USB 3.0 - 10 razy szybciej!

Standard USB ma też swoje ograniczenia. Największą wadą standardu USB, według wielu użytkowników, jest konieczność używania kabli do łączenia urządzeń. Połączeniem zalet technologii USB i bezprzewodowej transmisji danych na bliskie odległości jest Wireless USB, inaczej WUSB. Wireless USB pozwala na transmisję danych z prędkością 480 Mb/s na dystansie trzech metrów. W wypadku obniżenia szybkości transmisji do 110 Mb/s możliwy jest przesył danych na odległość do 10 m. Opracowywany obecnie standard Certified Wireless USB 1.1 ma pozwalać na transmisję informacji z prędkością dochodzącą do 1 Gb/s na dystansie 2–3 metrów.

Standard USB (Universal Serial Bus – uniwersalna magistrala szeregowa) opracowano w 1996 roku. Do konsorcjum, które stworzyło i promowało w pierwszych latach USB, należały firmy: Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC oraz Nortel. Ale to przede wszystkim determinacji Intela zawdzięczamy, że popularność zdobył USB, a nie konkurencyjny, opracowany w tym samym czasie przez firmę Apple, standard FireWire (IEEE 1394). Intel szybko wprowadził obsługę USB do swoich chipsetów i początkowo wręcz dopłacał do jego implementacji w komputerach i urządzeniach peryferyjnych.

Standard USB zastąpił niewygodne, stosowane wówczas w komputerach złącza równoległe (LPT) i szeregowe (COM, czyli RS-232). Nie pozwalały one na szybką transmisję danych, a liczba tych portów w komputerze była ograniczona – kontroler szeregowy obsługiwał maksymalnie cztery złącza, a równoległy dwa. Co więcej, podłączenie urządzenia peryferyjnego często wymagało ręcznej konfiguracji za pomocą zworek na płycie głównej, tzw. przerwań (IRQ) i obsługiwanych portów wejścia/wyjścia, nie mówiąc o skomplikowanej instalacji sterowników. Urządzenie nie mogło być włączane i wyłączane „w locie” – za każdym razem trzeba było wyłączać komputer.

USB miało więc też uprościć obsługę urządzeń peryferyjnych, dzięki możliwości ich podłączania bez wyłączania i restartu komputera (hot plug) oraz ich automatycznej konfiguracji (plug and play). Standard USB z założenia ujednolicał też obsługę większości urządzeń peryferyjnych, takich jak drukarki, skanery, myszy, klawiatury, dżojstiki, modemy, a później obsługę aparatów cyfrowych i kamer internetowych. Zastosowanie tej magistrali wyeliminowało też większość problemów konfiguracyjnych, a maksymalna szybkość transmisji złącza USB była kilkunastokrotnie wyższa od szybkości interfejsu szeregowego.

Na zdjęciu są widoczne wtyczki: microUSB (1), miniUSB (2), złącze męskie typu B (3), złącze żeńskie typu A (4), złącze męskie typu A (5). Wtyczki microUSB i znacznie popularniejsze miniUSB stosuje się m.in. w dyktafonach, odtwarzaczach MP3/MP4, aparatach fotograficznych i telefonach. Złącze USB typu B jest używane w drukarkach, skanerach, urządzeniach wielofunkcyjnych, a najpopularniejsze, typu A, w większości urządzeń USB. Złącze żeńskie typu A mają różnego rodzaju przedłużacze USB.

Mimo to przez kilka lat od opracowania standardu było na rynku niewiele urządzeń USB, a użytkownicy chętniej wybierali starsze rozwiązania. Również ówczesne systemy operacyjne Windows 95/98 i Windows NT nie najlepiej obsługiwały ten standard. Dopiero po pojawieniu się Windows XP i pierwszych pendrive’ów, które zastąpiły dyskietki, nastąpił prawdziwy wysyp urządzeń USB.

Standard uniwersalnej magistrali szeregowej pozwala na podłączenie do każdego gniazda USB w komputerze do 127 urządzeń. Do takich połączeń wykorzystuje się huby USB, które można spinać jeden z drugim. Magistrala USB wymaga obecności dokładnie jednego kontrolera magistrali, którego funkcję zawsze pełni komputer (host).

Taka topologia magistrali USB, w której może występować tylko jeden host, uniemożliwia bezpośrednie połączenie ze sobą dwóch komputerów. Aby spiąć je ze sobą za pośrednictwem USB, potrzebny jest przewód ze specjalnym układem sterującym. Architektura magistrali USB nie pozwala też na bezpośrednie łączenie ze sobą urządzeń peryferyjnych. W takiej sieci brakuje kontrolera magistrali USB, który mógłby sterować jej działaniem. Niemniej niektóre urządzenia, np. drukarki fotograficzne, potrafią „udawać” host, co umożliwia np. bezpośredni wydruk zdjęć z aparatu cyfrowego.

Długość przewodu łączącego dwa urządzenia zgodnie ze standardem USB nie może przekraczać pięciu metrów. Ale w sprzedaży są przewody (repeatery USB), które pozwalają zwiększyć ten dystans.

Różne urządzenia peryferyjne z portami USB 3.0 wprowadził na rynek Unitek. Oferuje m.in. karty PCI Express i PCMCIA Express Card (1) oraz kabel USB 3.0 do podłączenia dysku SATA. Tajwański producent PQI oferuje zewnętrzne dyski H566 i S533 z portem USB 3.0, a także pendrive’y zgodne z tym standardem (2). W sprzedaży są płyty główne z wejściami USB 3.0, np. Asus Xtreme Design P7P55D-E czy Gigabyte GA-790XT (3). Na targach CeBIT Point Grey zaprezentował prototyp kamerki internetowej Full HD (4), a Asus – nettop EeeBox PC EB1501U (5).

Pierwsza rynkowa specyfikacja magistrali USB 1.1 umożliwia transmisję danych z maksymalną szybkością 12 Mb/s. Magistrala USB pozwala też zasilać urządzenia, dzięki czemu do ich działania nie potrzeba dodatkowego zasilacza, ale pod jednym warunkiem. Urządzenie musi być zasilane napięciem pięciu woltów i nie może pobierać więcej prądu niż 500 mA.

W tym miejscu trzeba wspomnieć o aktywnych i pasywnych hubach USB. Pierwsze mają własny zasilacz, dzięki czemu można do nich podłączać dowolne urządzenia, w tym sprzęt pobierający do 500 mA prądu. Hub pasywny nie ma zasilacza i potrzebną do jego działania energię pobiera z komputera lub nadrzędnego w stosunku do niego huba. W takim wypadku urządzenie podłączone do pasywnego huba USB może pobierać maksymalny prąd 100 mA.

To dlatego do najpopularniejszych, pasywnych hubów USB nie można podłączyć przenośnych dysków twardych, gdyż do działania potrzebują one znacznie większej energii i mogą ulec uszkodzeniu. Najlepiej podłączać je bezpośrednio do gniazd USB w komputerze.

Obecnie większość dostępnych na rynku urządzeń jest zgodnych ze specyfikacją USB 2.0, opracowaną w 2001 roku. W stosunku do USB 1.1 oferuje zwiększoną maksymalną szybkość transmisji do 480 Mb/s (60 MB/s). Urządzenia USB 2.0 są w pełni kompatybilne w dół ze standardem USB 1.1.

Standard USB 2.0 jest jednak zbyt wolny jak na potrzeby dzisiejszej transmisji dużej ilości danych przesyłanych np. z kamery cyfrowej lub internetowej kamery USB o rozdzielczości Full HD. Co więcej, coraz częściej porty USB są wykorzystywane do ładowania akumulatorów telefonów komórkowych czy przenośnych odtwarzaczy multimedialnych. Na dodatek organizacja International Telecommunication Union zatwierdziła pod koniec października 2009 roku standard, zakładający stworzenie uniwersalnej ładowarki dla komórek, wykorzystującej interfejs micro-USB. Spowoduje to, że ładowanie urządzeń przenośnych i GPS-ów poprzez magistralę USB stanie się powszechniejsze.

Aby sprostać nowym wymaganiom, powstał standard USB 3.0. Pierwszy układ scalony kontrolera USB 3.0, firmy NEC, pokazano w maju 2009 roku, a prototypowe urządzenia i kontrolery USB 3.0 – w połowie 2009 roku na konferencji IDF. Na tegorocznych targach CeBIT producenci zaprezentowali m.in. płyty główne, komputery, netbooki i notebooki ze złączami USB 3.0. Wszystkie trafiają już do sklepów.

Najważniejszą zaletą USB 3.0 jest zwiększenie szybkości przesyłu danych do 4,8 Gb/s (600 MB/s). Nowa magistrala jest kompatybilna w dół z USB 2.0 i 1.1. Dzięki temu wszystkie starsze urządzenia można podłączyć do USB 3.0. Ciekawostką jest to, że oprócz standardowych przewodów, jak w kablach USB 1.1 i 2.0, w USB 3.0 zastosowano dwie dodatkowe ekranowane pary przewodów. Służą one do szybkiej transmisji danych w trybie duplex. Dane mogą być jednocześnie przesyłane w obu kierunkach bez spadku szybkości transmisji, która cechuje magistrale USB 2.0 i 1.1.

Drugą ważną zmianą jest to, że w USB 3.0 została podniesiona wartość natężenia prądu pobieranego przez urządzenia z 500 mA do 900 mA. Dzięki temu do komputera będzie można podłączać pobierające więcej prądu urządzenia oraz ładować przez magistralę USB większość dostępnych urządzeń przenośnych. Dla użytkowników notebooków i netbooków ważne jest to, że w USB 3.0 zmieniono sposób zarządzania wysyłanymi przez kontroler informacjami kontrolno-sterującymi magistralą USB. Pozwala to ograniczyć zużycie prądu w czasie, gdy podłączone do USB urządzenia nie przesyłają danych, a znajdują się w stanie czuwania.