Universali nuoseklioji magistralė (USB) ir jos raida

Sparčiai tobulėjančios ir besikeičiančios technologijos ir kasdien pasirodantys šimtai naujų įrašų apie informacines technologijas dažnai į šoną nustumia šiek tiek senesnius išradimus, kuriuos praktiškai naudojame kiekvieną dieną. Pavyzdžiui, USB technologija naudojamės turbūt kasdien, tačiau tikriausiai niekada nesusimąstome, kodėl ši jungtis tapo tokia populiari ir, atrodytų, nebe pakeičiama. Būtent šio įrašo pagrindinis tikslas ir yra visus plačiau supažindinti su USB savybėmis bei šios technologijos raida, kurios dėka pavyko sukurti tikrai universalią kompiuterinę sąsają.

Įrašo turinys

• Kas tai yra USB?
• Šiek tiek istorijos
• USB 1.0 ir USB 1.1
• USB 2.0
• USB 3.0
• Vietoj išvadų

Kas tai yra USB?

Trumpinys USB yra termino universali nuoseklioji kompiuterio magistralė (angl. Universal Serial Bus) lietuviškas atitikmuo, kuris apibūdina kompiuterinę sąsają, naudojamą išorinių periferinių įrenginių prijungimui prie kompiuterių, televizorių ir t.t. Nors ir kaip baisiai skamba šis terminas, tačiau bent po keletą USB jungčių rasite kiekviename šiuolaikiniame kompiuteryje ar kitame elektroniniame įrenginyje. Svarbiausia yra tai, kad ši jungtis prierašą universalioji gavo ne atsitiktinai, o dėl to, kad  šiuo metu naudojant USB prie kompiuterio galima prijungti daugiau kaip 127 skirtingus išorinius periferinius įrenginius.

Tikriausiai dar pamenate, kad ankščiau pelės ar klaviatūros prijungimui prie kompiuterio naudojote atskiras tik tam pritaikytas jungtis, o šiuo metu šių išorinių periferinių įrenginių prijungimui pakanka vienos universalios USB jungties. Kitaip sakant universali nuosekliojo kompiuterio magistralė leido atsisakyti daugybės ankščiau kompiuteryje naudojamų jungčių ir jas pakeisti vieninga sąsaja, kuri šiuo metu prie kompiuterio leidžia prijungti tokius išorinius elektroninius įrenginius, kaip skaitmeninės kameros, spausdintuvai, telefonai, išorinės laikmenos, garso kolonėles ir t.t.

Dažniausiai USB jungtis yra naudojama skaitmeniniams duomenims perduoti, tačiau neretai pasitarnauja ir kaip puikus energijos šaltinis elektroniniams įrenginiams, kurie pareikalauja ne daug galios. Būtent dėl šios priežasties, naudojant USB sąsają galime pakrauti telefonus ar skaitmeninius fotoaparatus, o daugumai turbūt puikiai žinomi ir tokie kiniški žaisliukai, kaip ventiliatoriai, šildomos pirštinės ar kiti aksesuarai, kurie energiją gauna būtent iš USB sąsajos.

Šiek tiek istorijos

USB kompiuterinės sąsajos kūrimas buvo pradėtas dar 1994 metais, o šio projekto įgyvendinimo ėmėsi tokios garsios kompanijos, kaip „Intel“, „IBM“, „Microsoft“. Be jau išvardintųjų bendrovių, prie šio projekto dar dirbo „Compaq“, „DEC“, „NEC“ ir „Nortel“, o tai reiškia, kad visą komandą išviso sudarė net septynios kompanijos. Drauge bendro tikslo siekiančių bendrovių pagrindinė užduotis buvo sukurti sąsają, kuri iš esmės palengvintų išorinių įrenginių prijungimą prie kompiuterio ir taip padėtų sumažinti PC galinėje dalyje esančių jungčių skaičių. Žinoma, taip pat buvo orientuojamasi į paprastą programinės įrangos konfigūraciją ir didelę duomenų perdavimo spartą.

Skirtingų USB versijų spartų palyginimas

Pirmųjų vaisių ilgai laukti nereikėjo, kadangi jau 1995 metais buvo pristatytos pirmosios universalios nuosekliosios kompiuterinės magistralės versijos. Šie metai taip pat įsimintini ir tuo, kad buvo suformuota „USB Implementation Forum“ organizacija, kurią jau sudarė 340 kompanijų. Pagrindinis naujai suformuotos organizacijos uždavinys buvo skatinti USB technologijos naudojimą ir panašu, kad tai pavyko, kadangi „USB – IF“ šiuo metu jau turi daugiau nei 800 narių.

Tuo tarpu 1996 metai buvo ne ką mažiau sėkmingi, kadangi plačiajai visuomenei buvo pristatyta USB 1.0 versija ir jau tais pačiais metais pasaulyje buvo daugiau nei 500 įvairių USB įrenginių. Sparčią plėtrą patvirtina ir tai, kad 1998 metais USB tapo viena populiariausių technologijų. Jau po ketverių metų nuo USB 1.0 išleidimo, rinką pasiekė visiems puikiai ir šiuo metu  žinoma USB 2.0 versija, kuri pasižymi žymiai didesne perdavimo sparta bei kitomis svarbiomis galimybėmis. Vis dėlto, tuo USB plėtros istorija nesibaigė, kadangi 2008 metais buvo paskelbtos USB 3.0 versijos techninės charakteristikos, kurios garantavo dar iki šios neregėtas perdavimo spartas šia sąsaja.

USB 1.0 ir USB 1.1

Pirmoji USB 1.0 versija buvo išleista dar 1995 metais, tačiau tai buvo tik RC (angl. Release Candidate) sąsajos versija. Kaip jau buvo minėta ankščiau, pirmoji tikra USB 1.0 versija plačiajai rinkai pasirodė 1996 metų sausį ir palaikė 1,5 Mbit/s (mažo pralaidumo) ir 12 Mbit/s (didelio pralaidumo) duomenų perdavimo spartas. Pavyzdžiui, minėtos mažesnės spartos pilnai pakanka geram pelės funkcionavimui, tačiau sudėtingos, daugiau į žaidimo mėgėjus orientuotos klaviatūros ar kita įranga gali pareikalauti ir 12 Mbit/s duomenų pralaidumo. Nors pristačius šią versiją buvo žengtas pirmasis didelis žingsnis tolimesnės universalios nuosekliosios magistralės tobulinimo link, tačiau ji taip pat dar turėjo ir daugybę trūkumų. Atsižvelgiant į kylančius apribojimus jau po dviejų metų buvo pristatyta atnaujinta USB 1.1 versija, kuri pašalino dalį apribojimų ir garantavo žymiai praktiškesnį šios sąsajos panaudojimą.

Vis dėlto, USB sąsają pradėjus diegti kompiuteriuose su „Windows“ operacine sistema, ji gana ilgą laiką daugeliui nekėlė ypatingo susidomėjimo, ir dauguma dažniausiai rinkosi naudoti senas ir jau tapusias įprastomis sąsajas. Pirmą svarbų žingsnį USB jungties populiarinimo link žengė „Apple“ korporacija. Ši bendrovė išleido kompiuterį pavadinimu „iMac“, kuris pasižymėjo tuo, kad neturėjo ankščiau naudojamų sąsajų ir vietoje jų turėjo tik integruotas USB 1.1 jungtis.

Čia dar galima paminėti ir tai, kad kiekviena iš USB versijų išsiskiria sau būdingu logotipu. Pavyzdžiui, aukščiau matomas logotipas nurodo, kad atitinkamas USB įrenginys palaiko 1.0 arba 1.1 sąsajos versiją, o tai leidžia orientuotis kokią maksimalią duomenų perdavimo spartą pavyks pasiekti.

USB 2.0

Akivaizdu, kad prie USB technologijos dirbanti komanda tikėjo savo jėgomis, kadangi vos po dviejų metų nuo USB 1.1 versijos išleidimo, 2000 metais rinką pasiekė jau žymiai tobulesnė ir spartesnė USB 2.0 sąsajos versija. Ši technologijos versija yra naudojama iki šiol, o tai tik patvirtina jos puikias savybes, kadangi prieš 12 metų sukurtai technologijai kol kas nelabai yra alternatyvų. USB 2.0 gali užtikrinti 60 Mbit/s arba 480 MBit/s spartą, o tai yra net 10 kartų spartesnis duomenų perdavimas nei USB 1.0 ir 1.1 versijoje. Kaip jau tikriausiai pastebėjote, kartu su nauja versija, buvo sukurtas ir naujas logotipas, kuris leidžia identifikuoti įrenginiuose naudojamą USB 2.0 sąsają. Būtent šį logotipą su prierašu „Hi – Speed“ šiuo metu galite rasti ant daugumos elektroninių įrenginių pakuočių.

Padidėjusi duomenų perdavimo sparta suteikė galimybę prie kompiuterio prijungti ne tik tokius paprastus ir didelės spartos nereikalaujančius įrenginius kaip pelė ar klaviatūra, tačiau taip pat ir aukštosios raiškos internetines kameras ar didelės talpos išorines laikmenas. Žinoma, tęsiant sąsajos tobulino darbus, buvo pagalvota ir apie skirtingų versijų tarpusavio suderinamumą. Kitaip sakant, šiuo atveju galima prie USB 2.0 jungties prijungti USB 1.1 įrenginį, tačiau, žinoma, naujesnei versijai būdingos spartos bei kitų naujų funkcijų dėl technologinių apribojimų pasiekti nepavyktų.

Kartu su USB 2.0 versija, rinkoje pasirodė ir įvairių šios jungties modifikacijų, kurios gali būti skirtingos priklausomai nuo elektroninio įrenginio. Pavyzdžiui, viena iš priežasčių, kodėl kai kur nėra naudojama standartinė USB-A jungtis gali būti tai, kad tam tikrame elektroniniame prietaise tiesiog nėra vietos sąlyginai didelei jungčiai, todėl vietoj jos galima panaudoti mažesniu dydžiu pasižyminčias modifikacijas.

USB 3.0

Kaip jau visi tikriausiai esate įsitikinę, USB 2.0 yra tikrai revoliucinė ir universali sąsaja, tačiau čia šios jungties raida nesibaigia. Būtent jau 2008 metais buvo pristatyta USB 3.0 versija, kuri siūlo 10 kartų didesnes perdavimo spartas nei USB 2.0. Kitaip sakant naudojant USB 3.0 sąsają galima pasiekti net 5 Gbit/s duomenų perdavimo spartą. Kaip ir visoms iki šiol išleistoms sąsajų versijoms, taip ir šiais buvo sukurtas naujas logotipas, kuris gavo prierašą „SuperSpeed“. Nors USB 3.0 buvo išleistas net po aštuonerių metų nuo USB 2.0 pasirodymo, dizaino požiūriu jungtis beveik nepakito, tačiau gavo svarbių technologinių pakitimų, kurie iš išorės yra beveik nematomi.

USB 3.0 pasižymi tuo, kad turi jau net 9 kontaktus, kai tuo tarpu USB 2.0 sąsajai buvo būdingi tik keturi. Vis dėlto, tai atvėrė naujas galimybes USB sąsajai, kadangi USB 3.0 versija veikia pilno duplekso rėžimu (angl. full – duplex), o USB 2.0 yra būdingas tik pakaitinis dvipusis ryšys (angl. half – duplex). Kitaip sakant ši savybė įgalina trečiosios kartos USB sąsajai vykdyti duomenų mainus abiem kryptimis (aukštynkryptis ir žemynkryptis ryšys) be jokių perdavimo spartos pokyčių. Tuo tarpu USB 2.0 versija duomenis vienu metu gali perduoti tik viena iš ankščiau paminėtų krypčių.

Šiomis naujomis savybėmis USB 3.0 pasižymi todėl, kad vietoje 4 laidų (+5V įtampa, žemė, ir 2 laidai duomenims) naudojamų USB 2.0, nuo šiol yra naudojami keturi papildomi laidai duomenims perduoti. Tiksliau sakant USB 3.0 yra palikta viena neakranuota vyta laidų pora (UTP), kuri buvo naudojama antroje universalios nuoseklios magistralės versijoje, tačiau taip pat pridėtos dvi papildomos ekranuotos vytos poros (STP).

USB 3.0 kabelio pjūvis

Kaip supratote, naujausia USB versija gali pasiūlyti ne tik žymiai didesnę perdavimo spartą, tačiau ir kitus naujus technologinius sprendimus. Nepaisant to, USB 3.0 adaptacija vyksta sąlyginai lėtai, kadangi kompiuterinių lustų gamintojai turi parengti su šiuo standartu suderinamas motinines plokštes, o į šią naują versiją gana vangiai žiūri ir programinės dalies kūrėjai. Tikriausiai pagrindinė to priežastis – per ilgai uždelstas USB 3.0 išleidimas, lyginant su ankstesnėmis versijomis.

Vietoj išvadų

Šiek tiek mažiau besigilinantiems į USB technologiją, o norintiems tik ja naudotis galbūt ir nekils klausimas apie galimus universalios nuoseklios kompiuterio magistralės trūkumus, tačiau juos žinoti, manyčiau, svarbu visiems. Bene svarbiausias ir turbūt vienintelis USB trūkumas yra kabelio ilgis. Kitaip sakant duomenų perdavimas per USB sąsają galimas tik tuomet jeigu neviršijamas maksimalus galimas kabelio ilgis. Pavyzdžiui, USB 1.0 jo ilgis galėjo būti ne didesnis nei 3 metrai, USB 2.0 padidėjo iki 5 metrų, o USB 3.0 gali siekti dar daugiau, tačiau nėra tiksliai nurodomas. Tai svarbu žinoti todėl, kad vėliau netektų kaltinti pardavėjo dėl neva neveikiančio įrenginio. Reikia įsidėmėti tai, kad norint prailginti turimą USB kabelį negalima viršyti nurodytų ribų, kadangi tuomet ši sąsaja gali neveikti ir tapti beverte.

Žinoma, gamintojo nurodomą atstumą galima padidinti naudojant papildomus signalo stiprintuvus, tačiau klausimas ar to reikia. Galbūt tuomet geriau naudoti kitas sąsajas, kurios užtikrina duomenų perdavimą didesniais atstumais? Vis dėlto, šios sąsajos paskirtis dažniausiai yra prijunti elektroninius įrenginius esančius netoliese kompiuterio, todėl paprastam vartotojui tokios problemos neturėtų kilti. Kitaip sakant reikia sutikti, kad USB turi žymiai daugiau pliusų, nei minusų ir būtent tai leido šiais sąsajai tapti viena populiariausių visame elektronikos pasaulyje.

Pagrindiniai naudoti šaltiniai: 1) How USB Ports Work; 2) Everything you Need to Know about USB Drives; 3) USB Presentation; 4) USB 2.0, Hi-Speed USB FAQ