| USB 1.1 / USB 2.0 / USB 3.0 | |
 | |
| Typ interfejsu | szeregowy |
| Transfer | USB 1.1: 1,5 Mbit/s lub 12 Mbit/s USB 2.0: 1,5 Mbit/s, 12 Mbit/s lub 480 Mbit/s USB 3.0: 5 Gbit/s[1] |
| Długość magistrali | 3 m lub 5 m. Wtórnik USB umożliwia przedłużenie kabla USB o swoją długość |
| Liczba portów | USB 1.1: od 2 do 6 USB 2.0: od 2 do 8 (dla chipsetów VIA) USB 3.0: od 2 do 10 |
| Liczba urządzeń | do 127 na magistrali utworzonej przy użyciu hubów |
| Rodzaj złącza | USB typu A, B, C lub D |
| Zasilanie przez interfejs | USB 1.1, 2.0 5V 500mA USB 3.0 5V 900mA |
| Hot plugging | tak |
| Zastosowanie | |
| klawiatury, myszy, dżojstiki, kamery internetowe, skanery, drukarki, modemy, pamięci masowe, aparaty cyfrowe, telefony komórkowe, urządzenia audio-wideo, łączenie dwóch komputerów za pomocą kabla PC-USB-PC | |
Universal Serial Bus (USB; uniwersalna magistrala szeregowa) – rodzaj sprzętowego portu komunikacyjnego komputerów, zastępującego stare porty szeregowe i porty równoległe. Został opracowany przez firmy Microsoft, Intel, Compaq, IBM i DEC.
Port USB jest uniwersalny w tym sensie, że można go wykorzystać do podłączenia do komputera wielu różnych urządzeń (np.: kamery wideo, aparatu fotograficznego, telefonu komórkowego, modemu, skanera, klawiatury, przenośnej pamięci itp). Urządzenia podłączane w ten sposób mogą być automatycznie wykrywane i rozpoznawane przez system, przez co instalacja sterowników i konfiguracja odbywa się w dużym stopniu automatycznie (przy starszych typach szyn użytkownik musiał bezpośrednio wprowadzić do systemu informacje o rodzaju i modelu urządzenia). Możliwe jest także podłączanie i odłączanie urządzeń bez konieczności wyłączania czy ponownego uruchamiania komputera.
Większość współczesnych systemów operacyjnych obsługuje złącze USB – dotyczy to m.in. systemów firmy Microsoft zaczynając od Windows 95 w wersji OSR2 (istnieje także poprawka do wersji OSR1 udostępniająca obsługę USB), systemów Windows z rodziny NT (od wersji 5.0), systemów opartych na jądrze Linux, systemów z rodziny BSD oraz Mac OS.
Spis treści |
Jedną z ważniejszych cech portu USB jest zgodność ze standardem Plug and Play. Architektura USB składa się z serwera (hosta), wielu portów USB oraz urządzeń do nich podłączonych. Host USB możne zarządzać wieloma kontrolerami, a każdy kontroler może udostępniać jeden lub więcej portów USB. Urządzenia można łączyć ze sobą tworząc sieć o topologii drzewa wykorzystując do tego koncentratory USB. Mogą być one połączone ze sobą kaskadowo tworząc nawet pięciopoziomową strukturę drzewisatą. W całej sieci można podłączyć do 127 urządzeń USB, jednak ze względu na pobór mocy ich liczbę trzeba ograniczyć. Każde urządzenie komunikuje się z kontrolerem przy wykorzystaniu kanałów logicznych, których może być do 32, przy czym 16 z nich jest wejściowych i 16 wyjściowych. Dwa kanały, po jednym z każdego kierunku transmisji, są zarezerwowane, więc realnie istnieje 30 kanałów logicznych na każde urządzenie USB. Przykładem wykorzystania wielu kanałów może być kamera internetowa z mikrofonem i wyjściem słuchawkowym. Ponadto w jednej sieci mogą pracować urządzenia o różnych szybkościach transmisji.
Ważną cechą USB jest to, iż magistrala wymaga obecności dokładnie jednego kontrolera magistrali, którego rolę pełni host. Uniemożliwia to wykonanie bezpośredniego połączenia dwóch komputerów (wymagany jest przewód ze specjalnym układem) ani bezpośredniego połączenia ze sobą urządzeń peryferyjnych (w tym przypadku brak kontrolera).
Na opakowaniach produktów można znaleźć oznaczenia USB 2.0 i podobne, ważniejszą informacją jest jednak szybkość transmisji. Urządzenia te powinny mieć naklejkę informującą o ich standardzie pracy. Urządzenia USB możemy podzielić na trzy grupy ze względu na zgodność z przyjętymi specyfikacjami:
Wtyczka USB typu A
Wtyczka USB typu B
Piny wtyków standardowych (widok od strony złącza)
Piny wtyczek mini
Gniazdo USB do montażu na płytce drukowanej: po lewej typu A, po prawej typu B
Porównanie wszystkich typów wtyczek/gniazd USB
Transmisja odbywa się przy wykorzystaniu dwóch przewodów (zielonego Data+ i białego Data-). Magistrala zawiera również linię zasilającą (czerwony +5VDC i czarny przewód - masa) o napięciu 5 V i maksymalnym poborze prądu 1,5 A dla USB 2.0 i 0,9 A dla USB 1.1 w trybie charging ports (standardowo 0,5 A dla USB 1.1/2.0). W starszych płytach głównych występuje zamiast czterech pięć styków dla każdego gniazda USB; piąty styk należy połączyć z czarnym przewodem GND płytki z gniazdem.
| Przewód | Nr | Sygnał | Opis | ||
| czerwony | 1 | VBUS | zasilanie +5 V (maks. 0,9 A) | ||
| biały albo żółty | 2 | transmisja danych D- | |||
| zielony | 3 | transmisja danych D+ | |||
| czarny | 4 | GND | masa | ||
Czasem można spotkać się z następującymi kolorami przewodów: niebieski, pomarańczowy, zielony, biały. Wówczas kolor biały odpowiada czerwonemu (wg powyższego schematu jest to przewód nr 1), zielony – biały albo żółty (wg powyższego schematu jest to przewód nr 2), pomarańczowy – zielony (wg powyższego schematu jest to przewód nr 3), niebieski – czarny (wg powyższego schematu jest to przewód nr 4). W niektórych przypadkach przewód czarny (na powyższym schemacie oznaczony nr 4.) znaczony jest kolorem białym, natomiast kolor biały (przewód nr 2 na schemacie) bywa zastępowany niebieskim.
Standardowym napięciem zasilania dla pojedynczego urządzenia podłączonego do portu USB 1.1/2.0 jest 5 V przy czym specyfikacja określa, że powinno być ono między 4,75 V a 5,35 V. Dla portu USB 3.0 podstawowe napięcie jest takie samo, lecz dopuszczalny zakres jest szerszy i wynosi 4,45 – 5,25 V[4]. Dla portu USB 2.0 podstawową jednostką zasilania jest 100 mA, a dla USB 3.0 - 150 mA i są to minimalne wartości prądu jakie może podać port. Otrzymuje się je odpowiednio przy napięciach 4.0 V i 4,4 V. Przy standardowym napięciu zasilania prąd płynący w obwodzie jest 5 razy większy dla standardu USB 2.0 (wynosi on 500 mA) i 6 razy większy dla USB 3.0 (czyli 900 mA). Są to wartości maksymalne dla tych specyfikacji. Jeśli urządzenie podłączone do odpowiedniego portu jest wysokoprądowe, to domyślnie jest zasilane maksymalnym prądem. Natomiast urządzenie niskoprądowe inicjowane jest minimalną wartością prądu, ale może ono zażądać wartości maksymalnej i otrzyma ją, tylko gdy magistrala ma taka możliwość[5]. Jeśli urządzenie wymaga więcej prądu niż maksymalny jakim jest w stanie zasilić go port, wtedy nie może być ono zasilane z pojedynczego portu. Takie urządzenia zwykle pozwalają na podłączenie dodatkowego portu USB i zasilanie go jednocześnie z obu[6]. Przy podłączeniu koncentratora portów USB do portu bazowego, przydziela on sobie 1 jednostkę zasilania (odpowiednio 100/150 mA), a pozostałe 4 rezerwuje dla później przyłączanych urządzeń. Jeśli zostanie podłączone jedno urządzenie to koncentrator przydzieli mu tylko 1 jednostkę zasilania, a pozostałe rezerwuje. Inaczej jest, gdy koncentrator ma własne zasilanie. W takim przypadku może on podawać maksymalną wartość prądu dla każdego urządzenia.
W specyfikacji USB w 2007 roku zdefiniowano nowy typ portów służący do ładowania urządzeń (baterii) - są to tzw. charging ports. Pozwalają one na uzyskanie prądu zasilającego powyżej 500 mA bez jakiejkolwiek negocjacji z kontrolerem. Jeśli jednak podłączone urządzenie będzie przeciążać port, to zostanie automatycznie na nim odcięte zasilanie. Rozróżnia się dwie odmiany ładujących portów USB. Należą do nich downstream charging ports pozwalające na przesyłanie danych, i dedicated charging ports, w których piny D- i D+ są zmostkowane (nie pozwalają na transmisję danych). W pierwszej odmianie portów zbyt duży prąd zasilania mógłby interferować z przewodami sygnałowymi służącymi do przesyłania danych, dlatego maksymalny prąd zasilający został ograniczony do 900 mA. W przypadku portów dedykowanych nie ma takiej obawy, więc wartość maksymalnego prądu jaki może podać port wynosi 1,5 A w przypadku USB 2.0 i 1,8 A dla USB 3.0[7].
Innym rodzajem portów USB są porty zasilane (powered USB), które potrafią dostarczyć prąd o natężeniu 6 A i napięciu 5 V, 12 V lub 24 V. Pozwala to uzyskać do 144 W zasilania na port.
Wtyczki USB podłączone do gniazd huba USB
Wtyczka USB typu A z widocznym logo
Wtyczka mikro USB na kablu z filtrem
Męskie i żeńskie złącza USB typu A (przedłużacz)
Kontroler USB jest kartą rozszerzeń umożliwiająca podłączanie urządzeń korzystających z interfejsu USB do komputerów nie posiadających tego złącza. Karty takie występują w różnych wersjach w zależności od ilości portów i ich rodzaju (USB 1.1, USB 2.0 lub USB 3.0).
| ||||||||||||||||||||||||||
