USB » Hogyan működik és mit jelent?
Kevés olyan eszköz van, amely az Universal Serial Bus vagy röviden USB csatlakozó nélkül működhet. Ez a szabvány támogatja az olyan eszközök adatátvitelét és tápellátását, mint pl.: fényképezők, pendrive, számítógépes egér, nyomtató, okostelefon.
Már 1996-ban a számítógépipar ismert gyártói, például az Intel, bevezették az USB 1.0 szabványt, amely akkoriban újdonságnak számított. Azóta a szabvány az egész világot bejárta, és folyamatosan igazodik az új követelményekhez, amelyek a csatlakozókkal, azok kompatibilitásával és az adatátviteli sebességükkel kapcsolatosak.
A gyártók például egyre nagyobb tárolókapacitású pendrive-okat vagy külső meghajtókat kínálnak. A több száz GB (gigabájt) vagy akár több TB (terabájt) kapacitású rendszerek ennek megfelelően nagy átviteli sebességet igényelnek. Csak így biztosítható, hogy a sok GB adat másolása ne tartson a végtelenségig. Ezért létezik USB-3 és USB-4 változat az USB-szabványon belül. Hogyan működik ez a technológia? Mik a különbségek? Mire kell figyelni? Az útmutatóban mindent elmagyarázunk.
Az Universal Serial Bus a soros architektúrán alapul. Ez azt jelenti, hogy az adatok bitenként, sorozatban kerülnek átvitelre egyik eszközről a másikra. Ez lehetővé teszi az adatok nagyobb sebességű átvitelét, kevesebb hibával. Emellett nincs szükség további tápkábelre, mivel a csatlakozó az áram továbbítására is szolgál. Az adatok továbbítása és fogadása mindkét irányban történik (I/O interfész).
USB szimbólum: Host csatlakozik a perifériákhoz.
A buszkapcsolat kezdetben elsődleges-másodlagos struktúrát mutatott. Van egy elsődleges (vagy host) eszköz , például notebook vagy számítógép, amely az adatátvitel vezérlésére használható.
Egy másodlagos eszköz (periférikus eszköz) csatlakozik hozzá az USB-portján keresztül. Adatokat tartalmaz, és a gazdagép vezérli. Ide tartoznak a nyomtatók, fényképezők vagy billentyűzetek.
Ha az adatok a PC-n vannak, szükség esetén átvihetők egy másik eszközre.
Példa: Fényképeket szeretne nyomtatni a fényképezőgépéről. Ehhez először vigye át a fényképeket a fényképezőgépéről (másodlagos) a számítógépére (elsődleges). Innen utasíthatja a nyomtatót (másodlagos) a nyomtatásra.
2001 óta az elsődleges-smásodlagos struktúra lazábbá vált. Az adatátvitel két periféria között is lehetséges. Például a fényképezőgép az USB kábelen keresztül közvetlenül a nyomtatóra küldheti a fényképeket. Lehetőség van okostelefonnon lévő adatokat közvetlenül pendrive-ra menteni is. Ezt a technológiát USB On The Go-nak (OTG) hívjuk. Ez az USB szimbólumban az „On-The-Go” szöveggel van jelölve. Általában az ilyen típusú adatátvitel korlátozott funkcionális képességekkel rendelkezik.
Általában csak egy másodlagos eszközt csatlakoztathat egy gazdagéphez egy porton (aljzaton) keresztül. Az olyan eszközökkel azonban, mint például az USB elosztó (USB hub), több perifériaeszközt is csatlakoztathat egyszerre. A porton keresztül egyidejűleg akár 127 periféria is csatlakoztatható az elsődleges eszközhöz. Két USB csatlakozó, vagy hub közötti távolság legfeljebb 5 m lehet az optimális működés érdekében. Minél beágyazottabbak a hub szintek, annál lassabb lesz az adatátvitel.
Az ilyen USB elosztók előnye, hogy nem kell újra csatlakoztatnia a kábeleket, ha több USB-s eszköze van. Egy tipikus számítógép USB portjai gyorsan lefoglalttá válnak. Amikor az egeret és a billentyűzetet Universal Serial Bus-on keresztül csatlakoztatjuk a gazdagéphez, a dolgok kissé szűkössé válnak. Általában van egy nyomtató, külső meghajtó, kamera, okostelefon, stb., amit vagy állandóan, vagy rendszeres időközönként a számítógéphez csatlakoztatunk.
További USB eszközök csatlakoztathatók egy USB hub segítségével.
Így írható le az usb alapelve. Ennek a csatlakozónak az áttekintése kiegészíthető a dugótípusokkal, valamint az áram- és adatátviteli sebességgel. A helyes szabványt például USB 2.0 A típusnak nevezik. A 2.0 szám az átviteli és áramparaméterek szabványát jelzi. Az A típus a dugó típusát jelzi.
Az USB 2.0-t USB-2-ként is emlegetik. Ugyanez vonatkozik az USB 3.0-ra is: USB-3.
USB 1.0/1.1
Az 1996-os USB 1.0/1.1 átviteli szabvány mai szemmel nézve nem volt túl gyors (12 Mbit/s). Az adatátviteli sebesség azonban sokkal nagyobb volt, mint más tipikus csatlakozók esetében. Fontos előnye volt az egyszerű kezelés és a csatlakoztatott eszközök tápellátásának lehetősége.
USB 2.0
Az USB 2.0 nagy áttörést hozott 2001-ben. Az átviteli sebesség 40-szeresére nőtt az előző verzióhoz képest. A rendelkezésre álló 480 Mbit/s adatátviteli sebességnek köszönhetően kamerák, billentyűzetek, egerek, nyomtatók és külső meghajtók egyszerűen csatlakoztathatók a számítógéphez . Ezenkívül az áramerősség 100 mA-ről 500 mA-re nőtt.
USB 3.0 /USB 3.1 (Gen1)
A fejlődés következő szakasza 2008-ban következett be. Majd bevezették az USB 3.0 szabványt, amit 2013-tól USB 3.1 (generation 1) néven emlegettek. Az USB 2.0-hoz képest a sebességet tovább növelték, ami immár 5 Gbit/s. Ezenkívül a terhelhetőség 500 mA-ről 900 mA-re nőtt. Az USB 3.2 bevezetése után az USB 3.1 (Gen1) neve USB 3.2 Gen 1(x1) lett.
USB 3.1 (Gen2)
Az USB 3.1 (Gen2) szabvány 2013 óta érhető el. Az átviteli sebesség 10 Gbit/s-ra nőtt. Az áramerősség is jelentősen megnőtt (akár 5 A-ig), aminek köszönhetően a tápellátásban a legmagasabb színvonalat sikerült elérni. Az USB 3.2 bevezetése után az USB 3.1 (Gen2) neve USB 3.2 Gen 2(x1) lett.
USB 3.2
Az "igazi" USB 3.2 szabványt USB 3.2 Gen 2x2-nek nevezik. 2017 júliusában mutatták be, és akár 20 Gbit/s adatátviteli sebességet is lehetővé tesz. Tekintettel arra, hogy a Multi-Lane technológia 10 Gbit/s sebességű adatátvitelt tesz lehetővé irányonként két pár vezetéken keresztül, a népszerű USB A helyett USB C csatlakozókra van szükség.
USB 4.0
Az USB4 az USB 3.2 és a Thunderbolt 3 közös utódjaként jelent meg 2019-ben. A sávszélesség és az alagút-architektúra megosztásának lehetőségét a Thunderbolt, a fastruktúrát pedig az USB-től vették át. Az USB4 Gen 3x2 változatban akár 40 Gbit/s (sávonként 20 Gbit/s) sebesség is elérhető.
A meglévő elosztási struktúrának köszönhetően sok különböző periféria csatlakoztatható nagy sebességű USB-n, Display-Port protokollon és PCIe funkciókon keresztül. Még a Host-Host kapcsolatok is lehetségesek.
Az USB 1.0 és 1.1 a fejlesztés korai szakaszában volt jelen, és ma már szinte nem is találhatók meg. A 2.0-s verzió 2001-es fejlesztése jelentős előrelépéshez járult hozzá az adat- és energiaátvitel terén. Ez a szabvány még ma is megtalálható egyes készülékeken, de sok esetben ez a verzió már nem elegendő.
Az adatok tárolása nagyszámú gigabájtot (GB) generál. A 2.0 (Hi-Speed) verzió, amelynek maximális adatátviteli sebessége körülbelül 40 Mbit/s vagy 320 Mbit/s, gyakran a végletekig kihasználja ezeket a paramétereket. A netto azt jelenti, hogy csak a felhasználható adatok (átvitt adatcsomagok) továbbítása szerepel. A vezérlő adatok, például a fájlformátumok vagy átviteli protokollok segédinformációi nem szerepelnek benne. Ezt helyesen nettó átviteli teljesítménynek nevezik.
Minden adatátviteli sebesség egy szimbólummal van jelölve, például SuperSpeed
Az elmúlt években a 3.2-es szabvány egyre népszerűbb a piacon. A 3.2 Gen 1 (SuperSpeed) verzió esetén 480 Mbit/s átviteli sebesség, USB 3.2 Gen 2 (SuperSpeed+) esetén pedig 900 Mbit/s érték is lehetséges. Az USB 3.2 Gen 2x2 még gyorsabb, mivel akár 1800 Mbit/s-os értékeket is lehetővé tesz.
áblázat a különböző USB-sebességek összefoglalásával
| Megnevezés | USB szabvány | Átviteli sebesség |
|---|---|---|
| Low Speed | USB 1.0 | 1,5 Mbit/s |
| Full Speed | USB 1.0 | 12 Mbit/s |
| Hi-Speed | USB 2.0 | 480 Mbit/s |
| SuperSpeed | USB3.2 Gen1(x1) korábban USB 3.0/3.1 Gen1 |
5 Gbit/s |
| SuperSpeed+ 10 Gbps | USB3.2 Gen2(x1) korábban USB 3.1 Gen2 |
10 Gbit/s |
| SuperSpeed+ 20 Gbps | USB 3.2 Gen2x2 | 20 Gbit/s |
| USB4 20Gbps | USB 4.0 Gen 2x2 | 20 Gbit/s |
| USB4 40Gbps | USB 4.0 Gen 3x2 | 40 Gbit/s |
Energiaátvitel USB-n keresztül
Az adatátvitel mellett az USB technológia másik jellemzője a periféria elektromos tápellátása. Ahogy az aljzat 230 V-os áramot ad át, az USB port általában 5 V-os áramot szolgáltat. Az univerzális soros busz verziójától függően különböző áramok folynak át a kábelen. A perifériás eszközöket különböző értékű energiával látja el. A pontos értékeket az alábbi táblázat mutatja be:
Táblázat a különböző USB áramértékek összefoglalásával
| Szabvány | Feszültség | Max. áram | Max. teljesítmény |
|---|---|---|---|
| USB 1.0/1.1 | 5 V | 0,1 A | 0,5 W |
| USB 2.0 | 5 V | 0,5 A | 2,5 W |
| USB 3.0/3.1 (Gen1) | 5 V | 0,9 A | 4,5 W |
| USB 3.1 (Gen2) | 5 V | 3 A | 15 W |
| USB-BC | 5 V | 1,5 A | 7,5 W |
| USB-PD | 5 V, 12 V, 20 V | 5 A | 100 W |
A fejlesztés következő fázisa az akkumulátortöltés (USB-BC). 5 V-os feszültségével és portonkénti 1,5 A-es intenzitásával 7,5 W teljesítményt tesz lehetővé. Ennek köszönhetően táblagépeket és okostelefonokat is tölthet. A következő optimalizálás csak az usb c csatlakozóra
vonatkozik. A teljesítményátvitel 7,5 W-ra (normál kábellel) és 15 W-ra (aktív kábellel) növelhető. Az úgynevezett aktív kábelek felerősítik a táplált jelet.
A Power Delivery (USB-PD) a fejlesztés következő szintje. A hihetetlenül nagy, akár 100 W-os teljesítmény azt jelenti, hogy még a nagyobb perifériáknak sincs szükségük további tápellátásra. Ez azt jelenti, hogy az USB kábel táplálja például a nyomtatókat vagy a monitorokat. Ezekhez eddig mindig elektromos kábelre volt szükség.
USB-PD esetén a feszültség általában 5 V. A soros protokoll biztosítja, hogy a feszültség szükség esetén 12 V-ra vagy 20 V-ra emelkedjen. Az áram 5 A marad. Ezenkívül a tápellátás két irányban is megvalósítható. A tápellátást tehát nem csak a gazdagép láthatja el. Az áramellátás a fordított irányban is megtörténik.
USB A:
Ezt a típust például számítógépes egereknél, billentyűzeteken és pendrive-oknál használják. Az aljzatok és csatlakozók gyakran különböző színűek. A fekete az USB 2.0-t, a kék az USB 3.0-t, a sárga pedig a folyamatos tápellátást jelenti (még kikapcsolt állapotban is). Azonban nem minden gyártó használja ezt a színkódot.
Fontos információ:
Az USB logónak felfelé kell néznie, hogy a dugót azonnal megfelelően lehessen csatlakoztatni a vízszintesen elhelyezett aljzatokhoz.
USB B:
Az USB 2.0 B típus nyomtatókon és szkennereken található meg az átvitt adatok kis mennyisége miatt.
A gyorsabb 3.0 B típusú szabványt például külső meghajtókon használják.
USB mini B:
Az ilyen típusú csatlakozók leggyakrabban régi mobiltelefonoknál, navigációs rendszereken és digitális fényképezőgépeken találhatók meg.
USB micro B:
Ez a 2.0-s verzióra jellemző adatátviteli sebességet kínáló típus gyakran megtalálható okostelefonokon, vagy kisebb kapacitású külső meghajtókon.
USB-C:
Az USB csatlakozókat körülvevő növekvő káosz kezelésére kifejlesztették az USB-C™-t.
Lapos kialakításának köszönhetően alacsonyabb a beépítési igénye.
Ezenkívül a dugó mindkét oldalról csatlakoztatható. Nincs többé "rossz" oldal. A beépülő modul támogatja az összes létező adatátviteli megoldást, beleértve az USB 4.0-t is.
Ha valaki korábban vásárolt egy új okostelefont, notebookot vagy digitális fényképezőgépet, mindig megkapta a szükséges töltőt is a készülékhez. Ezzel minden rendben is van, hiszen az eszközök akkumulátorait tölteni kell. Viszont ez azt eredményezte, hogy egyre több töltőt és tápegységet halmaztunk fel otthon. A töltőket - gyártótól függően - különféle csatlakozódugókkal szerelték fel. De még azonos csatlakozók esetén sem tudná megmondani senki, hogy egy új mobilkészüléket gyorsan és megbízhatóan lehet-e tölteni egy régi töltővel.
Az USB töltőkábelekkel kapcsolatos jelenlegi káosz rendezésére az Európai Unió törvénytervezetet terjesztett elő a töltőkábelek egységesítéséről. Legkésőbb 2024. december 28-tól a gyártóknak egységesen az USB C csatlakozót kell telepíteniük a fogyasztói termékeikbe .
Ez elsősorban az olyan kisméretű elektromos eszközökre vonatkozik, mint az okostelefonok, táblagépek, mobil hangszórók, digitális fényképezőgépek, játékkonzolok, fejhallgatók, fülhallgatók, e-book olvasók, számítógépes billentyűzetek és egerek, valamint hordozható navigációs rendszerek. 2026-tól a notebookokhoz is kötelező lesz az USB C csatlakozó.
A változtatásoknak köszönhetően mostantól egyetlen USB-C töltő- és tápkábel több végkészülékhez is használható. Ezért a gyártók már nem kötelesek minden általuk forgalmazott termékhez külön töltőt biztosítani. Ennek köszönhetően a jövőben kevesebb e-hulladék keletkezik. Az ügyfelek számára is könnyebbséget jelent, tekintettel arra, hogy az USB-C csatlakozó fordítva is csatlakoztatható.
USB-C szabvány – több, mint egy töltési funkció és adatcsere
A notebook dokkoló állomás USB kábele könnyedén átvihet 100 W (20 V és 5 A) teljesítményt, és gyorsan feltöltheti a notebook akkumulátorát. Közben ezzel a tápkábellel olyan eszközöket is lehet tölteni, amelyek csak 10 W töltési teljesítményt (5 V és 2 A) fogyasztanak. Az USB-PD nagy előnye, hogy az USB-C-n keresztül csatlakoztatott eszközök kommunikálnak egymással. Ennek köszönhetően pontosan meghatározható, hogy mekkora teljesítményt (feszültséget és áramot) használjunk fel a töltéshez vagy a tápellátáshoz, és melyik oldalon adjuk az energiát.
Az USB azonban nem csak a tápellátásra és az adatátvitelre szolgál.. A rugalmas tűelrendezésnek (Alternate Modes) köszönhetően az USB kábel DVI- , DisplayPort- , HDMI- vagy audiokábeleket is helyettesíthet.
Az USB szabvány előnyei
Kompatibilitás
Az adatátviteli szabványok tekintetében a Bus eszközök lefelé kompatibilisek. Az átviteli sebesség pedig a lassabb szabványra csökken. Ha van USB 3.0 aljzatunk és USB 2.0 dugónk, akkor ezen a kombináción az átviteli sebesség az USB 2.0 szabványnak megfelelő lesz. Természetesen figyelni kell, hogy az aljzat és a dugó azonos típusú legyen.
Driver
Az USB-s eszközök általában nem igényelnek kézi telepítést. Nincs szükség illesztőprogramra, vagy az USB-s eszköz csatlakoztatásakor ez automatikusan letöltődik.
Népszerűség
Az USB-kábel univerzálisan használható, hiszen szinte minden PC-n, Macbookon és egyéb eszközön található USB-port.
Elektromos tápegység
Ennek a technológiának az egyik sikere az integrált elektromos tápegység. Mivel nincs szükség további tápegységre, nincs kábelrengeteg. A használat sokkal egyszerűbb. Az USB kábel paramétereitől függően alacsony fogyasztású készülékeket és akár nagyobb teljesítményű eszközöket is tölthet, például notebookokat.
Azonnali használat
A Hot Plug koncepciónak megfelelően minden eszköz azonnali használatra kész. Egy periféria bármikor csatlakoztatható egy működő eszközhöz.
Energia gazdálkodás
A 3.0-s verzió óta az energiafelhasználás módja optimalizálva lett. Az éppen nem használt eszközök automatikusan készenléti módba kapcsolnak. Ezek azonban bármikor aktiválhatók.
Gyakorlati alkalmazási példák
USB endoszkóp
Két periféria csatlakoztatása
USB oszcilloszkóp
Bár ezek a csatlakozók praktikusak, számos problémával érdemes tisztában lenni.
Kábelhosszúság
Az olcsó vagy gyenge minőségű kábelek hibás működést okozhatnak. Az USB kábel hossza is fontos szerepet játszik. Az USB kábel nem lehet hosszabb 5 méternél (USB 2.0), ill. 3 méternél (USB 3.0). Azonban további USB kábelekkel meghosszabbítható.
Plug-in kompatibilitás
Bár az átviteli szabványok sok esetben kompatibilisek, ez nem így van a plug-in változatok esetében az eltérő kialakításuk miatt. Ebben az esetben adaptert kell használni.
Adatvesztés USB adathordozónál
Az USB flash meghajtó vagy külső meghajtó USB portból való eltávolítása adatvesztéssel járhat. Ennek az az oka, hogy a számítógép még mindig rögzítési fázisban van, mert például Ön egy pillanattal ezelőtt módosított valamit a dokumentumban. A hardver biztonságos eltávolításához kattintson a jobb gombbal a számítógép jobb oldalán található USB pendrive ikonra. Megjelenik az összes csatlakoztatott eszköz. Kattintson egy adott USB-eszközre. Ekkor megjelenik egy üzenet, amely szerint biztonságos a pendrive vagy a lemez eltávolítása.
Biztonság
A végberendezések manipulálása elvileg elsősorban az USB vezérlő chipen keresztül lehetséges. Például a flash meghajtó tartalmazhat egy chipet, amely újraprogramozható. Ekkor rosszindulatú programok vagy egyéb káros szoftverek kerülnek a készülékünkbe. Így terjednek az operációs rendszert károsító vírusok. Ezenkívül megkerülheti az adatátvitelt, vagy módosíthatja számítógépe DNS-beállításait. Egy naprakész víruskereső program és a rosszindulatú programok megtalálására és eltávolítására szolgáló programok segíthetnek a veszély orvoslásában.
Az USB-2 bevezetése úttörő volt az univerzális soros busz számára, mivel ez a csatlakozóváltozat felhasználóbarát volt. Az akkori adatátviteli sebesség sok alkalmazáshoz elegendőnek bizonyult. Tekintettel arra, hogy a memória és a fájlméret idővel MB-ról GB-ra (gigabájtra) változott, gyorsabb csatlakozók, mint az USB-3 és USB 3.2 létrehozására is szükség volt. A lemezek vagy pendrive-ok esetében folyamatosan nőtt a memóriaigény, így a gyártók egyre nagyobb memóriahordozókat fejlesztettek, amelyek kapacitását már nem GB-ban, hanem TB-ban fejezték ki (a terabyte 1000 GB).
A kapcsolódó teljesítménykövetelmények teljesítése érdekében bevezették az USB4 formátumot, amely ötvözi az USB legjavát a Thunderbolt teljesítményével. Ha az USB-n keresztüli tápellátásról van szó, az USB-PD olyan funkcionális megoldásokat is kínál, amelyek megbízhatóan táplálják és töltik a nagy teljesítményű eszközöket is.
USB kábelek, csatlakozók és USB aljzatok
USB-s PC tartozékok
USB-s adapterek és töltők
Zene átvitel USB-n keresztül
USB aljzatok