USB
יש לעדכן ערך זה.הסיבה היא:חסרים נתונים על ההתפתחויות בפועל לעומת ההצהרות. | |
USB(ראשי תיבותשלUniversal Serial Bus;בעברית:אפיק טורי אוניברסלי) הואתקןלחיבור ביןמחשביםלהתקניציוד היקפי.תקן ה-USB הציע חלופה של חיבור תקני אחד במחשבים אישייםעבור התקנים שונים, במקום ריבוי סוגי חיבורי המחשב שהיה קיים לפניו. כיום זהו התקן הפופולרי ביותר לחיבורחומרהלמחשבים אישיים.
USB | |
---|---|
Universal Serial Bus | |
![]() מחבר USB טיפוסי (USB A) | |
תאריך המצאה | 1996 |
רוחב אפיק | סיביתאחת |
מספר התקנים | 127 עבור כל יציאה |
מהירות אפיק |
עד 20Gbps (בממשק USB 3.2) |
סוג אפיק | טורי |
חיבור ללא אתחול | כן |
אפיק חיצוני | כן |
![כבל USB](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/28/%D7%9B%D7%91%D7%9C_USB.jpg/220px-%D7%9B%D7%91%D7%9C_USB.jpg)
ה-USB הושק ב-1997,פרי פיתוח של שיתוף פעולה בין מספר חברות, בהןאינטל,IBMומיקרוסופט.הגרסה הראשונה אפשרההעברת מידע במהירותשל עד 12 מגהביט לשנייה.במחשבים האישיים באותה תקופה היו מספר חיבורים שונים – חיבורים מיוחדים עבורמקלדתועכבר,יציאות טוריותויציאות מקביליות.עם התפתחות הטכנולוגיה מגבלת מספר ההתקנים הניתנים לחיבור הפכה לבעיה קשה, כמו גם האיטיות של החיבורים.
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/46/USB_hub.jpg/210px-USB_hub.jpg)
מטרה
עריכהממשקה-USB נוצר כדי לספק יציאה תקנית מהירה ואמינה לחיבור מגוון רחב של התקנים. הצורך בממשק עלה בשל הבעייתיות של היציאות הטוריות והמקביליות הישנות (COM,LPT) אשר מוגבלות במספר ההתקנים שניתן לחבר אליהן, והן איטיות וקשות להתקנה. לעומת יציאות אלה, מאפשר ממשק ה-USB חיבור מספר רב של התקנים למחשב (עד 127), תוך ניהול משאבים שהוא אוטומטי. הממשק תומך בהעברת נתונים במהירות של עד 12מגהביטלשנייה בגרסת 1.1 USB, עד 480 מגהביט לשנייה בגרסת USB 2.0, ועד 4.8 ג'יגהביט לשנייה בגרסת USB 3.0. כמו כן, הממשק מאפשר לחבר ולנתק התקנים ללא צורך באתחול המחשב.
כבל USB מכיל ארבעהגידים:שניים מהם משמשים לצורך העברתנתוניםושניים מהם מספקיםמתח חשמלינמוך של 5וולט.מתח חשמלי זה משמש לשם הפעלת התקנים בעלי צריכת חשמל נמוכה, כגון:מקלדת,עכבר,מצלמת אינטרנטולטעינת מכשירים.
התקני USB יכולים לצרוךזרםעד לסך של 500מיליאמפרמממשק ה-USB אליו הם מחוברים. אם סך הזרם הנצרך הוא פחות מ-50 מיליאמפר, ממשק ה-USB לא יופעל.
מהדורות
עריכהUSB 1.X
עריכהתקן ה-USB פותח בשנת 1994 במשותף על ידיCompaq,DEC,IBM, Intel, Microsoft,(אנ')NEC ו-Nortel(אנ').
ב-1995[דרוש מקור]יצאו לשוק המחשבים הראשונים בהם שולבה יציאת USB. ב-1998הוציאה חברתאפלאת מחשבiMacבו שולבו יציאות אלו במקום היציאה הטורית ובכך ניתנה דחיפה לשימוש ופיתוח התקנים לחיבור ה-USB.
ממשק זה איפשר העברת מידע במהירות של עד 1.5 מגהביט לשנייה (ברוחב סרט נמוך / מהירות נמוכה) ועד 12 מגהביט לשנייה(במהירות מלאה). מהירות ההעברה גורמת לגרסה זו של הממשק להיות איטית מדי עבור יישומים מסוימים הדורשים מהירות העברה גבוהה.
גודלכרטיסי זיכרוןבהתקן זה, מוגבל עד 2ג'יגה-בייט.
USB 2.0
עריכהגרסה זו יצאה לשוק באפריל2000והביאה שיפור משמעותי יחסית לגרסה USB 1.1 הישנה יותר. שינוי זה התבטא בעיקר במהירות העברת נתונים של עד 480 מגהביט לשנייה (פי 40 מהגרסה הקודמת). בנוסף לכך, גרסה זו תומכת לאחור בכל ההתקנים העובדים בממשק USB 1.1 ומשתמשת באותם מחברים, מתאמים וכבלים. תקן USB 2.0 אף מתחרה בתקןFireWireהנפוץ במחשבימקינטוששמגיע לקצב של עד 800 מגהביט, אם כי חלק מהמחשבים הנמכרים כיום תומכים בשני התקנים.
USB 3.X
עריכהגרסת USB 3.0, אשר הוכרזה ב-12 בנובמבר 2008, מאפשרת העברת קבצים במהירות של עד 5 ג'יגהביט לשנייה (בערך פי עשרה מתקן USB 2.0), ארגון התקינה USB-IF הודיע ב-CES 2013 כי מהירות תקן ה-SuperSpeed USB 3.0 יוכפל ב-2014 (לכשיגיע תקן USB 3.1) ויגיע עד 10 ג’יגהביט לשנייה (10Gbp/s), מהירות הזהה לזו של תקן ה-Thunderboltשל אינטל.
בנוסף לשיפור במהירות העברת המידע, כוללת גרסה 3.0 גם צריכת חשמל מופחתת ביחס לגרסאות הקודמות (USB 1.1, USB 2.0) וסינכרוניזציה משופרת בהעברת המידע מההתקן למחשב, שיפור הסינכרוניזציה בא לידי ביטוי בצפייה בסרטוני וידאו ושמיעת מוזיקה ישירות מהתקן האחסון המחובר למחשב במהירות רבה ומשופרת יותר להבדיל מהתקן הקודם USB 2. לוחות אם ומחשבים המכילים תקן זה החלו להופיע בשוק בסוף 2009 ובתחילת 2010, ישנה הצלחה רבה לתקן USB 3.0, עם כמעט 500 מיליון מוצרי SuperSpeed USB בשוק בשנת 2013.
גרסת USB 3.1, אשר הוכרזה ביולי 2013, יצאה במיתוג חדש של התקן, כאשר USB 3.0 במהירות של עד 5 ג'יגהביט לשנייה נהפך ל-USB 3.1 דור 1 (או ידוע יותר בשם USB 3.1SuperSpeed) וה-USB 3.0 במהירות של עד 10 ג'יגהביט לשנייה נהפך ל-USB 3.1 דור 2 (או ידוע יותר בשם+USB 3.1SuperSpeed). כאשר יצא תקן USB 3.2, תקן USB 3.1 דור 2 קיבל גם את השם USB 3.2 Gen 2x1 (המציין שזהו דור 2 ובשימוש של אפיק מידע יחיד).
גרסת USB 3.2, אשר הוכרזה בספטמבר 2017, הכפילה את המהירות המקסימלית על ידי שימוש באפיק מידע כפול (בשונה מהתקן USB 3.1 שמשתמש באפיק מידע יחיד) ושוב יצאה במיתוג חדש של התקן, USB 3.2 Gen 1x2 שעשה שימוש בקצב ההעברה של USB 3.1 דור 1 (5 ג'יגהביט לשנייה), אך בגלל השימוש באפיק מידע כפול, קצב ההעברה הכולל היה 10 ג'יגהביט לשנייה ולכן הוא ידוע יותר בשם (USB 3.2 SuperSpeed+ (10 Gbps.
USB 3.2 Gen 2x2 עשה שימוש בקצב ההעברה של USB 3.1 דור 2 (10 ג'יגהביט לשנייה), אך בגלל השימוש באפיק מידע כפול, קצב ההעברה הכולל היה 20 ג'יגהביט לשנייה ולכן הוא ידוע יותר בשם (USB 3.2 SuperSpeed+ (20 Gbps.
USB 4
עריכהבמאי 2020 הוכרז על תקן USB 4, אשר צפוי לתמוך קצב נתונים של עד 40 גב "ש, בשילוב של מספר פרוטוקולים לנתונים ותצוגה בו זמנית, תמיכה לאחור ב-USB 2.0, USB 3.2 ו-Thunderbolt3. במצב של תצוגה בלבד, התקן מאפשר חיבור התקני תצוגה באיכות של עד 16K, או קצב נתונים חד כיווני של 80 גב "ש[1].
סוגי חיבורים פיזיים
עריכהA, B, מיני, מיקרו
עריכה- USB A - יציאת ה-USB הנפוצה ביותר (מלבנית).
- USB B - צורה מעט פחות נפוצה של אותו התקן (ריבוע ששתיים מפינותיו מעוגלות).
- Mini USB - גרסה קטנה יותר של חיבורי A ו-B, נפוצה במכשירים קטנים יותר.
- Micro USB- הגרסה הקטנה ביותר של חיבורי A ו-B, הוכרזה בשנת 2009 כתקן הבינלאומי לטעינת מכשירים סלולרים החל בשנת 2012[2].יצאה גרסה מיוחדת ל-Micro-B שבעצם הכפילה את כמות המחברים והיא שימשה כמחבר SuperSpeed לתקן USB 3.x לפני שיצא המחבר החדש, Type-C.
C
עריכה- ערך מורחב –USB-C
בסוף2013הכריזה קבוצת USB 3.0 Promoter על פיתוח מחבר ה-USB הבא. המחבר החדש, Type-C, מתבסס על הטכנולוגיות של USB 3.1 ושל USB 2.0 ונועד לענות על הדרישה למחבר מתקדם יותר מבחינת גודל, שימושיות ומהירות[3].
המחבר מאופיין במספר תכונות:
- עיצוב חדש לגמרי עם התאמה לטלפונים וטאבלטים
- גודל קטן יותר מהמחברים שהיו קיימים לפניו
- המחבר יכול להתחבר בכל כיוון, בניגוד למצב במחברים שלפניו בהם ניתן היה לחבר רק בכיוון אחד
- תאימות לתקן טעינה 1.2 ותקן Power Delivery 2.0.
- תאימות מסוימת לשדרוגים עתידיים
המחבר נבנה עם אפשרות להתממשקות מול מתאמים מיוחדים וזאת על מנת לשמור על תאימות למחברי ה-USB הקודמים.
ב-2014הכריזה חברתאינטלכי היא תציג טלפונים וטאבלטים חדשים עם תאימות למחבר החדש ובהמשך גם מחשבים נייחים וכלמוצראחר אשר עושה שימוש ב-USB יכיל את המחבר החדש.
המפרט הסופי של מחבר ה-Type-C נקבע ב-2014 והחל להיות מופץ ב-2015.
(USB On the Go (OTG
עריכהUSB OTG הוא התקן ל-USB 2.0 המאפשר להתקנים שונים שבדרך כלל פועלים כ "Slave" (כשמחוברים למחשב) לפעול כ "Master" אל מול התקן "Slave" אחר. באמצעות תקן USB OTG ניתן לדוגמה לחבר מקלדת רגילה או החסן נייד (דיסק און קי) למחשב כף ידאו לטלפון חכם.
Wireless USB
עריכה- ערך מורחב –Wireless USB
התקן המשחרר לחלוטין את הצורך בכבלים מסוג כלשהו על ידי יציאה משולבת מתאם המקייםקשר רדיואלחוטי.
סימון החיבורים
עריכה-
USB 5Gbps
-
USB 10Gbps
-
USB 20Gbps
-
USB420Gbps
-
USB440Gbps
צבע חיבור
עריכהבנוסף על סוגי החיבורים הפיזיים, קיים שוני בצבע החיבור, המצביע עלקצבי העברת נתונים,והקצאות חשמל שונות. שחור ולבן - רגיל, כחול - SuperSpeed (לרוב USB3), תכלת - SuperSpeed+, ירוק - Qualcomm Quick Charge, סגול - Huawei Supercharge, אדום, כתום וצהוב - High-Current או Sleep-and-Charge[4].
הספק חשמלי
עריכהסטנדרט | זרם | מתח | הספק מקסימלי |
---|---|---|---|
Low-power device | 100 mA | 5 V | 0.50 W |
Low-power SuperSpeed (USB 3.0) device | 150 mA | 5 V | 0.75 W |
High-power device | 500 mA | 5 V | 2.5 W |
High-power SuperSpeed (USB 3.0) device | 900 mA | 5 V | 4.5 W |
Multi-lane SuperSpeed (USB 3.2 Gen 2) device | 1.5 A | 5 V | 7.5 W |
Battery Charging (BC) 1.1 | 1.5 A | 5 V | 7.5 W |
Battery Charging (BC) 1.2 | 5 A | 5 V | 25 W |
USB-C | 1.5 A | 5 V | 7.5 W |
3 A | 5 V | 15 W | |
Power Delivery 1.0 Micro-USB | 3 A | 20 V | 60 W |
Power Delivery 1.0 Type-A/B | 5 A | 20 V | 100 W |
Power Delivery 2.0/3.0 Type-C | 5 A | 20 V | 100 W |
|
פרוטוקולים של USB
עריכהשלא כמוRS-232וממשקים טוריים דומים שבהם פורמט הנתונים הנשלחים אינו מוגדר, USB מורכב מכמה שכבות של פרוטוקולים.
כל עסקת USB מורכבת מ:
- חבילת אסימון - Tocken Packet (כותרת המגדירה את מה שהיא מצפה לעקוב אחריה)
- חבילת נתונים אופציונלית - Optional Data Packet, (המכילה את המטען) ו
- חבילת סטטוס - Status Packet (משמשת לאשר עסקאות ולספק אמצעי לתיקון שגיאות)
USB הוא אפיק ממוקד מארח. המארח יוזם את כל העסקאות. החבילה הראשונה, הנקראת גם אסימון, נוצרת על ידי המארח כדי לתאר מה יש לעקוב והאם עסקת הנתונים תהיה קריאה או כתיבה ומהי כתובת המכשיר ונקודת הקצה המיועדת. החבילה הבאה היא בדרך כלל חבילת נתונים הנושאת את המטען ואחריה חבילת לחיצת יד, המדווחת אם הנתונים או האסימון התקבלו בהצלחה, או אם נקודת הקצה נתקעה או לא זמינה לקבל נתונים.
חבילות USB נפוצות
עריכהנתונים על ה-USBus מועברים תחילה LSBit. מנות USB מורכבות מהשדות הבאים,
- סנכרון- Sync
כל החבילות חייבות להתחיל בשדה סנכרון. שדה הסנכרון הוא באורך 8סיביותבמהירות נמוכה ומלאה או באורך 32 סיביות עבור מהירות גבוהה ומשמש לסנכרון השעון של המקלט עם זה של המשדר. שתי הסיביות האחרונות מציינות היכן מתחילים שדות ה-PID.
- PID
PID מייצג מזהה מנות. שדה זה משמש לזיהוי סוג החבילה הנשלחת. הטבלה הבאה מציגה את הערכים האפשריים.
Group | PID Value | Packet Identifier |
Token | 0001 | OUT Token |
1001 | IN Token | |
0101 | SOF Token | |
1101 | SETUP Token | |
Data | 0011 | DATA0 |
1011 | DATA1 | |
0111 | DATA2 | |
1111 | MDATA | |
Handshake | 0010 | ACK Handshake |
1010 | NAK Handshake | |
1110 | STALL Handshake | |
0110 | NYET (No Response Yet) | |
Special | 1100 | PREamble |
1100 | ERR | |
1000 | Split | |
0100 | Ping |
ישנם 4 סיביות ל-PID, אולם כדי להבטיח שהוא מתקבל כהלכה, 4 הסיביות מושלמות וחוזרות על עצמן, מה שהופך PID של 8 סיביות בסך הכל. הפורמט המתקבל מוצג להלן.
nPID3 | nPID2 | nPID1 | nPID0 | PID3 | PID2 | PID1 | PID0 |
---|
- ADDR
שדה הכתובת מציין לאיזה מכשיר מיועדת החבילה. אורך 7ביטיםמאפשר תמיכה ב-127 מכשירים. כתובת 0 אינה חוקית, שכן כל מכשיר שעדיין לא הוקצתה לו כתובת חייב להגיב למנות שנשלחות לכתובת אפס.
- ENDP
שדה נקודת הקצה מורכב מ-4 ביטים, המאפשרים 16 נקודות קצה אפשריות. עם זאת, להתקנים במהירות נמוכה יכולים להיות רק 2 נקודות קצה נוספות על גבי צינורברירת המחדל.(4 נקודות קצה מקסימום)
- CRC
בדיקות יתירות מחזוריות מבוצעות על הנתונים בתוך מטען החבילות. לכל מנות האסימון יש CRC של 5 סיביות בעוד לחבילות הנתונים יש CRC של 16 סיביות.
- EOP
סוף חבילה. מאותת על ידי אפס בודד (SE0) למשך כ-2 פעמים סיביות ואחריו J למשך זמן של סיביות אחת.
סוגי חבילות USB
עריכהל-USB יש ארבעה סוגי חבילות שונים. חבילות אסימונים מציינות את סוג העסקה שיש לעקוב אחריה, מנות נתונים מכילות את המטען, מנות לחיצת יד משמשות לאישור נתונים או דיווח על שגיאות ומנות התחלה של מסגרת מציינות את תחילתה של מסגרת חדשה.
ראו גם
עריכהקישורים חיצוניים
עריכה- אתר האינטרנט הרשמישל USB
- איתן לשם,אג'יי בְהאט(אנ'),ממציא ה-USB, מסביר למה אתם מכניסים אותו הפוך, באתרהארץ,26 ביוני 2019
- USB,באתראנציקלופדיה בריטניקה(באנגלית)
- https://www.beyondlogic.org/usbnutshell/usb1.shtml
- Explaining USB: From 1.0 to USB4 V2.0,סרטון באתריוטיוב(אורך: 14:45)(באנגלית)
- Andreas Ødegård,Hardware comparison: Lightning connector vs MicroUSB connector,Pocketableswebsite, December 20, 2012
הערות שוליים
עריכה- ^עידן בן טובים,הוכרז תקן USB 4: מהירויות משודרגות ותמיכה בוידאו עד 16K,באתר Geektime, 3 במאי 2020
- ^רויטרס ודידי חנוך,מיקרו-USB: מטען סטנדרטי,באתרוואלה, 29 ביוני 2009
- ^שחר שושן,ה-USB שישנה את העולם,באתרynet,3 באפריל 2015
- ^Know Your USB: A Practical Guide to the Universal Serial Bus,Juiced Systems(באנגלית)