Decodificarea standardelor USB de la 1.0 la 4.0

(Sursa imaginii: Same Sky)

Universal Serial Bus, mai bine cunoscut sub forma sa prescurtată, USB, este probabil cel mai cunoscut standard de interconectare de pe piața actuală. Cu toate acestea, mulți oameni, în special cei din afara comunității de ingineri, s-ar putea să nu se gândească de două ori la ce presupune USB. Pe scurt, „bus” (magistrală) este o modalitate de a transfera date sau energie într-un sistem electronic între diferite componente, în timp ce termenul „serial” indică faptul că datele sunt transmise bit cu bit pe același fir (sau pe mai multe fire). Împreună, USB oferă un standard de inginerie care stabilește specificații „universale” pentru conectorii și cablurile utilizate pentru a conecta diferitele dispozitive dintr-un sistem electronic.

Fiind o modalitate simplă și convenabilă de interconectare și de comunicare a datelor între dispozitive, USB a evoluat foarte mult de la debutul său în 1996. Înainte de introducerea sa, în anii '90, peisajul interconectării era unul complex și implica viteze reduse de transfer al datelor. Datorită celor peste 25 de ani de îmbunătățiri și modificări constante, USB și USB Implementers Forum (USB-IF) au creat capacități de interconectare dincolo de ceea ce s-a crezut inițial că este posibil, cu viteze tot mai mari ale transferului de date, de energie și altele. Cu toate acestea, odată cu aceste îmbunătățiri continue au apărut noi standarde, actualizări ale standardelor existente și o varietate de convenții de denumire. Prin urmare, încercarea de a ține pasul cu cele mai recente standarde USB poate fi atât derutantă, cât și contradictorie. Acest articol își propune să ofere un istoric detaliat al standardelor USB, clarificând în același timp cele mai recente convenții de denumire USB.

Interconectarea înainte de USB

După cum s-a menționat mai sus, peisajul pre-USB era unul în care vitezele reduse ale transferului de date erau ceva normal, variind adesea de la 100 de kiloocteți (kB) pe secundă pentru conexiunile paralele, la 450 de kilobiți (kb) pe secundă pentru cele seriale. Nu numai că producătorii de computere foloseau atât porturi seriale, cât și porturi paralele, dar exista și o varietate de fișe, conectori și cabluri brevetate care necesitau frecvent drivere și plăci dedicate. În plus, înlocuirea sau conectarea la cald era limitată, fiind necesară oprirea hardware-ului înainte de a conecta orice dispozitiv și repornirea acestuia.

USB-IF a început dezvoltarea standardului USB în 1994, cu mai multe versiuni preliminare (USB 0.8 și 0.9) care au fost anunțate, dar nu au fost niciodată disponibile pe piață. În 1995, USB 0.99 a completat lista de standarde pre-lansate și, din nou, nu a fost disponibil pe piață.

USB 1.0 și 1.1

USB 1.0 a marcat prima versiune majoră a standardelor USB în 1996, oferind viteze de transfer al datelor de 1,5 megabiți pe secundă (Mbps) la viteză redusă și de 12 Mbps la viteză maximă. Deși USB 1.0 oferea confortul schimbării la cald și al autoconfigurării, nu a fost adoptat pe scară largă ca prima versiune de USB disponibilă în comerț.

Doi ani mai târziu, în 1998, a fost introdus USB 1.1. Deși avea aceleași capacități de transfer al datelor ca și USB 1.0, putea să funcționeze și la viteze mai mici pentru dispozitive cu lățime de bandă mai mică. Fiind denumit „ Full Speed”, USB 1.1 a fost adoptat în mod faimos de iMac G3 de la Apple, care a renunțat la utilizarea porturilor seriale și paralele. Acest lucru a deschis calea pentru o adoptare mai largă a standardelor USB în viitor. USB 1.0 și 1.1 au specificat și utilizarea standardelor fizice ale conectorilor USB, Type A și Type B.

Figura 1: standardele pentru conectorii USB Type A și Type B. (Sursă imagine: Same Sky)

USB 2.0

Începutul secolului^XXI a adus cu sine o nevoie tot mai mare de viteze mai mari de transfer de date, datorită acceptării tot mai largi a PC-urilor și a diferitelor periferice ale acestora. Prin urmare, USB 2.0 a intrat pe piață în aprilie 2000. Acest standard a venit cu capacități de transfer al datelor de 480 Mbps, dar limitările de magistrală au redus această capacitate la 280 Mbps. USB 2.0 a primit denumirea de High Speed și a fost compatibil cu standardele anterioare și cu vitezele lor de 1,5 sau 12 Mbps. În acest moment, utilizarea USB ca sursă de alimentare a început să devină o practică mai frecventă, iar standardele electrice ofereau o putere de până la 500 mA la 5 V.

De asemenea, USB 2.0 a introdus USB On-the-Go, care a oferit posibilitatea ca două dispozitive să interacționeze fără a fi nevoie de o gazdă USB separată. Până în acest moment, conexiunile USB au fost întotdeauna între o gazdă (un computer) și o componentă periferică (un mouse, o tastatură, un dispozitiv muzical etc.).

În ceea ce privește standardele conectorilor fizici, USB 2.0 este compatibil cu conectorii USB Type A, B și C, precum și cu Mini și Micro A și B. Cu toate acestea, conectorii fizici de tip Micro A și B și Type C au fost introduși mulți ani mai târziu, în 2007 și, respectiv, 2014.

USB 3.0

Începând cu USB 3.0, standardele USB au trecut prin mai multe iterații și modificări ale convențiilor de denumire. În speranța de a limita confuzia, ne vom referi la standarde folosind numele versiunii originale, apoi vom clarifica mai detaliat cele mai recente convenții de denumire.

Lansat în 2008, USB 3.0 accepta transferul de date de până la 5 gigabiți pe secundă (Gbps), dar a atins viteze mai apropiate de 3 Gbps. Denumit SuperSpeedUSB, USB 3.0 a dublat cele patru linii de conectare ale hardware-ului USB 2.0, până la opt, și a permis transferul bidirecțional de date, rămânând în același timp compatibil cu USB 2.0. De asemenea, standardul a crescut capacitățile de alimentare la 900 mA la 5 V. Este important de reținut și faptul că hardware-ul specific USB 3.0, cum ar fi conectorii USB 3.0 Type A și B, sunt albaștri pentru a arăta compatibilitatea lor.

Odată cu introducerea convențiilor de denumire USB 3.2, USB 3.0 este acum cunoscut sub numele de USB 3.2 Gen 1.

USB 3.1

Identic cu USB 3.0, USB 3.1 a fost un standard intermediar lansat în 2013, care a dublat pur și simplu vitezele de transfer al datelor, până la 10 Gbps. A primit denumirea de SuperSpeed+ și, la un moment dat, a avut o convenție de denumire pe două niveluri: USB 3.1 Gen 1 (USB 3.0) și USB 3.1 Gen 2. Din nou, odată cu introducerea convențiilor de denumire USB 3.2, USB 3.1 Gen 2 este denumit acum USB 3.2 Gen 2.

USB 3.2

Introdus în septembrie 2017, standardul USB 3.2 a înlocuit convențiile de denumire a standardelor USB 3.0 și 3.1, adăugând în același timp un al treilea nivel de capacitate de date de până la 20 Gbps. Denumit USB 3.2 Gen 2x2, acest standard utilizează pe deplin canalele de transfer de date cu două benzi ale conectorului USB Type-C®, care poate transmite 10 Gbps în fiecare direcție pe două perechi de fire. De asemenea, este ceva normal să vedem cele două niveluri inferioare ale standardului USB 3.2 enumerate ca USB 3.2 Gen 1x1 sau USB 3.2 Gen 2x1, care oferă pur și simplu un context suplimentar pentru numărul de linii de date utilizate.

Pentru clarificare suplimentară, USB-IF a furnizat o marcă actualizată pentru fiecare nivel, care constă în cunoscuta marcă SuperSpeed USB, urmată de limita de transfer de date. După cum se arată în Tabelul 1 de mai jos, aceste denumiri alternative sunt următoarele: SuperSpeed USB 5 Gbps, SuperSpeed USB 10 Gbps și SuperSpeed USB 20 Gbps.

Tabelul 1: convenții de denumire USB 3.2 definite. (Sursă imagine: Same Sky)

USB 4.0

Bazat pe protocolul Thunderbolt 3, USB 4.0 a fost lansat în august 2019, cu un transfer de date de până la 40 Gbps și o metodă dedicată de transfer video. De asemenea, standardul Power Delivery 3.1 a crescut capacitatea de alimentare USB până la 240 W. Deși, din punct de vedere tehnic, standardele Power Delivery și USB 4.0 sunt separate, acestea au fost dezvoltate în paralel și sunt frecvent întâlnite împreună. Ambele standarde recente sunt utilizate pe deplin doar prin intermediul capacităților hardware ale conectorului USB Type C fizic.

USB-IF a rafinat și convențiile de denumire USB 4.0, schimbându-le în USB4 cu următoarele două niveluri:

• USB4 20 Gbps (viteza datelor corespunde denumirii sale)
• USB4 40 Gbps (viteza datelor corespunde denumirii sale)

Fiecare dintre nivelurile pentru USB4, precum și USB 3.2 menționate anterior, au un nou logo asociat utilizat pe produse, în speranța de a clarifica orice confuzie a consumatorilor de pe piață. Cu toate acestea, varietatea de denumiri pentru standardele USB a prezentat mai multe provocări, deoarece dispozitivele încă sunt denumite adesea conform vechii scheme de denumire.

Tabelul 2: convențiile actuale de denumire USB și logourile asociate (Sursa imaginii: Same Sky)

Viitorul USB-ului

Sperăm că acest articol a reușit să clarifice o parte din confuzia care înconjoară standardele USB, oferind în același timp o privire asupra istoriei în evoluție rapidă a capacităților și funcționalității lor în continuă îmbunătățire. Poate fi ușor să considerăm că această modalitate mică, rentabilă și ușoară de conectare a perifericelor care se găsesc în smartphone-uri, dispozitive mobile și chiar în aplicații industriale este ceva normal. Conectorii USB utilizați exclusiv pentru încărcare (USB Type C conceput pentru aplicații de alimentare exclusivă), fără transfer de date, devin chiar o practică obișnuită. Se poate spune cu certitudine că USB va continua să găsească noi utilizări și capabilități și în viitor, iar Same Sky stă la dispoziția inginerilor, oferindu-le o gamă de conectori USB și cabluri USB în diferite forme, concepute pentru a respecta multiple standarde USB.