Грузите гигабиты бочками

Темные века

Всего десять лет назад на жесткий диск современного компьютера могло поместиться не более пяти-шести игр. В 1998 году мы разрывались между Baldur’s Gate, Half-Life и Might and Magic 6: мы не могли установить все сразу, не хватало жесткого диска.

Однако увеличение объема не было проблемой — проблема заключалась в том, как быстро это было написано и прочитано. В то время жесткие диски подключались с помощью 40-проводных кабелей IDE, также известных как ATA или Parallel ATA. Широкие кабели IDE были недостаточно прочными, и даже неудобными, они также не могли обеспечить высокую пропускную способность. Предел более современного стандарта Ultra DMA 2 на тот момент составлял 33 МБ / с, хотя в реальных условиях ситуация была примерно в три раза хуже. Кроме того, два устройства часто подключались к шлейфу одновременно, и пропускная способность шины распределялась между ними.

Для подключения внешних устройств в середине девяностых использовалось много разных портов. Принтеры обычно занимают порт LPT. Клавиатуры и мыши: разъемы PS / 2 сохранились до наших дней. Последовательный порт COM использовался для соединения компьютеров между собой, а также для установки некоторых моделей мышей и модемов. Также были материнские платы с пятиконтактным разъемом для клавиатуры DIN. Джойстики, геймпады и музыкальные клавиатуры использовали игровой порт (также известный как MIDI). В целом, несмотря на видимость порядка, в подключении внешних устройств царил хаос.

Внешние различия

Теперь давайте узнаем, как отличить USB 2.0 от 3.0 по внешним характеристикам. Их легко заметить визуально, так как они различаются цветом пластиковой вставки с прикрепленными к ней контактами и длиной / толщиной провода.

Так, для идентификации разъемов производителями при производстве портов 2.0 принято использовать черный или серый цвета, в то время как 3.0 определяет синий пластик, для некоторых марок — красный.

Разница между ЮСБ 3.0 и 2.0 еще и в кабеле. Его максимальная длина для кабеля 3.0 не может превышать трех метров, а длина кабеля 2.0 может достигать пяти метров. В этом случае кабель предыдущего поколения содержит четыре линии (пара приема / отправки данных, а также источник питания «+» и «0»), разъем A имеет четыре контакта. Третий вариант предполагает еще четыре линии связи: две витые пары и контакт заземления сигнала, утолщающий кабель, контакты нового разъема будут размещены в отдельном ряду контактов.

Технические особенности

Несмотря на совместимость USB 2.0 и 3.0, существуют серьезные технические различия в стандартах, а также разница в дизайне. Совместное использование достигается путем размещения основных контактов в одном месте, в то время как в новой версии есть пять дополнительных контактов для повышения производительности устройства.

Увеличенный максимальный поток нового стандарта (до 900 мА) устраняет необходимость использования внешнего источника питания для энергозависимых периферийных устройств; для полной зарядки телефонов и других устройств потребуется меньше времени, кроме того, можно увеличить количество устройств, заряжаемых от одного порта одновременно.

Обратная совместимость

Устройства USB 3.0 взаимно совместимы с устройствами с разъемами второго поколения, а конструктивные различия между USB 2.0 и 3.0 (в варианте 2.0 используется 4 провода, а в версии 3.0 — 8), определяющие их характеристики, определяют ограничения скорости. То есть данные не будут передаваться быстрее через 3.0, чем заявленная скорость интерфейса предыдущего поколения. Если требуется скорость, указанная в новом стандарте, и устройства, и кабель должны поддерживать версию 3.0.

ЮСБ третьего поколения имеет обратную совместимость со всеми предыдущими версиями, разъемы типа A подходят для устаревших портов 2.0, но все еще используются, новые разъемы типа B, mini и micro в большинстве случаев не подойдут для старых дверей.

Увеличение быстродействия

Основное различие между USB 2.0 и USB 3.0 — скорость передачи пакетов. Новый стандарт SuperSpeed ​​(USB 3.1 Gen 1 или 3.2 Gen 1) обеспечивает скорость до 5 ГБ в секунду, поэтому время, затрачиваемое на передачу данных, теперь сокращается в 10 раз. Скорость USB 3.2 Gen 2 достигает 10 Гбит / с, а USB 3.2 Gen 2×2 (режим двойного потока) — 20 Гбит / с, если эта версия поддерживается всеми сопряженными устройствами, поэтому последние версии производят еще большее впечатление.

Цена устройств

Стоимость накопителей зависит от множества факторов. В основном это определяется объемом памяти устройств (на данный момент можно найти копии, емкость которых исчисляется в терабайтах, а цена на них будет стремительно расти), производитель тоже считает, но не в последнее место при бирке цены и скорости передачи данных благодаря интерфейсу подключения… Если самую обычную флешку на 16 Гб с разъемом 2.0 можно будет приобрести за 200 рублей, то уже будут варианты с интерфейсом 3.0 или 3.1 стоимость 350-400 руб и больше. В этом случае стоит учесть и другие факторы, которые, помимо разницы поколений, влияют на цену.

Спецификация USB 3.0: коротко о главном

Если говорить о главном преимуществе стандарта USB 3.0 перед стандартом USB 2.0, то это, конечно же, скорость передачи данных. Спецификация USB 3.0 обеспечивает режим SuperSpeed ​​со скоростью передачи данных до 5 Гбит / с (640 МБ / с), что более чем в 10 раз превышает предусмотренный спецификацией USB 2.0. Конечно, реальная скорость передачи данных, скорее всего, будет ниже, но даже с учетом этого для большинства периферийных устройств пропускной способности шины USB 3.0 более чем достаточно.

Конечно, высокая скорость передачи данных по шине USB 3.0 — не единственное отличие от шины USB 2.0. Но при всех отличиях (их много) обратная совместимость USB 3.0 с USB 2.0 остается. То есть в спецификации USB 3.0 помимо режима SuperSpeed ​​остались еще режимы Hi-Speed, Full-Speed ​​и Low-Speed. Кроме того, разъемы USB 3.0 совместимы с разъемами USB 2.0. Это означает, что все периферийные устройства USB 2.0 могут быть подключены к шине USB 3.0.

Следующее существенное различие между спецификациями USB 3.0 и USB 2.0 заключается в том, что стандарт предусматривает двунаправленную передачу данных по нескольким витым парам. Поэтому контактов в разъемах USB 3.0 больше. Также увеличилось количество проводов в USB-кабеле. Итак, в стандарте USB 2.0 одна витая пара использовалась для приема / передачи данных, а другая — для питания, то есть разъемы USB 2.0 имели четыре контакта, а кабель USB содержал четыре провода. В спецификации USB 3.0 первая пара используется для передачи данных, вторая — для приема данных, третья — для питания, а для совместимости со стандартом USB 2.0 четвертая пара предназначена для приема / передачи данных в USB 2.0 (высокий скорость, максимальная скорость и низкая скорость). Кроме того, есть еще одна «земля» (GND_DRAIN) в виде косы из двух переплетенных пар. Итак, в кабеле USB 3.0 не четыре провода (как в кабеле USB 2.0), а восемь (рис. 4), но в разъемах USB 3.0 контактов минимум девять (оплетки витых пар соединены к выводу GND_DRAIN).

Напряжение питания, передаваемое по шине USB, осталось неизменным — +5 В.

2013: USB 3.1 увеличивает скорость передачи данных до 10 Гбит/с

Группа разработчиков USB 3.0 подготовила окончательную спецификацию для стандарта USB 3.1, универсальной последовательной шины с пропускной способностью 10 Гбит / с, летом 2013 года. Это вдвое превышает максимальную скорость интерфейса SuperSpeed ​​USB, который соответствует стандарту Спецификация USB 3.0. Впервые об этом стандарте было объявлено в январе на выставке бытовой электроники CES 2013  .

Обновление будет обратно совместимо со стандартами 3.0 и 2.0, но заявленная скорость будет доступна только для устройств с поддержкой USB 3.1. SuperSpeed ​​USB 10 Гбит / с использует улучшенное шифрование данных для повышения эффективности связи.

интересно, что Intel объявила о поддержке новой технологии, которая разработала собственный конкурирующий протокол Thunderbolt со скоростью передачи данных 20 Гбит / с. Дело в том, что Thunderbolt поддерживают чуть более сотни устройств, и их количество растет слишком медленно.

Эксперты считают, что технология USB 3.1 позволит людям с несколькими устройствами практически мгновенно передавать большие объемы данных между ними.

Подробное описание нового стандарта размещено на веб-сайте форума разработчиков USB. Как известно, организация USB 3.0 Promoter Group надеется ускорить внедрение USB 3.1 и до конца этого года организует несколько мероприятий для разработчиков. В серийных моделях материнских плат, накопителей, роутеров и так далее USB 3.1, скорее всего, появится не ранее второй половины 2014 года.

Эпоха перемен

Между кабелем USB 3.0 и кабелем USB 2.0 есть как минимум три заметных отличия: толщина, маркировка у основания разъема (SS — логотип SuperSpeed) и его цвет — сине-синий.

Появление нового унифицированного интерфейса универсальной последовательной шины (USB) приветствовалось как обычными пользователями, так и производителями оборудования. Устройства можно было подключать через USB без перезагрузки компьютера. Кроме того, соединитель привел к унификации. Клавиатура, мышь, джойстик и принтер теперь были подключены через один порт. Сентябрь 1998 года, когда была выпущена пересмотренная версия спецификации USB 1.1 — первая версия интерфейса, получившая массовое распространение — это стало своего рода вехой. Эра USB началась.

Начали появляться первые флешки — возникла необходимость увеличить пропускную способность шины. В апреле 2000 года вышла новая версия спецификации: USB 2.0 (самый популярный на сегодняшний день) с поддержкой высокоскоростного режима, что увеличило максимальную скорость обмена данными в несколько десятков раз!

Начали увеличиваться и объемы жестких дисков: если в 1997 году емкость стандартного жесткого диска составляла 5-8 ГБ, то в 2004 году этот показатель вырос в 15 раз. Для больших жестких дисков требовались более быстрые интерфейсы. В отличие от параллельной IDE, последовательный интерфейс SATA появился в 2003 году. Предельная скорость передачи данных резко возросла до 187,5 Мбит / с. Этой цифры было более чем достаточно, но объем жестких дисков продолжал неуклонно расти, и в 2004 году была выпущена спецификация SATA 2, обеспечивающая пропускную способность 3 Гбит / с (или 375 МБ / с). Даже сейчас, шесть лет спустя, редкий компьютер даже приближается к максимальной скорости интерфейса.

2011: Apple запатентовала миниатюрный разъем с поддержкой USB 3.0

Патент, поданный осенью 2009 года, описывает миниатюрный 30-контактный разъем для мобильных устройств, таких как iPhone и iPod. Хотя отличительной особенностью запатентованного разъема является его небольшой размер, следует также отметить, что разъем одновременно поддерживает два новых стандарта передачи данных по кабелю: USB 3.0 и DisplayPort. Стандарт DisplayPort позволяет передавать до четырех одновременных потоков данных по соответствующим парам кабелей. Общая пропускная способность интерфейса может достигать 17,28 Гбит / с. 3

В 2011 году Apple и Intel совместно представили Thunderbolt, еще одну кабельную технологию (во время разработки известную как Light Peak). Он будет впервые реализован на компьютерах MacBook Pro и теоретически способен передавать данные со скоростью до 10 Гбит / с. Однако в текущем патенте технология Thunderbolt не упоминается.

Типы возможных разъемов и кабелей

Увеличилось количество возможных портов USB 3.0. Доступны разъемы USB 3.0 следующих типов: Type A, Type B, Powered-B, Micro-B, Micro-A и Micro-AB. Соответствие разъемов разных типов показано в табл. 1. Обратите внимание, что разъем USB 3.0 Micro-A существует только в версии с разъемом, а разъем USB 3.0 Micro-AB существует только в версии с гнездом. Следует особо отметить, что спецификация USB 3.0 не включает разъемы miniUSB типа B, которые в настоящее время очень популярны.

Разъем USB 3.0 типа A

Разъем USB 3.0 типа A (рис. 5), вилка и розетка, имеет ту же форму и размер, что и разъем USB 2.0 типа A. Он полностью совместим с разъемом USB 2.0 типа A, который является гнездом USB 3.0. A, помимо гнездового разъема USB 3.0 типа A, вы можете вставить гнездовой разъем USB 2.0 типа A и наоборот: гнездовой разъем USB 3.0 типа A можно вставить в гнездовой разъем USB 2.0 типа A.

Рис. 5. Разъем USB 3.0 типа A

Разъем USB 3.0 типа A имеет в общей сложности девять контактов (рисунок 6).

Совместимость разъема USB 3.0 типа A с разъемом USB 2.0 типа A достигается тем, что все контакты, присутствующие в разъеме USB 2.0 типа A, также находятся в разъеме USB 3.0 типа A, но последний также добавляет новые контакты.

Разъем USB 3.0 типа B

Разъем USB 3.0 типа B (рис. 7), как и разъем USB 2.0 типа B, будет использоваться для подключения фиксированных периферийных устройств, таких как принтеры, МФУ и внешние накопители. Компьютеры не будут использовать гнездовые разъемы USB 3.0 типа B (как и гнездовые разъемы USB 2.0 типа B). Разъем USB 3.0 типа B частично совместим с разъемом USB 2.0 типа B, то есть в гнездовой разъем USB 3.0 типа B, помимо разъема USB 3.0 типа B, можно вставить разъем USB 2.0 типа B, но подключив в гнездо USB 2.0 типа B к разъему USB 3.0 типа B.

В разъеме USB 3.0 типа B девять контактов (рисунок 8). Их расположение, конечно, отличается от расположения контактов в разъеме USB 3.0 типа A, однако соответствие номеров контактов и их назначения точно такое же (см. Таблица 2).

Разъем USB 3.0 Powered-B

Разъем USB 3.0 Powered-B полностью совместим с разъемом USB 3.0 Type B по своему форм-фактору, но отличается от него наличием двух дополнительных контактов питания (DPWR и DGND) и двух дополнительных проводов в USB-кабеле, что позволяет для питания USB-адаптеров без необходимости их подключения к сети.

К гнезду USB 3.0 Powered-B можно подключить один гнездовой разъем USB 3.0 Powered-B, один разъем USB 3.0 типа B и один разъем USB 2.0 типа B. Разъем USB 3.0 Powered-B имеет в общей сложности 11 контактов (Рисунок 9), как показано в таб. 3.

Разъем USB 3.0 Micro-B

Разъем USB 3.0 Micro-B (рис.10) предназначен для использования в портативных устройствах, таких как сотовые телефоны, коммуникаторы и т.д. Он совместим с разъемом USB 2.0 Micro-B, который представляет собой гнездовой разъем USB 3.0 Micro-B, разъем USB 3.0 Micro-B, вы также можете вставить штекерный разъем USB 2.0 Micro-B. Однако гнездовой разъем USB 3.0 Micro-B нельзя подключить к гнезду USB 3.0 Micro-B. Совместимость гнездового разъема USB 3.0 Micro-B с гнездовым разъемом USB 2.0 Micro-B достигается разделением разъема USB 3.0 Micro-B на две структурные части: USB 2.0 и USB 3.0. Часть USB 2.0 принимает отдельно штекер USB 2.0 Micro-B. Гнездовой разъем USB 3.0 Micro-B также структурно разделен на две части и может быть вставлен только в разъем USB 3.0 Micro-B (или USB 3.0 Micro-AB).

Разъем USB 3.0 Micro-B имеет всего десять контактов. В дополнение к стандартным контактам VBUS, D-, D +, GND, SSTX-, SSTX +, GND_DRAIN, SSRX- и SSRX + существует еще один конкретный идентификатор контакта для идентификации режима OTG.

Разъем USB 3.0 Micro-AB

Гнездовой разъем USB 3.0 Micro-AB будет использоваться только в устройствах, поддерживающих стандарт OTG (On-The-Go) (фактически, таких как разъем USB 2.0 Micro-AB). Гнездовой разъем USB 3.0 Micro-AB поддерживает гнезда USB 3.0 Micro-B, USB 3.0 Micro-A, USB 2.0 Micro-B и USB 2.0 Micro-A. Однако гнездовой разъем USB 2.0 Micro-AB будет совместим только с разъемами USB 2.0 Micro-B и USB 2.0 Micro-A.

Ренессанс

Две тысячи восьмой год открыты для широкой публики твердотельные накопители — SSD (Solid State Disks). Не достигая размеров современных жестких дисков, они, тем не менее, выиграли в других характеристиках: размере и весе, отказоустойчивости, низком энергопотреблении и, что самое главное, скорости. Время загрузки для нетбуков, в которых использовались твердотельные накопители, было намного меньше, чем для компьютеров на основе жестких дисков (здесь, однако, стоит отметить, что твердотельные накопители подходят только для работы операционной системы). Динамичное развитие рынка твердотельных накопителей побудило разработчиков серьезно задуматься о следующем повышении стандартов скорости.

Также увеличилось количество устройств, использующих USB-соединение. Теперь есть не только традиционные периферийные устройства, но и мобильные телефоны, плееры, PSP, настольные компьютеры и многие другие устройства. Веб-камеры поддерживают разрешения высокой четкости, внешние жесткие диски пытаются догнать и превзойти свои встроенные аналоги. USB не мог долго оставаться на 2.0. Было два варианта: освободить место, позволить более быстрым коллегам, таким как FireWire, работать дальше, или развиваться самостоятельно. Учитывая, что USB сейчас широко распространен и переход на IEEE1394 вынудит людей покупать адаптеры или даже целые устройства, история пошла во втором направлении.

В результате в прошлом году были обновлены интерфейсы USB 2.0 и SATA 2. Запуск был неоднозначным: Intel сначала отказалась от контроллера SATA Rev .. 3 на материнских платах с системной логикой P55, а затем перенесла на 2011 год служба поддержки.

Остальные компании были более дружелюбны к высокоскоростным интерфейсам: появляются первые материнские платы с новыми контроллерами, AMD уже этим летом планирует выпустить платформу с поддержкой USB 3.0 и SATA Rev.3 — чипсет носит кодовое название AMD. Рыбы. Однако следует отметить, что работать с USB 3.0 и SATA Rev.3 можно даже со старого компьютера — карты расширения PCIe x1 с необходимыми разъемами уже поступили в продажу. USB 3.0 и SATA Rev.3 заслуживают внимания, и какие улучшения производительности они принесут, мы узнали от Александра Шленского, технического специалиста Gigabyte, который одним из первых выпустил материнскую плату с поддержкой USB 3.0 и SATA. Rev.3 (см тестовую страницу этого листа).

2017: USB 3.2 обеспечит удвоенную скорость передачи данных

В конце июля USB 3.0 Promoter Group, межотраслевая группа, разрабатывающая одноименные стандарты, объявила о выпуске проекта спецификации USB 3.2, которая определяет многополосный трафик между хостами USB 3.2 и устройствами. Ожидается, что окончательная версия спецификации будет представлена ​​в сентябре 2017 года. 1

Особенности стандартной версии 3.2

Первоначально интерфейс USB был разработан для обмена данными между хост-системами и устройствами с использованием последовательного кабельного соединения с сигнальной шиной с одной боковой полосой. Стандарт USB 3.2 реализует возможность использования до двух сигнальных шин (линий) на порт. В результате две шины SuperSpeed ​​USB со скоростью до 5 Гбит / с каждая обеспечат производительность до 10 Гбит / с, соответственно, две шины 10 Гбит / с, сертифицированные для SuperSpeed ​​USB 10 Гбит / с, обеспечат производительность до 20 Гбит / с. В то же время удвоение скорости обмена данными станет возможным при использовании существующих кабелей (например, USB Type-C, сертифицированного по технологии SuperSpeed ​​USB 10 Gbps).

Стандартные функции USB

В дополнение к многополосной (2-полосной) скоростной работе с использованием существующего парка кабелей USB Type-C новый стандарт USB 3.2 также полностью совместим со стандартизованными технологиями кодирования и скорости передачи данных для физического уровня SuperSpeed ​​USB.

Кроме того, спецификация USB 3.2 включает минимальные обновления функций концентратора за счет более высоких скоростей передачи и обеспечения плавных переходов между режимами интерфейса с использованием одной или двух линий.

Кроме того, в стандартной версии 3.2 будет реализована встроенная поддержка функции USB Power Delivery, которая обеспечивает возможность быстрой зарядки аккумуляторов.

На SATAрт!

Когда журнал выйдет, в продажу поступит множество карт расширения, как с разъемами USB 3.0, так и с разъемами SATA Rev. 3. Наконец, можно будет занять PCIe x1.

SATA Rev.3 в два раза быстрее, чем SATA 2 — третья версия интерфейса поддерживает скорость до 6 Гбит / с (750 Мбит / с) по сравнению со старым 3Гбит / с. Здесь, кстати, следует отметить, что когда говорят «SATA 3», то тройка иногда означает не версию спецификации, а скорость передачи данных — те самые три гигабита. Другими словами, когда люди говорят «SATA 3», они на самом деле имеют в виду SATA 2. Поэтому мы придерживаемся названия SATA Rev.3 — во избежание путаницы.

Количество кадров в интерфейсе игры SATA Rev.3, очевидно, не увеличится, но это может ускорить загрузку сохранений или видео. По словам Александра, «жесткие диски, которые всегда бессознательно ограничивали производительность системы, делают новый шаг в направлении минимизации времени, когда пользователь вынужден ждать загрузки данных вместе с компьютером. Несмотря на то, что производительность жестких дисков в основном обусловлена ​​конструктивными ограничениями, не стоит забывать и о кэш-памяти, обмен данными с которой стал намного быстрее. Согласно данным тестирования, сегодня превосходство первого SATA Rev.3 может достигать 10-35% в зависимости от условий работы».