USB

Чи траплялось вам плутатися в портах, кабелях і адаптерах, підключаючи зовнішні пристрої до комп’ютера? Якщо так, то швидше за все ви вже стикались з USB у різних його варіантах.

USB (Universal Serial Bus) – це універсальний інтерфейс для підключення периферійних пристроїв до комп’ютерів та іншої електроніки, який забезпечує передавання даних і живлення.

У цій статті ми розберемося, як працює USB, які є версії й типи розʼємів, на що звертати увагу під час вибору кабелів і пристроїв, а також дамо практичні поради щодо сумісності та швидкості.

Що таке USB

USB (Universal Serial Bus) – це універсальний інтерфейс для підключення пристроїв. Слово «універсальний» означає одразу дві речі: по-перше, він використовується одночасно і для зарядки, і для обміну даними. А по-друге, за допомогою USB можна підключати багато різних девайсів: від принтерів до смарт-годинника.

Річ у тім, що в далекі 1990-ті у світі був цілий зоопарк різних роз’ємів. Миші, клавіатури, принтери, джойстики – все це мало свої інтерфейси, для роботи багатьох із них потрібно було встановлювати драйвери.

Інша проблема була в обмеженій кількості портів на материнській платі. Щоб під’єднати, наприклад, одночасно принтер і сканер через LPT, треба було купувати додаткові плати розширення. Загалом, повна катавасія…

І зібралися тоді інженери світових корпорацій (Microsoft, IBM, Intel та інших), окинули поглядом цей бардак і вирішили – треба щось змінювати. І створили USB – недорогий у виробництві роз’єм, який вміє передавати дані та живити пристрій без зовнішніх джерел.

Ось його основні фішки:

• Компактність. У перших версіях роз’єму було всього чотири контакти: два для живлення, один для передавання і один для приймання даних.
• Plug and Play. Можна підключати пристрій без жодних драйверів: встромив і користуйся. А якщо треба від’єднатися, це можна зробити просто на ходу, без жодних ризиків для пристрою і комп’ютера. Порт LPT, до речі, за гарячу заміну може покарати спаленням порту…
• Множинне підключення. До одного комп’ютера можна під’єднати до 127 пристроїв. Звичайно, мало яка машина містить стільки роз’ємів, але цю проблему можна вирішити купівлею USB-хаба.

Новий роз’єм був такий гарний, що його одразу ж узяли в обіг: спочатку підтримку USB у Windows додала Microsoft, потім Apple випустила новий iMac із двома портами USB на борту. І тут, що називається, закрутилося:

«Я вважав це разовим проєктом на 40 мільйонів доларів і навіть не міг уявити, у що зрештою перетвориться ідея з USB. Реальність перевершила всі мої найсміливіші уявлення». – Аджай Бхатт, один із творців USB в компанії Intel

До речі, саме Аджаю ми завдячуємо філософії Plug and Play, реалізованої в USB. Якби він не дошкуляв цією ідеєю дрімучих босів Intel, сучасні мишки, напевно, так би і продавалися в комплекті з драйверами…

Якийсь час USB уживався по сусідству зі старими портами, але потім конкуренти стали один за одним відправлятися в музей.

Відтоді USB зазнав безліч модернізацій – змінювався зовнішній вигляд конекторів, швидкість передавання даних, сила струму, з’являлися версії для мобільних пристроїв тощо. Докладніше про це поговоримо далі.

Еволюція USB

Оригінальний USB 1.0 і його модернізована версія USB 1.1 сьогодні неактуальні. На ринку не залишилося ні комп’ютерів із цими версіями інтерфейсу, ні пристроїв, які б його підтримували.

Хоча в 1990-ті ця перша версія роз’єму викликала фурор – за словами авторів, за швидкості 12 Мбіт/с USB 1.0 працював швидше за все, що було в той час на ринку. Через це в інженерів навіть були проблеми з недорогою периферією на кшталт мишок і клавіатур – висока швидкість викликала перешкоди в дешевих неекранованих кабелях і призводила до втрат даних.

Однак цю проблему швидко виправили – а ще через чотири роки світ побачила друга версія інтерфейсу.

USB 2.0

USB 2.0 з’явився на початку нульових і був хороший для простої периферії: флешок, мишок, клавіатур, КПК і смартфонів. Для них сили струму в 500 мА, використовуваної в роз’ємі, цілком вистачало – однак для підключення зовнішніх жорстких дисків потрібен був другий порт або додатковий блок живлення.

Швидкість передачі – від 25 до 480 Мбіт/с, але зазвичай в районі 175 Мбіт/с. За хвилину можна було скопіювати файл розміром 1 ГБ.

USB 3.0

Новий стандарт з’явився в 2008 році і приніс і нові швидкості: 5 Гбіт/с замість 480 Мбіт/с. Для цього інженери збільшили кількість контактів з чотирьох до дев’яти. Струм теж посилили – з 500 мА до 900 мА, тому зовнішні жорсткі диски більше не потребували додаткового живлення.

Важливе застереження: Якщо у вашого ноутбука є роз’єм USB 3.0, це не означає, що дані передаватимуться зі швидкістю 5 Гбіт/с. Цей показник позначає лише швидкість передачі в ідеальному світі. У реальності все працює набагато повільніше через фізичні обмеження самого порту. Можна провести аналогію з машиною – якщо на спідометрі є позначка 220 км/год, далеко не факт, що ви завжди рухатиметеся з такою швидкістю.

У роз’єму є зворотна сумісність з USB минулих версій, але швидкість роботи в цьому режимі знижується до стандартної для попередніх поколінь. Це означає, що пристрій із USB 2.0 у роз’ємі USB 3.0 не стає швидшим.

Але це працює далеко не завжди. На ділі виробники материнок часто відходять від автентичних колірних схем на користь фірмових. Наприклад, порти на ігрових платах MSI червоного кольору, а деякі вендори і зовсім фарбують роз’єми різних поколінь чорним кольором (стандартним для USB 2.0).

У цьому плані найнадійніше орієнтуватися на кількість контактів або взагалі зазирнути в специфікацію материнської плати.

USB 3.1

Тут починається найцікавіше. У 2013 році вийшов USB 3.1 – новий стандарт, який збільшив швидкість передачі даних до 10 Гбіт/с. А трохи пізніше компанія – розробник USB зробила маркетинговий кульбіт і перейменувала старий USB 3.0… теж у USB 3.1 Як їх розрізняти?

Слідкуйте за руками:

• Старий USB 3.0 зі швидкістю 5 Гбіт/с ? USB 3.1 Gen 1 (SuperSpeed)
• Новий USB 3.1 зі швидкістю 10 Гбіт/с ? USB 3.1 Gen 2 (SuperSpeed+)

Приблизно в той самий час інженери представили новий двосторонній конектор Type-C, навіяний «яблучним» Lightning. На відміну від минулих поколінь компактних конекторів (microUSB і miniUSB), він був призначений не тільки для мобільних, але і для десктопних пристроїв.

USB 3.2

У 2017 році інженери пішли далі і збільшили швидкість інтерфейсу до 20 Гбіт/с. Щоправда, працює це тільки для роз’єму Type-C завдяки його особливій конструкції: 24 контакти по обидва боки гнізда дають змогу лити дані в двоканальному режимі – у дві лінії по 10 Гбіт/с. Передати файл розміром 100 ГБ таким чином можна всього за 40 секунд.

А потім маркетологи знову перехитрили самі себе, вендорів і користувачів і вкотре перейменували всі стандарти.

Виходить, якщо ви у 2015 році купили материнську плату з роз’ємом USB 3.0, він без вашої участі перетворився спочатку на USB 3.1, а потім на USB 3.2 Gen 1. А ви кажете, маркетологи даремно їдять свій хліб 🙂

Від «А» до «Яблука»

Крім технічних характеристик, роз’єми USB розрізняються за форм-фактором.

USB Type-A

Стандарти: USB 2.0, USB 3.2 Gen 1, USB 3.2 Gen 2.

Кількість контактів: від 4 до 8.

Найпопулярніший роз’єм, який можна зустріти в будь-якому сучасному комп’ютері. Служить для під’єднання периферії та USB-накопичувачів. Раніше вважався стандартним, але з 2014 року поступово поступається місцем Type-C.

USB Type-B

Стандарти: USB 2.0, USB 3.2 Gen 1, USB 3.2 Gen 2.

Кількість контактів: від 4 до 8.

Призначений в основному для офісної техніки: принтерів, сканерів, зовнішніх жорстких дисків. Міні-версію конектора довгий час використовували для зарядки смартфонів, плеєрів і електронних читалок.

MicroUSB свого часу зробив для мобільного ринку приблизно те саме, що і Type-A для десктопного – допоміг привести роз’єми до одного вигляду. А ще в міні- і мікроверсії вперше з’явився режим OTG, який дав змогу під’єднувати до мобілок флешки, мишки і клавіатури.

Є також варіант Type-B для зовнішніх жорстких дисків із додатковим живленням, але після появи Type-C він майже не використовується.

USB Type-C

Стандарти: USB 3.2 Gen 1, USB 3.2 Gen 2, USB 3.2 Gen 2×2.

Кількість контактів: 24.

Роз’єм, який вирішив головну проблему USB – тепер кабель можна вставляти будь-яким боком. Вміє все: заряджати ноутбуки, під’єднувати периферію, живити жорсткі диски і навіть передавати зображення, якщо комп’ютер підтримує стандарт Thunderbolt.

А ще він однаково добре підходить і для десктопа, і для «мобілок»: з microUSB і Lightning він уже розібрався і вже щосили тіснить «настільні» Type-A.

Новий роз’єм так усім сподобався, що європейська влада навіть зробила його єдиним стандартом для мобільних гаджетів. За задумом законодавців, це дасть змогу користувачам заощадити понад 250 млн євро на рік, позбавивши їх необхідності купувати купу кабелів для різних пристроїв.

А ось кому нова норма не сподобалася, так це Apple, яка заробляла пристойні гроші на сертифікації фірмових «лайтнінгів». У компанії заявили, що таке рішення європейської влади вдарить по екології та обмежить інновації. Втім, це не завадило купертинівцям оснастити свіжі покоління iPhone і AirPods новими універсальними роз’ємами.

Apple Lightning

Стандарти: USB 2.0.

Кількість контактів: 16.

А взагалі, Apple придумала двосторонній інтерфейс ще до того, як це стало мейнстримом. Компактний 8-піновий роз’єм дає змогу не тільки заряджати пристрої та передавати дані, а й підключати навушники і навіть виводити картинку на монітор за наявності перехідника на HDMI.

Влаштована двостороння механіка просто: на конекторі є два майданчики з пінами, а в гнізді – лише один. Коли ви підключаєте кабель у роз’єм, на конекторі активується один із майданчиків і з’єднання стартує. Щоправда, деякі моделі айпадів постачалися з двома рядами конекторів, що навіть давало змогу передавати дані за стандартом 3.0.

А ще в «лайтнінгу» є спеціальний чип верифікації, який дає змогу Apple казати «ні-ні» стороннім розробникам аксесуарів, якщо вони не відповідають вимогам і не платять компанії мито (що, втім, майже одне й те саме).

Що далі

А далі на нас чекає епоха USB 4. Четвірка на кінці означає, що тепер ми можемо передавати дані на швидкості 40 Гбіт/с. А ще – заряджати телефони на потужності 240 Вт і виводити зображення у 8К. І це не мрії, а цілком собі реальність – кабелі з таким інтерфейсом можна купити на українських маркетплейсах.

Мало того, у 2022 році вийшла специфікація USB4 2.0. У ній швидкість прокачали аж до 80, а в деяких випадках і до 120 Гбіт/с. До чого ж все-таки дійшла техніка…

Висновок

USB пройшов довгий шлях від повільного і громіздкого інтерфейсу до універсального стандарту, який став основою для підключення більшості сучасних пристроїв. Різноманіття розʼємів і версій з часом поступилося місцем уніфікованим рішенням на кшталт USB C, що поєднує швидкість, компактність і зручність.

Майбутнє USB обіцяє ще вищу продуктивність, енергоефективність і гнучкість. Проте найважливіше те, що він зберігає свою головну ідею зробити підключення простим і зрозумілим для кожного.