Редактирование: USB

Универсальная последовательная шина (USB) является отраслевым стандартом, который устанавливает спецификации для кабелей и разъемов и протоколов для подключения, связи и питания между компьютерами, периферийными устройствами и другими компьютерами. выпущенный в 1996 году, стандарт USB в настоящее время поддерживается форумом разработчиков USB (USB IF). Было три поколения спецификаций USB: USB 1.x, USB 2.0 и USB 3.X; четвертый под названием USB4 планируется опубликовать в середине 2019 .
==Обзор==

USB был разработан для стандартизации подключения периферийных устройств , таких как клавиатуры , указательные устройства, цифровые фото-и видеокамеры, принтеры , портативные медиаплееры , дисководы и сетевые адаптеры к персональным компьютерам, как для связи, так и для подачи электроэнергии . Это в значительной степени заменило интерфейсы , такие как последовательные порты и параллельные порты, и стало обычным явлением на широком диапазоне устройств.

Разъемы USB все чаще заменяют другие типы для зарядных устройств портативных устройств.
===Идентификация сосуда (гнезда) ===
Главная статья: ''[[Разъемы § оборудования USB]]''

Данный раздел предназначен для быстрой идентификации разъемов (розеток) USB на оборудовании. Дальнейшие схемы и обсуждение штепселей и розеток можно найти в основной статье выше. 

Розетки для разьёма

{| class="wikitable"
|-
! Разьём !! USB 1 1996 !! USB 2 2001 !! USB 2!!USB 3 2011 !! USB 3.1 2014 !! USB 3.2 2017!!USB 4 2019
|-
| скорост || 1.5мб\сек-12Мб\с || 480 Мб\с || Т || 5Гб\с || 10 Гб\с ||20 Гб\с||40 Гб\с
|-
| Норматив || Тип А Тип В || Т || Т || Т || USB С || Т||
|-
| Мини || Т || мини А || мини В || Т || Т || Нет|| Нет
|-
| Микро || Т || Т || микро АВ || микро В || Нет || Нет|| 
|}

===Цели===

Универсальная последовательная шина была разработана для упрощения и улучшения интерфейса между персональными компьютерами и периферийными устройствами по сравнению с ранее существовавшими стандартными или специальными проприетарными интерфейсами.

С точки зрения пользователя компьютера, интерфейс USB улучшил простоту использования несколькими способами. Интерфейс USB является самонастраивающимся, поэтому пользователю не нужно настраивать параметры на устройстве и интерфейсе для скорости или формата данных или настраивать прерывания, адреса ввода/вывода или прямые каналы доступа к памяти. Разъемы USB унифицированы на хозяине, поэтому любое периферийное устройство может использовать любую доступную штепсельную розетку. USB в полной мере использует дополнительную вычислительную мощность, которая может быть экономично вложена в периферийные устройства, чтобы они могли управлять собой; USB-устройства часто не имеют настраиваемых пользователем настроек интерфейса. Интерфейс USB "hot pluggable", что означает, что устройства могут быть обменены без перезагрузки компьютера. Небольшие устройства могут питаться непосредственно от интерфейса USB, вытесняя дополнительные кабели питания. Поскольку использование логотипов USB разрешено только после проверки соответствия, пользователь может быть уверен, что устройство USB будет работать, как ожидалось, без обширного взаимодействия с настройками и конфигурацией; интерфейс USB определяет протоколы для восстановления от распространенных ошибок, повышая надежность по сравнению с предыдущими интерфейсами. Установка устройства на основе стандарта USB требует минимальных действий оператора. Когда устройство подключено к порту в работающей системе персонального компьютера, оно либо полностью автоматически настраивается с использованием существующих драйверов устройств, либо система предлагает пользователю найти драйвер, который затем устанавливается и настраивается автоматически.

Для производителей оборудования и разработчиков программного обеспечения стандарт USB исключает необходимость разработки проприетарных интерфейсов для новой периферии. Широкий диапазон скоростей передачи доступных от интерфейса USB одевает приборы колебаясь от клавиатур и мышей до течь видео-интерфейсы. Интерфейс USB можно конструировать для того чтобы обеспечить самую лучшую доступную задержку для врем-критических функций, или может быть настроен для того чтобы сделать передачи предпосылки Навальных данных с меньшим ударом на ресурсах системы. Интерфейс USB обобщен без сигнальных линий, предназначенных только для одной функции одного устройства.
===Ограничения ===
USB-кабели ограничены по длине, так как стандарт предназначался для подключения к периферийным устройствам на одной столешнице, а не между комнатами или между зданиями. Однако USB-порт может быть подключен к шлюзу, который обращается к удаленным устройствам. USB имеет строгую" древовидную "топологию и протокол" master-slave " для адресации периферийных устройств; периферийные устройства не могут взаимодействовать друг с другом, кроме как через хост, а два хоста не могут напрямую общаться через свои USB-порты. Некоторое расширение этого ограничения возможно через USB On-The-Go. Хост не может "транслировать" сигналы на все периферийные устройства одновременно, каждый из них должен быть адресован индивидуально. Некоторые очень высокоскоростные периферийные устройства требуют длительных скоростей, недоступных в стандарте USB.[5] хотя конвертеры существуют между некоторыми "устаревшими" интерфейсами и USB, они могут не обеспечивать полную реализацию устаревшего оборудования; например, конвертер USB в параллельный порт может хорошо работать с принтером, но не со сканером, который требует двунаправленного использования контактов данных.

Для разработчика продукта использование USB требует реализации сложного протокола и подразумевает наличие "интеллектуального" контроллера в периферийном устройстве. Разработчики USB-устройств, предназначенных для публичной продажи, как правило, должны получить USB ID, который требует плату, уплаченную форуму разработчиков. Разработчики продуктов, использующих спецификацию USB, должны подписать соглашение с форумом разработчика. Использование логотипов USB на изделии требует ежегодных сборов и членства в организации.
==История ==
Группа из семи компаний начала разработку USB в 1994 году: Compaq , DEC , IBM , Intel , Microsoft , NEC и Nortel .[8] цель состояла в том, чтобы существенно облегчить подключение внешних устройств к ПК путем замены множества разъемов на задней панели ПК, решения проблем удобства использования существующих интерфейсов и упрощения конфигурации программного обеспечения всех устройств, подключенных к USB, а также обеспечения более высоких скоростей передачи данных для внешних устройств. Аджай Бхатт и его команда работали над стандартом в Intel; первые интегральные схемы, поддерживающие USB, были произведены Intel в 1995.

Первоначально спецификация USB 1.0, которая была введена в январе 1996, определила скорости передачи данных 1.5 Mbit/s низкоскоростных и 12 Mbit / s Полноскоростных . Microsoft Windows 95, OSR 2.1 обеспечила OEM-поддержку устройств. Первая широко используемая версия USB была 1.1, которая была выпущена в сентябре 1998 года. Скорость передачи данных 12 Мбит/с была предназначена для высокоскоростных устройств, таких как дисководы, и более низкая скорость 1.5 Мбит / с для устройств с низкой скоростью передачи данных, таких как джойстики . Apple Inc.iMac был первым основным продуктом с USB, и успех iMac популяризировал сам USB. После дизайнерского решения Apple, чтобы удалить все устаревшие порты из iMac, многие производители ПК начали строить устаревшие ПК, что привело к более широкому рынку ПК с использованием USB в качестве стандарта.

Спецификация USB 2.0 была выпущена в апреле 2000 года и была ратифицирована форумом разработчиков USB (USB-IF) в конце 2001 года. Hewlett-Packard, Intel, Lucent Technologies (теперь Nokia), NEC и Philips совместно возглавили инициативу по разработке более высокой скорости передачи данных, в результате чего спецификация достигла 480 Мбит/с, в 40 раз быстрее, чем оригинальная спецификация USB 1.1.

Спецификация USB 3.0 была опубликована 12 ноября 2008 года. Его основными целями были увеличение скорости передачи данных (до 5 Гбит/с), снижение энергопотребления, увеличение выходной мощности и обратная совместимость с USB 2.0. ( 3-1 ) USB 3.0 включает в себя новую высокоскоростную шину SuperSpeed параллельно с шиной USB 2.0. (1-3 ) по этой причине новая версия также называется SuperSpeed.[18] первые устройства, оснащенные USB 3.0, были представлены в январе 2010 года

По состоянию на 2008 , приблизительно 6 миллиардов USB-портов и интерфейсов были на мировом рынке, и приблизительно 2 миллиарда продавались каждый год.

Спецификация USB 3.1 была опубликована в июле 2013 года.

В декабре 2014 года, USB-порт-если представлен порт USB 3.1, разъем USB мощность 2.0 и USB-С спецификации МЭК (ТК 100 – аудио, видео и мультимедийные системы и оборудование) для включения в международный стандарт IEC 62680 (универсальной последовательной шины интерфейсы для данных и питания), которая в настоящее время базируется на USB 2.0.

Спецификация USB 3.2 была опубликована в сентябре 2017 года.
===USB 1.x ===
Выпущенный в январе 1996, USB 1.0 определил скорости передачи данных 1.5 Мбит/с (низкая пропускная способность или низкая скорость) и 12 Мбит / с (полная скорость) . это не учитывало удлинительные кабели или сквозные мониторы, из-за ограничений времени и власти. Немногие USB-устройства вышли на рынок, пока USB 1.1 не был выпущен в августе 1998 года. USB 1.1 был самой ранней версией, которая была широко принята и привела к тому, что Microsoft назвала " ПК без наследия ".

Ни USB 1.0, ни 1.1 не указали конструкцию для любого разъема, меньшего, чем стандартный тип A или тип B. Хотя многие конструкции для миниатюрного разъема типа B появились на многих периферийных устройствах, соответствие USB 3.стандарт X был затруднен путем обрабатывать периферийные устройства которые имели миниатюрные разъемы как если бы они имели привязанное соединение (то есть: никакие штепсельная вилка или штепсельная розетка на периферийном конце). Не было никакого известного миниатюрного разъема типа A, пока USB 2.0 (версия 1.01) не ввел один.
===USB 2.0===
USB 2.0 был выпущен в апреле 2000 года, добавив более высокую максимальную скорость передачи сигналов 480 Мбит/с (60 Мбит / с) под названием High Speed или High Bandwidth , в дополнение к USB 1.скорость передачи сигналов полной скорости 12 Мбит/с.

Изменения к спецификации USB были сделаны через извещения об изменении инженерства (ECN). Самые важные из этих ECN включены в пакет спецификации USB 2.0 доступный от USB.org: 

*    Разъем Mini-A и Mini-B;
*    Микро-USB кабели и разъемы спецификация 1.01;
*    Дополнение USB InterChip;
*    Дополнение 1.3 USB On-The-Go позволяет двум USB-устройствам взаимодействовать друг с другом, не требуя отдельного USB-хоста;
*    Спецификация зарядки аккумулятора 1.1 добавлена поддержка выделенных зарядных устройств, поведение хост-зарядных устройств для устройств с разряженными батареями;
*    Спецификация 1.2:  с увеличенным течением 1.5 A на зарядных портах для unconfigured приборов, позволяющ высокоскоростному сообщению пока имеющ течение до 1.5 A и позволяющ максимальному течению 5 A;
*    Ссылка управления питанием добавление ECN, который добавляет состояние мощности сна.

===USB 3.x===
Главная статья: ''USB 3.0''
Спецификация USB 3.0 была выпущена 12 ноября 2008, с ее управлением, переходящим от USB 3.0 Promoter Group к форуму разработчиков USB (USB-IF) и объявленным 17 ноября 2008 на конференции разработчиков USB SuperSpeed.[25]]

USB 3.0 добавляет режим передачи SuperSpeed, с соответствующими обратно совместимыми разъемами, розетками и кабелями. Штепсельные вилки и штепсельные розетки SuperSpeed определены с определенным Логосом и голубыми вставками в штепсельных розетках стандартного формата.

Шина SuperSpeed обеспечивает для режима передачи на номинальном тарифе 5.0 Gbit / s, в дополнение к 3 существующим режимам передачи. Его эффективность зависит от ряда факторов, включая физическое кодирование символов и накладные расходы на уровне канала. При скорости передачи сигналов 5 Гбит/с (625 Мбайт/с) при кодировании 8b/10b пропускная способность raw составляет 500 Мбайт / с. Когда управление потоком, кадрирование пакетов и служебные данные протокола рассматриваются, это реалистично для 400 Мбайт/с (3,2 Гбит/с) или более для доставки в приложение.[17] ( 4-19 ) связь полнодуплексная в режиме сверхскоростной передачи; более ранние режимы полудуплексны, арбитрируются хостом.[26]]

Маломощные и высокомощные приборы остают рабочими с этим стандартом, но приборы используя SuperSpeed могут воспользоваться увеличенным имеющимся течением между 150 mA и 900 mA, соответственно. (9-9)

USB 3.1, выпущенный в июле 2013 года, сохраняет режим SuperSpeed transfer USB 3.0 под новым лейблом USB 3.1 Gen 1  и вводит новый режим SuperSpeed+ transfer под лейблом USB 3.1 Gen 2 . SuperSpeed + удваивает максимальную скорость передачи данных до 10 Гбит/с (1,25 Гбит/с), при этом сокращает накладные расходы на кодирование строк всего до 3%, изменяя схему кодирования на 128b / 132b .

USB 3.2, выпущенный в сентябре 2017 года, сохраняет существующие режимы USB 3.1 SuperSpeed и SuperSpeed+ data, но вводит два новых режима передачи SuperSpeed+ через разъем USB-C со скоростью передачи данных 10 и 20 Гбит/с (1.25 и 2.5 Гбит / с). Увеличение пропускной способности является результатом многополосной работы по существующим проводам, которые были предназначены для триггерных возможностей разъема USB-C.[30]]
===USB4===

Предстоящий выпуск спецификации USB4 был анонсирован USB Promoter Group в марте 2019 года.архитектура USB4 основана на спецификации протокола Thunderbolt 3. он поддерживает пропускную способность 40 Гбит/с, совместим с Thunderbolt 3 и обратно совместим с USB 3.2 и USB 2.0. архитектура определяет способ совместного использования одной высокоскоростной линии связи с несколькими типами конечных устройств динамически, который наилучшим образом служит передаче данных по типу и приложению.

Спецификация USB4 будет опубликована примерно в середине 2019 года.[4]]
===История версий===
См.на википедии.
==Системный дизайн==

Система USB состоит из хоста с одним или несколькими выходными портами и несколькими периферийными устройствами, образующими многоуровневую топологию . Дополнительные USB-концентраторы могут быть включены, что позволяет до пяти уровней. Хост USB может иметь несколько контроллеров, каждый с одним или несколькими портами. К одному хост-контроллеру может быть подключено до 127 устройств.( 8-29 ) USB-устройства соединены последовательно через концентраторы. Концентратор, встроенный в хост-контроллер, называется корневым концентратором .

Устройство USB может состоять из нескольких логических подустройств, которые называются функциями устройства . Составное устройство может обеспечивать несколько функций, например веб-камеру (функцию видеоустройства) со встроенным микрофоном (функцию аудиоустройства). Альтернативой этому является составное устройство, в котором хост назначает каждому логическому устройству отдельный адрес, а все логические устройства подключаются к встроенному концентратору, который подключается к физическому USB-кабелю. 

[[Файл:Юсбок.JPG|200px|thumb|right|Конечные точки USB находятся на подключенном устройстве: каналы к хосту называются трубами]]

Связь с USB-устройством осуществляется по каналам (логическим каналам). Канал-это соединение от хост-контроллера к логическому объекту внутри устройства, называемому конечной точкой . Поскольку трубы соответствуют конечным точкам, термины иногда используются взаимозаменяемо. Каждое USB-устройство может иметь до 32 конечных точек (16 дюймов и 16 выходов ), хотя редко бывает так много. Конечные точки определяются и нумеруются устройством во время инициализации (период после физического соединения, называемый "перечислением") и поэтому являются относительно постоянными, тогда как каналы могут быть открыты и закрыты.

Существует два типа каналов: ''поток и сообщение.''

*   Канал сообщений является двунаправленным и используется для передачи управления. Каналы сообщений обычно используются для коротких простых команд устройству и для ответов состояния от устройства, используемых, например, каналом управления шиной с номером 0.
*    Труба потока-однонаправленная труба, связанная с однонаправленной конечной точкой, которая передает данные, используя изохронное, прерывание или массовую передачу:

*    Изохронные переводы
**       При некоторой гарантированной скорости передачи данных (для потоковых данных с фиксированной полосой пропускания), но с возможной потерей данных (например, аудио или видео в реальном времени)
*    Передача прерываний
**        Устройства, требующие гарантированного быстрого реагирования (ограниченная задержка), такие как указательные устройства, мыши и клавиатуры
*    Оптовые передачи
**        Большие спорадические передачи, использующие всю оставшуюся доступную полосу пропускания, но без гарантий пропускной способности или задержки (например, передача файлов)

Когда хост начинает передачу данных, он отправляет пакет маркеров, содержащий конечную точку, указанную кортежем (device_address, endpoint_number). Если передача осуществляется от хоста к конечной точке, хост отправляет выходной пакет (специализацию пакета токенов) с требуемым адресом устройства и номером конечной точки. Если передача данных осуществляется от устройства к хосту, то вместо этого хост отправляет пакет IN. Если конечная точка назначения является однонаправленной конечной точкой, назначенное производителем направление которой не совпадает с пакетом маркеров (например, назначенное производителем направление находится в то время, когда пакет маркеров является пакетом OUT), пакет маркеров игнорируется. В противном случае он будет принят и транзакция данных может начаться. С другой стороны, двунаправленная конечная точка принимает как входящие, так и исходящие пакеты.

Конечные точки группируются в интерфейсы, и каждый интерфейс связан с одной функцией устройства. Исключением является endpoint zero, которая используется для настройки устройства и не связана ни с каким интерфейсом. Функция одного устройства, состоящая из независимо управляемых интерфейсов, называется составным устройством . Составное устройство имеет только один адрес устройства, поскольку хост назначает функции только адрес устройства.

При первом подключении устройства USB к узлу USB запускается процесс перечисления устройств USB. Перечисление начинается с отправки сигнала сброса на USB-устройство. Скорость передачи данных USB-устройства определяется во время сигнализации сброса. После перезагрузки хост считывает информацию с USB-устройства и ему присваивается уникальный 7-битный адрес. Если устройство поддерживается хостом, драйверы устройств необходимые для связи с устройством загружаются и устройство устанавливается в настроенное состояние. Если USB-хост перезапущен, процесс перечисления повторяется для всех подключенных устройств.

Хост-контроллер направляет поток трафика на устройства, поэтому ни одно USB-устройство не может передавать какие-либо данные по шине без явного запроса от хост-контроллера. В USB 2.0 хост-контроллер опрашивает шину для трафика, как правило, по циклу. Пропускная способность каждого порта USB определяется более низкой скоростью порта USB или устройства USB, подключенного к порту.

Высокоскоростные концентраторы USB 2.0 содержат устройства, называемые переводчиками транзакций, которые преобразуют между высокоскоростными шинами USB 2.0 и шинами полной и низкой скорости. На концентратор или на порт может приходиться один транслятор.

Поскольку в каждом хосте USB 3.0 есть два отдельных контроллера, устройства USB 3.0 передают и получают данные со скоростью USB 3.0 независимо от USB 2.0 или более ранних устройств, подключенных к этому хосту. Скорость обработки данных для более ранних устройств устанавливается прежним способом.

==Классы устройств == 
Функциональность USB-устройства определяется кодом класса, отправляемым на USB-хост. Это позволяет хосту загружать программные модули для устройства и поддерживать новые устройства от разных производителей.

Классы устройств включают в себя: 

{| class="wikitable"
|-
! Класс !! использование !! описание !! примеры для исключн
|-
| 00h|| Устройство || Unspecified[ || Класс устройства не указан, дескрипторы интерфейса используются для определения необходимых драйверов 
|-
| 01h || Взаимодействие || Аудио  || Динамик, микрофон, звуковая карта, MIDI
|-
| 02h || Оба на || Связь и контроль CDC || Модем, адаптер Ethernet, адаптер Wi-Fi, последовательный адаптер RS-232 . Используется вместе с классом 0Ah (CDC-Data, ниже)
|-
| 03h || Взаимодействие || Прибор интерфейса человека (спрятанный) || Клавиатура, мышь, кнюппель 
|-
| 0 || о ||  о || о
|-
| 05h || Взаимодействие || Устройство физического интерфейса (PID) || Джойстик обратной связи по усилию 
|-
| 06h || Взаимодействие || Изображение ( PTP / MTP) || Веб-камера, сканер
|-
| 07h ||Взаимодействие || Принтер || Лазерный принтер, струйный принтер, машина КНК
|-
| 08h || Взаимодействие || Массовое хранение (MSC или UMS)  || Привод вспышки УСБ , читатель карты памяти, цифровой аудио плеер, цифровая фотокамера, внешний привод 
|-
| 09h || Устройство || USB-концентратор || Полный концентратор полосы пропускания
|-
| 0Ah || Взаимодействие || CDC-данные  || Использованный вместе с типом 02h (сообщения и управление CDC, выше)
|-
| 0Bh  || Взаимодействие || интеллектуальная карта || Читатель смарт-карты УСБ 
|-
| 0Dh  || Взаимодействие || Защита контента от слизывания || Считыватель отпечатков пальцев 
|-
| 0Eh  || Взаимодействие || Видео || Веб-камера
|-
| 0Fh  || Взаимодействие || Личный класс прибора медицинского соревнования (PHDC)  || Монитор импа Ульс (вахта) 
|-
| 10h  || Взаимодействие || Аудио/видео (AV)  || Веб-камера, ТВ 
|-
| 11h  || Устройство  || Рекламный щит  || Описывает альтернативные режимы USB-C, поддерживаемые устройством 
|-
| DCh  || Оба  || диагностический прибор  ||  Устройство для контроля соответствия USB 
|-
| E0h  || Взаимодействие || Беспроводной Контроллер  || Адаптер Bluetooth, Microsoft RNDIS
|-
| EFh  || Оба || Разное || Устройство ActiveSync 
|-
| FEh  || Взаимодействие || Конкретные приложения  || IrDA Bridge, Test & Measurement Class (USBTMC), [42] USB DFU (обновление прошивки устройства) 
|-
| FFh  || Оба  || Специфичный для поставщика  || Указывает, что устройству требуются драйверы для конкретного поставщика 
|}

===Вспышка ,флешка===
См. также: [[Класс запоминающего устройства USB]] , корпус диска и внешний жесткий диск

Класс запоминающих устройств USB (MSC или UMS) стандартизирует подключения к запоминающим устройствам. Сначала предназначенный для магнитных и оптических приводов, он был расширен для поддержки флеш-накопителей . Это также было расширено, чтобы поддержать большое разнообразие новых устройств, поскольку многими системами можно управлять со знакомой метафорой манипуляции файлами в пределах каталогов. Процесс создания нового устройства похожим на знакомое устройство также известен как расширение. Возможность загрузки SD-карты с блокировкой записи с помощью USB-адаптера особенно выгодно для поддержания целостности и неповрежденного, нетронутого состояния загрузочного носителя.

Хотя большинство персональных компьютеров с середины 2004 года могут загружаться с запоминающих устройств USB, USB не предназначен в качестве основной шины для внутренней памяти компьютера. Тем не менее , USB имеет то преимущество, что позволяет горячей замены, что делает его полезным для мобильных периферийных устройств, в том числе приводов различных видов.

Несколько производителей предлагают внешние портативные жесткие диски USB или пустые корпуса для дисков. Эти предлагают представление соответствующее к внутренним приводам, ограниченным настоящими числом и типами прикрепленных приборов USB, и верхним пределом интерфейса USB. Другие конкурирующие стандарты подключения внешних накопителей включают eSATA , ExpressCard, FireWire (IEEE 1394) и совсем недавно Thunderbolt .

Другое использование для запоминающих устройств USB - это портативное выполнение программных приложений (таких как веб-браузеры и клиенты VoIP) без необходимости их установки на главном компьютере.

===Протокол передачи мультимедиа===
См. также: [[Протокол передачи изображений]]

Протокол передачи мультимедиа (MTP) был разработан Microsoft, чтобы дать доступ более высокого уровня к файловой системе устройства, чем USB mass storage, на уровне файлов, а не дисковых блоков. Он также имеет дополнительные функции DRM. MTP был разработан для использования с портативными медиаплеерами , но с тех пор он был принят в качестве основного протокола доступа к хранилищу операционной системы Android с версии 4.1 Jelly Bean, а также Windows Phone 8 (устройства Windows Phone 7 использовали протокол Zune—эволюция MTP). Основная причина этого заключается в том, что MTP не требует эксклюзивного доступа к устройству хранения, как это делает UMS, облегчая потенциальные проблемы, если программа Android запрашивает хранилище, когда оно подключено к компьютеру. Основным недостатком является то, что MTP не так хорошо поддерживается вне операционных систем Windows.

===Устройства человеческого интерфейса===
Главная статья: ''класс устройства интерфейса USB''
Джойстики, клавиатуры, планшеты и другие устройства с человеческим интерфейсом (HIDs) также постепенно  переход от MIDI и разъемов игровых портов ПК к USB.[ цитата необходима]

USB-мыши и клавиатуры обычно можно использовать со старыми компьютерами с разъемами PS/2 с помощью небольшого адаптера USB-to-PS/2. Для мышей и клавиатур с поддержкой двойного протокола можно использовать адаптер, который не содержит логических схем: аппаратное обеспечение USB на клавиатуре или мыши предназначено для определения того, подключено ли оно к порту USB или PS/2, и для связи с использованием соответствующего протокола. Существуют также конвертеры, которые подключают клавиатуры и мыши PS/2 (обычно по одному) к USB-порту. эти устройства представляют две конечные точки HID в системе и используют микроконтроллер для выполнения двунаправленного преобразования данных между двумя стандартами.
===Обновление прошивки устройства===

Обновление прошивки устройства (DFU) - это независимый от поставщика и устройства механизм обновления прошивки USB-устройств с улучшенными версиями, предоставляемыми их производителями, предлагая (например) способ развертывания исправлений ошибок прошивки. Во время деятельности подъема микропрограммных обеспечений, приборы USB изменяют их работая режим эффектно быть программистом выпускного вечера. Любой тип прибора USB может снабдить эту возможность путем следовать официальными спецификациями DFU.

В дополнение к своим предназначенным законным целям, DFU можно также эксплуатировать путем загружать злонамеренно произведенную микропрограммные обеспечения которое причиняет приборы USB подделать различные другие типы прибора; один такой эксплуатируя подход как BadUSB .
===Потоковое аудио===
Рабочая группа по устройствам USB разработала спецификации для потоковой передачи звука, а также специальные стандарты для использования в аудиоклассах, такие как микрофоны, динамики, гарнитуры, телефоны, музыкальные инструменты и т. д. DWG опубликовал три версии спецификаций аудиоустройств:  Audio 1.0, 2.0 и 3.0, называемые "UAC" [52] или "ADC".

UAC 2.0 представил поддержку высокоскоростного USB (в дополнение к полной скорости), что позволяет увеличить пропускную способность для многоканальных интерфейсов, более высокую частоту дискретизации,  более низкую внутреннюю задержку,  и 8× улучшение разрешения синхронизации в синхронных и адаптивных режимах.[52] UAC2 также вводит концепцию тактовых доменов, которая предоставляет хосту информацию о том, какие входные и выходные терминалы получают свои тактовые сигналы из одного источника , а также улучшенную поддержку аудиокодирований, таких как DSD, аудиоэффекты, кластеризация каналов, пользовательские элементы управления и описания устройств.

UAC 3.0 прежде всего вводит улучшения для портативных устройств, таких как уменьшенное энергопотребление, разрывая данные и оставаясь в режиме низкой мощности чаще, и области власти для различных компонентов устройства, позволяя им быть выключенными, когда не используется.

Устройства UAC 1.0 по-прежнему распространены, однако, из-за их кросс-платформенной совместимости без драйверов , а также частично из-за неспособности Microsoft реализовать UAC 2.0 более десяти лет после его публикации, наконец, добавив поддержку Windows 10 через обновление Creators 20 марта 2017. UAC 2.0 также поддерживается MacOS , iOS и Linux, [52] однако Android также реализует только подмножество UAC 1.0.

USB обеспечивает три изохронных (с фиксированной полосой пропускания) типа синхронизации,  все из которых используются аудиоустройствами: 

    Асинхронный-АЦП или ЦАП не синхронизируются с часами главного компьютера вообще, работая от свободных часов, локальных для устройства.
    Синхронный-часы устройства синхронизируются с сигналами USB start-of-frame (SOF) или Bus Interval. Например, для этого может потребоваться синхронизация тактовой частоты 11,2896 МГц с сигналом SOF 1 кГц, умножение большой частоты.
    Adaptive-часы устройства синхронизируются с количеством данных, отправленных на кадр хостом [65]

В то время как спецификация USB первоначально описала асинхронный режим, используемый в "недорогих динамиках" и адаптивный режим в "высококачественных цифровых динамиках", противоположное восприятие существует в Мире hi-fi, где асинхронный режим рекламируется как функция, а адаптивные/синхронные режимы имеют плохую репутацию. в действительности все типы могут быть качественными или некачественными, в зависимости от качества их проектирования и применения. асинхронный имеет преимущество быть развязанным от часов компьютера, но недостаток требовать преобразования частоты дискретизации при объединении нескольких источников.
==Соединители ==
Главная статья: ''разъемы § оборудования USB''

Соединители комитет USB определяет поддержку несколько целей USB основных, и отражает уроки выученные от много соединителей компьютерная индустрия использовала. Разъем-розетка, установленный на хосте или устройстве , называется розеткой, а разъем-розетка, подключенная к кабелю, называется вилкой . ( 2-5 – 2-6 ) официальные документы спецификации USB также периодически определяют термин "мужчина" для обозначения вилки и "женщина" для обозначения розетки.

По дизайну трудно вставить USB-разъем в его розетку неправильно. Спецификация USB требует, что штепсельная вилка и штепсельная розетка кабеля были маркированы поэтому потребитель может узнать правильную ориентацию.[17] разъем USB-C является обратимым. Кабели УСБ и небольшие приборы УСБ держатся на месте сжимая силой от штепсельной розетки, без винтов, зажимов, или пальц-поворотов по мере того как некоторые соединители используют.

Различные вилки A и B предотвращают случайное подключение двух источников питания. Тем не менее, часть этой направленной топологии теряется с появлением многоцелевых USB-соединений (таких как USB On-The-Go в смартфонах и USB-маршрутизаторах Wi-Fi), для которых требуются кабели A-to-a, B-to-B, а иногда и y/splitter.

Типы разъемов USB умножаются по мере продвижения спецификации. Оригинальная спецификация USB подробные стандартные-A и стандартные-B вилки и розетки. Разъемы были разными, так что пользователи не могли подключить один компьютер к другому. Штыри данных в стандартных штепсельных вилках утоплены по сравнению с контактами питания, так что устройство может включить питание перед установкой подключения для передачи данных. Некоторые устройства работают в разных режимах в зависимости от того, установлено ли подключение к данным. Зарядные доки обеспечивают питание и не включают в себя хост-устройство или контакты для передачи данных, что позволяет любому способному USB-устройству заряжать или работать со стандартным USB-кабелем. Зарядные кабели обеспечивают подключение питания, но не передачу данных. В кабеле только для зарядки провода данных закорочены на конце устройства, в противном случае устройство может отклонить зарядное устройство как неподходящее.
==Кабели ==
Основная статья: [[USB оборудование § кабели]]

Стандарт USB 1.1 определяет, что стандартный кабель может иметь максимальную длину 5 метров (16 футов 5 дюймов) с устройствами, работающими на полной скорости (12 Мбит/с), и максимальную длину 3 метра (9 футов 10 дюймов) с устройствами, работающими на низкой скорости (1,5 Мбит/с).

USB 2.0 (<tksq ) обеспечивает максимальную длину кабеля 5 метров (16 футов 5 дюймов) для устройств, работающих на высокой скорости (480 Мбит/с).

Стандарт USB 3.0 (Синий) непосредственно не определяет максимальную длину кабеля, требуя только, чтобы все кабели соответствовали электрической спецификации: для медных кабелей с проводами AWG 26 максимальная практическая длина составляет 3 метра (9 футов 10 дюймов).

Стандарт ЮСБ 3.1 (Бирюзовый)

Красный на 5 Ампер повышенная мошь. 

Жолтый - Для зарядки при выключеном оборудовании , или подача питания на третьи устройства

==Мощность==
Основная статья: ''USB-оборудование § питание''

USB поставляет силу на 5 v ± 5% к приборам USB силы идущим дальше по потоку.
===Маломощные и высокомощные устройства===
Маломощные устройства (например, типичная клавиатура USB) могут потреблять не более 1 единичной нагрузки (1 единичная нагрузка составляет 100 мА для USB-устройств до USB 2.0, В то время как USB 3.0 определяет единичную нагрузку как 150 мА), и все устройства должны действовать как маломощные устройства при запуске как неконфигурированные.

Мощные устройства (например, типичный 2,5-дюймовый жесткий диск USB) потребляют не менее 1 единичной нагрузки и не более 5 единичных нагрузок (500 мА) для устройств до USB 2.0 или 6 единичных нагрузок (900 мА) для устройств SuperSpeed. 

Стандарт ампер ЮСБ

{| class="wikitable"
|-
! Спецификация  !! Текущий !! Напруга !! Мощность (макс.)
|-
| Маломощное устройство  || 100 мА || 5 V[a] || 0.50 W 
|-
| Маломощное устройство SuperSpeed (USB 3.0)  || 150 мА || 5 V[a]|| 0.75 W 
|-
| Мощное устройство  || 500 мА [b] || 5 V || 2.5 W 
|-
| Высокомощный прибор Суперспед (УСБ 3,0)  || 900 мА [c] || 5 V || 4.5 W 
|-
| Прибор скорости Multi-майны SuperSpeed (USB 3.2 Gen ×2) || 1.5 A[d] || 5 V || 7.5 W 
|-
| Зарядка аккумулятора (BC) 1.2  || 1.5 A || 5 V|| 7.5 W 
|-
|USB-C  || 1.5 A || 5 V || 7.5 W 
|-
| USB-C  || 3 A || 5 V|| 15 W 
|-
| Питание 2.0 Micro-USB  || 3 A || 20 V || 60 Вт 
|-
| Питание 2.0 тип-A/B / C [e] || 5 A|| 20 V || 100 Вт 
|}
а б поставка шины V от маломощного порта эпицентра деятельности может упасть до 4.40 V.
* Б До 5 нагрузок блока; с приборами non-SuperSpeed, одна нагрузка блока 100 mA.
* С До 6 нагрузок блока; с приборами Суперспед, одна нагрузка блока 150 мА.
* Д До 6 нагрузок блока; с приборами multi-майны, одна нагрузка блока 250 mA.
* Е Требуется активный кабель PD 5 A

Чтобы распознать заряд батареи, выделенный зарядный порт помещает сопротивление, не превышающее 200 Ом, через D+ и D− клеммы.[75]]

В дополнение к стандартному USB, собственническая мощная система известная как PoweredUSB , начатое в 1990s, и главным образом используемое в терминалах пункта-продажи как кассовые аппараты.
==Сигнализация==
Главная статья: ''USB (коммуникации) § сигнализация (USB PHY)''
===Электрическая спецификация===
Сигналы USB передаются с помощью дифференциальной сигнализации по кабелю передачи данных с характеристическим импедансом 90 ом ± 15% .[76]

*    В низкоскоростном (LS) и Полноскоростном (FS) режимах используется одна пара данных с метками D+ и D-в полудуплексном режиме . Переданные уровни сигнала 0.0-0.3 V Для логически низкого уровня, и 2.8–3.6 V Для логически высокого уровня. Сигнальные линии не прерываются .
*    Высокоскоростной режим (HS) использует такую же пару провода, но с различными электрическими соглашениями. Понизьте напряжения тока сигнала -10 до 10 mV для низкого уровня и 360 до 440 mV для логически высокого уровня, и прекращение 45 Ω к земле или дифференциалу 90 Ω для того чтобы соответствовать импедансу кабеля данных.
*    SuperSpeed (SS) добавляет 2 дополнительных пары защищаемого переплетенного провода (и новых, главным образом совместимых расширенных разъемов). Эти предназначены к полн-двухшпиндельной деятельности Суперспед. Полудуплексные линии по-прежнему используются для настройки.
*    SuperSpeed+ (SS+) использует увеличенную скорость передачи данных (режим Gen 2×1) и/или дополнительную полосу в разъеме USB-C (режим Gen 1×2 и Gen 2×2).

USB-соединение всегда находится между хостом или концентратором на конце разъема A и "восходящим" портом устройства или концентратора на другом конце.

==Уровень протокола==
Главная статья: ''USB (коммуникации) § уровень протокола''
Во время связи USB данные передаются в виде пакетов . Первоначально все пакеты отправляются с хоста через корневой концентратор и, возможно, через несколько концентраторов на устройства. Некоторые из этих пакетов направляют устройство для отправки некоторых пакетов в ответ.
==Транзакции==
Главная статья: ''USB (коммуникации) § транзакция
''
Основными транзакциями USB являются:

*    Вне сделки
*    в сделке
*    Транзакция настройки
*    Контрольная передача обмена

==Связанные стандарты==
Форум разработчиков USB работает над стандартом беспроводной сети на основе протокола USB.-  Беспроводной USB-это технология замены кабеля и использует сверхширокополосную беспроводную технологию для скорости передачи данных до 480 Мбит/с.

InterChip USB вариант обломок-к-обломока который исключает обычные приемопередатчики найденные в нормальном USB. Физический уровень HSIC использует примерно на 50% меньше мощности и на 75% меньше площади платы по сравнению с USB 2.0.
==Сравнение с другими методами подключения==
===FireWire===
Сначала USB считался дополнением к технологии IEEE 1394 (FireWire), которая была разработана как последовательная шина с высокой пропускной способностью, которая эффективно соединяет периферийные устройства, такие как дисководы, аудиоинтерфейсы и видеооборудование. В первоначальном дизайне USB работал с гораздо более низкой скоростью передачи данных и использовал менее сложное оборудование. Он подходит для небольших периферийных устройств, таких как клавиатуры и указательные устройства.

Наиболее существенные технические различия между FireWire и USB включают:

*    Сети USB используют многоуровневую топологию, в то время как сети IEEE 1394 используют топологию дерева.
*    USB 1.0, 1.1 и 2.0 используют протокол "говори, когда говоришь", что означает, что каждое периферийное устройство взаимодействует с хостом, когда хост специально запрашивает его для связи. USB 3.0 обеспечивает связь с хостом, инициируемую устройством. Устройство FireWire может взаимодействовать с любым другим узлом в любое время, в зависимости от условий сети.
*    Для управления сетью USB используется один хост в верхней части дерева. Все коммуникации между хостом и одним периферийным устройством. В Сети FireWire любой способный узел может управлять сетью.
*    USB бежит с линией электропередач 5 V, пока FireWire в настоящих вставках поставляет 12 V и теоретически может поставить V. 30.
*    Стандартные порты USB-концентратора могут обеспечивать от типичных 500 мА / 2,5 Вт тока, только 100 мА от портов, не являющихся концентраторами. USB 3.0 и USB на ходу поставляют 1.8 A/9.0 W (для преданной зарядки аккумулятора, 1.5 A/7.5 W полная полоса пропускания или 900 мА / 4.5 W высокая полоса пропускания), в то время как FireWire может теоретически поставлять до 60 ватт мощности, хотя от 10 до 20 Ватт является более типичным.

Эти и другие отличия отражают различные цели конструкции 2 шин: USB было конструировано для простоты и низкой цены, пока FireWire было конструировано для высокой эффективности, в частности в врем-чувствительных применениях как аудио и видео. Хотя подобный в теоретическом максимальном тарифе передачи, FireWire 400 более быстр чем USB 2.0 high-bandwidth в реальн-пользе, специально в пользе высок-ширины полосы частот как внешние жесткие диски. новый стандарт FireWire 800 в два раза быстрее FireWire 400 и быстрее, чем USB 2.0 с высокой пропускной способностью как теоретически, так и практически.[83]] Однако преимущества скорости FireWire зависят от низкоуровневых методов, таких как прямой доступ к памяти (DMA), которые, в свою очередь, создали возможности для эксплойтов безопасности, таких как атака DMA .

Чипсет и драйверы, используемые для реализации USB и FireWire, оказывают решающее влияние на то, сколько пропускной способности, предписанной спецификацией, достигается в реальном мире, а также совместимость с периферийными устройствами.
===Ethernet ===
IEEE 802.3 af , at и BT Power over Ethernet (PoE) стандарты определяют более сложные схемы согласования мощности , чем питание USB. Они работают на DC 48 V и могут поставить больше силы (до 12.95 W для af , 25.5 W для на aka PoE+ , 71 W для BT aka 4PPoE ) над кабелем до 100 метров сравненных к USB 2.0, которое обеспечивает 2.5 W с максимальной длиной кабеля 5 метров. Это сделало PoE популярным для телефонов VoIP , камер безопасности , беспроводных точек доступа и других сетевых устройств в зданиях. Однако USB дешевле, чем PoE, при условии, что расстояние короткое и потребляемая мощность низкая.

Стандарты Ethernet требуют электрической изоляции между сетевыми устройствами (компьютер, телефон и т.д.).) и сетевой кабель до 1500 V AC или 2250 V DC на 60 секунд.[85] USB не имеет такого требования, как он был разработан для периферийных устройств, тесно связанных с хост-компьютером, и на самом деле он соединяет периферийные и хост-основания. Это дает локальным сетям значительно преимущество безопасности над USB с периферийными устройствами как кабель и модемы DSL Соединенные к внешней проводке которая может принять опасные напряжения тока под некоторыми аварийными условиями.
===MIDI===

Определение класса устройства USB для MIDI-устройств позволяет передавать музыкальные данные цифрового интерфейса музыкального инструмента (MIDI) через USB. возможность MIDI расширена , чтобы позволить до шестнадцати одновременных виртуальных Midi кабелей, каждый из которых может нести обычный MIDI шестнадцать каналов и часов.

USB является конкурентоспособным для недорогих и физически смежных устройств. Однако, сила над локальными сетями и стандартом штепсельной вилки MIDI имеют преимущество в лидирующих приборах которые могут иметь длинние кабели. USB может вызвать проблемы с контуром заземления между оборудованием, так как он соединяет наземные ссылки на обоих приемопередатчиках. В отличие от этого, MIDI plug standard и Ethernet имеют встроенную изоляцию до 500 В или более.
===eSATA / eSATAp===
Разъем eSATA - это более надежный разъем SATA, предназначенный для подключения к внешним жестким дискам и твердотельным накопителям. скорость передачи данных eSATA (до 6 Гбит/с) аналогична скорости передачи данных USB 3.0 (до 5 Гбит/с на текущих устройствах; скорость 10 Гбит/с через USB 3.1, объявленная 31 июля 2013 года). Устройство, подключенное eSATA, выглядит как обычное устройство SATA, обеспечивая как полную производительность, так и полную совместимость, связанную с внутренними дисками.

eSATA не подает питание на внешние устройства. Это все больший недостаток по сравнению с USB. Несмотря на то, что 4,5 Вт USB 3.0 иногда недостаточно для питания внешних жестких дисков, технология продвигается, и внешние диски постепенно требуют меньше энергии, уменьшая преимущество eSATA. eSATAp (power over eSATA; aka ESATA/USB) - это разъем, представленный в 2009 году, который обеспечивает питание подключенных устройств с помощью нового, обратно совместимого разъема. На ноутбуке eSATAp обычно поставляет только 5 В для питания 2,5-дюймового HDD/SSD; на настольной рабочей станции он может дополнительно поставлять 12 В для питания более крупных устройств, включая 3,5-дюймовые HDD / SSD и 5,25-дюймовые оптические приводы.

поддержка eSATAp может быть добавлена на настольную машину в виде кронштейна, соединяющего материнскую плату SATA, power и USB ресурсы.

eSATA, как и USB, поддерживает горячее подключение, хотя это может быть ограничено драйверами ОС и прошивкой устройства.
===Thunderbolt===
Thunderbolt объединяет PCI Express и Mini DisplayPort в новый последовательный интерфейс данных. Оригинальные реализации Thunderbolt имеют два канала, каждый со скоростью передачи 10 Гбит/с, что приводит к совокупной однонаправленной пропускной способности 20 Гбит / с. [88]

Thunderbolt 2 использует агрегацию каналов для объединения двух каналов 10 Гбит/с в один двунаправленный канал 20 Гбит / с.

Thunderbolt 3 использует разъем USB-C.[89] [90] [91] Thunderbolt 3 имеет два физических 20 Гбит/с двунаправленных канала, объединенных в единый логический 40 Гбит/с двунаправленный канал. Контроллеры Thunderbolt 3 a включают контроллер USB 3.1 Gen 2 для обеспечения совместимости с USB-устройствами. Они также способны обеспечивать режим DisplayPort альтернативный над разъемом USB-C, делая порт Thunderbolt 3 superset порта USB 3.1 Gen 2 с режимом DisplayPort альтернативным.

Протокол Thunderbolt 3 был принят в стандарт USB4 После быть выпущенным корпорацией Intel. При правильной реализации порты USB4 должны функционировать идентично портам Thunderbolt 3 в большинстве случаев. Однако USB4 обеспечит обратную совместимость с устройствами USB 3.2 Gen 2×2. Контроллер Thunderbolt 3 не был построен для обеспечения поддержки USB 3.2 Gen 2×2, начиная с контроллеров Titan Ridge (2019) Thunderbolt. По состоянию на апрель 2019 года информация о совместимости альтернативного режима VirtualLink с USB4 (и, следовательно, альтернативный режим Thunderbolt 3) не была опубликована.
==Совместимость==
Главная статья: ''USB-адаптер''

Различные конвертеры протокола имеющиеся которые преобразовывают сигналы данных USB к и от других стандартов связей.
==См. также ==
*   [[Аджай Бхатт]]
*    [[Докпорт]]
*    [[Легкий Кабель Передачи]]
*    [[Интерфейс расширяемого хост-контроллера (XHCI)]]
*    [[Лио цель]]
*    [[Список битовых скоростей устройства # Peripheral]]
*    [[Протокол Передачи Мультимедиа]]
*    [[Мобильная Связь Высокой Четкости]]
*    [[WebUSB]]

==Пруф==
[https://engineering.biu.ac.il/files/engineering/shared/PE_project_book_0.pdf engineering.biu.ac.il/files/engineering/shared/PE_project_book_0.pdf]
* [https://www.fastcompany.com/3060705/an-oral-history-of-the-usb .fastcompany.com/3060705/an-oral-history-of-the-usb]
* [https://usb.org/sites/default/files/bwpaper2.pdf /usb.org/sites/default/files/bwpaper2.pdf]
* [https://www.electronicdesign.com/boards/how-create-and-program-usb-devices .electronicdesign.com/boards/how-create-and-program-usb-devices]
* [https://www.keysight.com/zz/en/solutions/high-speed-digital-system-design/universal-serial-bus-usb.html .keysight.com/zz/en/solutions/high-speed-digital-system-design/universal-serial-bus-usb.html]
* [https://pinoutguide.com/Slots/usb_3_0_connector_pinout.shtml /pinoutguide.com/Slots/usb_3_0_connector_pinout.shtml]
* [https://stuff.mit.edu/afs/sipb/contrib/doc/specs/protocol/usb/UHCI11D.PDF /stuff.mit.edu/afs/sipb/contrib/doc/specs/protocol/usb/UHCI11D.PDF]
* [https://www.usb.org/documents .usb.org/documents]
* 


[[Категория:USB]]


[[Категория:Компьютер]]