USB

Izvor: Vidipedija
Skoči na: orijentacija, traži

USB (eng. Universal Serial Bus) - predstavlja jednu od danas najraširenijih podatkovnih sabirnica. Dizajnirana je s namjerom da se korisnicima ponudi standardiziran i mnogo jednostavniji sustav spajanja perifernih uređaja s računalom u skladu s Plug'n'Play filozofijom te istovremeno kao zamjena za zastarjele vidove periferne komunikacije putem serijskih i paralelnih [port]ova. Naime, jedna od osnovnih prednosti USB sabirnice pred prethodnim modusima spajanja perifernih uređaja upravo je mogućnost spajanja i odspajanja uređaja bez potrebe za ponovnim pokretanjem računala. Druge prednosti uključuju mogućnost napajanja niskonaponskih potrošača (prema USB specifikaciji, preko matične ploče moguće je narinuti napon od približno 5V po pojedinom USB kabelu), kao i korištenje mnogih uređaja bez potrebe za specifičnim driverima, koristeći generičke drivere samog operativnog sustava.


Tipovi uređaja koji podržavaju USB specifikaciju

Putem USB sabirnice moguće je spojiti čitav niz perifernih uređaja, poput miševa, tipkovnica, dlanovnika, čitača kartica, gamepada i joystickova, volana, digitalnih fotoaparata, pisača, skenera, flash memorija, itd. Mnogi od tih uređaja danas se više uopće ne mogu spojiti na računalo drugačije nego USB-om.

USB je prvenstveno dizajniran za osobna računala, no danas se koristi i na prijenosnim računalima, PDA računalima, konzolama za igranje i mnogim drugim tipovima uređaja, uključujući uređaje iz segmenta konzumne elektronike (DVD playeri, radiokazetofoni i slično).

Prema nekim izvorima, 2004. godine u svijetu je postojalo preko milijardu USB uređaja. [1]

Inačice

Neslužbene predspecifikacije

  • USB 0.7: objavljena u studenom 1994.
  • USB 0.8: objavljena u prosincu 1994.
  • USB 0.9: objavljena u travnju 1995.
  • USB 0.99: objavljena u kolovozu 1995.
  • USB 1.0 Release Candidate: objavljena u studenom 1995.


USB 1.0

  • USB 1.0: specifikacija objavljena u siječnju 1996.
    Podržava brzine prijenosa do 1.5 Mbit/s (Low-Speed) ili do 12 Mbit/s (Full-Speed). Jako malo USB 1.0 uređaja je došlo na tržište.
  • USB 1.1: specifikacija objavljena u rujnu 1998.
    Riješeni manji problemi verzije 1.0, većinom vezani uz detekciju hubova. Ovo je najranija revizija USB specifikacije koja je postala općeprihvaćena.


USB 2.0

  • USB 2.0: specifikacija objavljena u travnju 2000.
    Brzina povećana na maksimalnih 480 Mbit/s (ovu brzinu se često referencira i kao Hi-Speed).
  • Daljnje modifikacije USB specifikacije rađene su kroz tzv. ECN-ove (eng. Engineering Change Notices, odnosno Obavijesti inženjerskih promjena). Najvažniji od tih ECN-ova su uključeni u USB 2.0 specifikacijski paket dostupan na USB.org:
    • Mini-B Connector ECN: objavljen u listopadu 2000.
      Specifikacija Mini-B utikača i utičnice. Ovo je specifikacija drugačija od Micro-B utikača i utičnice, i često se pogrešno zamjenjuje za potonju.
    • Errata as of December 2000: objavljen u prosincu 2000.
    • Pull-up/Pull-down Resistors ECN: objavljen u svibnju 2002.
    • Errata as of May 2002: objavljen u svibnju 2002.
    • Interface Associations ECN: objavljen u svibnju 2003.
      Novi standard koji dopušta asociranje više sučelja s pojedinom funkcijom spojenog uređaja.
    • Rounded Chamfer ECN: objavljen u listopadu 2003.
      Preporučena izmjena Mini-B utikača koja smanjuje habanje konektora i produljuje im vijek trajanja.
    • Unicode ECN: objavljen u veljači 2005.
      Ovaj ECN specificira kodiranje podatkovnih stringova UTF-16LE kodnom stranicom. USB 2.0 je specifirao korištenje samo općenitijeg Unicode standarda, ali ne i konkretnu kodnu stranicu.
    • Inter-Chip USB Supplement: objavljen u ožujku 2006.
    • On-The-Go Supplement 1.3: objavljen u prosincu 2006.
      USB On-The-Go omogućava međusobnu komunikaciju dva USB uređaja bez potrebe za odvojenim USB kontrolerom koji bi "glumio" domaćina (eng. host). U praksi, jedan od dva USB uređaja preuzima ulogu domaćina u komunikaciji.
    • Battery Charging Specification 1.0: objavljen u ožujku 2007.
      Dodaje podršku za dedicirane punjače (napajanja s USB konektorima), "host" punjače (USB hostovi koji se ponašaju kao punjači) te tzv. "No Dead Battery Provision", specifikaciju koja omogućava uređajima te privremeno povuku struju jakosti 100 mA odmah po spajanju. Ako je USB uređaj spojen na dedicirani punjač ili "host" punjač, maksimalna jakost struje koju može povući iznosi 1.5 A. (Ovaj specifični dokument se ne isporučuje sa USB 2.0 specifikacijskim paketom!)
    • Micro-USB Cables and Connectors Specification 1.01: objavljen u travnju 2007.
    • Link Power Management Addendum ECN: objavljen u srpnju 2007.
      Dodaje novo stanje uređaja između "enabled" (aktivnog) i "suspended" (suspendiranog, zamrznutog). Uređaji u ovom stanju nisu obvezni smanjiti svoju potrošnju struje. Ipak, prebacivanje iz stanja aktivnosti u stanje spavanja i obrnuto je mnogo brže od prebacivanja iz stanja aktivnosti u stanje suspenzije, što omogućava uređajima da "spavaju" dok nisu korišteni.
    • High-Speed Inter-Chip USB Electrical Specification Revision 1.0: objavljen u rujnu 2007.


USB 3.0

  • Kompatibilnost sa starijim verzijama i učinkovitost USB 3.0 bi trebao biti kompatibilan sa USB 2.0 i USB 1.1 specifikacijama, a trebao bi imati i učinkovitiji menadžment energetskih zahtjeva uređaja. Faster USB 3.0 Is Coming; PCWorld.com


Način rada

Cilj USB tehologije jest rasterećivanje glavne sabirnice računala od posebnih kartica za proširenje, kao i olakšavanje umetanja i odvajanja vanjskih Plug'n'Play) uređaja bez potrebe za ponovnim pokretanjem računala (reboot).

USB je asimetričnog dizajna i sastoji se od kontrolera poslužitelja, kao i mnogostrukih jedinica koje se priključuju na poslužitelj kao grane preko posebnih uređaja (hub) i tako stvaraju stablasti oblik. Kod USB-a je moguće imati samo pet nivoa grananja po svakom kontroleru poslužitelju, te je moguće priključiti maksimalno 127 uređaja, umanjeno za svaki hub koji je priključen na isti USB poslužitelj.


USB signaliranje

USB podržava tri brzine prijenosa podataka (eng. data rate):

  • Low Speed (1.1, 2.0): 1.5 Mbit/s (187 kB/s), koja se najčešće koristi za računalne periferije za komunikaciju s čovjekom (eng. Human Interface Device; HID), odnosno miševima, tipkovnicama, joystickovima i slično.
  • Full Speed (1.1, 2.0): 12 Mbit/s (1.5 MB/s). Prije USB 2.0 specifikacije, Full Speed je bila najbrža podržana brzina prijenosa podataka, i mnogi USB uređaji i dan-danas koriste ovu brzinu. Full Speed uređaji razdjeljuju dostupan USB bandwidth između sebe po principu "first-come, first-served" (uređaj koji prvi zatraži pristup - taj ga i dobije). Nije neuobičajeno da se koristeći Full Speed vrlo brzo potroši dostupan bandwidth ako je na USB link spojeno više uređaja. Svaki USB hub podržava Full Speed.
  • Hi-Speed (2.0): 480 Mbit/s (60 MB/s).

Eksperimentalna brzina prijenosa:

  • Super-Speed (3.0): 4.8 Gbit/s (600 MB/s). USB 3.0 specifikacija bit će objavljena od strane Intela i njegovih partnera sredinom 2008. godine. Prema navodima Intela, brzine sabirnice bit će desetak puta veće nego one kod USB 2.0 specifikacije, zahvaljujući uključivanju optičkog linka uz tradicionalne bakrene parice. Proizvodi koji koriste USB 3.0 specifikaciju vjerojatno će ugledati svjetlost dana 2009. ili 2010. godine.


Tehnologija prijenosa podataka

USB signali se prenose putem podatkovnog kabela sastavljenog od bakrene parice impendancije 90Ω ±15%. [2]. Jedna žica u parici je oznažena sa D+, a druga sa D-. Ove žice, koristeći half-duplex differencijalno signaliranje, manje ili više učinkovito eliminiraju efekte elektromagnetskog "šuma" na dužim kabelima. D+ i D- obično rade u paru; one nisu simplex komunikacijske linije. Narinut napon pojedinog signala varira od 0.0 - 0.3 volta (LOW) do 2.8 - 3.6 volta (HIGH) za Full Speed i Low Speed moduse rada, odnosno +-400mV u High Speed (HS) modusu. U FS modusu se žice unutar kabela ne terminiraju, ali HS modus ima terminaciju od 45Ω prema uzemljenju, ili 90Ω diferencijalno, kako bi se izjednačila impedancija podatkovnog kabela.

USB koristi poseban protokol za inicijalizaciju High Speed modusa nazvan "chirping". Pojednostavljeno govoreći, uređaj pogodan za HS prijenos uvijek se inicijalno spaja kao FS uređaj, no tek nakon što od domaćina (USB host) primi USB RESET signal (i D+ i D- žice istovremeno prime LOW napon) pokušava narinuti D- liniju na HIGH napon. Ako je domaćin (ili hub) također sposoban za HS prijenos, onda uređaju vraća izmjenične signale na D- i D+ linijama, što uređaju govori da će prijenos funkcionirati u High Speed modusu.

Tolerancija takta iznosi 480.00 Mbit/s ±500ppm, 12.000 Mbit/s ±2500ppm, 1.50 Mbit/s ±15000ppm.

USB standard koristi NRZI sustav za enkodiranje podataka te koristi tzv. "bit stuffing" tako da ubacuje jedan umjetni "nul"-bit ako podatkovni niz sadrži šest "jedinica" u nizu, prije nego cjelokupni bit stream konvertira u NRZI.

Iako se mnoge USB 2.0 uređaje pogrešno marketinški naziva Hi-Speed uređajima, čime se implicira da su sposobni dosegnuti brzine prijenosa od 480 Mbit/s, nisu svi USB 2.0 uređaji doista i Hi-Speed. Naime, USB-IF certificira uređaje i dodjeljuje licence za korištenje specijalnih marketinških logotipova ili za "Basic-Speed" (Low i Full) ili za Hi-Speed, i to tek nakon što uređaji prođu nezavisni test, a proizvođač plati prikladnu naknadu za licenciranje marketinškog logotipa. Budući da se svi uređaji testiraju prema najnovijoj USB specifikaciji, to znači da su i neki noviji Low-Speed uređaji ustvari - USB 2.0 uređaji.


Realno ostvarive brzine prijenosa

Realno ostvarive brzine prijenosa su otprilike na dvije trećine deklarirane teoretske brzine prijenosa od 53.248 MB/s.(izvor: How Fast Does A USB 2.0 Drive Go On The Newest Macs? How Does It Compare To FireWire?; BareFacts.com) Tipični Hi-Speed USB uređaj radi na nižim brzinama, često i na svega 3 MB/s u prosjeku, ponekad do 10-20 MB/s. Najveća brzina prijenosa podataka, prema navodima proizvođača, trenutno doseže 40 MB/s.

Raspored konektora standardne USB utičnice

Iglica Funkcija
1 VBUS (4,4 – 5,25 V)
2 D−
3 D+
4 Uzemljenje


Raspored konektora Mini-B USB utičnice:

Iglica Funkcija
1 VBUS (4,4 – 5,25 V)
2 D−
3 D+
4 ID
5 Uzemljenje