USB (, абревіатура читається ю-ес-бі, ) — стандарт роз'ємів і кабелів для передачі даних (до 40 Гбіт/c) та живлення (до 240 Вт) невеликих пристроїв.
Метою створення USB стандарту є: краща уніфікація роз'ємів і кабелів; нормування використання енергії; створення протоколів обміну даними; уніфікація функціональності і драйверів приладів; можливість «гарячого» приєднання (та, як правило, і від'єднання) пристроїв.
Загальні відомості Стандарт USB розробили сім компаній: «Compaq», «Digital Equipment», IBM, Intel, «Microsoft», NEC і «Northern Telecom». З листопада 1994 до листопада 1995 року було анонсовано кілька версій протоколу (USB 0.7, 0.8, 0.9, 0.99, 1.0 Release Candidate). Влітку 1996 року на ринку з'явилися перші комп'ютери з портами USB. Символом USB є чотири геометричні фігури: квадрат, трикутник, велике коло та мале коло.
Шина Шина USB — послідовний інтерфейс передавання даних для середньо- та низько швидкісних периферійних пристроїв. Для високошвидкісних пристроїв кращою вважалася шина FireWire, хоча з випуском пристроїв на базі USB 3.0 це стало небезсумнівним.
«Гаряче» підключення Конструкція USB-конекторів розрахована на «гаряче» приєднання та від'єднання пристроїв до хосту (від нього). Це забезпечено більшою довжиною контакту заземлення GND проти інших. Внаслідок цього потенціали корпусів вирівнюються ще до замикання сигнальних контактів, а це убезпечує електроніку приладу від пошкодження статичною електрикою.
Конструктивні особливості USB-кабель — це, по суті, дві звиті пари: однією з них передаються дані в кожному напрямку (диференціальне включення), а інша використовується для живлення периферійного пристрою (+5 В, 500 мА). Вбудовані лінії живлення дозволяють використовувати USB-пристрої, що не мають власного блоку живлення, чи заряджати акумулятори переносних пристроїв (фото- та відеокамер, плеєрів тощо), якщо ці пристрої споживають струм силою до 500 мА. Стандарт USB 3.0 допускає навантаження лінії живлення струмом до 900 мА.
Топологія З'єднання USB-кабелями формує інтерфейс між USB-пристроями та USB-хостом. Як хост використовується керований з операційної системи USB-контролер, до складу якого входить USB-концентратор, або ж хаб. Цей хаб є відправною точкою в створенні дерева пристроїв, що відповідають вимогами топології «зірка» (за аналогією топології мереж). Він має спеціальну назву — кореневий концентратор. До роз'ємів його портів під'єднується інше USB-приладдя та зовнішні хаби. Загальна їх кількість не може перевищувати 127 пристроїв (оскільки адрес USB-приладу складається з 7 біт), увімкнених не більш ніж у п'ять каскадів, не рахуючи рівень кореневого хабу.
Класи приладів USB-пристрої можуть складатись із декількох під-пристроїв. Наприклад вебкамера із вбудованим мікрофоном. Це може подаватись як композитний пристрій (), який має декілька функцій (кожна може мати декілька інтерфейсів), або складений пристрій (), якому хост надає окремі адреси логічним під-пристроям.
Комунікація відбувається через логічні канали, які зв'язують хаб хоста з кінцевими точками пристрою. Кожен пристрій може мати до 16 вхідних та 16 вихідних кінцевих точок, які він декларує за їх номерами під час початкової стадії з'єднання, яка називається енумерацією. Кінцеві точки залишаються сталими до кінця з'єднання. Є 2 типи логічних каналів: канали повідомлень — двонаправлені, для передачі службових повідомлень; канали даних — однонаправлені для передачі даних: ізохронні — з деякою гарантованою швидкістю передачі (наприклад для передачі відеокадрів); з перериванням — ті, що потребують гарантованого часу відповіді (наприклад для миші чи клавіатури); масової передачі даних — ті, що використовують залишкову пропускну здатність шини і не гарантують швидкість передачі чи затримку. Всі кінцеві точки погруповані в інтерфейси, які в свою чергу належать до однієї з функцій. Лише точка 0 не належить до інтерфейсів, а використовується для конфігурування приладу.
При підключенні, під час енумерації, прилад повідомляє хосту свій клас, підкас та протоколи, які він підтримує. Це дозволяє хосту використовувати стандартні драйвери, які називаються драйверами класу приладів.
Прилад може належати до декількох класів, оскільки більшість класів є лише інтерфейсами. Найбільш поширені класи пристроїв: ADC (Audio Device Class) — звукові пристрої: мікрофон, навушники, динаміки. CDC (Communications Device Class) — пристрої зв''язку: мережева плата, послідовний порт, модем, ISDN, факс і телефонний пристрій. HID (Human Interface Device) — клавіатура, миша, ігровий контролер, сенсорний екран. PID (Physical Interface Device) — force feedback пристрої. Media(PTP/MTP) — сканер, фотокамера. Printer. MSC (Mass Storage Class) — пристрій зберігання даних: USB-флешнакопичувач, USB-HDD, USB-SSD, зчитувач карток пам'яті, кардрідер. . — вебкамера. USB AV (Audio/Video Device Class) — телевізор, медіаплеєр. DFU (Device Firmware Update Class) — інтерфейс для «прошивки» вбудованого програмного забезпечення. USB TMC (Test & Measurement Class) — мультиметр, осцилограф, аналізатор спектра, . USB I3C.
USB 1.0 Версія представлена в січні 1995 року.
Технічні характеристики: високошвидкісне з'єднання — 12 Мбіт/с максимальна довжина кабелю для високошвидкісного з'єднання — 3 м низькошвидкісне з'єднання — 1,5 Мбіт/с максимальна довжина кабелю для низькошвидкісного з'єднання — 5 м максимальна кількість пристроїв підключення (враховуючи концентратори) — 127 можливе підключення пристроїв із різними швидкостями обміну інформацією напруга живлення для периферійних пристроїв — 5 В максимальний струм споживання на один пристрій — 500 мА
USB 1.1 Випущена у вересні 1998. Виправлені проблеми, виявлені у версії 1.0, в основному, пов'язані з концентраторами. Перша масова версія.
USB 2.0
Версія USB 2.0 випущена в квітні 2000 року; відрізняється від USB 1.1 лише підвищеною швидкістю передачі та незначними змінами в протоколі передачі даних для режиму Hi-Speed (480 Мбіт/с).
Сигнали в 4-провідних кабелях USB 1.0 — USB 2.0 передаються двома екранованими проводами на 2-й та 3-й контакти штекера.
Існує три швидкості роботи пристроїв USB 2.0: Low-speed 10—1500 Кбіт/c (використовується для інтерактивних пристроїв: клавіатури, мишки, ігрові контролери) Full-speed 0,5—12 Мбіт/с (аудіо/відео пристрої) Hi-speed 25—480 Мбіт/с (відео пристрої, пристрої зберігання інформації)
В дійсності ж, хоча швидкість USB 2.0 теоретично й може досягати 480Мбіт/с, пристрої типу жорстких дисків чи взагалі будь-які інші носії інформації ніколи не досягають її, хоча й могли б. Це можна пояснити доволі просто: шина USB має доволі велику затримку між запитом на передачу інформації й самою передачею даних («довгий ping»). Наприклад, шина FireWire, хоча й забезпечує максимальну швидкість 400 Мбіт/с, тобто на 80 Мбіт/с меншу, ніж USB, дозволяє досягти більшої швидкості обміну даними.
USB OTG
Технологія USB On-The-Go розширює специфікації USB 2.0 для легкого з'єднання периферійних USB-пристроїв безпосередньо між собою без задіяння комп'ютера. Прикладом застосування цієї технології є можливість підключення фотоапарата напряму до принтера. Цей стандарт виник через об'єктивну потребу надійного з'єднання особливо поширених USB-пристроїв без застосування комп'ютера, якого в потрібний момент може й не бути під руками.
Бездротовий USB
Офіційна специфікація протоколу була анонсована в травні 2005 року. Дозволяє організовувати бездротовий зв'язок із високою швидкістю передачі даних: до 480 Мбіт/с на відстані 3 метрів та до 110 Мбіт/с на відстані 10 метрів. Для безпровідного USB часом використовують абревіатуру WUSB. Розробник протоколу, USB-IF, віддає перевагу офіційній назві протоколу Certified Wireless USB.
USB 3.0
У листопаді 2008 року робоча група USB 3.0 Promoter Group заявила про завершення робіт над специфікацією нового високошвидкісного інтерфейсу USB 3.0, названого SuperSpeed USB. USB 3.0 є наступним етапом еволюції технології USB. Новий інтерфейс забезпечує максимальну швидкість передачі даних в 10 разів більшу, ніж USB 2.0 (тобто 10 × 480 Мбіт/с = 4,8 Гбіт/с). Інші важливі властивості — покращені показники енергоефективності та збільшений максимальний струм живлення периферійного пристрою до 900 мА. Крім того, розробниками заявлена зворотна сумісність USB 3.0 із попередньою версією — USB 2.0, причому роз'єми нового стандарту прийнято виділяти синім кольором пластику (інколи — червоним). Докладніші відомості можна отримати з опублікованих специфікацій (редакція 1.0) .
Підтримка USB 3.0 проєктом Linux забезпечена з версії ядра 2.6.31.
У Microsoft Windows (8, 8.1, 10) інтерфейс USB 3.0 підтриманий засобами самої ОС.
USB 3.1
9 вересня 2013 року USB 3.0 Promoter Group опублікувала специфікації оновленого стандарту — USB 3.1, зі швидкістю передачі до 10 Гбіт/с.
Після виходу стандарту USB 3.1 організація USB-IF оголосила, що роз'єм USB 3.0 з швидкістю 5 Гбіт/с (SuperSpeed) тепер будуть класифікуватися як USB 3.1 Gen 1, а нові роз'єми USB 3.1 (SuperSpeed USB 10Gbps) — як USB 3.1 Gen 2.
В USB 3.1 Gen 2, окрім збільшення швидкості до 10 Гбіт/с, були знижені затримки кодування до 3 % — переходом на схему кодування 128b/132b.
USB 3.2
Оновлення принесло вдвічі більшу швидкість передачі даних у порівнянні з USB 3.1 завдяки двом лініям на 5 Гбіт/с або 10 Гбіт/с, тобто в результаті 10 або 20 Гбіт/с. Сучасні кабелі USB-C, вже підтримують такий «дволінійний» режим, тому купувати нові кабелі не доведеться.
USB4
USB4 — це новий стандарт інтерфейсу Форуму USB-виконавців (USB-IF). Специфікація четвертої версії була опублікована 29 серпня 2019 р. USB4 підтримує високошвидкісні протоколи інтерфейсів DisplayPort, PCI Express і Thunderbolt 3 для ефективної передачі даних, відео з високою роздільною здатністю та одночасне електроживлення через один кабель USB Type-C. USB4 пропонує швидкість передачі даних до 40 Гбіт/с, що вдвічі більше, ніж у попереднього стандарту USB 3.2 Gen 2x2Morten Christensen.Upgrade Your SoC Design to USB4 .
Типи конекторів + Види роз'ємів за стандартом USB Стандарт USB 1.0 USB 1.1 USB 2.0 USB 2.0 Revised USB 3.0 USB 3.1 USB 3.2 USB4 USB4 2.0 Логотип Маркетингова назва Basic-Speed USB Hi-Speed USB (HS) USB 5Gbps USB 10Gbps USB 20Gbps USB 10Gbps USB 20GbpsUSB 40Gbps USB 80Gbps Маркування Low-Speed USB (LS) таFull-Speed USB (FS) SuperSpeed USB (SS) SuperSpeed+ (SS+) SuperSpeed USB 20Gbps Операційний режим Low-Speed та Full-Speed High-Speed USB 3.2 USB 3.2 USB 3.2 USB 3.2 USB4 USB4 USB4 USB4 USB4 Канали для передачі даних 1 напівдуплекс 1 повнодуплекс (+1 напівдуплекс) 2 повнодуплекса (+1 напівдуплекс) 1 повнодуплекс (+1 напівдуплекс) 2 повнодуплекса (+1 напівдуплекс) 1 повнодуплекс (+1 напівдуплекс) 2 повнодуплекса (+1 напівдуплекс) асиметрія Максимальна швидкість передачі даних 1.5 та 12 () 480 () 5 () 10 () 20 () 10 () 20 () 40 () 80 () 40 () 120 () 120 () 40 () Кодування 11b/7t Проводів в кабелі 2 6 10 6 (використовуються з 10) 10 6 (використовуються з 10) 10 Роз'єм A Standard (гніздо) (штекер) (гніздо) (штекер) Mini (гніздо) (штекер) Micro (штекер) (штекер) B Standard (гніздо) (штекер) (гніздо) (штекер) Mini (гніздо) (штекер) Micro (гніздо) (штекер) (гніздо) (штекер)AB Mini (гніздо) Micro (гніздо) (гніздо) C (гніздо) (штекер)
Визначені (ще специфікацією USB 1.0) два типи: А — на кінці кабелю, що приєднується до комп'ютера чи концентратора (хаба). В — на іншому кінці кабелю, призначеному для з'єднання з периферійним пристроєм.
Звичайний Mini Micro Тип A 4×12 мм 3×7 мм 2×7 мм Тип B 7×8 мм 3×7 мм 2×7 мм