USB интерфейс (Universal Serial Bus)

USB интерфейсът е създаден през 1994 година от група компании: Intel, Compaq, Microsoft, Digital, IBM и Northern Telecom. Целта на USB е била да замести множеството портове намиращи се в задната част на компютъра.

Преди USB компютърните устройства предимно са се свързвали към серийния порт. Той предоставя доста ниска скорост на трансфер и освен това компютрите разполагали най-много с два такива порта. По-бързите устройства идвали със собсвена платка към която да се свържат със собствен кабел. Тогава не само че ще се заеме един от слотовете на дънната ви платка, но ще са ви нужни и специални драйвери.

Всички тези неприятности довели до създаването на USB стандартът. Както се вижда от името му, той е направен за да бъде универсален. Чрез USB към един комютър могат да се свържат до 127 различни устройства едновременно. Интерфейсът поддържа hot swapping. Това означава че едно устройство може да бъде свързано към компютъра (или изключено от него) без да е нужно рестартиране на системата.

Списъкът на уредите които използват USB е безкраен: скенери, модеми, принтери, мишки, клавиатури, колонки, външни твърди дискове, флаш памети, джойстици, цифрови камери и много други. От 2008 г. насам се произвеждат по над 2 000 000 000 устройства годишно, използващи USB интерфейс.

USB конектори

Щом USB стандартът ще бъде универсален и ще се използва навсякъде, то неговите конектори трябва да са лесни за използване и издръжливи. Такива цели са си поставили създателите на USB и може да се каже че наистина са ги постигнали.

Почти невъзможно е USB устройство да се свърже погрешно. Ако конекторът е завъртян наобратно, няма начин той да бъде свързан. Единственото нещо което можем да кажем че не е много удобно е фактът че от пръв поглед не е ясно как трябва да завъртим USB конектора за да пасне и много често може да не уцелим правилната страна от първия път. Принципно би трябвало страната, на която е логото на USB, да е горната.

Не е нужна прекалено голяма сила за свързване или изваждане на USB конектора. След самото свързване към компютъра, операционната система веднага открива устройството и ви подканва да инсталирате неговите драйвери (освен ако вече не са инсталирани). Във всеки един момент от време можете да извадите устройството от порта, без да е нужно рестартиране на системата.

За разлика от много други стари портове и конектори, на които все им се чупят или изкривяват пинове или други техни части, то при USB няма такова нещо. Електрическите контакти тук са предпазени от специален пластмасов „език”. Освен това цялата конструкция е заобиколена от здрава метална обвивка. Конекторът е така проектиран че винаги когато мъжкия край се свързва към женския – първо металните им обвивки пасват, а след това електрическите им контакти се докосват.

Съществуват няколко вида USB конектора, като някои от тях са се появявали с развитието на USB. Първоначално създадените са наречени А и В. Стандартния USB А конектор има правоъгълна форма и най-често се използва за връзки които не се прекъсват често (примерно клавиатура и мишка). USB B има квадратна форма и най-често се използва при често свързване и изваждане на конектора. Освен А и В конектори се използват и други: Mini-A, Mini-B, Micro-A и Micro-B. Те умишлено са създадени с по-малък размер и се прилагат най-често при по-малки устройства: мобилни телефони, цифрови камери и други.

Как работи USB?

Когато компютърът се включи (или когато към него се включи USB устройство), той назначава адрес на всяко едно свързано USB устройство. Освен това той определя и какъв вид трансфер ще използва всяко от тях: interrupt, bulk или isochronous.

Режимът interrupt се използва от уреди изпращащи много малко информация – мишки, клавиатури и други. При трансфер от тип bulk се изпращат големи парчета информация, наречени пакети. Информацията се проверява за грешки. Примерно принтерът ползва bulk режим. Трансферът isochronous се ползва примерно при колонките. Тук не се проверява за грешки и информацията се изпраща и приема в реално време.

Компютърът следи каква част от максималната пропусквателна способност е заета и каква част е свободна. Ако 90% е заета от устройства с трансфер interrupt и isochronous, то повече не им се предоставя и останалите 10% остават за устройства в bulk режим.

Версии и спецификации на USB

С времето USB се развива и променя и постепенно се появяват нови версии. Първоначално, още преди USB 1.0, са създадени USB 0.7, USB 0.8, USB 0.9, USB 0.99 и USB 1.0 RC (Release Candidate).
USB 1.0 – Официално е обявен през януари 1996 г. Максималната скорост на трансфер е 12Mbit/s.
USB 1.1 – Септември 1998 г. Същата скорост на трансфер и е поправен проблем свързан с работата на хъбове.
USB 2.0 – Април 2000 г. Максимална скорост от 480Mbit/s. Следват множество промени.
USB 3.0 – 17 ноември 2008 г. е готова спецификацията на USB 3.0. Голямо увеличаване на скоростта: около 5Gbit/s. И доста други промени. Уреди ползващи този интерфейс можем да очакваме през 2010 г.
От тук можете да изтеглите подробни спецификации на USB.

USB хъбове

Както казахме по-горе USB интерфейсът позволява едновременното свързването на 127 устройства към един компютър. Естествено няма да видите компютър със 127 USB порта. За да можете да използвате повече USB уреди, отколкото са USB портовете на вашия компютър, ви е нужен USB хъб.

Използването на USB хъбове е част от стандарта. Хъбът разполага с няколко USB порта и се свързва към компютъра. След това свързвате устройствата към портовете на хъба. При свързване на няколко USB хъба един след друг, можете да получите множество USB портове. Максимално позволения брой на хъбовете свързани последователно един след друг е 5 броя.

Някои хъбове имат собствено захранване. Те се използват когато повечето устройства които ще свързвате нямат собствено захранване (мишки, клавиатури, цифрови камери) и използват електрическата енергия идваща от USB порта (до 500mA на 5V). Това се прави за да не бъде претоварено компютърното захранване. Ако ще свързвате предимно принтери, скенери и други големи уреди имащи собствено захранване, тогава можете да използвате USB хъб без собствено захранване.

USB кабели

Максималната дължина на един USB кабел е 5 метра. Това ограничение е породено от друго ограничение – максимално закъснение от 1500 ns. Ако за това време устройството не отговори, то комютъра счита че информацията е изгубена. Според спецификациите на USB 2.0 закъснението по кабела трябва да е под 5.2 ns на метър. Възможно е свързване на до 5 хъба последователно с общо 6 кабела по 5 метра, което прави около 30 метра максимална дължина.

Използват се четири отделни кабела затворени в една обвивка. Първият носи напрежението +5V, вторият и третият носят информацията, а четвъртият е маса.