Кабель для подключения компьютера к шине данных usb 3

Обновлено: 03.07.2024

Под распиновкой USB разъема понимают порядок физического размещения конструктивных элементов в штекере с использованием универсальной последовательной шины (на англ. Universal Serial Bus) в её различных спецификациях. USB стал основным и самым популярным интерфейсом с момента своего создания 15 января 1996 г. Он был призван соединить с компьютером внешние периферийные устройства с помощью единого для всех алгоритма обмена информацией и заменить устаревшие: параллельный LTP, RS-232 и даже FireWire.

Цоколевка

Схема USB разъема зависит от спецификации этого интерфейса его типов. Они визуально отличаются и для того, чтобы их не перепутать при подключении к оборудованию, обратите внимание на следующие: А –для компьютера или хаб-концентратора; B – для периферийного устройства. Первые версии разъемов (до USB2.0) физически ничем не различались между собой и имели четыре контакта: 1,4 – для подачи плюса (+5 В) и минуса (Gnd) питающего напряжения; 2,3 – для дифференциальной передачи данных. Для наглядности приведем их изображения и цоколевку на рисунке выше.

Провода кабеля USB имеют разные цвета, на картинки выше вы можете посмотреть какой цвет используется для передачи сигналов а какой для питания У всех видов USB существуют дополнительные модификаций для применения в переносных мобильных устройствах. Это миниатюрные разъемы имеют в обозначении слова «mini» или«micro». Повсеместно мы встречаемся с ними в повседневной жизни и применяем для подзарядки сотовых телефонов и других мобильных гаджетов.

Характеристики USB

Параметры USB улучшались с ростом популярности у пользователей. Вместе с увеличением производительности компьютерной техники постепенно повышались и требования к качеству передачи информации. Для удовлетворения возрастающих потребностей разрабатывались обновленные спецификации USB от версии 1.1 до 3.2 Gen2x2.

USB1.1

USB1.1 массово использовался для оснащения компьютерных устройств до апреля 2000 г. Его базовые свойства приводили в восторг многих пользователей. Рассмотрим их поподробнее, для одного подключаемого устройства (если не указано иного):

поддержка двух скоростей обмена информацией: высокая (до 12 Мбит/с) и низкая (до 1,5 Мбит/с);
длинна кабеля: 3 м (неэкранированный), 5 м (экранированный);
число периферийных устройств на одно подключение - до 127;
напряжение питания – до +5 В;
максимальный потребляемый ток – до 500 мА;
одновременное использование двух скоростей передачи данных на одной шине – возможно.

В режиме низкой скорости обычно подключали: компьютерные мышки, клавиатуры, модемы, джойстики, в высокоскоростном: автоматические телефонные станции, лазерные и струйные принтеры, внешние жесткие диски, видеокамеры.

USB2.0

Наиболее распространенным, в настоящее время, из-за своей простоты и дешевизны является высокоскоростной 2.0. В этот стандарт, по сравнению с предшественником, был добавлен новый параметр «High-Speed». С ним скорость обмена данными увеличивалась до 480 Мбит/с, при этом другие характеристики не изменились. Для выделения этой особенности был придуман специальный логотип «Hi-Speed».

USB3.0

В 2008 году разработчики представили миру новую спецификацию - USB3.0. Скоростной режим у неё значительно вырос и составил 5 Гбит/с (SuperSpeed). Максимальный потребляемый ток для устройств повысился до 900 мА. Для повышения производительности в этот стандарт добавлено еще 5 контактов, которые размещены в разъеме отдельно. В последующем (с 31 июля 2013 г.) создали новые USB3.1: до 5 Гбит/с (SuperSpeed); 3.2 до 10 Гбит/с (SuperSpeed+).

На базе архитектуры USB3.0 в 2013 г. появились в продаже оптические кабели, способные передавать данные на скорости до 1 ГБ/с и расстоянии до 100 м. Однако подача питания до оконечных устройств по ним невозможна.

22 сентября 2017 г. на рынок выведена USB3.2 с заявленной пропускной способностью (с использованием двухполосной передачи через разъем Type-C) до 10 Гбит/с (SuperSpeed) и 20 Гбит/с (SuperSpeed+). Она стала последней версией в спецификации 3.x. Первые коммерческие продукты, с её применением, появились в России уже в начале 2020 г.

USB3.2 только начинают встречаться в продаже. Несмотря на это, уже с 2019 года в сети можно найти данные о спецификации нового интерфейса USB4. Для него заявленный предельный скоростным режимом составляет 40 Гбит/с.

Особенности

Несомненными преимуществами интерфейса, кроме возможности обменивается данными в едином формате, стали: возможность переподключения устройства, без перезагрузки компьютера (горячая замена); осуществление питания от одного USB-разъема сразу нескольких гаджетов. Эти свойства позволили значительно сократить число PCI-слотов на материнской плате, раннее использовавшихся для подключения внешнего периферийного оборудования.

У всех USB-интерфейсов сохраняется обратная совместимость с предыдущими поколениями спецификаций.

Разработчики

Интерфейс USB является плодом совместных усилий разработчиков многих компаний, на протяжении многих лет. На начальном этапе его созданием занималась некоммерческая компанией USB Implementers Forum. В дальнейшем развитии и продвижении в массы принимали участие такие известные брэнды: Compaq, IBM, Intel, Philips, NEC, DEC, Microsoft, US Robotics, Nortel и др.

USB или универсальная последовательная шина - это стандартный тип соединения и среда связи между широким спектром электрических устройств, включая компьютеры и периферийные устройства.

Она была введена в эксплуатацию в 1996 году. Идея заключалась в стандартизации связи или передачи данных между периферийными устройствами и компьютерами путем замены старых интерфейсов связи, таких как параллельные и последовательные порты (не путайте их с процессом связи/передачи данных) и FireWire.

Знаете ли вы? Стандарт USB регулируется Форумом разработчиков USB (USB-IF), учрежденным компаниями-основателями, включая IBM, Intel, Microsoft и Nortel.

Где используется USB?

В качестве отраслевого стандарта кабели USB используются для подключения настольных или портативных компьютеров к внешним аппаратным устройствам, таким как клавиатуры, мыши, флэш-накопители, принтеры и игровые контроллеры.

Интерфейс USB стал настолько популярным в последние годы, что вы можете легко найти их даже в автомобилях и электрических розетках в домах. Современные смартфоны, планшетные компьютеры и многие портативные устройства теперь поддерживают USB-кабели и разъемы для быстрой зарядки по сравнению с другими типами кабелей.

Преимущества интерфейса USB

Хотя USB был в первую очередь разработан для нормализации связи между персональными компьютерами и вспомогательными устройствами, существует несколько других преимуществ интерфейса USB.
Он является самонастраивающимся, а это означает, что нет необходимости настраивать/конфигурировать его параметры перед использованием.
USB-устройства могут быть добавлены или заменены в систему без выключения или перезагрузки системы (с возможностью горячей замены).
Его способность к электропитанию позволяет питать небольшие устройства без дополнительного кабеля питания.
Протокол передачи данных USB и получение сигналов всегда надежны независимо от их версии.

Типы USB в зависимости от их версии

Есть два способа классификации USB-кабеля; на основе его версии или поколения, которая касается функциональности (скорости передачи данных) кабеля, и по его физической конструкции.

Прежде чем приступить к рассмотрению различных типов USB-кабелей, давайте сначала разберемся с несколькими терминами, связанными с ними. Типичный USB-кабель имеет два разъёма, по одному с каждой стороны. Один - для хоста, к которому относятся все типы компьютеров (ПК, планшеты), а другой - для приемника, любого портативного устройства (смартфона), на которое необходимо перенести данные. Слот, в который вставлен USB, называется портом или розеткой. Как бы то ни было, давайте перейдем к делу.

С 1996 года были представлены четыре основных версии или поколения стандартов USB. Это USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0 и USB4. USB4 - самый последний.

Таблица, показывающая различные версии USB и поддерживаемые ими скорости передачи.

Оригинальный USB, USB 1.0, поддерживает двухскоростную шину со скоростью передачи данных 1,5 Мбит/с для недорогих устройств с низкой скоростью передачи данных (клавиатуры, мыши) и 12 Мбит/с для устройств с высокой скоростью передачи данных (принтеры, дисководы). Эта архитектура с несколькими шинами расширена до USB 2.0 (запущен в 2001 г.). Однако была добавлена третья, "высокоскоростная" шина с максимальной скоростью передачи данных 480 Мбит/с.

Универсальная последовательная шина впервые привлекла внимание в 1988 году (когда был представлен USB 1.1) с выпуском Apple iMac. Это был первый широко известный продукт с технологией USB. Вскоре производители ПК последовали их примеру, заменив устаревшие порты на USB в своих продуктах. Таким образом, первоначальный успех USB связан с успехом iMac.

USB 3.0

USB 3.0, выпущенный 12 ноября 2008 года, произвел революцию в отрасли. Он представил гораздо более высокоскоростную шину со скоростью передачи данных до 5 Гбит/с (в дополнение к существующим режимам скорости передачи) и более высокую выходную мощность (900 мА по сравнению с 500 мА в предыдущих версиях). Более того, он был обратно совместим с USB 2.0, что обеспечивает возможность взаимодействия. Эта версия USB известна как SuperSpeed.

Порты USB 3.0 Gen 1

Стандарт USB 3.0 был заменен USB 3.1 в 2014 году. Скорость передачи данных в USB 3.1 Gen 2 (SuperSpeed +) была увеличена до 10 Гбит/с. Одним из важных изменений, выдвинутых стандартом USB 3.1, стала замена их предыдущей схемы кодирования 8b/10b на более эффективную 128b/132b, вариант кодирования 64b/66b (который преобразует 64-битные данные в 66-битный линейный код). Это значительно снижает накладные расходы на кодирование, что приводит к сравнительно более высоким эффективным скоростям передачи данных.

Следующий стандарт USB 3.2 был выпущен в 2017 году. Как и ожидалось, он ввел новый, гораздо более быстрый режим передачи, сохранив при этом все существующие режимы. Это позволило кабелям USB-C (поддерживаемым 3.1) работать в 2 раза быстрее их начальной скорости (от 5 Гбит/с до 10 Гбит/с для кабелей USB-C 3.1 Gen 1 и от 10 Гбит/с до 20 Гбит/с для кабелей Gen 2). Позже мы поговорим о кабелях USB-C.

USB4 или USB 4.0

Последний стандарт USB, USB4 (или USB 4), расширяет существующие возможности кабелей USB-C, обеспечивая максимальную доступную пропускную способность USB. Он основан на протоколе Thunderbolt, который предлагает расширенные функции, такие как двунаправленная передача данных (отправка и получение данных с обоих концов), данные по двойному протоколу и передача видео по одному кабелю с низкой задержкой.

USB4 совместим с Thunderbolt 3 и обратно совместим со спецификациями USB 2.0 и USB 3.2. Он поддерживает максимальную скорость передачи данных 40 Гбит/с. В существующих кабелях USB-C эти скорости достигаются за счет двухполосной работы, когда две полосы в кабеле передают данные одновременно.

Базовый процессор Intel 11-го поколения Tiger Lake - первый продукт, поддерживающий стандарт USB4 или Thunderbolt 4.

Типы USB-кабелей [в зависимости от их физической структуры]

Почти все электронные продукты, от смартфонов и небольших портативных устройств до компьютеров всех типов, теперь имеют USB-порты или поддержку USB. Однако физические характеристики USB-портов и разъемов различаются в зависимости от класса продукта.

По физическим характеристикам или компоновке кабели USB можно разделить на три типа: USB-A, USB-B и USB-C.

USB Тип-A

USB-A, пожалуй, самый популярный USB (разъем или порт), который вы можете найти на своих ПК, игровых консолях, портативных медиаплеерах и портах для зарядки смартфонов. Стандартный штекер USB Type-A имеет плоскую прямоугольную форму.

Более старые разъемы USB Type-A и порты, поддерживающие стандарт USB 2.0, имеют четыре внутренних контакта; одна пара предназначена для передачи данных, а другая - для питания. С введением стандарта USB 3.0 к оригинальной конструкции были добавлены пять дополнительных контактов, чтобы сделать новые порты и разъемы USB Type-A (SuperSpeed) более быстрыми и обратно совместимыми со старыми версиями USB.

USB Тип-B

Порты USB типа B обычно находятся на приемниках или периферийных устройствах, таких как принтеры и сканеры, которые работают с высокими скоростями передачи данных и имеют относительно больший размер (по сравнению с другими периферийными устройствами).

В большинстве случаев USB-кабель, соединяющий компьютер с принтером или сканером, имеет разъем USB типа B с одной стороны и разъем типа A с другой. Хотя они обычно имеют двойное назначение, некоторые порты типа B допускают передачу питания только от хоста.

Существует две версии USB Type-B. Оригинальный разъем USB Type-B имеет квадратное сечение со слегка наклоненным верхним внешним ободком. Он поддерживает скорость передачи данных до 480 Мбит/с (USB 2.0).

Разъем USB 3.0 Type-B

Улучшенная версия разъема Type-B, Type-B SuperSpeed, была представлена, чтобы сделать их совместимыми со стандартом USB 3.0. Кабели Type-B SuperSpeed со скоростью передачи данных более 5 Гбит/с идеально подходят для подключения ПК с внешними жесткими дисками и аудиоинтерфейсами.

USB Mini и Micro типа B

Разъем USB Micro-B

Разъемы Mini-USB были впервые введены в 1998 году для электронных устройств, таких как ранние смартфоны и планшетные компьютеры. В то время как разъемы Mini-A уже давно сняты с производства, Mini Type-B по-прежнему поддерживается небольшим количеством устройств.

Разъемы Micro-USB разработаны специально для современных портативных устройств, таких как смартфоны и фотоаппараты, которые намного тоньше ранних устройств. Толщина разъема Micro-USB почти вдвое меньше, чем у Mini-USB.

USB-C-это отраслевой стандарт для высокоскоростной передачи данных и питания, который в настоящее время используется на все большем числе устройств, включая новейшие смартфоны, внешние твердотельные накопители и дорогие ноутбуки.

Разъем USB-C сначала может показаться похожим на разъем Micro-USB, поскольку оба имеют изогнутые края, хотя разъем USB-C немного толще и шире.

Пожалуй, наиболее важной и желанной особенностью разъемов USB-C является возможность переключения. Это означает, что разъемы USB-C не имеют ориентации вверх или вниз (как в случае с разъемами USB-A и USB-B). Их можно каждый раз правильно вставлять, не переворачивая.

Еще одним преимуществом кабелей USB-C является то, что они несут ток не менее 3 А при 60 Вт. Кабели USB-C на USB-C предназначены для передачи более высокого тока 5 В.

Кабели USB-C на основе стандарта USB 3.1 имеют максимальный предел передачи данных 10 Гбит/с. Старые кабели, поддерживающие USB 2.0, могут передавать только до 480 Мбит/с.

USB OTG

USB On-The-Go или OTG - это спецификация USB, которая позволяет определенным устройствам выполнять роли как хоста, так и приемника. Например, с помощью OTG смартфон может считывать данные как хост при подключении к цифровой камере или флеш-накопителю, но действовать как приемник при подключении к главному компьютеру.

Что в будущем?

Есть популярная поговорка, что "ничто не вечно", и в мире технологий это не может быть более точным. Хотя порты и кабели Type-A и Type-B по-прежнему широко используются, USB-C готов заменить их в ближайшем будущем.

Порт USB-C на MacBook

Самые последние порты USB-C поддерживают протокол Thunderbolt 3, который обеспечивает максимальную скорость передачи данных до 40 Гбит/с. USB4, который еще не вышел на массовый рынок, стандартизирует скорость Thunderbolt 3.

Высокая пропускная способность данных и питания позволяет разъемам USB-C напрямую подключаться к нескольким аудио- и видеоинтерфейсам без использования каких-либо адаптеров. К ним относятся устройства MHL (Mobile High-Definition Link), HDMI и DisplayPort.

С 2014 года все большее количество электронных устройств, включая смартфоны, материнские платы ПК/ноутбуков и внешние жесткие диски, стали поддерживать USB-C. Двусторонние кабели USB-C, которые подключаются как к хосту, так и к приемнику, быстрее и эффективнее, чем старые разъемы Type-A и Type-B.

Растущая экосистема USB-C означает, что вам скоро потребуются поддерживаемые порты и разъемы для передачи данных и зарядки ноутбуков. Хотя Apple была первой компанией, которая представила порты USB-C на своих устройствах, они все чаще встречаются на других массовых устройствах. В дорогих ПК и ноутбуках есть как минимум один порт USB-C.

USB 3.0 или USB Super Speed - новое поколение интерфейса USB (Universal Serial Bus).

Его ключевым отличием от предыдущей версии USB 2.0 (или High Speed) является возросшая с 480Мбит/сек до 5Гбит/cек максимальная теоретическая скорость передачи данных.
Менее очевидный, но столь же принципиальный момент - с версией 3.0 USB не только разгонится, но и станет изохронным и полнодуплексным, т.е. обретёт возможность независимо передавать данные в обе стороны с максимальной скоростью. Более ранние версии USB были полудуплексными, и заявленная максимальная скорость достигалась только при передаче данных в одном направлении. Это усовершенствование крайне важно для будущих высокоскоростных USB 3.0 SSD и прочих устройств хранения данных, поскольку интерфейс не будет ограничивать потенциальные возможности устройства при одновременном выполнении операций чтения и записи.
На практике между контроллером и устройством достигается максимальная устоявшаяся скорость передачи данных около 380Мбайт/cек, что например, быстрее, чем фактическая скорость SATA-II (около 250Мбайт/cек), и более чем на порядок превышает аналогичный параметр для USB2.0 и IEEE1394.

Для того чтобы достичь таких характеристик, в USB 3.0 SuperSpeed впервые серьёзно была изменена конструкция разъёмов и кабелей с сохранением максимальной совместимости с предыдущими версиями стандарта там, где это возможно.
В дополнение к имеющимся в предыдущих версиях стандарта линиям питания, земли и дифференциальной пары для передачи данных добавлено ещё две дифференциальные пары для SuperSpeed-режима и отдельный экран, из-за чего сам кабель конструкцией и диаметром стал напоминать экранированную витую пару (STP) категории 6, а SuperSpeed часть USB 3.0 производительностью и использованными методами передачи информации очень напоминает PCI-E 2.0 1x во внешнем исполнении, к сожалению, являясь с ним полностью несовместимой.


Cхема USB 3.0 кабеля	Фото разрезанного USB 3.0 кабеля

Был добавлен новый тип разъёма - USB Powered B. В дополнение к уже имеющимся в USB 3.0 контактам там добавлены два принципиально новых - DPWR и DGND, которые обеспечивают возможность питания контроллера подключенным к нему устройством (а не наоборот, как было во всех других версиях интерфейса).

Усилено питание устройств - теперь USB3.0 контроллер может отдать до 900 мА вместо 500 мА у предыдущей версии интерфейса. Минимальная "порция" тока увеличена до 150мА, т.е. с одного контроллера может "кормиться" 6 устройств по 150мА или одно - съесть все 900. Естественно, возможны промежуточные варианты. Минимальное рабочее напряжение подключенного устройства снижено до 4 Вольт.

Усовершенствования коснулись не только физического уровня - в отличие от USB 2.0 HighSpeed, USB 3.0 SuperSpeed контроллер организует индивидуальный виртуальный канал до каждого устройства, а не транслирует все передаваемые данные всем подключенным к контроллеру устройствам (а те уже сами при этом разбираются, что из принятых пакетов данных действительно было им предназначено), это позволяет с некоторыми оговорками назвать USB 3.0 хаб - свитчем, коим он фактически и является.

Пожалуй, пока единственный заметный недостаток USB 3.0 - это снижение максимальной длины SuperSpeed кабеля до 3 метров, но, возможно, эта информация в дальнейшем будет уточнена, и по итогам массового внедрения эта цифра может непринципиально измениться как в большую, так и в меньшую сторону.

Механический ресурс обычных полноразмерных USB 3.0 коннекторов рассчитан на полторы тысячи циклов "подключение-отключение", коннекторов повышенной прочности - на пять тысяч таких циклов, а коннектор USB 3.0 Micro наиболее "живучий" - он должен выдерживать до десяти тысяч подключений и отключений.

2.Типы разъёмов и совместимость.


USB 3.0 MicroB коннектор	USB 3.0 коннекторы "A" и "B"	USB 3.0 обычный "A" и MicroB

SuperSpeed разъёмы в дополнение к четырём контактам, сохранённым на привычных местах для совместимости с предыдущими версиями стандарта, получили ещё пять специфичных контактов, располагающихся глубже внутри разъёмов и необходимых для работы в новом скоростном режиме. Однако полной обратной совместимости не достигнуто, поэтому кратко перечисляем исходы возможных сочетаний:

USB 2.0 устройство с разъёмом USB типа A, например, "флешку", можно подключить к USB 3.0 контроллеру, и оно будет там работать.
USB 2.0 устройство с разъёмом USB типа B, например, принтер, можно подключить к USB 3.0 контроллеру стандартным кабелем USB 2.0 A B, и оно будет там работать, разъёмы на кабеле просто не достанут до отвечающих за USB 3.0 контактов.
USB 3.0 устройство с разъёмом USB типа A можно подключить к контроллеру USB 2.0, и оно должно там работать в режимах USB 2.0.
USB 3.0 устройство не будет работать с контроллером USB 1.1.
Кабель USB 3.0 типа B невозможно подключить к разъёму USB 2.0, разъёмы старого типа имеют другую форму. В тоже время кабель USB 2.0 типа B входит в разъем USB 3.0 тип B.

Если вас интересует больше технических подробностей, то здесь можно скачать официальные спецификации интерфейса USB 3.0

Распиновка USB-кабеля означает описание внутреннего устройства универсальной последовательной шины. Это устройство применяется для передачи данных и зарядки аккумуляторов любых электронных приборов: мобильных телефонов, плееров, ноутбуков, планшетных компьютеров, магнитофонов и других гаджетов.

Проведение качественной распиновки требует знаний и умения читать схемы, ориентирования в типах и видах соединений, нужно знать классификацию проводов, их цвета и назначение. Длительная и бесперебойная работа кабеля обеспечивается правильным соединением проводами 2 коннекторов USB и mini-USB.

Виды USB-разъемов, основные отличия и особенности

На практике, из-за особенностей конструкции и реализации протокола, пропускная способность второй версии оказалась меньше заявленной и составляет 30-35 Мбайт/с. Кабеля и коннекторы спецификаций универсальной шины 1.1 и второго поколения имеют идентичную конфигурацию.

Универсальная шина третьего поколения поддерживает скорость 5 Гбит/с, равняющуюся скорости копирования 500 Мбайт/с. Она выпускается в синем цвете, что облегчает определение принадлежности штекеров и гнезд к усовершенствованной модели. Сила тока в шине 3.0 увеличилась с 500 мА до 900 мА. Эта особенность позволяет не использовать отдельные блоки питания для периферийных устройств, а задействовать шину 3.0 для их питания.

Совместимость спецификаций 2.0 и 3.0 выполняется частично.

Классификация и распиновка

Несмотря на то что последовательная шина называется универсальной, она представлена 2 типами. Они выполняют разные функции и обеспечивают совместимость с устройствами, обладающими улучшенными характеристиками.

Разъемы классического типа B не подходят для подключения малогабаритного электронного оборудования. Подключение планшетов, цифровой техники, мобильных телефонов выполняется с использованием миниатюрных разъемов Mini-USB и их улучшенной модификации Micro-USB. У этих разъемов уменьшенные размеры штекера и гнезда.

Распиновка USB 2.0 разъема типы A и B

+5V (красный VBUS), напряжение 5 В, максимальная сила тока 0,5 А, предназначен для питания;
D- (белый) Data-;
D+ (зеленый) Data+;
GND (черный), напряжение 0 В, используется для заземления.

Для формата мини: mini-USB и micro-USB:

В большинстве кабелей имеется провод Shield, он не имеет изоляции, используется в роли экрана. Он не маркируется, и ему не присваивается номер. Универсальная шина имеет 2 вида соединителя. Они имеют обозначение M (male) и F (female). Коннектор М (папа) называют штекером, его вставляют, разъем F (мама) называется гнездо, в него вставляют.

Читайте также: