USB de la 1.0 la 4.0

După cum se știe, acronimul USB înseamnă Universal Serial Bus, o conexiune de circuit concepută pentru transferul de date și putere între componente electronice. Protocolul USB este o magistrală serială care transmite date, fiind un standard industrial pentru conectorii și cablurile utilizate pentru conectarea dispozitivelor electronice. Standardul USB a fost creat pentru a aborda complexitatea și transferul lent de date al sistemelor informatice în anii 1990 și de atunci a evoluat pentru a simplifica și eficientiza interconectivitatea dispozitivelor. USB Implementers Forum (USB-IF), un consorțiu de peste 700 de companii care ghidează standardul, a lucrat continuu pentru creșterea vitezei de transfer de date, precum și a livrării de energie.

De la lansarea inițială a USB în 1996, au existat multe îmbunătățiri și progrese atât în partea de protocol, cât și în cea de hardware. Convențiile de numire s-au schimbat de-a lungul anilor. Cu toate acestea, aceste schimbări au fost uneori însoțite de unele contradicții și confuzii. Rândurile de față doresc să ofere o succintă privire de ansamblu asupra evoluțiilor cheie din standardul USB și hardware-ul însoțitor, clarificând în același timp orice confuzie în jurul convențiilor de denumire.

Începuturile timpurii ale USB

Înainte de apariția tehnologiei USB, sistemele computerizate utilizau o combinație de porturi seriale și paralele, împreună cu conectori, cabluri și drivere proprietare, oferind viteze mici de transfer de date, variind de la 100 kB/s pentru conexiuni paralele, la 450 kb/s pentru conexiuni seriale. Conectarea unui dispozitiv impunea adesea necesitatea de a reporni computerul gazdă sau de a-l deconecta complet înainte de conectare. USB-IF a inițiat dezvoltarea standardului USB în 1994, pre-lansări precum USB 0.8, USB 0.9 și USB 0.99 fiind anunțate în acel an și în următorii. Cu toate acestea, aceste versiuni nu erau disponibile comercial.

USB 1.0 și 1.1

Prima versiune comercială de USB, USB 1.0, a fost lansată în 1996, oferind viteze de transfer de date de 1,5 Mbps la viteză mică și 12 Mbps la viteză maximă. Această versiune de USB se auto-configura, eliminând necesitatea ajustărilor manuale ale setărilor dispozitivului și putea fi schimbată la cald, permițând modificări ale dispozitivului fără a fi nevoie de repornirea computerului gazdă. Deși USB 1.0 a fost prima lansare majoră din linia USB, acceptarea sa pe piață a fost limitată, cu puține dispozitive disponibile pentru consumatori.

O versiune revizuită a USB 1.0, USB 1.1, a fost lansată în 1998. Această versiune a oferit aceleași viteze de transfer de date ca și USB 1.0, dar a acceptat și viteze mai mici pentru dispozitivele cu lățime de bandă mică. A fost numit drept Full Speed. Apple iMac G3 a fost unul dintre primele dispozitive importante care au adoptat standardul USB 1.1, întrerupând utilizarea porturilor seriale și paralele, contribuind la adoptarea mai largă a produselor USB de către industrie și consumatori. Atât USB 1.0, cât și 1.1 au specificat utilizarea conectorilor standard de tip A sau de tip B.

USB 2.0

Pe măsură ce cererea pentru PC-uri și periferice ale acestora a crescut și aplicațiile au devenit mai complexe, nevoia de viteza de transfer de date crescute a devenit evidentă. Soluția a fost lansarea USB 2.0 în aprilie 2000, oferind o viteză de transfer de date de 480 Mbps, deși limitările magistralei au redus-o la 280 Mbps. În ciuda acestei reduceri, a fost comercializat ca High Speed. USB 2.0 a acceptat, de asemenea, funcționarea la 12 și 1,5 Mbps pentru dispozitivele cu lățime de bandă mică și a oferit capacitate plug-and-play pentru dispozitive multimedia și de stocare, precum și suport pentru surse de alimentare cu conectori USB de până la 5 V și 500 mA.

În plus, USB 2.0 a lansat și posibilitatea ca două dispozitive să interacționeze fără a fi nevoie de o gazdă USB separată, capacitate cunoscută și sub numele de USB On-the-Go. Noul standard este compatibil cu conectorii USB de tip A, B și C, precum și cu conectorii USB Mini și Micro A & B. Cu toate acestea, conectorii Micro A & B nu au fost lansați până în 2007.

USB 3.0 - 3.2

Pe măsură ce cererea pentru viteze îmbunătățite de transfer de date și capacități mai mari de stocare digitală a continuat pe piață, USB-IF a luat notă și a lansat cea de-a treia versiune majoră a standardului USB, USB 3.0, în noiembrie 2008. Această versiune a fost introdusă cu un transfer maxim de date, o viteză de 5 gigabiți pe secundă (Gbps), cu viteze tipice de operare de aproximativ 3 Gbps. Această capacitate de mare viteză i-a adus marca SuperSpeedUSB. Standardul USB 3.0 a folosit 8 linii de comunicație, spre deosebire de cele 4 utilizate în USB 2.0, permițând transferul de date bidirecțional. În ciuda acestei creșteri a performanței, standardul USB 3.0 a menținut compatibilitatea cu USB 2.0. De-a lungul timpului, standardul USB 3.0 a fost actualizat la 3.2, denumit acum USB 3.2 Gen 1.

Pe lângă vitezele crescute de transfer de date, standardul USB 3.0 a sporit și capacitățile de transfer de putere la 5 V și 900 mA. Acest standard acceptă conectori fizici, cum ar fi USB 3.0 de tip A și B și USB de tip C, iar pentru a diferenția conectorii utilizați în USB 3.0, elementele din dispozitive sunt codate cu culoarea albastru.

Standardul USB 3.1 a fost lansat în iulie 2013 ca soluție intermediară. A oferit o viteză de transfer de date de până la 10 Gbps (marca SuperSpeed+), care era dublă față de predecesorul său, USB 3.0. În ciuda vitezei sale crescute, standardul USB 3.1 (numit acum USB 3.2 Gen 2) era compatibil cu USB 3.0 și folosea aceiași conectori fizici (USB A, B, Mini și Micro).

În 2014, a fost lansat și conectorul USB Tip C. A fost propus pentru prima dată în 2012 și a fost conceput pentru a furniza date, afișare și semnale de alimentare printr-un singur conector, compact și reversibil. Conectorul de tip C este de aproximativ o treime din dimensiunea conectorului original USB de tip A.

Standardul USB 3.2 a fost introdus în septembrie 2017, înlocuind efectiv standardele anterioare USB 3.0 și 3.1. Prin implementarea transferului de date pe două benzi, viteza de transfer de date a USB 3.2 (sau USB 3.2 Gen 2x2) a fost dublată la 20 Gbps. Acest lucru a fost posibil prin utilizarea conectorilor USB de tip C. Cablurile de tip C permit transferul bidirecțional de date de 10 Gbps pe două perechi de fire separate, permițând întregul potențial al vitezei de transfer de date de 20 Gbps.

Cele două niveluri inferioare ale standardului USB 3.2 sunt, de asemenea, enumerate în mod obișnuit ca USB 3.2 Gen 1x1 sau USB 3.2 Gen 2x1, ceea ce oferă pur și simplu un context suplimentar numărului de linii de date utilizate. USB-IF a oferit chiar și denumire pentru fiecare nivel, care constă din numele familiar SuperSpeed USB urmat de limita de transfer de date, după cum urmează: SuperSpeed USB 5 Gbps, SuperSpeed USB 10 Gbps și SuperSpeed USB 20 Gbps. Consultați tabelul de mai jos pentru clarificări suplimentare.

USB 4.0

USB 4.0, lansat în august 2019, este un protocol care folosește tehnologia Thunderbolt 3 pentru a oferi transfer de date de mare viteză de până la 40 Gbps și livrare de energie de până la 240 W, prin implementarea standardului Power Delivery 3.1. Protocolul Thunderbolt 3, dezvoltat inițial de Intel în 2015, a fost conceput pentru a suporta transferul de date și video de mare viteză.

Protocolul USB 4.0 utilizează conectorii de tip C existenți, eliminând nevoia de noi conectori, ceea ce permite partajarea eficientă a benzii între semnalele de date și video și maximizează utilizarea lățimii de bandă. Această versiune a standardului USB este compatibilă cu versiunile anterioare, precum USB 2.0 și 3.2, prin utilizarea adaptoarelor, deși se așteaptă o reducere a vitezei de transfer.

USB-IF a rafinat, de asemenea, marca USB 4.0, schimbându-o în USB4 cu următoarele două niveluri:

• USB4 20 Gbps (viteza datelor se potrivește cu denumirea) 
• USB4 40 Gbps (viteza datelor se potrivește cu denumirea)

USB-IF a lansat specificațiile USB4 Versiunea 2.0, cu viteze de transfer de date de până la 80 Gbps.

Fiecare dintre tipurile USB4, precum și USB 3.2 menționate mai devreme au asociat un nou logo pentru utilizare pe produse, în speranța de a înlătura orice confuzie a consumatorilor de pe piață.

În cele ce urmează sunt prezentate câteva exemple din oferta Aurocon COMPEC.

Conector USB CUI Devices, SMT, Tip C 3.1, IP67

Conector USB CUI Devices, SMT, Tip standard A 2

Conector USB CUI Devices, cu montare prin găuri, tip standard A 3

Standardul USB a fost lansat pentru a rezolva problemele legate de rețeaua complexă de conectori și cabluri utilizate anterior pentru a conecta dispozitive periferice la computerele gazdă. Cu evoluția sa continuă și compatibilitatea cu dispozitivele, USB a devenit o soluție de top pentru creșterea vitezei de date și a livrării de energie printr-o interfață convenabilă, economică și ușor de utilizat. Tehnologia USB s-a extins acum pentru a îmbunătăți experiența utilizatorului pentru o gamă diversă de produse, inclusiv dispozitive mobile, sisteme de jocuri, jucării, produse pentru casă inteligentă și echipamente de rețea industrială. Tehnologia își găsește chiar noi utilizări în aplicațiile de încărcare. Aceste progrese au stabilit USB ca tehnologia de transfer de semnal dominantă la nivel global, iar aplicațiile sale sunt de așteptat să se extindă în viitor.

Autor: Grămescu Bogdan