Создаем простейшее usb-устройство для общения со своей программой. Пошаговая инструкция по пользованию флэшкой Привязываем к устройству номер порта

USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) является промышленным стандартом расширения архитектуры PC, ориентированным на интеграцию с телефонией и устройствами бытовой электроники.

Приеимущества шины:

USB устройство может быть подсоединено к компьютеру в любой момент времени, даже когда включен;
когда компьютер обнаруживает подключенное USB устройство, он автоматически опрашивает его, чтобы узнать его возможности и требования;
производит загрузку драйвера, а при отключении устройства драйвер автоматически выгружается;
USB устройство не использует джемперов, DIP переключателей, никогда не вызывает конфликтов прерываний, DMA, памяти;
расширяющие USB хабы позволяют подключать к одной шине большое количество устройств (до 127 устройств);
низкая стоимость USB устройств.

Возникновение USB сделало возможным создание USB Flash Drive (USB-накопитель).

История создания и развития интерфейса USB

Первая версия компьютерного интерфейс USB появилась 15 января 1996 года. Инициаторами проекта был альянс 7 крупных компаний производителей Intel, DEC, IBM, Northen Telecom, Compaq.

Причиной возникновения нового стандарта для передачи информации, послужила желание упростить соединение ПК с периферийными устройствами. Основная цель стандарта, была создать для пользователей возможность пользоваться таким интерфейсом, который бы обладал максимальной простотой, универсальностью, и использовал принцип Plug&Play или горячее соединение.

Это позволило бы подключать к ПК во время работы различные устройства ввода-вывода, с условием немедленного автоматического распознавания типа и модели подключённого устройства. Также, была поставлена цель, - избавиться от проблемы нехватки внутренних ресурсов прерываний системной шины.

Все эти задачи успешно были решены к концу 1996 года, а к весне 1997 года, стали появляться первые ПК, оборудованные разъёмами USB. Полная поддержка USB устройств была осуществлена только к концу 1998 года, в операционной системе Windows98, и только с этого этапа, началось особенно бурное развитие и выпуск периферийного оборудования, оснащённого этим интерфейсом.

По-настоящему массовое внедрение USB началось с широким распространением корпусов и системных плат форм-фактора ATX примерно в 1997-1998 годах. Не упустила шанс воспользоваться достижениями прогресса и компания Apple, представившая 6 мая 1998 года свой первый iMac, также оснащенный поддержкой USB.

Этот стандарт был рождён, в то время, когда уже существовал аналогичный последовательный интерфейс передачи данных, разработанный Apple Computer и имел название FireWare или IEE1394. USB - интерфейс был создан, как альтернатива IEE1394, и был призван не заменить его, а существовать параллельно уже существующему типу соединений.

Первая версия USB имела некоторые проблемы совместимости и содержала несколько ошибок в реализации. В итоге, в ноябре 1998 года вышла спецификаций USB 1.1.

Спецификация USB 2.0 была представлена в апреле 2000 года. Но до принятия ее в качестве стандарта прошло больше года. После этого началось массовое внедрение второй версии универсальной последовательной шины. Главным ее достоинством было 40-кратное увеличение скорости передачи данных. Но кроме этого были и другие нововведения. Так появились новые типы разъемов Mini-B и Micro-USB, добавилась поддержка технологии USB On-The-Go (позволяет USB-устройствам вести обмен данными между собой без участия USB-хоста), появилась возможность использования напряжения, подаваемого через USB, для зарядки подключенных устройств.

Принцип работы шины USB

USB обеспечивает обмен данными между хост-компьютером и множеством периферийных устройств (ПУ). Согласно спецификации USB, устройства (device) могут являться хабами, функциями или их комбинацией. Хаб (hub) только обеспечивает дополнительные точки подключения устройств к шине. Устройство-функция (function) USB предоставляет системе дополнительные функциональные возможности, например подключение к ISDN, цифровой джойстик, акустические колонки с цифровым интерфейсом и т. п. Комбинированное устройство (compound device), реализующее несколько функций, представляется как хаб с подключенными к нему несколькими устройствами.

Работой всей системы USB управляет хост-контроллер (host controller), являющийся программно-аппаратной подсистемой компьютера. Шина позволяет подключать, конфигурировать, использовать и отключать устройства во время работы хоста и самих устройств.

Шина USB является хост-центрической: единственным ведущим устройством, которое управляет обменом, является хост-компьютер, а все присоединенные к ней периферийные устройства - исключительно ведомые. Физическая топология шины USB - многоярусная звезда. Ее вершиной является хост-контроллер, объединенный с корневым хабом (root hub). Хаб является устройством-разветвителем, кроме того, он может являться источником питания для подключенных к нему устройств. К каждому порту хаба может непосредственно подключаться периферийное устройство или промежуточный хаб; шина допускает до 5 уровней каскадирования хабов (не считая корневого). Каждый промежуточный хаб имеет несколько нисходящих (downstream) портов для подключения периферийных устройств (или нижележащих хабов) и один восходящий (upstream) порт для подключения к корневому хабу или нисходящему порту вышестоящего хаба.

К USB-хосту сходятся данные от подключенных устройств и он же обеспечивает взаимодействие с компьютером. Все устройства подключаются по топологии "звезда". Чтобы увеличить число активных разъемов USB можно воспользоваться USB-хабами. Таким образом получится аналог логической структуры "дерево". "Ветвей" у такого дерева может быть до 127 штук на один хост-контроллер, а уровень вложенности USB-хабов не должен превышать пяти. Кроме того, в одном USB-хосте может быть несколько хост-контроллеров, что пропорционально увеличивает максимальное число подключенных устройств.

Хабы бывают двух видов. Одни просто увеличивают число USB-разъемов в одном компьютере, а другие позволяют подключать несколько компьютеров. Второй вариант позволяет использовать нескольким системам одни и те же устройства. В зависимости от хаба переключение может производится как вручную, так и автоматически.

Одно физическое устройство, подключенное через USB, может логически подразделяться на "под-устройства", выполняющие те или иные определенные функции. Например, у веб-камеры может быть встроенные микрофон - получается, что у нее два под-устройства: для передачи аудио и видео.

Передача данных происходит через специальные логические каналы. Каждому USB-устройству может быть выделено до 32 каналов (16 на прием и 16 на передачу). Каждый канал подключается к условно называемой "конечной точке". Конечная точка может либо принимать данные, либо передавать их, но не способна делать это одновременно. Группа конечных точек, необходимых для работы какой-либо функции, называется интерфейсом. Исключение составляет "нулевая" конечная точка, предназначающаяся для конфигурации устройства.

Когда к USB-хосту подключается новое устройство начинается процесс присвоения ему идентификатора. Первым делом устройству посылается сигнал перехода в исходное состояние. Тогда же происходит и определение скорости, с которой может вестись обмен данными. После считывается конфигурационная информация с устройства, и ему присваивается уникальный семибитный адрес. Если устройство поддерживается хостом, то загружаются все необходимые драйвера для работы с ним, после чего процесс завершен. Перезагрузка USB-хоста всегда вызывает повторное присвоение идентификаторов и адресов всем подключенным девайсам.

В отличие от шин расширения (ISA/EISA, PCI, PC Card), где программа взаимодействует с устройствами путем обращений по физическим адресам ячеек памяти, портов ввода-вывода, прерываниям и каналам DMA, взаимодействие приложений с устройствами USB выполняется только через программный интерфейс. Этот интерфейс, обеспечивающий независимость обращений к устройствам, предоставляется системным ПО контроллера USB.

Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводный кабель, при этом два провода (витая пара) в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода - для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания, шина USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА).

Кодирование данных

Для передачи данных по шине используется дифференциальный способ передачи сигналов D+ и D- по двум проводам. Все данные кодируются с помощью метода, называемого NRZI with bit stuffing (NRZI - Non Return to Zero Invert, метод возврата к нулю с инвертированием единиц).

Вместо кодирования логических уровней как уровней напряжения USB определяет логический 0 как изменение напряжения, а логическую 1 как неизменение напряжения. Этот метод представляет собой модификацию обычного потенциального метода кодирования NRZ (Non Return to Zero, невозврат к нулю), когда для представления 1 и 0 используются потенциалы двух уровней, но в методе NRZI потенциал, используемый для кодирования текущего бита, зависит от потенциала, который использовался для кодирования предыдущего бита. Если текущий бит имеет значение 0, то текущий потенциал представляет собой инверсию потенциала предыдущего бита, независимо от его значения. Если же текущий бит имеет значение 1, то текущий потенциал повторяет предыдущий. Очевидно, что если данные содержат нули, то приемнику и передатчику достаточно легко поддерживать синхронизацию - уровень сигнала будет постоянно меняться. А вот если данные содержат длинную последовательность единиц, то уровень сигнала меняться те будет, и возможна рассинхронизация. Следовательно, для надежной передачи данных нужно исключить из кодов слишком длинные последовательности единиц. Это действие называется стаффинг (Bit stuffing): после каждых шести единиц автоматически добавляется 0.

Существует только три возможных байта с шестью последовательными единицами: 00111111, 01111110, 111111100.

Стаффинг может увеличить число передаваемых бит до 17%, но на практике эта величина значительно меньше. Для устройств, подключаемых к шине USB, кодирование происходит прозрачно: USB-контроллеры производят кодирование и декодирование автоматически.

Режимы работы шины

Low Speed поддерживается стандартами версии 1.1 и 2.0. Пиковая скорость передачи данных - 1.5 Мбит/с (187.5 Кбайт/с). Чаще всего применяется для HID-устройств (клавиатур, мышей, джойстиков).
Full Speed поддерживается стандартами версии 1.1 и 2.0. Пиковая скорость передачи данных - 12 Мбит/с (1.5 Мбайт/с). До выхода USB 2.0 был наиболее быстрым режимом работы.
Hi-Speed поддерживается стандартом версии 2.0 и 3.0. Пиковая скорость передачи данных - 480 Мбит/с (60 Мбайт/с).
Super-Speed поддерживается стандартом версии 3.0. Пиковая скорость передачи данных - 4.8 Гбит/с (600 Мбайт/с).

Передача данных

Механизм передачи данных является асинхронным и блочным. Блок передаваемых данных называется USB-фреймом или USB-кадром и передается за фиксированный временной интервал. Оперирование командами и блоками данных реализуется при помощи логической абстракции, называемой каналом. Внешнее устройство также делится на логические абстракции, называемые конечными точками. Таким образом, канал является логической связкой между хост-контроллером и конечной точкой внешнего устройства. Канал можно сравнить с открытым файлом.

Для передачи команд (и данных, входящих в состав команд) используется канал по умолчанию, а для передачи данных открываются либо потоковые каналы, либо каналы сообщений.

Информация по каналу передается в виде пакетов (Packet). Каждый пакет начинается с поля синхронизации SYNC (SYNChronization), за которым следует идентификатор пакета PID (Packet IDentifier).

Систему USB следует разделить на три логических уровня с определенными правилами взаимодействия. Устройство USB содержит интерфейсную, логическую и функциональную части. Хост тоже делится на три части - интерфейсную, системную и программное обеспечение. Каждая часть отвечает только за определенный круг задач.

Операция обмена данными между прикладной программой и шиной USВ выполняется путем передачи буферов памяти через следующие уровни: Уровень клиентского ПО в хосте:

обычно представляется драйвером устройства USB;
обеспечивает взаимодействие пользователя с операционной системой с одной стороны и системным драйвером с другой.

Уровень системного обеспечения USB в хосте (USBD, Universal Serial Bus Driver):

управляет нумерацией устройств на шине;
управляет распределением пропускной способности шины и мощности питания;
обрабатывает запросы пользовательских драйверов.

Хост-контроллер интерфейса шины USB (HCD, Host Controller Driver):

преобразует запросы ввода/вывода в структуры данных, по которым хост-контроллер выполняет физические транзакции;
работает с регистрами хост-контроллера.

Уровень клиентского программного обеспечения определяет тип передачи данных, необходимый для выполнения затребованной прикладной программой операции. После определения типа передачи данных этот уровень передает системному уровню следующее:

буфер памяти, называемый клиентским буфером;
пакет запроса на в/в (IRP, Input/output Request Packet), указывающий тип необходимой операции.
IRP содержит только сведения о запросе (адрес и длина буфера в оперативной памяти). Непосредственно обработкой запроса занимается системный драйвер USB.

Уровень системного драйвера USB необходим для управления ресурсами USB. Он отвечает за выполнение следующих действий:

распределение полосы пропускания шины USB;
назначение логических адресов устройств каждому физическому USB-устройству;
планирование транзакций.

Логически передача данных между конечной точкой и ПО производится с помощью выделения канала и обмена данными по этому каналу.Клиентское ПО посылает IPR-запросы уровню USBD. Драйвер USBD разбивает запросы на транзакции по следующим правилам:

выполнение запроса считается законченным, когда успешно завершены все транзакции, его составляющие;
все подробности отработки транзакций (такие как ожидание готовности, повтор транзакции при ошибке, неготовность приемника и т. д.) до клиентского ПО не доводятся;
ПО может только запустить запрос и ожидать или выполнения запроса или выхода по тайм-ауту;
устройство может сигнализировать о серьезных ошибках, что приводит к аварийному завершению запроса, о чем уведомляется источник запроса.

Драйвер контроллера хоста принимает от системного драйвера шины перечень транзакций и выполняет следующие действия:

планирует исполнение полученных транзакций, добавляя их к списку транзакций;
извлекает из списка очередную транзакцию и передает ее уровню хост-контроллера интерфейса шины USB;
отслеживает состояние каждой транзакции вплоть до ее завершения.

Хост-контроллер интерфейса шины USB формирует кадры. Кадры передаются последовательной передачей бит по методу NRZI.

Таким образом:

каждый кадр состоит из наиболее приоритетных посылок, состав которых формирует драйвер хоста;
каждая передача состоит из одной или нескольких транзакций;
каждая транзакция состоит из пакетов;
каждый пакет состоит из идентификатора пакета, данных (если они есть) и контрольной суммы.

Типы передачи данных

Спецификация шины определяет четыре различных типа передачи (transfer type) данных для конечных точек.

Управляющие передачи (Control Transfers) - используются хостом для конфигурирования устройства во время подключения, для управления устройством и получения статусной информации в процессе работы. Протокол обеспечивает гарантированную доставку таких посылок. Длина поля данных управляющей посылки не может превышать 64 байт на полной скорости и 8 байт на низкой. Для таких посылок хост гарантированно выделяет 10% полосы пропускания.

Передачи массивов данных (Bulk Data Transfers) - применяются при необходимости обеспечения гарантированной доставки данных от хоста к функции или от функции к хосту, но время доставки не ограничено. Taкая передача занимает всю доступную полосу пропускания шины. Пакеты имеют поле данных размером 8, 16, 32 или 64 байт. Приоритет у таких передач самый низкий, они могут приостанавливаться при большой загрузке шины. Допускаются только на полной скорости передачи. Такие посылки используются, например, принтерами или сканерами.

Передачи по прерываниям (Interrupt Transfers) - используются в том случае, когда требуется передавать одиночные пакеты данных небольшого размера. Каждый пакет требуется передать за ограниченное время. Операции передачи носят спонтанный характер и должны обслуживаться не медленнее, чем того требует устройство. Поле данных может содержать до 64 байт на полной скорости и до 8 байт на низкой. Предел времени обслуживания устанавливается в диапазоне 1-255 мс для полной скорости и 10-255 мс - для низкой. Такие передачи используются в устройствах ввода, таких как мышь и клавиатура.

Изохронные передачи (Isochronous Transfers) - применяются для обмена данными в "реальном времени", когда на каждом временном интервале требуется передавать строго определенное количество данных, но доставка информации не гарантирована (передача данных ведется без повторения при сбоях, допускается потеря пакетов). Такие передачи занимают предварительно согласованную часть пропускной способности шины и имеют заданную задержку доставки. Изохронные передачи обычно используются в мультимедийных устройствах для передачи аудио- и видеоданных, например, цифровая передача голоса. Изохронные передачи разделяются по способу синхронизации конечных точек - источников или получателей данных - с системой. Различают асинхронный, синхронный и адаптивный классы устройств, каждому из которых соответствует свой тип канала USB.

Все операции по передаче данных инициируются только хостом независимо от того, принимает ли он данные или пересылает в периферийное устройство. Все невыполненные операции хранятся в виде четырех списков по типам передач. Списки постоянно обновляются новыми запросами. Планирование операций по передаче информации в соответствии с упорядоченными в виде списков запросами выполняется хостом с интервалом один кадр. Обслуживание запросов выполняется в соответствии со следующими правилами:

наивысший приоритет имеют изохронные передачи;
после отработки всех изохронных передач система переходит к обслуживанию передач прерываний;
в последнюю очередь обслуживаются запросы на передачу массивов данных;
по истечении 90% указанного интервала хост автоматически переходит к обслуживанию запросов на передачу управляющих команд независимо от того, успел ли он полностью обслужить другие три списка или нет.

Выполнение этих правил гарантирует, что управляющим передачам всегда будет выделено не менее 10% пропускной способности шины USB. Если передача всех управляющих пакетов будет завершена до истечения выделенной для них доли интервала планирования, то оставшееся время будет использовано хостом для передач массивов данных.

Версии спецификации

Разработка спецификаций на шину USB производится в рамках международной некоммерческой организации USB Implementers Forum (USB-IF), объединяющей разработчиков и производителей оборудования с шиной USB.

С середины 1996 года выпускаются PC со встроенным контроллером USB, реализуемым чипсетом системной платы.

Первая версия спецификации USB 1.0 поддерживает два режима скорости передачи данных между устройством и компьютером:

Low Speed (1.5 Mbits/sec) , для таких устройств как мыши, клавиатуры и джойстики;
Full Speed (12 Mbits/ sec) , для модемов и сканеров.

Осенью 1998 года вышла версия 1.1 - в ней были устранены обнаруженные проблемы первой редакции.

Основные технические характеристики USB 1.1:

Достаточно высокая максимальная скорость обмена - до 12 Мбит/с.
Максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена - 4,5 м.
Максимальное количество подключенных устройств (включая размножители) - до 127.
Возможно подключение устройств с различными скоростями обмена.
Не требуется использование дополнительных устройств и терминаторов.
Подается напряжение питания для периферийных устройств - 5 В.
Максимальный ток потребления на одно устройство - 500 mA.

Весной 2000 года опубликована спецификация USB 2.0, в которой предусмотрено 40-кратное повышение пропускной способности шины(до 480 Мбит/с в высокоскоростном режиме). Однако устройства USB 2.0 вышли на массовый рынок в 2002 года, когда новый интерфейс, наконец, смог утвердиться.

Вторая версия спецификации USB 2.0 позволяет использовать еще один режим High Speed (480 Mbit/sec) для таких устройств, как жесткие диски, CD-ROM, цифровые камеры. Пропускная способность 480 Мбит/с достаточная и для внешних накопителей, MP3-плееров, смартфонов и цифровых камер, которым требовалась передавать большое количество данных. Также спецификация USB 2.0 полностью поддерживает устройства, разработанные для первой версии. Контроллеры и хабы автоматически определяют версию спецификации, поддерживаемую устройством. Шина позволяет соединять до 127 устройств, удаленныех от компьютера на расстоянии до 25 м (с использованием промежуточных хабов).

После своего широкого внедрения USB 2.0 удалось полностью заменить последовательный и параллельный интерфейсы.

В настоящее время широко используются устройства, выполненные в соответствии со спецификацией USB 2.0.

USB 3.0

USB 3.0 поддерживает максимальную скорость передачи 5 Гбит/с.

Коннектор USB 3.0 типа А

Основной целью интерфейса USB 3.0 является повышение доступной пропускной способности, однако новый стандарт эффективно оптимизирует энергопотребление. У USB 3.0 есть четыре состояния подключения, названные U0-U3. Состояние подключения U0 соответствует активной передаче данных, а U3 погружает устройство в "сон". Если подключение бездействует, то в состоянии U1 будут отключены возможности приёма и передачи данных. Состояние U2 идёт ещё на шаг дальше, отключая внутренние тактовые импульсы.

Коннектор USB 3.0 типа В

Соответственно, подключённые устройства могут переходить в состояние U1 сразу же после завершения передачи данных, что, как предполагается, даст ощутимые преимущества по энергопотреблению, если сравнивать с USB 2.0.

Кроме разных состояний энергопотребления стандарт USB 3.0 отличается от USB 2.0 и более высоким поддерживаемым током. Если версия USB 2.0 предусматривала порог тока 500 мА, то в случае нового стандарта ограничение было сдвинуто до планки 900 мА. Ток при инициации соединения был увеличен с уровня 100 мА у USB 2.0 до 150 мА у USB 3.0. Оба параметра весьма важны для портативных жёстких дисков, которые обычно требуют чуть большие токи. Раньше проблему удавалось решить с помощью дополнительной вилки USB, получая питание от двух портов, но используя только один для передачи данных.

Кабели и разъемы USB

В отличие от громоздких дорогих шлейфов параллельных шин АТА и особенно шины SCSI с ее разнообразием разъемов и сложностью правил подключения, кабельное хозяйство USB простое и изящное.

Существует пять видов USB-разъемов :

Слева направо: micro USB, mini USB, B-type, A-type разъем, A-type коннектор

micro USB - используется в самых миниатюрных устройствах вроде плееров и мобильных телефонов;
mini USB - также часто обнаруживается на плеерах, мобильных телефонах, а заодно и на цифровых фотоаппаратах, КПК и тому подобных устройствах;
B-type - полноразмерный разъем, устанавливаемый в принтерах, сканерах и других устройствах, где размер не имеет очень принципиального значения;
A-type (приемник) - разъем, устанавливаемый в компьютерах (либо на удлинителях USB), куда подключается коннектор типа A-type;
A-type (вилка) - коннектор, подключаемый непосредственно к компьютеру в соответствующий разъем.

Cистема кабелей и коннекторов USB не дает возможности ошибиться при подключении устройств. Гнезда типа «А» устанавливаются только на нисходящих портах хабов, вилки типа «А» - на шнурах периферийных устройств или восходящих портов хабов. Гнезда и вилки типа «В» используются только для шнуров, отсоединяемых от периферийных устройств и восходящих портов хабов (от «мелких» устройств - мышей, клавиатур и т. п. кабели, как правило, не отсоединяются). Хабы и устройства обеспечивают возможносгь «горячего» подключения и отключения.

Максимальная длина USB-кабеля может составлять 5 метров. Данное ограничение введено для снижения времени отклика устройства. Хост-контроллер ожидает поступление данных ограниченное время, и если они задерживаются, то соединение может быть потеряно.

Кабель для поддержки полной скорости шины (full-speed) выполняется как витая пара, защищается экраном и может также использоваться для работы в режиме минимальной скорости (low-speed). Кабель для работы только на минимальной скорости (например, для подключения мыши) может быть любым и неэкранированным.

Литература

Косцов А.,Косцов В.Железо ПК. Настольная книга пользователя. - М.: Мартин, 2006. - 480 с.

Разъем USB типа A наиболее распространен и является самым узнаваемым. Компьютерные мышки, клавиатуры, внешние жесткие диски оснащены именно этим коннектором. Разработка этого форм-фактора USB была закончена в 90-х годах прошлого столетия, релиз состоялся вместе с первой версией стандарта. Основным преимуществом является прочность и надежность, позволяющие выдержать большое количество подключений без каких-либо проблем. Несмотря на прямоугольную форму разъема, его нельзя воткнуть неправильно, благодаря специальной защите. Однако из-за больших габаритов, не подходивших для портативных устройств, были разработаны USB разъемы меньших размеров.

Коннекторы USB типа B обычно используются для подключения периферийных устройств к компьютеру на стороне устройства. Сейчас этот тип разъема не распространен. Также существуют портативные разъемы типа B – Mini USB и Micro USB .

Появление Mini USB было обусловлено широким распространением миниатюрных устройств, размер которых не позволял использовать полноценные разъемы. Однако вскоре стало понятно, что этот разъем не отличается надежностью. Поэтому ему на смену пришла спецификация Micro USB. Измененная форма позволяла крепко держаться в устройстве, к тому же коннектор был еще меньше, нежели Mini USB. Использование Micro USB фактически стало стандартом для всех компактных устройств. Но уже сейчас ему на смену приходит USB типа C.

USB Type- C или USB-C – это последний из представленных стандартов разъемов USB. Релиз спецификации состоялся в 2014 году. Данная версия обеспечивает высокую скорость передачи данных, а также возможность двустороннего подключения.

Стандарты USB

15 января 1996 года была представлена первая спецификация стандарта универсальной последовательной шины — USB 1.0 . Скорость передачи данных не превышала 12 Мбит/c, а максимальная сила тока, подаваемая на подключенные устройства, составляла 500 мА.

Версия USB 1.1 лишь исправляла ошибки, допущенные при проектировании первой спецификации, однако именно 1.1 впервые была широко распространена. Стандарт USB 2.0 был анонсирован уже в апреле 2000 года и служил обновлением для USB 1.1.

USB 2.0 предоставил дополнительную пропускную способность для приложений, мультимедиа и хранения данных. Скорость передачи данных возросла в 40(!) раз. Для обеспечения плавного перехода на новый стандарт как для потребителей, так и для производителей, USB 2.0 имел полную совместимость с оригинальными USB-устройствами.

Данный стандарт поддерживает три режима скорости (1.5, 12 и 480 мегабит в секунду):

Low Speed (не более 1.5 Мбит/с) – клавиатуры, мыши, джойстики;
Full Speed (не более 12 Мбит/с) – аудио- и видеоустройства;
High Speed (не более 480 Мбит/с) – высокопроизводительные периферийные устройства;

Внедрение USB 2.0 позволило сильно продвинуться в развитии периферийных «девайсов» для персональных компьютеров. Этот стандарт позволил подключать несколько энергоемких устройств к хосту одновременно.

Стандарт USB 3.0 (SuperSpeed  USB ) стал официальным 17 ноября 2008 года. Новая спецификация поддерживала скорость передачи в 10 раз большую (до 4.8 гигабит в секунду), нежели USB 2.0. Максимальная сила тока, подаваемая на периферийные устройства, возросла с 500 до 900 мА. Это позволило не использовать дополнительные источники питания для некоторых гаджетов, а также увеличить количество устройств, питающихся от одного порта.

Переход на USB 3.0 был очень медленным. Корпорация Intel отложила внедрение стандарта в свои чипсеты до 2011 года. Отсутствовала поддержка новой спецификации и со стороны софта: ни Windows, ни Linux на тот момент не могли работать с версией 3.0.

Летом 2013 года был разработан обновленный стандарт — USB 3.1 . Скорость передачи данных возросла до 10 Гбит/с. Стандарт 3.1 обратно совместим с версиями 2.0 и 3.0. Именно с этой версией стали появляться новые разъемы USB Type-C.

Версия USB 3.2 обещает снова увеличить скорость обмена данными вдвое – уже до 20 Гбит/с.

USB-хабы (USB-концентраторы, USB-разветвители)

Компьютеры, как минимум, имеют один или два USB-разъема. Но с таким количеством USB-устройств на рынке, вы быстро исчерпаете лимит доступных портов. У вас могут быть одновременно подключены клавиатура, мышь, принтер, микрофон и веб-камера, работающие через USB. Возникает очевидный вопрос: «Как подключить все устройства?»

Легкое решение проблемы — купить недорогой USB-концентратор (хаб). Что же такое USB-хаб?

USB-хаб – это устройство, выполняющее роль «переходника» от одного разъема USB до большего количества.

Стандарт USB поддерживает подключение до 127 устройств к одному порту, а USB-хабы являются частью стандарта. К тому же, с помощью USB-хабов можно увеличить длину USB провода с максимально возможных для одного кабеля 5 метров до 30.

Вы подключаете разветвитель к компьютеру, а затем подключаете свои устройства (или другие разветвители) непосредственно к нему. Соединяя концентраторы вместе, вы можете создавать десятки доступных USB-портов на одном компьютере.

Концентраторы могут питать или не питать подключенные устройства. У энергоемких устройств (принтеров, сканеров и т.д.) есть свой собственный источник питания, но устройства с низким энергопотреблением (мыши, клавиатуры и т.д.) получают питание от компьютера. Это сильно упрощает работу с ними. Мощность (до 500 миллиампер с напряжением 5 вольт для USB 2.0 и 900 миллиампер для USB 3.0) поступает с шины компьютера. Если у вас много устройств с автономным питанием (например, принтеры и сканеры), то ваш концентратор не нуждается в питании. Если же у вас много устройств без питания, таких как мыши и клавиатуры, вам, вероятно, нужен мощный концентратор с собственным блоком питания.

Как работает USB?

Как мы уже говорили, к одному USB хосту можно подключить одновременно несколько устройств. Каждому устройству ставится в соответствие уникальный адрес – 7-битное двоичное число (отсюда и следует ограничение в 127 устройств). В момент подключения к хосту устройство высылает данные, содержащие информацию о типе прибора, производителе и т.д. На основе этих данных хост принимает решение, в каком режиме работать с данным аппаратом.

Обмен данными между устройствами осуществляется с помощью транзакций – последовательностей, состоящих из нескольких пакетов (блоков) информации. Обмен всегда начинается с отправки небольшого пакета (токена) с хоста, в котором содержится информация об адресе устройства, направлении передачи и так далее. Чтобы сильно не углубляться мы приведем пример наиболее часто используемых токенов:

IN (хост готов принимать данные с устройства);
OUT (хост готов передавать данные на устройство);
SETUP (хост сообщает устройству о последующей передаче конфигурационной информации);

Одна транзакция может передавать сразу несколько пакетов при условии, что длина данных в пакете будет максимально допустимой. Передача данных заканчивается при получении неполного пакета данных. После этого устройство отправляет обратно пакет-подтверждение об удачном или неудачном завершении операции. Пакеты в транзакции передаются постоянно и без пауз, задержка не должна превышать 1 микросекунду. Если пауза растянется, то транзакция будет признана ложной.

Использование USB-портов и разъемов стало повсеместным. Они применяются и на компьютерах, и на мобильных устройствах, и на устройствах хранения данных. USB-коннекторы сильно облегчили процесс питания устройств и передачи данных в современном мире.

О том, что такое флэшка, Вы можете прочитать на многих сайтах. Вам также подробно расскажут, чего нельзя с ней делать. А вот как узнать, что с ней можно делать? А вот бы урок с наглядным показом по всем пунктам (от А до Я) о работе с флэшкой? Допустим, что Вы пожелали перенести с одного компа на другой текст (пускай второй комп к Интернету будет неподключен).

А во втором случае мультик, в третьем случае и то и другое. Что самое главное в уроке – ВСЕ последовательные действия переноса. Оригинальное требование? Но ведь только таким образом можно показать, разъяснить, уберечь незнайку (камушек в огород новичков, не совладать им с флэшкой) от лишних и ненужных действий!

Информации о флешке много, а вот конкретной пошаговой “инструкции” по работе с флешкой нет! А зря! Уверена, что такие вот “трудности” есть у многих, а вот написать о них. Так что держите урок о работе с флешкой.

Вот как выглядит обычная флэшка.

Шаг 1. Вставляете ее в USB-порт (см. картинку).

Рядом с этим портом обычно находятся разъемы для наушников и микрофона.

Вот они рядом зеленого и розового цвета.

Шаг 2. Теперь нажимаете «Пуск». Затем «Мой компьютер». Среди картинок вы увидите картинку съемного диска. Название у нее может быть любое.

Главное это его наглядное изображение на картинке. Например, «KINGSTON (F:) ». При этом «KINGSTON» означает название производителя флэшки, а (F:) – это название диска.

Шаг 3. Записывать информацию на флэшку можно, по крайней мере, 2-мя способами. Рассмотрим оба.

1 способ. Продолжим с того места, на котором остановились.

1. Щелкаем по изображению флэшки левой клавишей мышки. В результате вам откроется ее содержимое.

2. Выбирайте на рабочем столе или в любой другой папке нужный файл (текстовый документ, музыку, видео, все, что угодно), который вы хотите скопировать на флэшку.

3. Теперь захватываете его левой клавишей мыши и тащите в папку флешки. Отпускаете.

Все. Вы скопировали файл на флешку!

2. способ.

1.Выбираете нужный вам файл для копирования на флешку.

2. Щелкайте по нему правой клавишей мышки.

3. Выбираете пункт «Отправить»

4. Затем выбираете пункт с изображением флешки. В нашем примере «KINGSTON (F:) ».

5. Все, файл отправлен на флешку. Можете проверить его наличие на флешке.

Шаг 4. Информацию Вы записали. Теперь надо безопасно извлечь флешку из компьютера. Для этого делаете следующее.

На этом все. Теперь вы и работу с флешкой освоили. И готовы покорять новые компьютерные горизонты! Успехов вам в этом!

Флэш-накопитель - это запоминающее устройство, использующее флэш-память. Флэш-память является энергонезависимой. Она может быть электрически стерта и перепрограммирована.

Таким образом, это тип электрически стираемой программируемой постоянной памяти, именуемый EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) - электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ. Память такого типа может стираться и заполняться данными до миллиона раз. Флэш-диски схожи с обычными жесткими дисками и могут их заменить. Флэш-память используется для легкого и быстрого хранения и передачи информации.

О флэш-памяти

Флэш-диски часто используются в продуктах, которые работают на низкой мощности и те, которым, возможно, придется работать в суровых условиях. Флэш-память является энергонезависимой, а следовательно, флэш-накопители не должны быть подкреплены батареей. Флэш-память твердотельная. Это означает, что в ней нет ничего механического. Все чисто электронное. Флэш-память имеет сетку из столбцов и строк, каждая клетка имеет два транзистора в каждой точке пересечения в сетке. Тонкий оксидный слой отделяет транзисторы в каждой паре. Один транзистор в паре называется плавающим затвором, а другой известен как регулирующий затвор. Плавающий затвор может удерживать электрический заряд. Этот заряд заключается в электрической изоляции оксидного слоя, отделяющего его от ворот управления. Таким образом, любые электроны, помещенные на плавающий затвор, остаются на нем. Это делает флэш-память энергонезависимой. Работа флеш-памяти заключается именно в добавлении и удалении электронов из плавающих затворов.

Как работает флешка?

Она должна быть вставлена в порт USB на компьютере. Сегодняшние операционные системы могут обнаруживать флэш-накопители и устанавливать необходимые драйверы самостоятельно. Как только устройство будет обнаружено, оно может быть использовано для хранения данных. Флешка может быть извлечена из компьютера только после того как ее работа будет окончена. Система подскажет, когда можно будет безопасно ее удалить, после чего она может быть удалена физически.

Флэш-накопитель состоит из печатной платы и покрыт в пластиковый или резиновый кожух, который делает его прочным. Разъем USB, который торчит наружу закрывается съемной крышкой. Большинство флэш-накопителей используют подключение USB Типа A, это делает их совместимыми со стандартными разъемами компьютера. Следовательно, они могут быть подключены непосредственно к порту на вашем компьютере.

Флэш-накопители не требуют каких-либо дополнительных драйверов устройств. Когда флэш-накопитель подключен к компьютеру, на котором установлена операционная система блочной логической единицы, при этом достигается абстрагирование от деталей реализации сложных устройств флэш-памяти и операционная система может использовать любую файловую систему или адресацию блоков системы. Короче говоря, Операционная система рассматривает его как жесткий диск. При подключении флэш-накопитель переходит в режим эмуляции, который означает, что он эмулирует работу жесткого диска в дальнейшем. Это делает передачу данных между флэш-накопителем и компьютером намного проще.

Флеш-накопители используются в управлении операционных систем для того, чтобы превратить персональные компьютеры в сеть электроприборов. В таких случаях они содержат операционную систему и используется для загрузки системы. Флэш-диски имеют преимущество над другими устройствами из-за их низкого энергопотребления и низкого уровня отказов. Кроме того, флэш-накопители имеют небольшой портативный размер. Они дают возможность быстрой передачи данных с меньшими трудностями. В основном, они являются Plug-и-Play устройствами. Они не требуют какой-либо специальной подготовки с вашей стороны, чтобы иметь возможность их использовать. У них большой магазин памяти, объем памяти больше, чем у дискет или компакт-дисков.

В течение первых лет их эволюции, флэш-накопители не могли выдержать, слишком много циклов стирания. Это сделало ранние флэш-накопители непригодными для данных, нуждающихся в частых обновлениях. Чтобы заполнить этот пробел, производители разработали метод выравнивания, который физически распределяет данные по всем ячейкам памяти. Современные флешки могут выдержать до миллиона циклов.

USB флэш-накопители

USB флэш-накопитель модное сегодня слово в компьютерных технологиях. Это флэш-память или устройство хранения памяти NAND-типа. Основные компоненты флеш-накопителя включают разъем USB Типа A, контроллер хранения, чип флэш-памяти NAND и кварцевый генератор. Разъем USB действует как интерфейс между устройством и компьютером. Контроллер запоминающего устройства состоит из крошечного RISC-процессора. Он также имеет некоторый объем памяти на микросхеме (она может быть ПЗУ и ОЗУ). Чип флеш-памяти делает фактическую работу по хранению данных. Кварцевый генератор вырабатывает тактовые сигналы и управляет выводом данных из устройства. Светодиоды, действующие в качестве индикаторов, осуществляют защиту от записи и переключают некоторые другие компоненты, которые могут быть частью флешек.

Использование флэш-накопителя

Подключите флэш-накопитель к компьютеру.
Компьютер укажет вам, что он обнаружил внешнее устройство.
Операционная система будет воспринимать его как любой другой жесткий диск. Никакие специальные драйверы устройству не нужны. Никакой конкретной файловой системы не требуется.
Зайдите в меню "Мой компьютер" и вы увидите флэш-накопитель среди других дисков.
Вы сможете открыть его, как любой другой жесткий диск.

Преимущества флешек

Они легкие и портативные.
Они надежны. Они устойчивы к царапинам и не подвержены влиянию магнитных полей.
Флэш-память является энергонезависимой.
Они являются устройствами «plug-and-play», таким образом, их легко использовать.
Компьютер воспринимает их как любой другой жесткий диск, тем самым делая передачу данных легким.

Недостатки флэш-накопителей

Они имеют небольшой размер. Так что могут быть легко потеряны.
Частое использование приводит к износу, особенно в точке их соединения с компьютером.
Существует ограничение на количество циклов записи и стирания, которые они могут выдержать.
Использование флешки на различных компьютерах, делает ее восприимчивой к инфекциям. Вирус на диске может уничтожить данные или сделать их нечитаемыми.

Современные флэш-накопители оснащены мерами безопасности, такими как шифрование или даже биометрические данные. Они оснащены защитным кожухом, который делает их надежными. Хотя число циклов стирания и записи может быть ограничено. Они имеют дополнительное преимущество, поскольку обладают емкостью, скоростью, портативностью и низким энергопотреблением. Понятно, что недостатки флэш-накопителей ничтожно малы по сравнению с простотой использования, которое они предлагают. Флэш-накопители сегодня являются одними из самых популярных устройств хранения данных. Они могут выполнять загрузки программ, в них можно хранить важные документы, проекты и домашние задания, они могут хранить музыку, фильмы и изображения.

К омпьютерный мир наконец-то объединился вокруг стандарта зарядки, после нескольких лет фирменных адаптеров и некрасивых стен развлетленных источников питания. Ну, вроде: Мы уже видим некоторую фрагментацию с точки зрения нового разъема USB Type-C , который в конечном итоге может заменить USB, а также то, что, к счастью, оказывается, недолгая одержимость Samsung была с множеством USB разъемов micro-B для своей линии Galaxy. Но помимо этого, и с очевидным исключением разъема Lightning от Apple, микро USB уничтожил склонность отрасли для пользовательских портов.

Десять лет назад, вы всегда должны были убедиться, что у вас правильный источник питания для каждого из ваших гаджетов. Как правило, блоки питания бывали даже не маркированы. Сегодня вы можете зарядить свой телефон в доме вашего друга (приобрести зарядку и другие аксессуары можн на сайте https://itsell.ua в Украине, подключить для чтения электронных книг в любой компьютер, и загружать фотографии с цифровой камеры непосредственно к телевизору, все благодаря стандартизированным разъемам. На его месте, хотя, есть новая проблема: питание USB. Не все зарядные устройства USB, разъемы и кабели созданы равными. Вы, наверное, заметили, что некоторые зарядные устройства мощьнее, чем другие. Иногда, один USB-разъем на ноутбуке, казалось бы, более мощным, чем другой. На некоторых настольных ПК, даже когда они выключены, вы можете зарядить свой смартфон через гнездо USB. Оказывается, есть способ решить все это безумие – но для начала мы должны объяснить, как на самом деле работает питание USB.

Есть в настоящее время четыре спецификации USB – USB 1.0, 2,0, 3,0, и 3,1 – в дополнение к новому разъему USB-C. Мы будем указать, где они существенно различаются, но по большей части, мы сосредоточимся на USB 3.0, так как это самый распространенный. В сети USB, есть один хост и одно устройство. Почти в каждом случае, ваш компьютер является хозяином, а ваш смартфон, планшет, или камера устройства. Питание всегда течет от хоста к устройству, хотя данные могут течь в обоих направлениях, например, при копировании файлов туда и обратно между вашим компьютером и телефоном.

Хорошо, теперь цифры. USB 1.0 или 2.0 разъем имеет четыре контакта, и кабель USB имеет четыре провода. Внутренние контакты передают данные (D + и D-), а внешние контакты обеспечивают 5-вольтового источника питания. Порт USB 3.0 добавляет дополнительный ряд из пяти штифтов, так что USB 3.0-совместимые кабели имеют девять проводов. С точки зрения фактической мощности (миллиампер или мА), есть три вида USB-порта продиктованных текущей спецификации: стандартный порт downstream, порт зарядки downstream, а также специальный порт зарядки. Первые два можно найти на вашем компьютере (и должны быть помечены как таковые), и третий вид относится к “неразумным” зарядным устройствам стен.

В спецификации USB 1.0 и 2.0, стандартный порт downstream способен выдавать до 500 мА (0,5А); с USB 3.0, он доходит до 900mA (0.9A). В процессе заряда и выделенные порты для зарядки обеспечивают до 1,500mA (1.5A). USB 3.1 имеют пропускную способность до 10 Гбит, что называется режим SuperSpeed +, в результате, это примерно эквивалентно с первого поколения Thunderbolt. Он также поддерживает мощность 1.5А и 3А по шине 5V.

Разъем USB Type-C

USB Type-C полностью другой разъем. Он универсальный; Вы можете поместить его в любом случае, и он будет работать, в отличие от USB или как разъем Lightning от Apple. USB-C также теоретически в два раза больше имеет пропускной способности в отличии от USB 3.0, и может выводить больше мощности. Apple, присоединился к USB Type-C с USB 3.1 на своем 12-дюймовом MacBook, и Google включил его на теперь в Chromebook Pixel . Кроме того, мы начинаем видеть его на телефонах, с первым из которых OnePlus 2 ; текущие популярные модели включают в себя Google Nexus 6P, OnePlus 3 , а также Samsung Galaxy версии 7 . Но также могут быть старшие версии с портами USB, которые поддерживают стандарт 3.1.

Спецификация USB также позволяет порту “sleep-and-charge”, в котором USB-порты на компьютере, при выключении питания остаются активными. Возможно, вы заметили это на настольном компьютере, где всегда есть какое-то питание, протекающий через материнскую плату, некоторые ноутбуки также способны sleep-and-charge.

Универсальное зарядное устройство

Теперь, это то, что диктует спецификации. Но есть много USB-зарядных устройств, которые не соответствуют этим характеристикам – в основном левого производства или мировых гигантов. IPad использует зарядное устройство от Apple, например, обеспечивает 2.1A на 5В; Amazon’s Kindle Fire использует зарядное устройство выходы 1.8A; и многие автомобильные зарядные устройства могут выводить что-либо от 1A до 2.1A.

Существует огромная разница, между обычными USB портами, рассчитанных на 500 мА, а также выделенных портов зарядки, которые варьируются вплоть до 3,000mA. Это приводит к важному вопросу: Если вы берете телефон, который поставляется вместе с зарядным устройством 900mA, и подключаете его к зарядному устройству 2,100mA IPAD, в качестве примера, может ли он взорваться ?

Короче говоря, нет: Вы можете подключить любое устройство USB в любой кабель USB и к любому порту USB, и ничто не взорвется – и на самом деле, используя более мощное зарядное устройство только должно ускорить зарядку батареи. Мы это делаем все время с нашими мобильными устройствами, и у нас никогда не было проблем.

Ответ в том, что возраст вашего устройства играет важную роль, диктуя и как быстро он может быть заряжен, и может ли он быть заряжен с помощью универсального зарядного устройства для всех. Еще в 2007 году, USB Implementers Forum выпустила Charging Specification батарей, которые стандартизированы как более быстрые способы зарядки USB – устройств, либо путем откачки больше ампера через порты USB на вашем компьютере, или с помощью настенного зарядного устройства. Вскоре после этого, USB устройства, реализованные по этой спецификации начали покупать.

Если у вас есть современное устройство USB – на самом деле, практически любой смартфон, планшет, или камеры – вы должны иметь возможность для подключения к USB-порту высокой силы тока и наслаждаться более быстрой зарядкой. Если у вас есть старый продукт, тем не менее, он, вероятно, не будет работать с USB-портами, которые используют спецификации зарядной батареи. Он может работать только со старыми, оригинал (500мА) USB 1.0 и 2.0 портами ПК. В некоторых (более старых) случаях, USB устройства можно заряжать только с помощью компьютеров с определенными драйверами, но подобным компьютерам идет уже более десяти лет.

Есть несколько других вещей, в которых надо быть в курсе. В то время как компьютеры могут иметь два вида USB-порта – стандартный downstream или зарядки – OEM downstream -производители не всегда маркируют их как таковые. В результате, вы можете иметь устройство, которое заряжает от одного порта на вашем ноутбуке, но не от другого. Это черта старых компьютеров, так как там, кажется, не причин использовать стандартные порты downstream, когда порты зарядки высокой силы тока доступны. Большинство производителей сейчас ставят маленький значок молнии над правильной зарядки портов на ноутбуках, а в некоторых случаях, эти порты могут даже остаться при закрытой крышке.

Аналогичным образом, некоторые внешние устройства – жесткие диски 3,5-дюймовые, в первую очередь – требуют больше энергии, чем обычный порт USB может обеспечить. Вот почему они включают в себя два USB-порта, Y-кабель или внешний адаптер питания переменного тока.

В противном случае, USB, безусловно, сделал зарядку наших гаджетов и периферийных устройств намного проще, чем когда бы то ни было. И если новый разъем USB-C будет популярен, все будет получить еще проще, потому что вы никогда не будете ругаться после того, в какую розетку его подключить. Удачи Вам и спасибо за внимание!