USB θύρες και ταχύτητες

Σας παρουσιάζουμε έναν πλήρη οδηγό όσον αφορά τις θύρες USB και τις ταχύτητες που προσφέρει η κάθε μία. Οι USB θύρες έχουν πλέον αντικαταστήσει τις παρωχημένες PS2 για πληκτρολόγια και ποντίκια, σειριακές και παράλληλες για τα διάφορα περιφερειακά και προσφέρουν πλέον ταχύτητες διασύνδεσης πολύ μεγαλύτερες.

USB θύρες: Τύποι και χαρακτηριστικά

Από τις πρώτες εμφανίσεις της θύρας USB μέχρι και σήμερα, έχουν κυκλοφορήσει πολλές εκδόσεις όπου σε κάθε έκδοση είχαμε σημαντικές βελτιώσεις τόσο την συμβατότητα και λειτουργικότητα όσο και την ταχύτητα / παροχή ενέργειας.

Κάθε τύπος USB θύρας, παρέχει διαφορετικά χαρακτηριστικά και είναι σημαντικό να τα γνωρίζετε ώστε να επιλέγετε το κατάλληλο καλώδιο / θύρα για τις εφαρμογές σας.

Τι είναι η θύρα USB;

Την δεκαετία του 1990 υπήρχε μία χαοτική κατάσταση με τις σειριακές και παράλληλες θύρες όπου εκτός του ότι χρειαζόταν πολύ προσπάθεια για την επιτυχή σύνδεση μίας περιφερειακής συσκευής είχαμε και μία πολυπλοκότητα ως προς την συνδεσιμότητα.

Η θύρες USB εξελίχθηκαν μέσα από νόρμες τις οποίες παρουσίαζουμε παρακάτω στον πίνακα όπου φαίνεται πως συνδέονται, επικοινωνούν και τροφοδοτούν φορητές συσκευές και περιφερειακά στους υπολογιστές.

Η τελευταία έκδοση είναι η USB4 η οποία είναι το επόμενο βήμα που δίνει μεγαλύτερες ταχύτητες στη μετάδοση δεδομένων, καθιστώντας την κατάλληλη για μετάδοση βίντεο, και τροφοδοσία.

Τύποι USB θυρών

USB-C ταχύτητες

Για να γίνει αντιληπτό το θέμα με τις ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων των θυρών USB, θα πρέπει να διαβάσετε τα παρακάτω.

Μία θύρα USB τύπου C έχει 4 ζεύγη από pin τα οποία ονομάζονται lanes όπου μεταδίδουν δεδομένα (TX) και ταυτόχρονα λαμβάνουν (RX). Η θύρα USB 3.0 (5 Gbps) και η θύρα USB 3.1(10 Gbps) χρησιμοποιούν 1 lane για μετάδοση δεδομένων και 1 lane για λήψη δεδομένων, ανάλογα του προσανατολισμού του κονέκτορα. Η θύρα USB 3.2 εκμεταλλεύεται και τα 4 lanes (ζεύγη) για να πετύχει ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων μέχρι και 20 Gbps.

Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται η διάταξη των pin σε μία θύρα USB C

Ονομασίες έχουν τυποποιηθεί για την έκδοση USB 3.2. Για παράδειγμα USB 3.2 Gen 1×2 σημαίνει 5Gbps x 2 lanes για μία ταχύτητα σύνδεσης 10Gbps

Table 1

Specification	Signaling Rate/Lane	Number of Lanes	Aggregate Bandwidth
USB 3.2 Gen 1×1	5 Gbps (SuperSpeed)	1	5 Gbps
USB 3.2 Gen 2×1	10 Gbps (SuperSpeed+)	1	10 Gbps
USB 3.2 Gen 1×2	5 Gbps (SuperSpeed)	2	10 Gbps
USB 3.2 Gen 2×2	10 Gbps (SuperSpeed+)	2	20 Gbps

Η προδιαγραφή της Θύρας USB4 Gen 2×2 (USB4 20Gbps) και η USB 3.2 Gen 2×2 προσφέρουν και οι δύο 20 Gbps ταχήτητες. USB4 Gen 3×2 (USB4 40Gbps) χρησιμοποιεί μία διαφορετική κωδικοποίηση δεδομένων ώστε να πετύχει 20 Gbps ανά lane και 40 Gbps στην περίπτωση λειτουργίας dual lane.

Table 2

Specification	Signaling Rate/Lane	Number of Lanes	Aggregate Bandwidth
USB4 Gen 2×2	10 Gbps	2	20 Gbps
USB4 Gen 3×2	20 Gbps	2	40 Gbps

Τι νέο υπάρχει στην USB4;

Η θύρα USB 4 (επισήμως “USB4” χωρίς το κενό) είναι μία σημαντική αναβάθμιση όχι μόνο για τα θέματα ταχύτητας και βελτίωσης αλλά και επειδή βοηθάει να επιλυθούν θέματα ονοματοδοσίας μεταξύ της έκδοση USB 3.x και κυρίως επειδή δίνει στους χρήστες μία πιο σταθερή εμπειρία σύνδεσης.

Το πρωτόκολλο USB4 χρειάζεται ένα καλώδιο τύπου USB-C to USB-C.

Ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων έως και 40Gbps: Οι συσκευές που είναι συμβατές με το πρωτόκολλο USB4 απαιτείται να υποστηρίζουν ταχύτητες 20 Gbps (2.4 GB/δευτ). Προαιρετικά μπορούν να υποστηρίζουν ταχύτητες (4.8 GB/δευτ.sec) αν χρησιμοποιούν το καλώδιο μήκους 0.8 μέτρων τύπου Gen 3.

Πολλαπλά πρωτόκολλα: Το πρωτόκολλο USB4 υποστηρίζει το USB 3.2, PCIe και το DisplayPort 1.4a μέσα από μία τεχνική που ονομάζεται protocol tunneling. Τα πρωτόκολλα DisplayPort και Thunderbolt 3 επίσης υποστηρίζονται μέσω του Alt Mode.

Υποστήριξη σε προγενέστερες εκδόσεις των πρωτοκόλλων USB 3.2, USB 2.0 και Thunderbolt 3: Το πρωτόκολλο USB4 διατηρεί την συμβατότητα με τις προηγούμενες εκδόσεις USB και, χάρην στην υποδομή του Thunderbolt 3, υποστηρίζει το πρωτόκολλο TB3 Alt Mode.

Βελτιστοποίηση Video και μετάδοση Δεδομένων: Ενώ στο πρωτόκολλο USB 3.2 υπήρχε συγκεκριμένη κατανομή ευρυζωνικότητας σε δεδομένα ή video ή, στο πρωτόκολλο DP Alt Mode, το οποίο έδινε το 100% στα video. Το πρωτόκολλο USB4 κατανέμει δυναμικά τον όγκο πληροφοριών στα video και δεδομένα, λαμβάνοντας υπ’ όψιν τις πραγματικές ανάγκες.

100 Watt Φόρτιση: Όλες οι συσκευες USB4 υποστηρίζουν τη δυνατότητα να τροφοδοτούν συσκευές (USB Power Delivery). Όταν μία συσκευή συνδέεται σε μία θύρα USB4, USB PD διαπραγματεύεται μία “χειραψία” για να διανέμει ενέργεια, έχοντας τη δυνατότητα να δώσει μέχρι και 100W (5A/20V).

Τι είναι το πρωτόκολλο σηράγγωσης (Protocol Tunneling)?
Όταν οι συσκευές επικοινωνούν μεταξύ τους, το κάνουν μέσω ενός πρωτοκόλλου επικοινωνίας. Αν και οι δύο συσκευές μπορούν να ‘μιλούν και καταλαβαίνουν’ την ίδια γλώσσα επικοινωνίας, μία σύνδεση είναι εφικτό να δημιουργηθεί. Σαν έννοια, το πρωτόκολλο σηράγγωσης (Protocol Tunneling) δημιουργεί μία σήραγγα, χρησιμοποιώντας από την μία μεριά ένα πρωτόκολλο, το οποίο στέλνει στην άλλη μεριά όπου υπάρχει ένα άλλο, διαφορετικό πρωτόκολλο. Το πρωτόκολλο σηράγγωσης USB4 δημιουργεί μία τύπου USB-C σήραγγα όπου μπορούν να αποσταλούν δεδομένα για το DisplayPort ή PCIe. Η δημιουργία αυτής της σήραγγας για το πρωτόκολλο USB4, είναι παρόμοια με το Alt Mode αλλά δεν απαιτεί DP ή κάποιον ελεγκτή PCIe.

USB4 και Apple

Η Apple ενσωμάτωσε την λειτουργία USB4 και Thunderbolt αν και αρχικά υπήρχαν αμφιβολίες.

Τύποι καλωδίων USB, πρότυπα και καλώδια

Τύποι καλωδίων USB

Πρότυπο	Γνωστό ως…	Έτος	Τύποι καλωδίων	Ταχύτητα δεδομένων	Μήκος καλωδίου**
USB 1.1	Full Speed USB	1998	USB-A USB-B	12 Mbps	3 m
USB 2.0	Hi-Speed USB	2000	USB-A USB-B USB Micro A USB Micro B USB Mini A USB Mini B USB-C*	480 Mbps	5 m
USB 3.2 Gen 1	USB 3.0 USB 3.1 Gen 1 SuperSpeed	2008 (USB 3.0) 2013 (USB 3.1)	USB-A USB-B USB Micro B USB-C*	5 Gbps	3 m
USB 3.2 Gen 2	USB 3.1 USB 3.1 Gen 2 SuperSpeed+ SuperSpeed 10Gbps	2013 (USB 3.1)	USB-A USB-B USB Micro B USB-C*	10 Gbps	3 m
USB 3.2 Gen 2×2	USB 3.2 SuperSpeed 20Gbps	2017 (USB 3.2)	USB-C*	20 Gbps	3 m
USB 4	USB4 Gen 2×2 USB4 20Gbps	2019	USB-C*	20 Gbps	0.8 m
USB 4	USB4 Gen 3×2 USB4 40Gbps	2019	USB-C*	40 Gbps	0.8 m

* USB-C αναφέρεται ως Type C ή USB Type C
** Το μήκος καλωδίου είναι σύμφωνα με το πρότυπο. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν και μεγαλύτερα σε μήκος καλώδια υπό προϋποθέσεις.

Τύποι καλωδίων USB και συνδέσεις

Εικόνα	Περιγραφή	Σύνδεση Α	Σύνδεση Β
Θύρα USB 3 A αρσενικό	USB Type A Ο τυπικός κονέκτορας που ουσιαστικά υπάρχει σε όλους τους σύγχρονους υπολογιστές, κονσόλες, τηλεοράσεις. Αν και ο νέος κονέκτορας μπλε χρώματος USB3.0 Type A έχει περισσότερα pin η γενική δομή είναι ίδια οπότε μπορεί να λειτουργήσει με οποιαδήποτε τύπου Α πόρτα, ακόμα και παλαιού τύπου USB 1.1 (στην περίπτωση αυτή οι ταχύτητες θα είναι πιο αργές)
Θύρα USB B αρσενικό	USB Type B Είναι η θύρα που συνήθως χρησιμοποιείται στους εκτυπωτές και scanner. Πρόσφατα στην λίστα προστέθηκαν και οι μικροελεγκτές Arduino όπως για παράδειγμα η έκδοση MEGA και UNO
Θύρα USB-B mini	USB Mini-B Η θύρα USB mini-B χρησιμοποιείται συνήθως στους εξωτερικούς σκληρούς δίσκους ή σε ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές.
Θύρα USB 2 micro male	USB Micro-B Ο συγκεκριμένος κονέκτορας χρησιμοποιείται κυρίως στις συσκευές smartphone Android και τους πιο σύγχρονους εξωτερικούς σκληρούς δίσκους. Έχει διαφορετικές ρυθμίσεις για τις θύρες USB 2.0 και διαφορετικές για τις θύρες USB 3.0
Θύρα USB-C αρσενικό	USB Type-C Η θύρα type C είναι νέα, και πολλά σύγχρονα smartphone την χρησιμοποιούν. Πολλά laptop προσφέρουν την θύρα USB type C και παρέχουν άλλα πρωτόκολλα όπως Thunderbolt 3, Displayport, MHL, HDMI να υιοθετήσουν το πρωτόκολλο USB-C ως την βασική του σύνδεση.