Universaalne jadasiin

USB
Universal Serial Bus
Loomise aasta	1996
Looja	Compaq ; DEC ; IBM ; Intel ; Microsoft ; NEC ; Nortel

See artikkel räägib arvutitehnika mõistest; albumi kohta vaata artiklit "USB (album)"

Universaalne jadasiin ehk universaalne järjestiksiin ehk USB (Universal Serial Bus) on seadmete arvutiga ühendamise standard, mis hõlmab kaablite, konnektorite (pistikute ja pesade) füüsilist ehitust, suhtlusprotokolle ning toitevoolu parameetreid.

USB-d kasutatakse arvuti lisaseadmete, näiteks hiire, klaviatuuri, veebikaamera või printeri ühendamiseks, samuti andmevahetuseks mäluseadmetega, näiteks välise kõvaketta või nutitelefoniga. Lisaks kasutatakse USB-ühendust vooluallikana, näiteks hiire, diktofoni või telefoni aku laadimiseks.

USB-seadmete ühendamine ja eemaldamine ei nõua arvuti taaskäivitamist. Üldjuhul seadistatakse draiveri olemasolul seade pärast ühendamist automaatselt. USB jaoturi abil saab ühe USB-kontrolleri külge ühendada kuni 127 seadet.

USB-ühendused

USB-ühenduse puhul on üks seadmetest alati alluv ja teine ülenev. Ülenevate seadmete juures kasutatakse A-tüüpi ja alluvate juures B-tüüpi konnektorit. USB On-The-Go lubab ka rolle vahetada. Näiteks telefoni ühendamisel arvutiga on arvuti telefoni suhtes üleneja, kuid telefoni sama pesa külge USB OTG-ga ühendatud mälupulk on telefoni suhtes alluv.

Ühendamiseks kasutatakse tavaliselt standard- või mikrokonnektoreid. Mikrokonnektor (aastast 2007) on väiksem ja sobib õhukeste seadmete, näiteks nutitelefonide ühendamiseks. Vähem on olnud kasutusel keskmise suurusega nn minikonnektor. Kiirema, USB 3.0 ühenduse puhul on pesadel lisakontaktid, kuid sama tüüpi (A või B) pesasse saab ühendada ka varasemate versioonide (nt USB 2.0) seadmeid.

On ka sellised ühenduspesad nagu mini-AB ja mikro-AB, millega saab ühendada nii A- kui ka B-tüüpi pistikuid.

USB-seade ühendatakse arvutiga tavaliselt emaplaadi küljes oleva USB-pesa kaudu. Emaplaadil võib lisaks olla konnektoreid, mille külge saab ühendada kas seadmed korpuse sees või USB-pesad, mis asuvad väljaspool emaplaati .

A-tüüpi konnektorid ülenevate seadmete juures ja B-tüüpi konnektorid alluvate juures
Vasakult paremale: B-mikropistik, B-minipistik, B-standardpistik, A-standardpesa ja A-standardpistik
USB 3 konnektor on äratuntav sinise värvi ja lisakontaktide järgi
USB 3 Mikrokonnektor, millel on SuperSpeed-režiimi tähistav logo
USB-3 konnektor korpusesiseste seadmete ühendamiseks

Andmevahetuskiirus

All on toodud andmevahetuskiirused, mida USB eri versioonid võimaldavad. Režiimi kasutamiseks peavad seda toetama nii pistik kui ka pesa, vastasel juhul võidakse kasutada madalama kiirusega režiimi.

Režiim	Esimene toetav versioon	Andmevahetuskiirus
Low Speed (LS)	USB 1.0	1,5 Mbit/s (187,5 kB/s)
Full Speed (FS)	USB 1.0	12 Mbit/s (1,5 MB/s)
High Speed või Hi-Speed (HS)	USB 2.0	480 Mbit/s (60 MB/s)
SuperSpeed (SS)	USB 3.0	5 Gbit/s (625 MB/s)
SuperSpeed+ (SS+)	USB 3.1	10 Gbit/s (1,25 GB/s)
SuperSpeed++ (SS++)	USB 3.2	20 Gbit/s (2,5 GB/s)
–	USB-C	10 Gbit/s (1,25 GB/s)

Spetsifikatsioonijärgselt on USB 2.0 läbilaskevõime 480 Mbit/s (60 MB/s), kuid suure osa sellest kasutab USB protokoll ära ühenduse seadistamiseks, mistõttu praktikas saab andmeid edastada kiirusega ~33,5 MB/s. USB-siinil on viivitused andmete päringu saatmisel ja andmete saatmise alustamisel. Näiteks Firewire-siini andmeedastuskiirus on küll ainult 400 Mb/s (50 MB/s ehk 10 MB/s väiksem kui USB 2.0-l), kuid tegelikult tagab Firewire kiirema andmeedastuse.

Spetsifikatsioonid

Esialgsed versioonid

USB 0.7 spetsifikatsioon novembrist 1994
USB 0.8 spetsifikatsioon detsembrist 1994
USB 0.9 spetsifikatsioon aprillist 1995
USB 0.99 spetsifikatsioon augustist 1995
USB 1.0 Release Candidate – spetsifikatsioon novembrist 1995

USB 1.0

Spetsifikatsioon 15. jaanuarist 1996. Tehnilised andmed:

Kaks andmeedastuskiirust:
- nn täiskiirus (Full-Speed) – 12 Mbit/s
- väike kiirus (Low-Speed) – 1,5 Mbit/s
Maksimaalne kaabli pikkus täiskiirusel – 5 m^[1]
Maksimaalne kaabli pikkus väiksel kiirusel – 3 m^[1]
Suurim ühendatavate seadmete arv – 127
Ühele USB-kontrollerile on võimalik ühendada erinevat andmeedastuskiirust kasutavaid seadmeid
Lisaseadme toitepinge – 5 V
Maksimaalne vool lisaseadme toiteks – 500 mA

USB 1.1

Spetsifikatsioon töötati välja septembris 1998. Parandati versiooni 1.0 probleemid ja vead. See oli esimene laialt levinud USB versioon.

USB 2.0

Spetsifikatsioon töötati välja aprillis 2000. USB 1.1-ga võrreldes kasvas andmeedastuskiirus 480 megabitini sekundis. Kasutada saab kolme andmeedastuskiirust:

väike (Low-speed), 10–1500 kbit/s (interaktiivsed seadmed: klaviatuur, hiir, juhtnupp)
keskmine (Full-speed), 0,5–12 Mbit/s (audio- ja videoseadmed)
suur (Hi-speed), 25–480 Mbit/s (videoseadmed, mäluseadmed)

Järgnenud muudatused

Järgnenud aastatel on USB spetsifikatsioonis tehtud mitmeid muudatusi:

2000. aasta oktoobris lisati minipistik (B-minikonnektor)
Pull-up/Pull-down Resistors Engineering Change Notice (ECN) 2002. aasta mais
Interface Associations ECN 2003. aasta mais
Rounded Chamfer ECN 2003. aasta oktoobris
Unicode ECN 2005. aasta oktoobris, ECN täpsustab, et read on kodeeritud UTF-16LE kasutusega
Inter-Chip USB Supplement: teade lasti välja 2006. aasta martsis
On-The-Go Supplement 1.3: teade lasti välja 2006. aasta detsembris

USB 3.0

Pikemalt artiklis USB 3.0

USB 3.0 ilmus 2008. aastal. Standardi loomisega tegelesid Intel, Microsoft, Hewlett-Packard, Texas Instruments, NEC ja NXP Semiconductors. USB 3.0 pistikud ja kaablid on füüsiliselt ja funktsionaalselt ühilduvad standardiga 2.0. Kui USB 2.0 kaabel on nelja juhtmega – üks juhtmepaar andmete saatmiseks/vastuvõtmiseks ja teine paar toite jaoks, siis USB 3.0 standardis lisandusid neli juhet. Nüüd saab lihtsalt määrata juhtme sobivust ühele või teisele standardi versioonile, sest pistikud on erinevad. Spetsifikatsioon USB 3.0 suurendab maksimaalset andeedastamise kiirust väärtuseni 4,8 Gbit/s. Versioonis 3.0 on välisseadmete lubatav voolutarve on 900 mA.

USB-C

Pikemalt artiklis USB-C

USB-C ehk USB tüüp-C on 24 kontaktiga USB-konnektor andmete ja energia edastamiseks. USB Type-C spetsifikatsioon avaldati 2014. aastal asendamaks USB varasemad versioonid. Selle konnektori iseloomulikud omadused on väikesed mõõtmed, suur toitevõimsus (laadimiseks) ja võimalus ühendada pistikut pesasse mõlemat pidi; seega kujult ei ühildu ta teiste USB-pesatüüpidega.

USB On-The-Go

USB OTG kaabel

USB On-The-Go (OTG) võimaldab ühendada (välis)seadmeid omavahel ilma arvuti ja tarkvaraliste seadmedraiverite osaluseta. Näiteks digifotoaparaadi saab ühendada otse fotoprinteriga, kui üks neist toetab USB OTG standardit. See standard loodi vajadusest luua seadmete vahel turvaline ühendus, kasutamata vahendajana arvutit.

Wireless USB

Wireless USB (WUSB) on USB spetsifikatsioon, mis võimaldab luua kiire traadita andmesideühenduse – kuni 480 Mbit/s 3 meetri kaugusel ja kuni 110 Mbit/s 10 meetri kaugusel. See on saadaval alates maist 2005. 23. juulil 2007 teatati USB arendajate foorumil esimesest seadmetest, mis toetavad Wireless USB standardit.

Kaablid ja pistikud

Lisaseadmete ühenduseks USB-ga kasutatakse neljasoonelist kaablit, kus kaks soont (keerdpaar) on diferentsiaallülituses andmete vastuvõtmiseks ja saatmiseks, kaks ülejäänut lisaseadme toiteks. Maksimaalne voolutugevus USB-siini kaudu on 500 mA.

USB-kaablite AWG-markeering ja vastav pikkus:

28 = 0,81 m
26 = 1,31 m
24 = 2,08 m
22 = 3,33 m
20 = 5,00 m

Standardpistik
Kontakt	Nimi	Soone värv	Kirjeldus
1	VBUS	punane	+5 V
2	D−	valge	Data –
3	D+	roheline	Data +
4	GND	must	Maa

Minipistik/mikropistik
Kontakt	Nimi	Soone värv	kirjeldus
1	VBUS	punane	+5 V
2	D−	valge	Andmed –
3	D+	roheline	Andmed +
4	ID	pole	erinevused mikro-A ja mikro-B pistiku vahel: A: mass (OTG-seade töötab kui host) B: pole ühendatud (OTG-seade töötab perifeersena)
5	GND	must	Maa

Pistiku tüüp	Vastav pesa	Kaabli teises otsas
A	A	→ Pistik B → Pistik mini-B → Pistik mikro-B
B	B	→ Pistik A
USB 3.0 B	USB 3.0 B	→ Pistik USB 3.0 A → Pistik A
Mini-B	Mini-B	→ Pistik A
Mikro-A	Mikro-AB	→ Pistik mikro-B → Pesa A (adapterina)
Mikro-B	Mikro-B Micro-AB	→ Pistik A → Pistik mikro-A

Tekkelugu

USB loomisele panid aastatel 1994–1995 aluse Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC ja Nortel. Eesmärk oli asendada mitmed varasemad liidesed ühtse liidesega, mida oleks lihtne seadistada ja kasutada, pakkudes sealjuures suuremat andmeedastuskiirust.

USB hakkas asendama sellised liideseid nagu PS/2, jadaport, paralleelport, Game port (juhtkangi ühendamiseks) ja SCSI. Eeldati, et USB asendab neid kõiki ja samal ajal annab tõuke uut tüüpi seadmete arendamisele. USB-d hakati kasutama näiteks kõnede ja andmete digitaalseks edastamiseks mobiiltelefonist arvutisse.

Vanemad liidesed (nt jada- ja paralleelpordid) olid arendajate jaoks lihtsad kasutada, kuid ei võimaldanud rakendada seadmete isehäälestust (plug and play). USB-seadmeid oli küll keerukam luua, kuid need olid töökindlamad ja kasutajasõbralikumad ning võimaldasid käigultühendust.

USB tugi tuli täiendusena Windows 95le. Esialgse seadme andmesidekiirus oli tagasihoidlik, aga arendajad said kiiresti aru USB kasulikkusest. Aastaks 2000 oli enamik printereid ja skannereid uue liidesega.

Hewlett-Packard, Intel, Lucent (nüüd Alcatel-Lucent), Microsoft, NEC ja Philips töötasid ühiselt välja kiirema USB versiooni: USB 2.0 spetsifikatsioon ilmus aprillis 2000 ja 2001. aasta lõpus sai see versioon standardiks. USB 2.0 ühildub kõikide varasemate USB versioonidega. 2000. aasta keskel hakkasid arvutite BIOS-id massiliselt toetama USB-d. See võimaldas lisaks muule ka arvuti algkäivitust USB-seadmeilt. Tänapäevaste arvutite emaplaatidel on USB-liidesed tavapärased.

Vaata ka

Viited

↑ ^1,0 ^1,1 USB Cable: Maximum Cable Length

Välislingid

[cab1-1] 1,0 ^1,1 USB Cable: Maximum Cable Length

[1]