USB — один из самых распространенных разъемов в современных устройствах. С тех пор как он появился, USB продолжал развиваться вместе с техникой, совершенствуя свою технологию, постепенно становясь меньше, быстрее и мощнее. С каждой новой версией порты и разъемы USB становятся все более функциональными, прокладывая путь к созданию более компактных, легких и портативных устройств.
Однако появление новых стандартов приводит к появлению сложных наборов функций и возможностей, которые необходимо учитывать при выборе кабеля или периферийного устройства, подходящего для вас. Именно об этих стандартах, функциях и возможностях мы поговорим в этой статье.
Что такое USB
USB расшифровывается как Universal Serial Bus (Универсальная последовательная шина) — это универсальный и самый распространенный интерфейс для подключения. Сегодня он используется в различных устройствах, таких как мыши, клавиатуры, принтеры, сканеры, флэш-накопители, жесткие диски и многие другие.
Идея USB была впервые представлена в середине 1990-х годов группой из семи компаний, в которую входили Microsoft, Intel и IBM. Их целью было сведение к минимуму сложностей и создание стандартного интерфейса, который заменил бы различные последовательные и параллельные порты, использовавшиеся в то время для подключения устройств к компьютерам. Так первая спецификация USB, USB 1.0, была выпущена в 1996 году, а патент на технологию с тех пор принадлежит компании Intel.
USB существует уже более 25 лет и давно стал стандартом де-факто практически для всех устройств. После первоначального использования в периферийных устройствах для настольных ПК, USB продолжает использоваться практически во всей электронике.
Иногда разъем USB используется даже не для передачи данных, а только для питания и зарядки. Зарядка от USB стала настолько распространенной, что сейчас выпускаются даже розетки со встроенными портами USB, что устраняет необходимость в адаптере питания.
Типы портов и разъемов USB
USB Type-A
Практически стандартный форм-фактор для USB. Знакомая прямоугольная форма USB Type-A сохранялась почти во всех поколениях USB. Главный минус такой формы — одностороннее соединение, которое работает только при правильно вставленном коннекторе. USB-A имеет внутри 4 медных проводника, по двум из которых передается питание, а по двум другим — данные.
Type-A — cтандартный, универсальный разъем, встречающийся практически на всех ПК и старых ноутбуках, а также телевизорах и игровых приставках. Одним из главных преимуществ USB Type-A является его универсальность. Его можно использовать с широким спектром устройств, включая клавиатуры, мыши, смартфоны, планшеты, камеры и принтеры.
USB-A, безусловно, самый популярный тип разъемов. Он поддерживает практически все версии USB, начиная с USB 1.1 и заканчивая USB 3.0. Вероятно, он будет оставаться в качестве стандартного образца "USB" еще долгие годы. Однако, начиная с версии USB 3.1, этот разъем был упразднен в пользу USB Type-C, поэтому, несмотря на то, что он был стандартом де-факто в течение многих лет, Type-A больше не является "основной" версией USB.
USB Type-B
USB Type-B — это тип USB-разъема, который обычно используется для подключения принтеров, сканеров, факсов и других периферийных устройств к компьютерам. Разъем Type-B имеет прямоугольную форму с двумя скошенными краями сверху и снизу и больше известен как "квадратный" USB-разъем.
Одним из преимуществ разъема Type-B является то, что он сконструирован более надежно и стабильно, чем разъем Type-A. Он оснащен механизмом блокировки, который помогает предотвратить случайное отсоединение во время использования. Еще одним плюсом Type-B является более высокая выходная мощность, чем у разъема Type-A.
Mini USB
Mini USB — уменьшенный вариант стандартного интерфейса USB, используемого для передачи данных и зарядки электронных устройств. Он был представлен в 2000 году, а уже с 2008 года утратил свою силу и был заменен. Mini USB выпускался в двух вариантах: Type-A и Type-B и работал только на скоростях USB 1.1 и 2.0. Обычно его использовали для экономии места в небольших устройствах, таких как цифровые камеры, игровые контроллеры, MP3-плееры и некоторые сотовые телефоны.
Micro USB
Micro USB стал заменой стандарта Mini USB. Он также был предназначен для небольших устройств. В основном он используется для зарядки телефонов, наушников и портативных колонок. По сравнению со своим предшественником, Micro USB меньше и компактнее, что облегчает его использование с небольшими устройствами.
Разъем Micro USB имеет одну конфигурацию для USB 2.0 и другую конфигурацию для USB 3.0 и более поздних версий. Официально устарел в 2017 году вместе с USB-A, но перестал широко использоваться задолго до этого.
USB Type-C
USB Type-C, также известный как USB-C, — это тип разъема USB, который был представлен в 2014 году. В отличие от интерфейса USB Type-A, USB Type-C выполнен в виде обратимого разъема, поэтому подключение осуществляется проще, а сам разъем является более долговечным.
Именно этот форм-фактор можно увидеть на большинстве современных устройств: от смартфонов до электрических зубных щеток. Фишка USB-C в том, что он может заменить все предыдущие стандарты. Всё это благодаря 24 пинам, расположенным по всей площади коннектора. Фактически, многие производители ноутбуков отказались от портов USB-A и RJ45 Ethernet и предлагают USB-C в качестве единственного порта для видео, сети, передачи данных и зарядки.
Спецификация USB-C Type 2.1 увеличила мощность кабелей и разъемов со 100 Вт до 240 Вт, что позволяет питать и заряжать более крупные, требовательные к мощности устройства, такие как 4K мониторы, электросамокаты и игровые ноутбуки.
Сегодня этот разъём хотят сделать единым стандартом для всех современных устройств на территории Евросоюза. USB Type-C будет введен в ЕС в обязательном порядке с 2024 года. Его законодатели уже достигли соглашения о принятии акта, обязывающего всех производителей выпускать смартфоны исключительно с разъёмом USB-C. Поэтому даже компании Apple придется распрощаться со своим Lightning в iPhone и перейти на USB-C.
Скорость USB от 12 Мбит/с до 80 Гбит/с — стандарты USB
USB 1.0
Первая версия USB, USB 1.0, появилась на рынке в 1996 году. Сегодня она считается устаревшей и вы вряд ли найдете её в современных устройствах. USB 1.0 имел две версии: Low Speed, развивающая скорость до 1.5 Мбит/с, и Full Speed со скоростью до 12 Мбит/с. Уже тогда он поддерживал одновременное подключение до 127 периферийных устройств через один порт.
В 1998 году был выпущен USB 1.1, который внес некоторые улучшения и исправил ошибки. USB 1.x был широко распространен в течение нескольких лет и использовался для подключения устройств, таких как мыши, клавиатуры и принтеры.
Длина кабеля для USB 1.0 ограничена 3 метрами, а для USB 1.1 – 5 метрами. Спецификация энергопотребления позволяет каждому устройству потреблять до 500 мА, хотя во время запуска этот показатель был ограничен до 100 мА.
USB 2.0
В 2000 году появились первые коммерческие реализации того USB, который нам привычен и понятен: USB 2.0. Эта спецификация до сих пор широко используется в устройствах и док-станциях. USB 2.0 стал развитием стандарта USB 1.1. Как и первая версия, эта спецификация использует два вида проводов. По витой паре идет передача данных, а по второму типу провода — питание устройства, от которого и идет передача информации.
USB версии 2.0 могут работать в трех режимах скорости:
1. Low-speed — 10–1500 Кбит/c (клавиатуры, мыши, геймпады)
2. Full-speed — 0,5–12 Мбит/с (аудио- и видеоустройства)
3. High-speed — 25–480 Мбит/с (видеоустройства, устройства для хранения данных)
В дополнение к улучшению возможностей передачи данных USB 2.0 также увеличил мощность до 1.8 A. Это позволило USB обеспечить быструю зарядку смартфонов, а также более энергоемких периферийных устройств.
USB 3.0
USB 3.0 — стандарт, выпущенный в 2008 году. Большинство компьютеров и устройств, выпускаемых сегодня, поддерживают этот стандарт. Устройства с USB 3.0 теоретически могут передавать данные с максимальной скоростью 5 Гбит/с, однако спецификация считает более приемлемой для повседневного использования скорость 3,2 Гбит/с. Скорость передачи энергии составляет 0,9 А.
USB 3.1 Gen 1 и USB 3.1 Gen 2 отличаются только скоростью. USB 3.1 Gen 1 поддерживает скорости до 5 Гбит/с, а USB 3.1 Gen 2 — до 10 Гбит/с.
Версия USB 3.2 вышла в 2017 году. USB 3.2 — это обновленная версия USB 3.1. В ней увеличили теоретическую максимальную скорость передачи данных до 20 Гбит/с и скорость передачи энергии до 5 А. USB 3.2 выпускается только в форм-факторе USB-C. С появлением этого стандарта преобладающие в отрасли соединения USB-A стали постепенно заменяться на USB-C.
USB4
Четвертое и актуальное на момент выхода статьи поколение USB — USB4. Оно было представлено в 2019 году. В новом поколении USB отошёл от своего каноничного прямоугольного разъёма и теперь все порты и разъёмы USB4 оснащены коннектором USB Type-C. USB4 использует технологию Thunderbolt 3, что позволяет совместимым устройствам достигать скоростей передачи данных до 40 Гбит/с и подключаться к дисплеям с разрешением до 8K.
USB 4.0 имеет несколько преимуществ по сравнению с USB 3.0: — Поддержка двухсторонней передачи данных и питания одновременно. — Поддержка подключения нескольких устройств к одному порту через док-станции. — Улучшенная поддержка видео и аудио сигналов.
В 2022 году была представлена версия USB4 2.0, которая поддерживает 80 Гбит/с и даже 120 Гбит/с в асимметричном режиме (это режим работы, при котором устройство может работать как хост или гость, в зависимости от того, какое устройство подключено). Вторая версия была создана специально для пользователей, использующих множество различных устройств с USB-портом, включая док-станции, дисплеи и т. д.
Скорости USB разных поколений
Обратная совместимость разных стандартов USB
Основным приоритетом стандарта USB всегда была обратная совместимость. Не по форме коннектора, а по возможности соединять устройства с USB, даже при помощи переходников. То есть, если мы воспользуемся переходником с USB4 на USB 3.0, то кабель с разъёмом USB4 будет работать, но на скоростях и возможностях USB 3.0. Аналогично, если вы подключите устройство USB 3.0 к порту USB 2.0, максимальная скорость передачи данных устройства 3.0 будет ограничена скоростью порта 2.0.
Как распознать порты USB по их символам
Стандарт USB уже давно вышел за рамки своего первоначального предназначения — подключения периферийных устройств к ПК. USB можно встретить везде — от ПК до бытовой электроники и мобильных устройств. Если вы посмотрите на свои USB-устройства и порты, вы можете заметить символ USB, обозначающий совместимость и возможности порта.
Мы подготовили таблицу часто встречающихся обозначений на USB-совместимых устройствах, таких как порты подключения, накопители, кабели для зарядки и т.д.
Как определить порты USB по их цвету
Порты и разъёмы USB имеют собственную цветовую кодировку, которая обозначает спецификации и поддерживаемые функции. Цвет портов — самый простой и быстрый способ определить, какая версия USB перед вами и какой разъём использовать для подключения того или иного устройства.
Впрочем, определённый цвет никак не обозначен стандартами, так что каждый производитель вправе помечать разъёмы и порты абсолютно любыми цветами. В таких случаях можно поискать и другие индикаторы типа порта USB. Например, посмотреть на их форму. Порты USB 2.0 обычно прямоугольные, а порты USB 3.0 часто имеют квадратную форму или более широкое отверстие. Или поискать обозначающие знаки, такие как SS, что означает SuperSpeed, а это показатель того, что перед вами порт USB 3.0 или выше.
Что еще умеет USB — дополнительные функции
Изначально USB был задуман как универсальное средство для подключения периферии к компьютерам, но с появлением новых технологий и потребностей, USB приобретает новые фишки и функции. Самые интересные, на наш взгляд, следующие:
Power Delivery
Power Delivery (PD) — это спецификация для работы с повышенной мощностью и напряжением через порты USB. С помощью PD устройства могут согласовывать количество энергии, необходимое им для оптимального и эффективного функционирования. Стандарт USB PD поддерживает передачу энергии до 100 Вт, что является значительным улучшением по сравнению с предыдущими стандартами USB, которые поддерживали только максимальное напряжение 5 В/2,4 А.
PD позволяет заряжать ноутбуки, планшеты и другие мощные устройства через порты USB-C. Он также позволяет устройствам заряжаться быстрее и эффективнее за счет оптимизации процесса подачи питания. В USB 4 поддержка Power Delivery стала обязательна.
USB On-the-Go (OTG)
USB OTG — это технология, которая позволяет устройствам USB, таким как смартфоны и планшеты, действовать как хост и обмениваться данными с другими устройствами USB. Это означает, что вы можете подключить свой телефон или планшет к USB-накопителю, клавиатуре, мышке или даже камере и передавать файлы или использовать эти устройства в качестве входных периферийных устройств.
OTG поддерживается большинством устройств с операционной системой Android, которые имеют порт micro USB или USB Type-C. Чтобы использовать OTG, вам нужен совместимый кабель, который имеет стандартный USB-коннектор на одном конце и micro USB или USB Type-C коннектор на другом.
Одним из основных преимуществ использования OTG является возможность расширения емкости хранения вашего устройства без необходимости полагаться на облачное хранилище или подключение к Интернету. Вы можете просто подключить USB-накопитель и передавать файлы между вашим устройством и накопителем.
Еще одним преимуществом OTG является возможность использования вашего смартфона или планшета как импровизированного компьютера. Например, вы можете подключить клавиатуру и мышь к вашему устройству и использовать его для набора документов или более эффективного просмотра веб-страниц, чем вы могли бы сделать только с помощью сенсорного экрана устройства.
Режим DisplayPort Alt Mode
DisplayPort Alt Mode (или DP Alt Mode) — это функция, использующая сигнал порта DisplayPort для передачи видео и звука через порты USB-C. Когда устанавливается соединение DP Alt Mode, порт USB-C может передавать видео и аудио на внешний дисплей. Это позволяет использовать более высокое разрешение и частоту обновления, чем некоторые другие типы соединений, например HDMI.
В целом, режим DisplayPort Alt Mode — полезная функция для тех, кому необходимо подключить ноутбук или другое устройство USB-C к внешнему дисплею. Однако важно убедиться, что оба устройства поддерживают эту функцию и что для подключения используется правильный кабель.
Battery Charging 1.2
Если вы когда-нибудь заряжали свой телефон, планшет, наушники или колонку от USB-порта компьютера, вы знаете, насколько полезной может быть эта функция USB. С введением спецификации зарядки Battery Charging 1.2 (BC 1.2) порты USB теперь могут обеспечивать большую мощность для более быстрой зарядки устройств. BC 1.2 обеспечивает лучшую связь между устройством и зарядным устройством, позволяя устройству получать больше энергии от порта USB.
Одним из значительных преимуществ стандарта BC 1.2 является сокращение времени зарядки устройств. При использовании старого стандарта USB 2.0 зарядка смартфона могла занять до четырех часов. С BC 1.2 то же самое устройство можно зарядить в два раза быстрее.
Помимо ускоренной зарядки, BC 1.2 также продлевает срок службы аккумулятора устройства. Обеспечивая оптимальное количество энергии, аккумулятор не перезаряжается, что может привести к его деградации со временем. Это означает, что батарея прослужит дольше, а устройство будет иметь более длительный срок службы.
USB док-станция
Док-станция USB — это устройство, которое позволяет расширить возможности вашего компьютера или ноутбука. Она позволяет подключить к компьютеру несколько дополнительных устройств, таких как мышь, клавиатуру, наушники, дисплей и т.д.
Док-станции обычно используют владельцы ноутбуков, так как количество портов на них ограничено. А на Apple Macbook с процессорами m1 и m2 вовсе нет никаких портов для подключения устройств, кроме двух USB4 и одного Jack 3.5 для наушников.
Док-станция предоставляет дополнительные порты и функции, которые не доступны на устройстве. Некоторые распространенные функции док-станций USB включают дополнительные порты USB, порты Ethernet, порты HDMI или VGA для внешних дисплеев и аудиоразъемы. Док-станции USB также могут обеспечивать возможность зарядки устройств.
Док-станции USB бывают разных видов. Некоторые из них имеют дополнительный слот для карт памяти, а другие - дополнительные порты USB для подключения большего количества устройств. Также существуют док-станции с возможностью зарядки мобильных устройств.
В целом, док-станции USB — это очень полезная вещь для тех, кто часто работает с большим количеством устройств, которые требуют подключения к компьютеру. Они позволяют упростить и ускорить работу, а также сэкономить место на рабочем столе.
Преимущества и недостатки USB
Преимущества
Универсальная совместимость. Одним из самых значительных преимуществ USB является его универсальная совместимость. Его можно использовать практически с любым устройством и операционной системой. Это делает его универсальным интерфейсом, который можно использовать на любом компьютере или устройстве. Не стоит забывать, что к одному порту USB можно подключить до 127 периферийных устройств с помощью нескольких USB док-станций, хотя для этого потребуется изрядная сноровка.
Plug and Play. Устройства с USB интерфейсом можно подключать и отключать к компьютеру без его перезагрузки. Это экономит время и делает его простым в использовании. Подробнее узнать, что такое Plug and Play и как он работает можно в нашей статье.
Скорость передачи данных. USB намного быстрее других интерфейсов. Последний стандарт USB4 2.0 может похвастаться скоростью до 80 Гбит/с, что делает его идеальным для быстрой передачи больших файлов.
Доступность. Сегодня нет никаких проблем, чтобы найти подходящий кабель или устройство для хранения данных с USB интерфейсом. Их можно найти в любом попавшемся магазине с электроникой.
Недостатки
Несимметричная форма разъёма. Вы когда-нибудь неправильно подключали USB? Конечно, такое было у каждого. Всё из-за несимметричной формы разъёма. Если бы его решили сделать симметрично, то такое решение удвоило бы его стоимость в два раза, так как на это требуется больше проводов и микросхем. Из-за несимметричности разъема даже возник интернет-мем «Парадокс USB»: чтобы вставить устройство в слот, необходимо перевернуть его дважды. Эту проблему призван решить новый стандарт USB-C, но до полного перехода на него придется подождать еще не один год.
Ограниченная длина кабеля. Согласно спецификации, максимальная длина USB кабеля не должна превышать пяти метров и в большинстве случаев такой длины хватает, но бывает и так, что нет. Ограниченная длина USB связана с ограничениями передачи данных по кабелю. Да, длина может быть больше той, что заявлена в спецификации, но при этом вы потеряете во всех функциях USB.
Цвета портом и разъёмов. Во-первых, их много, поэтому в них трудно ориентировать и трудно запомнить какой цвет за что отвечает. Во-вторых, цвета никак не определены спецификацией, а это значит, что любой производитель может взять понравившийся ему цвет, например, чтобы сбить покупателя с толку.
