторая модификация Mini USB типа A почти не применяется. На смену Mini USB постепенно приходит более совершенная модификация Micro USB.

Разъем Micro USB тип B является модифицированным вариантом предыдущего вида Mini USB тип B и обладает совсем миниатюрными размерами, что позволяет производителям применять его в современной технике с небольшой толщиной. Благодаря улучшенному креплению штекер очень плотно сидит в гнезде и не выпадает из него. В 2011 году данный вид разъема был утвержден в качестве единого стандарта для зарядки для смартфонов, телефонов, планшетов, плееров и прочей портативной техники. Такое решение позволяет при помощи одного кабеля заряжать весь парк электроники. Стандарт демонстрирует тенденции роста и можно предположить, что через несколько лет им будут оснащаться практически все новые устройства. Тип А применяется крайне редко.

Стандарт USB 3.0 обеспечивает значительно более высокую скорость обмена данными. Дополнительные контакты, позволившие увеличить скорость, привели к изменению вида почти всех разъемов USB третьей версии. Однако, внешне тип A не изменился, за исключением синего цвета сердцевины. Это значит, что обратная совместимость сохранена. Другими словами, устройство USB 3.0 типа А можно подключить в порт USB второй версии и наоборот. В этом состоит главное отличие разъема от других разъемов версии 3.0. Такие порты обычно встречаются в современных ноутбуках и компьютерах.

USB 3.0 тип B используется в средних и крупных высокопроизводительных периферийных устройствах - NAS, а также в стационарных жестких дисках. Разъем претерпел большие изменения, поэтому его нельзя подключить к USB 2.0, в частности к USB 2.0 тип B. Кабели с такими разъемами тоже продаются не часто.

Micro USB 3.0 является наследником “классического” разъема Micro USB и обладает теми же характеристиками - компактность, надежность, качественное соединение, но при этом обеспечивает более высокую скорость передачи данных. В основном используется в современных внешних сверхскоростных жестких накопителях и SSD. Приобретает все большую популярность. Разъем во многом дублирует Micro USB второй версии.

Пользователи иногда путают разъемы Mini USB с Micro USB, которые действительно похожи. Главное отличие заключается в том, что у первого чуть больше размеры, а у второго на задней стороне имеются специальные защелки, по которым проще всего отличить эти два вида разъемов. По остальным параметрам они идентичны. На сегодняшний день существует много устройств с этими видами разъемов, поэтому предпочтительнее иметь два различных кабеля.

Сегодня USB вытеснил практически все другие интерфейсы для подключения компьютерной периферии (смотри врезку «Внешние интерфейсы – конкуренты USB»), залогом чему стали его неоспоримые преимущества.

■ Распространенность. Любой компьютер, выпущенный в последние годы, оснащен одним или несколькими портами USB (на современных настольных ПК их до 12, на подавляющем большинстве ноутбуков – 3–4). Выбор же USB-устройств просто огромен.

■ Простота в использовании. USB – идеальное воплощение принципа Plug and Play. Устройства с этим интерфейсом можно подключать и отключать во время работы компьютера. Современные операционные системы сразу же распознают USB-устройства и подгружают необходимые драйверы. На многих компьютерах для повышения удобства доступа порты USB размещены на фронтальной или боковой стороне корпуса. К тому же перепутать разъемы и неправильно подключить периферию невозможно.

■ Высокая пропускная способность. У интерфейса USB 2.0 она составляет 480 Мбит/с. Копирование файла размером 700 Мб на накопитель, подключенный к порту USB, займет не более 20 секунд.

■ Обеспечение питания. Порт USB не только служит для подключения периферии, но и может «подкармливать» гаджеты с низким энергопотреблением, к примеру, мыши, клавиатуры, флэшки и даже 2,5-дюймовые жесткие диски. Напряжение питания по шине USB равно 5 В при силе тока до 500 мА. Этого, конечно, недостаточно для периферийных устройств со сравнительно высоким энергопотреблением, таких как принтеры или внешние жесткие диски форм-фактора 3,5”. Поэтому они комплектуются собственными блоками питания, подключаемыми непосредственно к розетке электросети.

ПРОСТО И ЛЕГКО

Связующим центром для всех USB-устройств является компьютер. Только с ним они могут «общаться» напрямую. Такое соединение получило название «точка-точка».

При первом подключении USB-устройство автоматически обнаруживается операционной системой, после чего она осуществляет поиск нужного драйвера. При этом действует правило: чем новее версия используемой операционной системы, тем выше вероятность того, что пользователю не придется устанавливать драйвер самостоятельно. К примеру, Windows XP и Vista автоматически распознают флэш-накопители, кард-ридеры и внешние жесткие диски и регистрируют их в качестве съемных дисков. Необходимые для этих устройств драйверы входят в дистрибутив Windows и всегда находятся «под рукой» у системы. Windows Vista к тому же располагает дополнительными драйверами для наиболее распространенных моделей принтеров, сканеров, игровых клавиатур и других устройств.

СОВЕТ

За редким исключением, USB-гаджеты могут обмениваться данными между собой только при посредничестве компьютера. В этом случае ПК играет роль так называемого USB-хоста. Он запрашивает у каждого устройства, подключенного по USB и называемого клиентом, информацию о наличии необходимых для передачи данных, после чего организует «диалог». Передавать файлы «по собственной инициативе» клиентам запрещено. Данный метод, называемый опросом, хотя и отнимает часть системных ресурсов, однако делает возможным создание простых и, как следствие, недорогих USB-устройств.

Типы USB-разъемов

Существуют два типа разъемов и штекеров USB: тип А используется для подключения USB-устройств к ноутбукам и настольным компьютерам. Разъемом типа B оснащаются периферийные USB-устройства. Существует несколько вариантов разъема второго типа: собственно В, Mini-В и Micro-В.

Тип А. Коннектор типа А подключается к USB-разъему типа А компьютера или USB-хаба. Некоторые принтеры и многофункциональные устройства также оснащены разъемом типа А – для подключения фотокамер.

Тип B. Коннектор типа В подключается к соответствующему USB-разъему, которым обычно оснащаются крупные периферийные устройства, такие как МФУ, принтеры и сканеры.

Mini-USB (тип В). USB-устройства более скромных размеров, например цифровые фотокамеры, КПК или сотовые телефоны, оснащаются более миниатюрным вариантом разъема типа В, называемым Mini-USB (или, правильнее, Mini-B).

Micro-USB (тип В). Существует USB-разъем еще более компактный, чем Mini-В – это разъем Micro-B. Им чаще всего могут похвастаться мобильные телефоны.

Прямая связь двух USB-гаджетов возможна с помощью технологии On-The-Go. Ее использование позволит выводить на печать изображения без посредничества компьютера или напрямую обмениваться музыкальными файлами между MP3-плеерами.

ПРЕИМУЩЕСТВА КОНКУРЕНТОВ

Интерфейсы USB, eSATA и FireWire отличаются друг от друга, прежде всего, по скорости передачи данных (см. врезку «Пропускная способность USB, eSATA и FireWire в сравнении»).

Внешние интерфейсы – конкуренты USB

FireWire. Интерфейс для подключения видеокамер и внешних жестких дисков. Стандарт FireWire 800 предусматривает работу на больших скоростях, чем стандарт USB 2.0, однако сегодня он теряет свою актуальность.

SATA и eSATA. Наряду с интерфейсом SATA, используемым для подключения внутренних жестких дисков, существует eSATA для подключения внешних дисковых накопителей. Передача данных по eSATA осуществляется почти в четыре раза быстрее, чем по USB 2.0. Пожалуй, eSATA – единственный интерфейс, имеющий явное преимущество перед USB и не собирающийся сдавать позиции.

PS/2. Этот некогда стандартный интерфейс для подключения устройств ввода с приходом USB постепенно уходит в прошлое. Фиолетовый разъем PS/2 традиционно предназначен для клавиатуры, зеленый – для мыши.

Параллельный порт. До того как USB получил широкое распространение, параллельный порт был традиционным интерфейсом для подключения принтеров и сканеров. Теперь он встречается все реже.

Игровой порт (MIDI-порт). К игровому порту раньше подключали джойстики или музыкальные MIDI-клавиатуры. Сегодня подобные устройства используют для подключения USB-разъем, так что MIDI-порты встречаются редко.

Последовательный порт. Последовательный порт (СОМ-порт), к которому ранее подключали мышь и модем, сегодня на домашнем ПК абсолютно бесполезен. Данный интерфейс используется в промышленности – для управления специальными машинами.

Внешний SCSI-интерфейс. Раньше, наряду с распространенными сегодня внешними жесткими дисками с интерфейсом IDE, часто использовались накопители с интерфейсом SCSI, которые сегодня актуальны лишь для серверных систем.

■ eSATA служит для подключения внешних жестких дисков, а с недавних пор – и некоторых моделей флэшек. В отличие от USB и FireWire, во внешних жестких дисках с интерфейсом eSATA не требуется преобразования данных, что исключает дополнительное звено, тормозящее взаимодействие с ПК. Поэтому скорость у подобных жестких дисков находится на уровне встроенных в компьютеры винчестеров. Если вам необходима максимальная производительность внешних устройств, то eSATA – наилучшее решение.■ FireWire служит в первую очередь для подключения к ПК видеокамер и некоторых моделей жестких дисков. Актуальная версия FireWire 800 существенно быстрее интерфейса USB 2.0 (800 против 480 Мбит/с). Но устройства с интерфейсом Fire Wire обычно дороже, чем аналогичные с USB.

Пропускная способность USB, eSATA и FireWire в сравнении


Если вы планируете купить внешний жесткий диск, то вам предстоит выбрать один из нескольких возможных интерфейсов его подключения, которые имеют разную пропускную способность: наивысшую скорость передачи данных обеспечивает eSATA, следом идет FireWire 800 и замыкает эту гонку USB 2.0. Но у последнего есть свой козырь: разъем USB присутствует на любом компьютере.

Сложившийся расклад сил изменит выход устройств с интерфейсом USB 3.0, который станет самым быстрым интерфейсом передачи данных. Но до момента, когда новый стандарт USB получит широкое распространение, пройдет немало времени.

СТАНДАРТЫ USB

■ USB 1.1. Компьютеры, выпущенные до 2002 года, предоставляют в распоряжение пользователя интерфейс USB 1.1. Передача данных по этому стандарту осуществляется достаточно медленно. Теоретическая пиковая пропускная способность составляет 12 Мбит/с (или 1,5 Мб/с). Для устройств ввода – клавиатуры и мыши – этого вполне достаточно.

На заметку. Более ранняя версия, USB 1.0, не получила распространения, так и оставшись на бумаге. Готовые изделия, соответствующие этому стандарту, в продажу не поступали.

■ USB 2.0. Компьютеры и ноутбуки, выпущенные после 2003 года, как правило, оснащены портами USB 2.0. Максимальная скорость в сравнении со стандартом 1.1 заметно возросла и составила 480 Мбит/с (или 60 Мб/с). Хотя на практике достигнуть такого уровня пропускной способности не удается.

Более высокую пропускную способность обеспечивают устройства USB 2.0, отмеченные логотипом «USB 2.0 Hi-Speed». Если же на коробке или корпусе устройства указано «USB 2.0 Full-Speed», это означает, что данные будут передаваться на скорости стандарта USB 1.1.

«ЗАМЕДЛЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ»


Если Windows сама не определит подключенное USB-устройство, драйвер для него придется устанавливать самостоятельно (как правило, его можно найти на диске, входящем в комплект поставки USB-устройства). Купив принтер или МФУ с интерфейсом USB, не спешите сразу подключать его: вначале загляните в руководство пользователя и ознакомьтесь с порядком установки, чтобы понять, нужно ли инсталлировать ПО или имеющегося в ОС будет достаточно. В противном случае Windows может установить драйвер с меньшим набором функций или вовсе распознает устройство неверно.

Еще одно преимущество USB-хаба заключается в том, что его можно установить в удобном для вас месте. Это избавит от необходимости каждый раз лезть под компьютерный стол в поисках нужного порта, чтобы подключить USB-коннектор. Кроме того, если для подключения устройства не хватает длины USB-кабеля, хаб может выступать в роли удлинителя.Проще всего это сделать с помощью так называемых USB-разветвителей (USB-хабов). Эти маленькие «коробочки» доступны по цене от 100 руб. Занимая всего один USB-разъем компьютера, такое устройство предоставляет взамен, как правило, четыре (и более) порта. Теоретически использование USB-хабов позволяет подключить к одному компьютеру до 127 устройств USB.

Необходимо учесть, что существует два типа хабов.

■ Активный. В качестве источника электроэнергии он использует отдельный блок питания, который входит в комплект поставки хаба. USB-порты такого разветвителя способны обеспечивать максимальную для этого интерфейса силу тока, поэтому к активным хабам можно подключать даже такие «прожорливые» устройства, как внешние жесткие диски.

■ Пассивный. Питание на него подается с USB-порта компьютера и делится между всеми портами, поэтому пассивные хабы подходят лишь для подключения устройств с низким энергопотреблением.

USB по сети

Сетевой USB-хаб Belkin Components позволяет подключить до пяти USB-устройств, которые будут взаимодействовать с компьютером по сети. С помощью WLAN-маршрутизатора можно организовать для них беспроводное соединение.

КАКОВА МАКСИМАЛЬНАЯ ДЛИНА КАБЕЛЯ USB

Альтернативой хабу может считаться плата расширения, устанавливаемая в слот PCI материнской платы ПК. При ее использовании в вашем распоряжении окажется несколько дополнительных разъемов USB (как правило, четыре). Подобные платы можно приобрести по цене от 300 руб. Недостаток: дополнительные порты USB будут расположены на задней стенке системного блока.

Максимальная длина стандартного кабеля USB составляет 5 метров. Если этого недостаточно, потребуются специальные удлинители (после каждого 5-метрового участка необходим своего рода ретранслятор с автономным питанием, в роли которого, кстати говоря, может выступать и USB-хаб). С их помощью можно достигнуть длины соединения, равной 25 метрам. Использование так называемых USB Line Extender (стоимостью 1000 руб. и более; это устройство представляет собой USB-адаптер и хаб, которые соединены стандартным сетевым кабелем) позволит преодолевать расстояние и в 60 метров.

Что означают логотипы USB

На упаковке большинства USB-устройств красуется один или несколько приведенных ниже логотипов. Их наличие указывает на то, что устройство соответствует техническим требованиям, описанным в спецификациях и документах некоммерческой организации USB Implementers Forum. Если вам встретится обозначение, которого нет в нашем списке, будьте осторожны: возможно, вы имеете дело с низкосортной продукцией «третьих фирм», которые, возможно, не поддерживают заявленных характеристик.

НЕМНОГО О WIRELESS USB

Wireless USB – это новый стандарт, призванный сделать возможной беспроводную связь по шине USB. Бесконечные провода на и под столом благополучно ушли бы в прошлое, если бы принтеры, сканеры, внешние жесткие диски и MP3-плееры смогли обмениваться данными с компьютером без использования кабеля. Эта новая технология, предлагаемая USB Imple menters Forum, поможет реализовать эту мечту.

Новый USB-кабель

«Традиционный» USB-кабель состоит из четырех проводов. Два из них осуществляют передачу данных, два других используются для электропитания. Для нового высокоскоростного режима работы USB версии 3.0 четырех проводов уже недостаточно, поэтому новый кабель будет иметь четыре дополнительные линии для данных: первая пара будет служить для приема, вторая – для передачи. Преимущество: в отличие от USB 2.0 прием и передача данных будут осуществляться одновременно и на максимальной скорости. Кабель USB 3.0 будет оснащен новым коннектором с пятью дополнительными контактами.

В качестве примера рассмотрим, как можно одновременно подключить обычные USB-принтер и сканер, используя Wireless USB. Совсем без проводов в этом случае обойтись все же не удастся: оба устройства придется соединить кабелями с беспроводным USB-хабом, который «от их имени» будет общаться с компьютером. При этом в ПК должен быть установлен соответствующий беспроводной USB-адаптер. В данном случае принтер и сканер будут определяться системой как устройства, подключенные к компьютеру традиционным способом.

Стоит принять во внимание тот факт, что максимальную скорость передачи в 480 Мбит/с беспроводной интерфейс USB обеспечивает только в том случае, если расстояние между хабом и компьютером не превышает трех метров. На большем расстоянии пропускная способность Wireless USB снижается. Если на пути беспроводного канала связи встретятся преграды, например стена, передача данных будет невозможна.

На заметку. Альтернативой решениям Wireless USB являются USB-хабы, подключаемые к локальной сети. Их можно подключить к WLAN-маршрутизатору, в результате чего также станет возможно беспроводное соединение USB-устройств и компьютера.

НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ USB 3.0

Стандарт USB 3.0 стал дальнейшим развитием интерфейса USB 2.0, привнеся в него целый ряд улучшений.

■ Пропускная способность. На практике USB 2.0 обеспечивает передачу данных на максимальной скорости, едва превышающей 30 Мб/с. Это ограничивает возможности многих устройств, прежде всего внешних дисковых накопителей, которые способны работать на скорости, превышающей указанную в 2–4 раза. В USB 3.0 пропускная способность вырастет сразу в 10 раз и достигнет уровня 5 Гбит/с. Для этой цели USB 3.0 оснащается более сложной технологией передачи данных, при которой для трансляции одного байта требуется не 8, а 10 бит. Поэтому реальный скоростной предел при передаче данных составит приблизительно 500 Мб/с. Однако даже таких результатов добиться вряд ли получится – камнем преткновения станут скоростные возможности внешних устройств (тех же накопителей), которые по скорости значительно отстают от возможностей USB 3.0.

■ Разъемы. Одной из основных задач, стоящих перед разработчиками нового стандарта, – сохранение совместимости разъемов USB 3.0 и 2.0. В результате вы легко сможете подключить устройство USB 2.0 к разъему USB 3.0. Но тому, кто стремится к максимальной скорости, все же придется приобрести новые кабели (см. врезку «Новый USB-кабель»). Они устроены сложнее и будут стоить дороже, чем аналогичные кабели USB 2.0. Кроме того, не все типы разъемов получат обратную совместимость со старым стандартом USB 2.0. Если в случае коннекторов USB типа А удалось обойтись малой кровью, «вписав» пять новых контактов в уже имеющуюся конструкцию разъема, то с коннекторами USB типа B, и уж тем более Micro-B, все оказалось куда сложнее. В этом случае пришлось менять конструктив разъема, по сути разбив его на две части: первая – для сохранения совместимости с предыдушими стандартами, представляет собой «старый» порт USB 2.0, вторая – объединяет пять новых линий, появившихся в USB 3.0. Таким образом, коннекторы этих типов не могут быть подключены к порту USB 2.0.

■ Питание. Разъемы USB 3.0 поддерживают большую силу тока, чем все предыдущие версии USB: 900 вместо прежних 500 мА. Это важно, к примеру, при использовании внешних жестких дисков.

■ Энергосбережение. В USB 2.0 хост должен был постоянно проводить опрос подключенных устройств, выясняя нет ли у них новой порции данных, поэтому все они должны были быть постоянно активными. Отказ от такого циклического опроса в USB 3.0 позволит использовать режим энергосбережения.

USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) является промышленным стандартом расширения архитектуры PC, ориентированным на интеграцию с телефонией и устройствами бытовой электроники.

Приеимущества шины:

  • USB устройство может быть подсоединено к компьютеру в любой момент времени, даже когда включен;
  • когда компьютер обнаруживает подключенное USB устройство, он автоматически опрашивает его, чтобы узнать его возможности и требования;
  • производит загрузку драйвера, а при отключении устройства драйвер автоматически выгружается;
  • USB устройство не использует джемперов, DIP переключателей, никогда не вызывает конфликтов прерываний, DMA, памяти;
  • расширяющие USB хабы позволяют подключать к одной шине большое количество устройств (до 127 устройств);
  • низкая стоимость USB устройств.

Возникновение USB сделало возможным создание USB Flash Drive (USB-накопитель).

История создания и развития интерфейса USB

Первая версия компьютерного интерфейс USB появилась 15 января 1996 года. Инициаторами проекта был альянс 7 крупных компаний производителей Intel, DEC, IBM, Northen Telecom, Compaq.

Причиной возникновения нового стандарта для передачи информации, послужила желание упростить соединение ПК с периферийными устройствами. Основная цель стандарта, была создать для пользователей возможность пользоваться таким интерфейсом, который бы обладал максимальной простотой, универсальностью, и использовал принцип Plug&Play или горячее соединение.

Это позволило бы подключать к ПК во время работы различные устройства ввода-вывода, с условием немедленного автоматического распознавания типа и модели подключённого устройства. Также, была поставлена цель, - избавиться от проблемы нехватки внутренних ресурсов прерываний системной шины.

Все эти задачи успешно были решены к концу 1996 года, а к весне 1997 года, стали появляться первые ПК, оборудованные разъёмами USB. Полная поддержка USB устройств была осуществлена только к концу 1998 года, в операционной системе Windows98, и только с этого этапа, началось особенно бурное развитие и выпуск периферийного оборудования, оснащённого этим интерфейсом.

По-настоящему массовое внедрение USB началось с широким распространением корпусов и системных плат форм-фактора ATX примерно в 1997-1998 годах. Не упустила шанс воспользоваться достижениями прогресса и компания Apple, представившая 6 мая 1998 года свой первый iMac, также оснащенный поддержкой USB.

Этот стандарт был рождён, в то время, когда уже существовал аналогичный последовательный интерфейс передачи данных, разработанный Apple Computer и имел название FireWare или IEE1394. USB - интерфейс был создан, как альтернатива IEE1394, и был призван не заменить его, а существовать параллельно уже существующему типу соединений.

Первая версия USB имела некоторые проблемы совместимости и содержала несколько ошибок в реализации. В итоге, в ноябре 1998 года вышла спецификаций USB 1.1.

Спецификация USB 2.0 была представлена в апреле 2000 года. Но до принятия ее в качестве стандарта прошло больше года. После этого началось массовое внедрение второй версии универсальной последовательной шины. Главным ее достоинством было 40-кратное увеличение скорости передачи данных. Но кроме этого были и другие нововведения. Так появились новые типы разъемов Mini-B и Micro-USB, добавилась поддержка технологии USB On-The-Go (позволяет USB-устройствам вести обмен данными между собой без участия USB-хоста), появилась возможность использования напряжения, подаваемого через USB, для зарядки подключенных устройств.

Принцип работы шины USB

USB обеспечивает обмен данными между хост-компьютером и множеством периферийных устройств (ПУ). Согласно спецификации USB, устройства (device) могут являться хабами, функциями или их комбинацией. Хаб (hub) только обеспечивает дополнительные точки подключения устройств к шине. Устройство-функция (function) USB предоставляет системе дополнительные функциональные возможности, например подключение к ISDN, цифровой джойстик, акустические колонки с цифровым интерфейсом и т. п. Комбинированное устройство (compound device), реализующее несколько функций, представляется как хаб с подключенными к нему несколькими устройствами.

Работой всей системы USB управляет хост-контроллер (host controller), являющийся программно-аппаратной подсистемой компьютера. Шина позволяет подключать, конфигурировать, использовать и отключать устройства во время работы хоста и самих устройств.

Шина USB является хост-центрической: единственным ведущим устройством, которое управляет обменом, является хост-компьютер, а все присоединенные к ней периферийные устройства - исключительно ведомые. Физическая топология шины USB - многоярусная звезда. Ее вершиной является хост-контроллер, объединенный с корневым хабом (root hub). Хаб является устройством-разветвителем, кроме того, он может являться источником питания для подключенных к нему устройств. К каждому порту хаба может непосредственно подключаться периферийное устройство или промежуточный хаб; шина допускает до 5 уровней каскадирования хабов (не считая корневого). Каждый промежуточный хаб имеет несколько нисходящих (downstream) портов для подключения периферийных устройств (или нижележащих хабов) и один восходящий (upstream) порт для подключения к корневому хабу или нисходящему порту вышестоящего хаба.

К USB-хосту сходятся данные от подключенных устройств и он же обеспечивает взаимодействие с компьютером. Все устройства подключаются по топологии "звезда". Чтобы увеличить число активных разъемов USB можно воспользоваться USB-хабами. Таким образом получится аналог логической структуры "дерево". "Ветвей" у такого дерева может быть до 127 штук на один хост-контроллер, а уровень вложенности USB-хабов не должен превышать пяти. Кроме того, в одном USB-хосте может быть несколько хост-контроллеров, что пропорционально увеличивает максимальное число подключенных устройств.

Хабы бывают двух видов. Одни просто увеличивают число USB-разъемов в одном компьютере, а другие позволяют подключать несколько компьютеров. Второй вариант позволяет использовать нескольким системам одни и те же устройства. В зависимости от хаба переключение может производится как вручную, так и автоматически.

Одно физическое устройство, подключенное через USB, может логически подразделяться на "под-устройства", выполняющие те или иные определенные функции. Например, у веб-камеры может быть встроенные микрофон - получается, что у нее два под-устройства: для передачи аудио и видео.

Передача данных происходит через специальные логические каналы. Каждому USB-устройству может быть выделено до 32 каналов (16 на прием и 16 на передачу). Каждый канал подключается к условно называемой "конечной точке". Конечная точка может либо принимать данные, либо передавать их, но не способна делать это одновременно. Группа конечных точек, необходимых для работы какой-либо функции, называется интерфейсом. Исключение составляет "нулевая" конечная точка, предназначающаяся для конфигурации устройства.

Когда к USB-хосту подключается новое устройство начинается процесс присвоения ему идентификатора. Первым делом устройству посылается сигнал перехода в исходное состояние. Тогда же происходит и определение скорости, с которой может вестись обмен данными. После считывается конфигурационная информация с устройства, и ему присваивается уникальный семибитный адрес. Если устройство поддерживается хостом, то загружаются все необходимые драйвера для работы с ним, после чего процесс завершен. Перезагрузка USB-хоста всегда вызывает повторное присвоение идентификаторов и адресов всем подключенным девайсам.

В отличие от шин расширения (ISA/EISA, PCI, PC Card), где программа взаимодействует с устройствами путем обращений по физическим адресам ячеек памяти, портов ввода-вывода, прерываниям и каналам DMA, взаимодействие приложений с устройствами USB выполняется только через программный интерфейс. Этот интерфейс, обеспечивающий независимость обращений к устройствам, предоставляется системным ПО контроллера USB.

Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводный кабель, при этом два провода (витая пара) в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода - для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания, шина USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА).

Кодирование данных

Для передачи данных по шине используется дифференциальный способ передачи сигналов D+ и D- по двум проводам. Все данные кодируются с помощью метода, называемого NRZI with bit stuffing (NRZI - Non Return to Zero Invert, метод возврата к нулю с инвертированием единиц).

Вместо кодирования логических уровней как уровней напряжения USB определяет логический 0 как изменение напряжения, а логическую 1 как неизменение напряжения. Этот метод представляет собой модификацию обычного потенциального метода кодирования NRZ (Non Return to Zero, невозврат к нулю), когда для представления 1 и 0 используются потенциалы двух уровней, но в методе NRZI потенциал, используемый для кодирования текущего бита, зависит от потенциала, который использовался для кодирования предыдущего бита. Если текущий бит имеет значение 0, то текущий потенциал представляет собой инверсию потенциала предыдущего бита, независимо от его значения. Если же текущий бит имеет значение 1, то текущий потенциал повторяет предыдущий. Очевидно, что если данные содержат нули, то приемнику и передатчику достаточно легко поддерживать синхронизацию - уровень сигнала будет постоянно меняться. А вот если данные содержат длинную последовательность единиц, то уровень сигнала меняться те будет, и возможна рассинхронизация. Следовательно, для надежной передачи данных нужно исключить из кодов слишком длинные последовательности единиц. Это действие называется стаффинг (Bit stuffing): после каждых шести единиц автоматически добавляется 0.

Существует только три возможных байта с шестью последовательными единицами: 00111111, 01111110, 111111100.

Стаффинг может увеличить число передаваемых бит до 17%, но на практике эта величина значительно меньше. Для устройств, подключаемых к шине USB, кодирование происходит прозрачно: USB-контроллеры производят кодирование и декодирование автоматически.

Режимы работы шины

  • Low Speed поддерживается стандартами версии 1.1 и 2.0. Пиковая скорость передачи данных - 1.5 Мбит/с (187.5 Кбайт/с). Чаще всего применяется для HID-устройств (клавиатур, мышей, джойстиков).
  • Full Speed поддерживается стандартами версии 1.1 и 2.0. Пиковая скорость передачи данных - 12 Мбит/с (1.5 Мбайт/с). До выхода USB 2.0 был наиболее быстрым режимом работы.
  • Hi-Speed поддерживается стандартом версии 2.0 и 3.0. Пиковая скорость передачи данных - 480 Мбит/с (60 Мбайт/с).
  • Super-Speed поддерживается стандартом версии 3.0. Пиковая скорость передачи данных - 4.8 Гбит/с (600 Мбайт/с).

Передача данных

Механизм передачи данных является асинхронным и блочным. Блок передаваемых данных называется USB-фреймом или USB-кадром и передается за фиксированный временной интервал. Оперирование командами и блоками данных реализуется при помощи логической абстракции, называемой каналом. Внешнее устройство также делится на логические абстракции, называемые конечными точками. Таким образом, канал является логической связкой между хост-контроллером и конечной точкой внешнего устройства. Канал можно сравнить с открытым файлом.

Для передачи команд (и данных, входящих в состав команд) используется канал по умолчанию, а для передачи данных открываются либо потоковые каналы, либо каналы сообщений.

Информация по каналу передается в виде пакетов (Packet). Каждый пакет начинается с поля синхронизации SYNC (SYNChronization), за которым следует идентификатор пакета PID (Packet IDentifier).

Систему USB следует разделить на три логических уровня с определенными правилами взаимодействия. Устройство USB содержит интерфейсную, логическую и функциональную части. Хост тоже делится на три части - интерфейсную, системную и программное обеспечение. Каждая часть отвечает только за определенный круг задач.

Операция обмена данными между прикладной программой и шиной USВ выполняется путем передачи буферов памяти через следующие уровни: Уровень клиентского ПО в хосте:

  • обычно представляется драйвером устройства USB;
  • обеспечивает взаимодействие пользователя с операционной системой с одной стороны и системным драйвером с другой.

Уровень системного обеспечения USB в хосте (USBD, Universal Serial Bus Driver):

  • управляет нумерацией устройств на шине;
  • управляет распределением пропускной способности шины и мощности питания;
  • обрабатывает запросы пользовательских драйверов.

Хост-контроллер интерфейса шины USB (HCD, Host Controller Driver):

  • преобразует запросы ввода/вывода в структуры данных, по которым хост-контроллер выполняет физические транзакции;
  • работает с регистрами хост-контроллера.

Уровень клиентского программного обеспечения определяет тип передачи данных, необходимый для выполнения затребованной прикладной программой операции. После определения типа передачи данных этот уровень передает системному уровню следующее:

  • буфер памяти, называемый клиентским буфером;
  • пакет запроса на в/в (IRP, Input/output Request Packet), указывающий тип необходимой операции.
  • IRP содержит только сведения о запросе (адрес и длина буфера в оперативной памяти). Непосредственно обработкой запроса занимается системный драйвер USB.

Уровень системного драйвера USB необходим для управления ресурсами USB. Он отвечает за выполнение следующих действий:

  • распределение полосы пропускания шины USB;
  • назначение логических адресов устройств каждому физическому USB-устройству;
  • планирование транзакций.

Логически передача данных между конечной точкой и ПО производится с помощью выделения канала и обмена данными по этому каналу.Клиентское ПО посылает IPR-запросы уровню USBD. Драйвер USBD разбивает запросы на транзакции по следующим правилам:

  • выполнение запроса считается законченным, когда успешно завершены все транзакции, его составляющие;
  • все подробности отработки транзакций (такие как ожидание готовности, повтор транзакции при ошибке, неготовность приемника и т. д.) до клиентского ПО не доводятся;
  • ПО может только запустить запрос и ожидать или выполнения запроса или выхода по тайм-ауту;
  • устройство может сигнализировать о серьезных ошибках, что приводит к аварийному завершению запроса, о чем уведомляется источник запроса.

Драйвер контроллера хоста принимает от системного драйвера шины перечень транзакций и выполняет следующие действия:

  • планирует исполнение полученных транзакций, добавляя их к списку транзакций;
  • извлекает из списка очередную транзакцию и передает ее уровню хост-контроллера интерфейса шины USB;
  • отслеживает состояние каждой транзакции вплоть до ее завершения.

Хост-контроллер интерфейса шины USB формирует кадры. Кадры передаются последовательной передачей бит по методу NRZI.

Таким образом:

  • каждый кадр состоит из наиболее приоритетных посылок, состав которых формирует драйвер хоста;
  • каждая передача состоит из одной или нескольких транзакций;
  • каждая транзакция состоит из пакетов;
  • каждый пакет состоит из идентификатора пакета, данных (если они есть) и контрольной суммы.


Типы передачи данных

Спецификация шины определяет четыре различных типа передачи (transfer type) данных для конечных точек.

Управляющие передачи (Control Transfers) - используются хостом для конфигурирования устройства во время подключения, для управления устройством и получения статусной информации в процессе работы. Протокол обеспечивает гарантированную доставку таких посылок. Длина поля данных управляющей посылки не может превышать 64 байт на полной скорости и 8 байт на низкой. Для таких посылок хост гарантированно выделяет 10% полосы пропускания.

Передачи массивов данных (Bulk Data Transfers) - применяются при необходимости обеспечения гарантированной доставки данных от хоста к функции или от функции к хосту, но время доставки не ограничено. Taкая передача занимает всю доступную полосу пропускания шины. Пакеты имеют поле данных размером 8, 16, 32 или 64 байт. Приоритет у таких передач самый низкий, они могут приостанавливаться при большой загрузке шины. Допускаются только на полной скорости передачи. Такие посылки используются, например, принтерами или сканерами.

Передачи по прерываниям (Interrupt Transfers) - используются в том случае, когда требуется передавать одиночные пакеты данных небольшого размера. Каждый пакет требуется передать за ограниченное время. Операции передачи носят спонтанный характер и должны обслуживаться не медленнее, чем того требует устройство. Поле данных может содержать до 64 байт на полной скорости и до 8 байт на низкой. Предел времени обслуживания устанавливается в диапазоне 1-255 мс для полной скорости и 10-255 мс - для низкой. Такие передачи используются в устройствах ввода, таких как мышь и клавиатура.

Изохронные передачи (Isochronous Transfers) - применяются для обмена данными в "реальном времени", когда на каждом временном интервале требуется передавать строго определенное количество данных, но доставка информации не гарантирована (передача данных ведется без повторения при сбоях, допускается потеря пакетов). Такие передачи занимают предварительно согласованную часть пропускной способности шины и имеют заданную задержку доставки. Изохронные передачи обычно используются в мультимедийных устройствах для передачи аудио- и видеоданных, например, цифровая передача голоса. Изохронные передачи разделяются по способу синхронизации конечных точек - источников или получателей данных - с системой. Различают асинхронный, синхронный и адаптивный классы устройств, каждому из которых соответствует свой тип канала USB.

Все операции по передаче данных инициируются только хостом независимо от того, принимает ли он данные или пересылает в периферийное устройство. Все невыполненные операции хранятся в виде четырех списков по типам передач. Списки постоянно обновляются новыми запросами. Планирование операций по передаче информации в соответствии с упорядоченными в виде списков запросами выполняется хостом с интервалом один кадр. Обслуживание запросов выполняется в соответствии со следующими правилами:

  • наивысший приоритет имеют изохронные передачи;
  • после отработки всех изохронных передач система переходит к обслуживанию передач прерываний;
  • в последнюю очередь обслуживаются запросы на передачу массивов данных;
  • по истечении 90% указанного интервала хост автоматически переходит к обслуживанию запросов на передачу управляющих команд независимо от того, успел ли он полностью обслужить другие три списка или нет.

Выполнение этих правил гарантирует, что управляющим передачам всегда будет выделено не менее 10% пропускной способности шины USB. Если передача всех управляющих пакетов будет завершена до истечения выделенной для них доли интервала планирования, то оставшееся время будет использовано хостом для передач массивов данных.

Версии спецификации

Разработка спецификаций на шину USB производится в рамках международной некоммерческой организации USB Implementers Forum (USB-IF), объединяющей разработчиков и производителей оборудования с шиной USB.

С середины 1996 года выпускаются PC со встроенным контроллером USB, реализуемым чипсетом системной платы.

Первая версия спецификации USB 1.0 поддерживает два режима скорости передачи данных между устройством и компьютером:

  • Low Speed (1.5 Mbits/sec) , для таких устройств как мыши, клавиатуры и джойстики;
  • Full Speed (12 Mbits/ sec) , для модемов и сканеров.

Осенью 1998 года вышла версия 1.1 - в ней были устранены обнаруженные проблемы первой редакции.

Основные технические характеристики USB 1.1:

  • Достаточно высокая максимальная скорость обмена - до 12 Мбит/с.
  • Максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена - 4,5 м.
  • Максимальное количество подключенных устройств (включая размножители) - до 127.
  • Возможно подключение устройств с различными скоростями обмена.
  • Не требуется использование дополнительных устройств и терминаторов.
  • Подается напряжение питания для периферийных устройств - 5 В.
  • Максимальный ток потребления на одно устройство - 500 mA.

Весной 2000 года опубликована спецификация USB 2.0, в которой предусмотрено 40-кратное повышение пропускной способности шины(до 480 Мбит/с в высокоскоростном режиме). Однако устройства USB 2.0 вышли на массовый рынок в 2002 года, когда новый интерфейс, наконец, смог утвердиться.

Вторая версия спецификации USB 2.0 позволяет использовать еще один режим High Speed (480 Mbit/sec) для таких устройств, как жесткие диски, CD-ROM, цифровые камеры. Пропускная способность 480 Мбит/с достаточная и для внешних накопителей, MP3-плееров, смартфонов и цифровых камер, которым требовалась передавать большое количество данных. Также спецификация USB 2.0 полностью поддерживает устройства, разработанные для первой версии. Контроллеры и хабы автоматически определяют версию спецификации, поддерживаемую устройством. Шина позволяет соединять до 127 устройств, удаленныех от компьютера на расстоянии до 25 м (с использованием промежуточных хабов).

После своего широкого внедрения USB 2.0 удалось полностью заменить последовательный и параллельный интерфейсы.

В настоящее время широко используются устройства, выполненные в соответствии со спецификацией USB 2.0.

USB 3.0

USB 3.0 поддерживает максимальную скорость передачи 5 Гбит/с.

Коннектор USB 3.0 типа А

Основной целью интерфейса USB 3.0 является повышение доступной пропускной способности, однако новый стандарт эффективно оптимизирует энергопотребление. У USB 3.0 есть четыре состояния подключения, названные U0-U3. Состояние подключения U0 соответствует активной передаче данных, а U3 погружает устройство в "сон". Если подключение бездействует, то в состоянии U1 будут отключены возможности приёма и передачи данных. Состояние U2 идёт ещё на шаг дальше, отключая внутренние тактовые импульсы.

Коннектор USB 3.0 типа В

Соответственно, подключённые устройства могут переходить в состояние U1 сразу же после завершения передачи данных, что, как предполагается, даст ощутимые преимущества по энергопотреблению, если сравнивать с USB 2.0.

Кроме разных состояний энергопотребления стандарт USB 3.0 отличается от USB 2.0 и более высоким поддерживаемым током. Если версия USB 2.0 предусматривала порог тока 500 мА, то в случае нового стандарта ограничение было сдвинуто до планки 900 мА. Ток при инициации соединения был увеличен с уровня 100 мА у USB 2.0 до 150 мА у USB 3.0. Оба параметра весьма важны для портативных жёстких дисков, которые обычно требуют чуть большие токи. Раньше проблему удавалось решить с помощью дополнительной вилки USB, получая питание от двух портов, но используя только один для передачи данных.

Кабели и разъемы USB

В отличие от громоздких дорогих шлейфов параллельных шин АТА и особенно шины SCSI с ее разнообразием разъемов и сложностью правил подключения, кабельное хозяйство USB простое и изящное.

Существует пять видов USB-разъемов :

Слева направо: micro USB, mini USB, B-type, A-type разъем, A-type коннектор

  • micro USB - используется в самых миниатюрных устройствах вроде плееров и мобильных телефонов;
  • mini USB - также часто обнаруживается на плеерах, мобильных телефонах, а заодно и на цифровых фотоаппаратах, КПК и тому подобных устройствах;
  • B-type - полноразмерный разъем, устанавливаемый в принтерах, сканерах и других устройствах, где размер не имеет очень принципиального значения;
  • A-type (приемник) - разъем, устанавливаемый в компьютерах (либо на удлинителях USB), куда подключается коннектор типа A-type;
  • A-type (вилка) - коннектор, подключаемый непосредственно к компьютеру в соответствующий разъем.

Cистема кабелей и коннекторов USB не дает возможности ошибиться при подключении устройств. Гнезда типа «А» устанавливаются только на нисходящих портах хабов, вилки типа «А» - на шнурах периферийных устройств или восходящих портов хабов. Гнезда и вилки типа «В» используются только для шнуров, отсоединяемых от периферийных устройств и восходящих портов хабов (от «мелких» устройств - мышей, клавиатур и т. п. кабели, как правило, не отсоединяются). Хабы и устройства обеспечивают возможносгь «горячего» подключения и отключения.

Максимальная длина USB-кабеля может составлять 5 метров. Данное ограничение введено для снижения времени отклика устройства. Хост-контроллер ожидает поступление данных ограниченное время, и если они задерживаются, то соединение может быть потеряно.

Кабель для поддержки полной скорости шины (full-speed) выполняется как витая пара, защищается экраном и может также использоваться для работы в режиме минимальной скорости (low-speed). Кабель для работы только на минимальной скорости (например, для подключения мыши) может быть любым и неэкранированным.

Литература

  1. Косцов А.,Косцов В.Железо ПК. Настольная книга пользователя. - М.: Мартин, 2006. - 480 с.

На самом деле новый стандарт USB 3.1 и разъем Type-C должны унять безобразие и навести порядок. На все про все - один-единственный кабель: для передачи данных, аудио-, видеосигнала и подачи питания. Симметричный разъем Type-C - настоящее счастье для запутавшихся в проводах пользователей мобильных устройств. А стандарт USB 3.1 позволяет, например, воспроизводить видео с планшета на телевизоре в то время, пока мобильное устройство заряжается.

Уже только переход на новые спецификации готовит производителям дополнительные трудности, из-за чего продавцы и покупатели тотчас же приходят в уныние. Упрекнуть компании в отсутствии заинтересованности нельзя: после выхода на рынок MacBook Pro (2015) многие производители представили продукты с поддержкой нового стандарта USB 3.1 с разъемом Type-C, среди них такие устройства, как материнские платы, мониторы, внешние накопители и смартфоны. Так, разъемом USB Type-C оборудован LG G6, а еще HTC 10 и Samsung Galaxy S8, который подключается к док-станции через универсальный разъем, превращаясь в полноценный персональный компьютер. Но новая форма не всегда означает новые функции: так, Type-C в версии Huawei не поддерживает USB 3.1, а для быстрой зарядки вообще использует собственную технологию.

Старые устройства - помеха для новых стандартов

Многообразие разъемов
Многие USB-устройства, как и прежде, выпускаются с одним из старых разъемов. Type-C должен заменить их все

Технические прорывы всегда занимают очень много времени, если есть большой фонд старой техники. Клавиатуры, мыши, внешние диски, веб-камеры, цифровые фотоаппараты, USB-флешки — миллионы этих устройств по-прежнему требуют поддержки старых версий USB. Проблему можно было бы временно решить, используя универсальные переходники, но ведь все еще выпускаются совершенно новые устройства со старыми USB-портами.

А поскольку обычному USB-кабелю не так-то просто отличить хост от клиентского устройства, ему по сей день требуется целых два разных типа разъемов. Поэтому внешние жесткие диски часто выпускаются с разъемами Mini-A, а принтеры — c типичными четырехугольными разъемами Type-B. Рано или поздно USB Type-C должен заменить не только эти разъемы - при помощи кабеля можно было бы, например, без проблем подключить периферийные устройства к ПК. Более того, Type-C может отправить в небытие DisplayPort, HDMI и даже гнезда TRS.

Не путать: Type-C - это не USB 3.1


«Говорящие» логотипы
Логотипы должны отражать, какие функции обеспечивает разъем USB. К сожалению, их используют не все производители

Поскольку консорциум USB одновременно с разъемом Type-C утвердил две другие спецификации, часто возникает некоторая путаница в понятиях. Во-первых, мы имеем новый разъем Type-C с зеркальным расположением контактов 2×12, благодаря чему порт нечувствителен к ориентации штекера – а это значит, что о проблеме «как воткнуть штекер USB Type-A с первого раза» можно будет совсем скоро забыть.
Во-вторых, вместе с новым разъемом введен новый стандарт USB 3.1, повышающий потолок скорости передачи данных до 10 Гбит/с (брутто).

Далее, электропитание USB Power Delivery (USB-PD) представлено в новой, второй ревизии: она подразумевает ускорение зарядки подключенных устройств путем увеличения мощности (20 В, 5 А вместо прежних 5 В, 0,9 А). Другими словами, несмотря на то, что USB Type-C, USB 3.1 и USB Power Delivery часто отождествляются, они не являются равнозначными терминами или синонимами. Так, существует, например, интерфейс USB 2.0 в формате Type-C или порт USB 3.1 без поддержки быстрой зарядки Power Delivery.

Но это еще не все. Совсем снимать вину за беспорядок с консорциума нельзя, поскольку от использования обычной номенклатуры он ушел: с появлением USB 3.1 прекратил существование USB 3.0 в том смысле, что эта прежняя версия теперь классифицируется как USB 3.1 Gen 1, а нововведенная технология называется USB 3.1 Gen 2. Но множество кабелей и устройств USB продаются под названием USB 3.1 — без указаний, какое именно поколение имеется в виду.

Консорциум USB, правда, разработал систему логотипов для обозначения разъемов USB Type-C, чтобы можно было отличить, например, штекер Type-C с поддержкой USB 3.1 Gen 1 от штекера с поддержкой USB 3.1 Gen 2 или вообще старого USB 2.0, но для начала логотипы нужно внимательно изучить. Нередко приходится заглядывать в руководство, чтобы понять, какая версия используется — если, конечно, подробная документация доступна. Неудивительно, что многие производители продолжают использовать прежнее название USB 3.0.


Предельные величины USB-версий
С USB 3.1 Gen 2 скорость передачи данных повышается вдвое и увеличивается мощность тока для быстрой зарядки

Ко всему этому многообразию следует добавить интерфейс Thunderbolt 3, разрабатываемый в первую очередь Intel и Apple. Thunderbolt с третьей версии тоже использует разъем Type-C, но не совсем совместим с USB 3.1. С использованием активных кабелей Thunderbolt 3 пропускная способность достигает 40 Гбит/с (брутто) — в четыре раза больше, чем у USB 3.1. Это не только обеспечивает очень высокую скорость передачи данных, но и позволит передавать по DisplayPort несколько видеопотоков с контентом 4K и даже использовать внешние видеокарты. Сложные технологии требуют использования активной электроники в кабелях. USB-устройства можно подключать к порту Thunderbolt 3, но ни в коем случае не наоборот.

Трудный выбор кабелей

Неразбериха не останавливается одними стандартами и версиями. Если раньше можно было ограничить выбор одним USB-кабелем с нужными типами разъемов, с USB 3.1 и Type-C это будет не так-то просто. Здесь, как и в случае со стандартами и версиями, в настоящее время образовался огромный недостаток информации: далеко не все кабели Type-C умеют передавать данные, видео и подавать питание. Во многих случаях для пользователей непонятно, поддерживает ли кабель Type-C быструю зарядку Power Delivery или альтернативный режим для передачи видео, потому что логотипов и маркировки, как правило, попросту нет.


Премиумные материнские платы
В настоящее время USB 3.1 Gen 2 поддерживают только отдельные материнские платы премиум сегмента. Среди них - Asus Rampage V 10, оснащенная двумя портами Type-A и двумя Type-C, стоит она около 38 500 рублей

Зачастую невозможно определить, поддерживает ли кабель USB 3.1 или всего лишь USB 2.0. На сайте Amazon очень часто встречаются отзывы от расстроенных клиентов, которые после покупки обнаружили, что приобретенный кабель не поддерживает технологию быстрой зарядки их смартфонов. Из тяжелого положения совсем не помогает выйти даже обозначение некоторыми производителями, например, Aukey, кабеля USB 3.1 Gen 1 с концами Type-C и Type-A как «кабель с Type-C на USB 3.0» — это в корне неверно.

Если вы решили обзавестись устройством с разъемом Type-C, непременно убедитесь в том, что в комплекте поставки есть кабель — только в таком случае все требования наверняка будут удовлетворены. Поставщик оборудования для компьютерной техники Hama, например, предлагает несколько кабелей Type-C с подробными характеристиками, но цены начинаются от 1000 рублей. Еще дороже обойдется покупка кабеля Thunderbolt 3 — нужно будет выложить около 2000 рублей. Зато тут предусмотрены все функции. Если эта цена слишком высока, то волей-неволей придется порыться в описаниях продуктов и отзывах клиентов о них в поисках нужного кабеля.

USB-C: симметричный штекер

Передача данных, питание и диалог между устройствами - каждый из 24 пинов штекера Type-C выполняет отдельную функцию. Легко заметить, что их расположение симметрично.

Дисплеи, ноутбуки и адаптеры

Для передачи видео в одном из альтернативных режимов (DisplayPort или HDMI), то есть, например, с ноутбука на монитор, тоже следует обратить внимание на технические требования. В настоящее время на рынке есть несколько мониторов с разъемом USB Type-C от LG, Eizo, Acer и HP (например, Envy 27, около 40 000 рублей). Для вывода видео практически повсеместно используется стандарт DisplayPort, который и вправду работает вполне надежно. Но если говорить о быстрой зарядке, которая предъявляет особые требования блоку питания монитора, то тут у покупателей во многих случаях возникают вопросы.


Видео в альтернативном режиме
Передачу видео на монитор разъем USB-C, например, как у LG 27UD88 (около 38 000 рублей), как правило, обеспечивает надежно, но быстрая зарядка Power Delivery ему дается не всегда

Впрочем, подача питания с монитора на ноутбук не всегда обязательна. Портативный 15-дюймовый монитор Asus MB169C+ (около 15 000 рублей) получает питающее напряжение от ноутбука через полноценно используемый разъем Type-C.
Так или иначе, в настоящее время чаще случается так, что ноутбук с разъемом USB Type-C подключается к монитору через порт HDMI или DisplayPort. В таких случаях требуется переходник, преобразующий видеосигнал и передающий его на монитор с использованием нужного стандарта. Такие аксессуары можно купить примерно от 1000 рублей. По сравнению с другими кабелями выбирать переходники довольно просто, потому что их задача заключается только в преобразовании видеосигнала без учета других особенностей USB 3.1.

Для тех, кто интересуется ноутбуком или планшетом с разъемом Type-C, выбор в настоящее время ограничен, но зато замечателен. Кроме MacBook (12 дюймов) есть гибриды Acer Aspire Switch 10 V (около 25 000 рублей) и Asus T100HA (около 18 000 рублей). А юный хромбук Google Pixel оснащен целыми двумя портами Type-C (правда, только стандарта USB 3.1 Gen 1), но в России он пока не поступал в официальную продажу.


Старая документация
Несмотря на то, что Acer Aspire Switch 10 V снабжен только одним портом Type-C, в руководстве указаны старые типы USB-разъемов

Наверное, вряд ли какой-нибудь пользователь осмелится разом перевести все свои периферийные устройства на Type-C, поэтому большинству владельцев ноутбуков для начала потребуется адаптер USB 3.1 для передачи данных и видеосигнала по кабелю USB Type-A, HDMI или DisplayPort. Цены на рекомендуемые гибкие модели начинаются от 2500 рублей, как, например, на Icy Box IB-DK4031. Club 3D SenseVision стоит дороже — около 6500 рублей — зато он включает HDMI, DVI, USB 3.0 Type-A, 4 разъема USB 2.0, быструю зарядку USB, а также гнезда для подключения микрофона и наушников.

Менее богат в настоящий момент выбор для десктопов: традиционно производители материнских плат внедряют новые стандарты в премиум-модели. Единственная материнская плата с четырьмя портами USB 3.1 Gen 2 (по два Type-A и Type-C) — это Asus Rampage V 10, которая стоит около 38 500 рублей. По крайней мере, указание на быструю передачу 10 Гбит/с находится в том числе на панели интерфейсных разъемов. Одним из вариантов USB 3.1 из нижней ценовой категории десктопов является MSI X99A SLI (LGA 2011-3) с одним портом Type-A и одним Type-C примерно за 15 000 рублей.

Универсальный адаптер

Переход на компьютеры с разъемом Type-C потребует для периферии наличия переходника с различными типами портов.

> Club 3D SenseVision (около 6500 рублей)
Адаптер относительно дорогой, но оснащен большим количеством портов, среди которых - HDMI, DVI, гнезда для микрофона и наушников, а также четыре порта USB 2.0 и разъем для быстрой зарядки (USB 3.1 Gen 1)

> Icy Box IB-DK4031 (около 2500 рублей)
Более простой вариант адаптера с разъемом Type-A (USB 3.1 Gen 1), HDMI,
а также разъемом Type-C с Power Delivery для быстрой зарядки внешних устройств.

Преимущества внешней памяти благодаря USB 3.1


Быстрая память
USB 3.1 Gen 2 обеспечивает многим внешним твердотельным накопителям, например, Freecom mSSD MAXX, значительный рывок в скорости

От высоких скоростей передачи данных по USB 3.1 Gen 2 выигрывают, конечно же, сетевые хранилища с конфигурацией RAID и внешние накопители, в первую очередь флеш-память — твердотельные накопители и USB-флешки. Но для последних в настоящее время доступность USB 3.1 Gen 2 сводится к нулю. Предлагаемые флешки SanDisk, Kingston и Corsair, позиционируемые как USB 3.1, передают данные со скоростью не более 5 Гбит/с, то есть относятся к первому поколению. Тем не менее, для большей части флешек сейчас этого должно хватить.

Что же касается внешних твердотельных накопителей, то тут производители Freecom (mSSD MAXX, около 8000 рублей) и Adata (SE730, около 9500 рублей) предлагают диски с USB 3.1 уже второго поколения. Первые практические тестирования показывают, что высокоскоростной интерфейс действительно обеспечивает ощутимо более высокие скорости передачи данных. Terramaster предлагает корпус для сетевого хранилища D2-310 с двумя отсеками (около 10 000 рублей) с поддержкой USB 3.1 Gen 2, на котором высокоскоростные диски SATA в RAID-массиве тоже должны произвести хорошее впечатление.


Музыка по USB-C
Счет гнезду для наушников на смартфоне открыт: в скором времени в стандартной комплектации появится переходник Type-C на TRS

Следует отдельно отметить, что производители памяти лучше всех остальных справляются с задачей указывать версии и стандарты и реже всего бросают своих клиентов на полпути. Остальные же производители должны в срочном порядке дополнить документацию и должным образом реализовывать стандарты.

Переход с одного поколения технологий на другое всегда был длительным и часто запутанным процессом, но со времен VHS и Betamax такой сумятицы, как сейчас, еще не было. Когда-нибудь конфигурация USB 3.1 / Type-C и вправду упростит всем жизнь - особенно пользователям, ну а пока предстоит преодолеть немало трудностей.

ФОТО: CHIP Studios; Freecom; Stouch; Club 3D; Raidsonic; Acer; LG; Asus; Sabrina Raschpichler

Редко бывает, что одна лишняя буква в названии стандарта грозит совершить революцию в мире интерфейсов передачи данных и гаджетов, но появление последней разновидности USB 3.1 Type-C похоже как раз тот случай. Что же нам обещает принести очередное обновление старого доброго USB интерфейса?

  • Скорость передачи данных до 10 GBps
  • Возможность запитывания от порта устройств с потребляемой мощностью вплоть до 100Вт
  • Размеры коннектора сравнимые с micro-USB
  • Симметричность разъёма - у него не существует верха и низа, а значит нет ключа, который часто приводит к повреждениям как самих разъёмов, так и подключаемых через них гаджетов
  • С помощью данного интерфейса можно запитывать устройства с напряжением вплоть до 20 вольт
  • Больше не существует разных типов коннекторов - А и В. На обоих концах кабеля стоят совершенно одинаковые разъёмы. Как данные так и питающее напряжение могут передаваться через один и тот же разъём в обоих направлениях. В зависимости от ситуации каждый разъём может выступать в роли ведущего или ведомого
  • Нам обещают, что конструкция разъёма способна выдерживать до 10 000 подключений
  • Возможно использование этого интерфейса для непосредственного подключения вместо некоторых других широко распространённых интерфейсов для быстрого обмена данными.
  • Стандарт совместим сверху вниз как c обычным USB 3 интерфейсом, так и с его младшими братьями. Конечно не на прямую, но с помощью переходника через него возможно подключение скажем USB 2.0 диска
Под катом постараюсь разобрать тему по косточкам - начиная от конструкции разъёма и кабеля, и заканчивая кратким обзором профилей оборудования и новинок чипов для поддержки возможностей данного интерфейса. Я долго думал на какой площадке размещать статью, ведь все предыдущие касающиеся этой темы выходили на GT, но в моей публикации так много технических деталей, что она будет полезней не гикам, а потенциальным разработчикам, которым уже сегодня стоит начинать к нему присматриваться. Поэтому рискнул поселить статью тут.

Не буду касаться истории развития USB интерфейса, эта тема не плохо развита в данном комиксе в смысле истории в картинках

Электроника - наука о контактах

Для начала сравнительные фото сегодняшнего героя в компании заслуженных предков.

Коннектор USB Type-C немного крупнее привычного USB 2.0 Micro-B, однако заметно компактнее сдвоенного USB 3.0 Micro-B, не говоря уже о классическом USB Type-A.
Габариты разъема (8,34×2,56 мм) позволяют без особых сложностей использовать его для устройств любого класса, включая смартфоны и планшеты.


Сигнальные и силовые выводы размещены на пластиковой вставке пожалуй это самое слабое его место в центральной части разъёма. Контактная группа USB Type-C содержит 24 вывода. Напомню, что у USB 1.0/2.0 имелось всего 4 контакта, а разъемам USB 3.0 потребовалось уже 9 выводов.



Если внимательно присмотреться к рисунку слева, то видно, что контакты имеют разную длину. Это обеспечивает их замыкание в определённой последовательности. На рисунке в центре мы видим наличие защёлок, которые должны удерживать воткнутый кабель и обеспечивать тактильный щелчок в процессе соединения-рассоединения. На правом графике изображена зависимость усилия в процессе вставки-вынимания разъёма.

Пики, которые мы видим на нём - это моменты срабатывания защёлки.

Можно констатировать, что разработчики стандарта сделали если не всё, то почти всё, чтобы разъём стал максимально удобным и надёжным: он вставляется любым концом и любой стороной с ощутимым щелчком. По их мнению, он способен пережить эту процедуру более 10 тысяч раз.

Многоликий симметричный янус

Крайне приятной и полезной особенностью USB-C стал симметричный дизайн разъёма, позволяющий подключать его к порту любой стороной. Достигается это благодаря симметричному расположению его выводов.

По краям расположены выводы земли. Плюсовые контакты питания также расположены симметрично. В центре находятся контакты, отвечающие за совместимость с интерфейсом USB2 и младше. Им повезло больше всего - они дублируются и поэтому поворот на 180 градусов при соединении не страшен. Синим цветом помечены выводы, отвечающие за высокоскоростной обмен данными. Как мы видим тут всё хитрее. Если мы повернём разъём, то к примеру, выход TX1 поменяется местами с TX2, но одновременно и место входа RX1 займёт RX2.

Выводы Secondary Bus и USB Power Delivery Communication служебные и предназначены для общения между собой двух соединяемых устройств. Ведь им необходимо очень о многом друг другу рассказать, прежде чем начать обмен, но об этом позже.

А пока ещё об одной особенности. Порт USB Type-C изначально разрабатывался в качестве универсального решения. Помимо непосредственной передачи данных по USB, он может также использоваться в альтернативном режиме (Alternate Mode) для реализации сторонних интерфейсов. Такую гибкость USB Type-C использовала ассоциация VESA, внедрив возможность передачи видеопотока посредством DisplayPort Alt Mode.

USB Type-C располагает четырьмя высокоскоростными линиями (парами) Super Speed USB. Если две из них выделяются на нужды DisplayPort, этого достаточно для получения картинки с разрешением 3840×2160. При этом не страдает скорость передачи данных по USB. На пике это все те же 10 Гб/с (для USB 3.1 Gen2). Также передача видеопотока никак не влияет на энергетические способности порта. На нужды DisplayPort может быть выделено даже 4 скоростные линии. В этом случае будут доступны разрешения вплоть до 5120×2880. В таком режиме остаются не задействованы линии USB 2.0, потому USB Type-C все еще сможет параллельно передавать данные, хотя уже с ограниченной скоростью.

В альтернативном режиме для передачи аудиопотока используются контакты SBU1/SBU2, которые преобразуются в каналы AUX+/AUX-. Для протокола USB они не задействуются, потому здесь тоже никаких дополнительных функциональных потерь.

При использовании интерфейса DisplayPort, коннектор USB Type-C по-прежнему можно подключать любой стороной. Необходимое сигнальное согласование предусмотрено изначально.

Подключение устройств с помощью HDMI, DVI и даже D-Sub (VGA) также возможно, но для этого понадобятся отдельные переходники, однако это должны быть активные адаптеры, так как для DisplayPort Alt Mode, не поддерживается режим Dual-Mode Display Port (DP++).

Альтернативный режим USB Type-C может быть использован отнюдь не только для протокола DisplayPort. Возможно, вскоре мы узнаем о том, что данный порт научился, например, передавать данные с помощью PCI Express или Ethernet.

И этому дала, и тому дала. В общем… о питании.

Еще одна важная особенность, которую привносит USB Type-C – возможность передачи по нему энергии мощностью до 100 Вт. Этого хватит не только для питания/зарядки мобильных устройств, но и для работы ноутбуков, мониторов, а если пофантазировать, то и небольшого лабораторного источника питания.

При появлении шины USB, передача энергии была важной, но всё же второстепенной её функцией. Порт USB 1.0 обеспечивал всего 0,75 Вт (0,15 А, 5 В). Достаточно для работы мыши и клавиатуры, но не более того. Для USB 2.0 номинальная сила тока была увеличена до 0,5 А, что позволило получать от неё уже 2,5 Ватта для питания, например, внешних жестких дисков формата 2,5”. Для USB 3.0 номинально предусмотрена сила тока в 0,9 А, что при неизменном напряжении питания в 5В гарантирует мощность в 4,5 Вт. Специальные усиленные разъемы на материнских платах или ноутбуках способны были выдавать до 1,5 А для ускорения зарядки подключенных мобильных устройств, но и это “всего лишь” 7,5 Вт. На фоне этих цифр возможность передачи 100 Вт выглядит чем-то фантастическим.

Для того чтобы наполнить такой энергией порт USB Type-C служит поддержка спецификации USB Power Delivery 2.0 (USB PD). Если таковой нет, порт USB Type-C штатно сможет выдать на гора 7,5 Вт (1,5 А, 5 В) или 15 Вт (3А, 5 В) в зависимости от конфигурации. Для подробного описания этой спецификации в данной статье недостаточно места, да и всё равно я не сделаю это лучше, чем уважаемый stpark в своей замечательной статье .

Однако, совсем обойти эту архиважную тему не получится.

Для того, чтобы обеспечить мощность в 100 ватт при напряжении пять вольт потребуется ток в 20 ампер! Такое при габаритах кабеля USB Type-C возможно пожалуй только если изготовить его из сверхпроводника! Боюсь, что сегодня это будет обходиться пользователям дороговато, поэтому разработчики стандарта пошли по другому пути. Они увеличили напряжение питания до 20 Вольт. “Позвольте, но ведь оно выжжет напрочь мой любимый планшет” - воскликните вы, и будете совершенно правы. Для того, чтобы не пасть жертвой разъярённых пользователей, инженеры задумали хитрый трюк - они ввели систему силовых профилей. Перед соединением любое устройство находится в стандартном режиме. Напряжение в нём ограничено пятью вольтами, а ток двумя амперами. Для соединения с устройствами старого типа этим режимом всё и закончится, а вот для более продвинутых случаев, после обмена данными, устройства переходят в другой согласованный режим работы с расширенными возможностями. Чтобы познакомиться с основными существующими режимами глянем на таблицу.

Профиль 1 гарантирует возможность передачи 10 Вт энергии, второй уже – 18 Вт, третий – 36 Вт, четвёртый целых – 60 Вт, ну а пятый нашу заветную сотню! Порт, соответствующий профилю более высокого уровня, поддерживает все состояния предыдущих по нисходящей. В качестве опорных напряжений выбраны 5В, 12В и 20В. Использование 5В необходимо для совместимости с огромным парком имеющейся USB-периферии. 12В – стандартное напряжение питания различных компонентов систем. 20В предложено с учетом того, что для зарядки аккумуляторов большинства ноутбуков используются внешние БП на 19–20В.

Пара слов о кабелях!

Поддержка описываемого в статье формата в полном объёме потребует огромной работы не только программистов, но и производителей электроники. Потребуется разработать и развернуть производство очень большого количества компонентов. Самое очевидное это разъёмы. Для того, чтобы выдерживать высокие токи питающего напряжения, не оказывать помех передаче сигналов очень высокой частоты, да ещё при этом не выходить из строя после второго коннекта и не вываливаться в самый неподходящий момент, качество их изготовления должно быть радикально выше по сравнению с форматом USB 2.

Для совмещения передачи энергии большой мощности и сигналом с гигабитным трафиком, производителям кабелей придётся серьёзно напрячься.

Полюбуйтесь, как выглядит подходящий для нашей задачи кабель в разрезе.

Кстати, об ограничениях на длину кабелей при использовании интерфейса USB 3.1. Для передачи данных без существенных потерь на скоростях до 10 Гб/c (Gen 2) длина кабеля c разъемами USB Type-C не должна превышать 1 метр, для соединения на скорости до 5 Гб/c (Gen 1) – 2 метра.

Схемотехники производителей материнских плат, докстанций и ноутбуков долго будут ломать голову, как сгенерировать мощность порядка сотни ватт, а трассировщики, как подвести её к разъёму USB Type-C.

Производители чипов на низком старте.

Симметричное подсоединение и работа сигнальных линий в разных режимах потребует применения микросхем высокоскоростных коммутаторов сигналов. Сегодня уже появились первые ласточки. Вот, например, коммутатор от фирмы Texas Instruments, который поддерживает работу в устройствах как в режиме хоста так и ведомого устройства. Он способен коммутировать линии дифференциальных пар с частотой сигнала вплоть до 5ГГц.

При этом размеры чипа HDC3SS460 3.5 на 5.5 мм и в режиме покоя он потребляет ток порядка 1 микроампера. В активном же режиме - меньше миллиампера. Существуют и более продвинутые решения, например чипы производства NXP поддерживают частоту обмена до 10 ГГц.

Стали появляться и менеджеры питания, совмещённые с цепями защиты сигнальных линий от статики, например вот такое изделие от NXP

Оно предназначено для корректной обработки момента подключения разъёма, а так же размыкания цепи питания в случае неполадок. Данный чип уже поддерживает напряжение на VBUS до 30 вольт, а вот с максимальным коммутируемым током всё много хуже - он не должен превышать 1 ампера, что и понятно, учитывая габариты - 1.4 на 1.7 мм!

Безусловным лидером в этой области выступила Cypress, которая выпустила специализированный микроконтроллер с ядром ARM Cortex M0 поддерживающий все пять возможных для стандарта профилей питания.

Типичная схема включения для использования в ноутбуке даёт о нём некоторое представление, а подробнее с ним можно будет ознакомиться скачав даташит.

В отличие от чипа NXP он ориентирован на управление внешними силовыми ключами и поэтому может обеспечить коммутацию требуемых токов и напряжений, не смотря на свои малые размеры.

Внимание, Важная особенность для тех кто уже торопится заказать первые образцы - микроконтроллер не имеет USB интерфейса и не является полным и законченным решением. Он может служить только в качестве менеджера питания. В данный момент открыт предзаказ на поставку образцов и демонстрационных плат. Судьба этого микроконтроллера видимо будет во многом зависеть от того, снабдит ли фирма - производитель разработчиков референсными библиотеками для его использования в разных режимах.

Тот факт, что уже для него уже создано несколько демокитов сильно повышает вероятность последнего.

Лифт в небеса или Вавилонская башня.

Итак сегодня полностью сложилась революционная ситуация. Верхи не могут, а низы не хотят жить по старому. Всем надоела неразбериха с огромным количеством кабелей, зарядных устройств, блоков питания и их низкая надёжность.

Новый стандарт породил невиданную активность. Флагманы электронной индустрии - Apple, Nokia, Asus готовят к выпуску свои первые гаджеты с поддержкой USB Type-C. Китайцы уже штампуют кабели и переходники. На подходе докстанции и хабы с поддержкой высокой нагрузки по мощности. Производители чипов разрабатывают новые микросхемы и думают как бы запихнуть драйвер нового порта в микроконтроллер. Маркетологи решают куда воткнуть новый разъём, а инженеры чешут репу пытаясь реализовать многопрофильные устройства из уже имеющихся электронных компонентов.

Пока не ясно только одно. Что мы получим в результате? Удобный и надёжный разъём, который заменит львиную долю интерфейсов и найдёт повседневное применение, или вавилонское столпотворение, ведь ситуация может начать развиваться по не самому благоприятному сценарию:

Пользователи могут окончательно запутаться в многочисленных спецификациях и кабелях, которые будут выглядеть с виду совершенно одинаково, но при этом будут сертифицированы только под определённые профили. Попробуй разберись с ходу со всеми этими маркировками.

Но даже если получится, то это вряд ли решит проблему - китайцы без зазрения совести легко поставят на любой шнур любой значок. А если надо, то до кучи на каждую сторону одного кабеля разные, их не смутит даже если они будут взаимоисключающими.

Рынок наводнится невероятным количеством переходников разного калибра и сомнительного качества.

Пытаясь подключить одно устройство к другому никогда в результате не будешь знать к какому результату этот процесс приведёт и из-за чего коннект либо вовсе отсутствует, либо всё жутко глючит. То ли один из гаджетов не поддерживает нужный профиль, то ли поддерживает но не слишком корректно, то ли вместо качественного кабеля попалась его грубая китайской подделка. А что прикажете делать, если вдруг на вашем ноутбуке выйдет из строя единственный оставшийся на нём разъём?

До новых встреч.

P.S. Новый стандарт уже приводит к появлению весьма экзотических устройств. Так анонсирован кабель 100 метровой длины, который вроде бы никак не вписывается в стандарты. Вся фишка в том, что он активный. На обоих своих концах кабель имеет преобразователь сигналов USB3 интерфейса в оптический. Сигнал передаётся по оптике и на выходе конвертируется назад. Естественно он не передают энергию, а только данные. При этом каждый из преобразователей на его концах питается от разъёма к которому подключен.
Думаю, что в скором времени для подтверждения подлинности уважающие себя фирмы начнут вставлять в кабели активные метки. Проблема хабов породит невиданную активность у разработчиков и производителей DC-DC преобразователей. Как справедливо заметил уважаемый пользователь TimsTims может возникнуть например ситуация, что устройство, которое питает способно выдать только 12 вольт, а подключенные к нему устройства начнут затребовать скажем одно 5, другое 18.
В общем этот стандарт обещает прокормить не одного разработчика, да и производители в накладе не останутся.