Использование и особенности стандарта USB 3.0

Предыдущие версии USB (стандарта USB 1.1 и USB 2.0) обеспечивали скорость обмена от 12 Мбит/с  до  480 Мбит/с соответственно. Интерфейс USB 2.0, представленный в 2000 г., был огромным шагом вперед по сравнению с предыдущей ревизией стандарта. Однако по прошествии 10 лет периферийные устройства, подключаемые к этой шине, настолько развились, что на сегодняшний день ее возможностей абсолютно недостаточно. Пришло время обновления - USB 3.0. Новая версия интерфейса USB 3.0 поддерживает полнодуплексный режим передачи данных, а пропускная способность возросла до 4,8 Гбит/с, то есть примерно в десять раз. Были улучшены возможности энергосбережения, но обратная совместимость с устройствами USB 2.0 и USB 1.1 сохранена.

SuperSpeed USB – это радикальное обновление стандарта. Стандарт SuperSpeed Universal Serial Bus (USB 3.0) предполагает десятикратное (до 4,8 Гбит/сек.) увеличение скорости передачи данных в сравнении с USB 2.0.

Таким образом пиковая производительность USB 3.0 - 5 Гбит/с, а это означает, что файл размером 25 Гб можно передать приблизительно за 70 секунд (у соединения USB 2.0 на то же задание уйдёт 14 минут). Поэтому SuperSpeed USB считают идеальным решением для массы задач, таких как копирование больших изображений, видео или резервирование данных на внешний носитель.

Стандарт USB 3.0 предлагает нам более оптимизированное энергетическое управление и полную совместимость с USB 2.0. Новые возможности по управлению питанием SS (superspeed) устройств и уровнем общения с ними, делают возможной ситуацию, когда хост и девайс могут договориться о том, как бы им вместе с компьютером впасть "в спячку", и как вообще «внешний девайс» относится к понижению мощности в данный момент? В новом протоколе SS существует даже некое понятие роутинговой информации в пакетах (чтобы не бегать ко всем устройствам через хаб). В USB 3.0 внесены изменения в протокол опроса, благодаря чему контроллер не станет беспрерывно обращаться к подключённому устройству в ожидании передачи данных и тратить зря энергию. Вместо этого сами устройства будут посылать сигнал, когда инициирована операция передачи.

Все же, в первую очередь, новый стандарт разрабатывался для устройств категории "sync-and-go", то есть для мобильных телефонов, плееров и внешних накопителей. Среди первых продуктов с его поддержкой будут и внешние накопители, для которых существующий интерфейс уже накладывает ряд ограничений. Кроме того, USB 3.0 может использоваться для трансляции HD-видео.

Industry adoption of USB 3.0 will likely soar. Linux первой из программных платформ получил поддержку USB 3.0. Операционные системы на основе ядра Linux стали первыми программными платформами с поддержкой интерфейса USB 3.0.

Спецификация USB 3.0 предполагает обратную совместимость с существующим USB-оборудованием. Свежая ревизия стандарта Uni­versal Serial Bus предусматривает глубокую модернизацию шины, призванную устранить основные ее недостатки - невысокую ско­рость передачи данных и непри­емлемые накладные расходы на обслуживание протокола. Для этого была введена новая шина USB SuperSpeed, позволяющая до­биться реальной пропускной спо­собности интерфейса 3,2 Гб/с (400 МБ/с). Теоретически же USB 3.0 может передавать дан­ные со скоростью 4,8 Гб/с. На­помним, что заявленная пропус­кная способность USB 2.0 состав­ляет 480 Мб/с, однако на прак­тике наиболее типичными пока­зателями являются 30-35 МБ/с.

Радикально улучшена работа с мелкими файлами - бичом прошлой ревизии стандарта. SuperSpeed предусматривает возможность передачи данных несколькими потоками по од­ному соединению: теперь все операции проводятся в рамках потока внутри уже существую­щего соединения и не требуют больших накладных расходов.

Во второй версии USB, в ходе одной операции, данные передаются только в одну сторону. Шина SuperSpeed, в отличие от USB 2.0, является полнодуп­лексной, поэтому контроллер мо­жет одновременно и принимать, и передавать данные без потерь производительности. Существу­ющие в настоящий момент конт­роллеры содержат два хоста, по­тому возможна одновременная работа с двумя устройствами в таком режиме. Для поддержки полного дуплекса введены две до­полнительные пары проводов и обязательное экранирование ка­беля.Like the upgrade from USB 1.1 to 2.0, the new 3.0 connectors and cables will be physically and functionally compatible with hardware from the older specs.       

В спецификации USB 3.0 разъёмы и кабели обновлённого стандарта физически и функционально совместимы с USB 2.0. Кабель USB 2.0 содержит в себе четыре линии — пару для приёма/передачи данных, плюс и ноль питания. В дополнение к ним USB 3.0 добавляет пять новых линий (в результате чего кабель стал гораздо толще), однако новые контакты расположены параллельно по отношению к старым на другом контактном ряду. Теперь можно будет с лёгкостью определить принадлежность кабеля к той или иной версии стандарта, просто взглянув на его разъём.

Разработчики уже продемонстрировали образцы разъёмов USB 3.0 с медным кабелем в качестве физического носителя сигнала, но естественно переход на новый стандарт USB предъявил и более «жесткие» требования к качеству соединительных кабелей. Вилки и разъёмы USB 3.0 будут чуть длиннее/глубже существующих, но это не помешает им сохранить обратную совместимость с USB 2.0.

Для USB 3.0 предусмотрены новые группы контактов. Изменение количества контак­тов в новой ревизии привело и к изменению формфактора разъ­емов.

Кабели стандарта А теперь оснащаются более длинным разъемом, в котором дополни­тельные контакты расположены чуть дальше и отдельно от отно­сящихся к USB 2.0, соответс­твенно и порт стал глубже. В разъемах типа-В они располага­ются выше остальных контактов на отдельной колодке. Конструк­ция предусматривает, что ко всем портам можно подключать как новые, так и старые кабели, также существует обратная сов­местимость между разъемами типа-А, однако кабели типа-В об­ратно несовместимы.    

А вот разъемы micro-B и micro-A будут особенные – и только для USB 3.0 устройств. Каждая пара будет защищена оплеткой (shielded). Вообще, кабель достаточно сложный в разрезе и в наполнении - там есть даже стоковые GND провода в высокоскоростных парах (которые соединены с GND хоста, но не соединены с разъемом). Т.е. проводов в кабеле больше, чем 4 пары - всего 10.

Как известно, часть проблем при эксплуатации USB-устройств может быть вызвана использованием оборудования и кабелей, не удовлетворяющих требования спецификаций USB. И если при использовании USB 1.X несоответствие основным  требованиям  спецификации редко приводит к ошибкам, то уже USB 2.0 такого несоответствия не допускает, а новый стандарт USB 3.0 со скоростью передачи до 4,8 Гбит/с и тем более. Проблемы с кабелем USB могут прояв­ляться по разным причинам: компьютер «не опознает» (не ви­дит) устройство, подключенное к USB; компьютер  «опознает» USB-устройство, но через некоторый период вре­мени его «теряет»; USB-устройство работает неста­бильно (например, принтер изредка распе­чатывает пустые листы, обрывает распечатку, зависает и т.п.). Все эти проявления могут быть вызваны, например, еще и тем, что рядом с кабелем USB проходит сило­вой питающий кабель, или может располагаться розетка, силовые трансформаторы, мощные акустические сис­темы. При использовании качественных экра­нированных кабелей все эти негативные факторы практически не влияют на работу уст­ройств, но дешевые «тонкие» кабели, изготовлен­ные неизвестными производителями становятся в этих условиях источником сбоев и других проблем (если воз­можность замены низкокачественного кабеля отсутствует, то для решения проблемы можно конечно попытаться снизить скорость передачи данных изменяя настройки драйверов или  BIOS SetUp).

Значительным расширением функциональности можно счи­тать и увеличение допустимой электрической нагрузки на порт: теперь устройство может потреб­лять до 900 мА (против 500 мА у USB 2.0), что избавит от необхо­димости дополнительного под­ключения питания к портатив­ным жестким дискам и оптичес­ким приводам. Отныне пользователь может не только подпитывать от одного хаба гораздо большее количество устройств, но и само аппаратное обеспечение избавится от ранее поставлявшихся отдельных блоков питания. Также снижено минимальное значение напря­жения питания подсоединенного устройства с 4,4 до 4 В.

Интерфейс USB 3.0 в последнее время привлекает достаточно много внимания – производители анонсируют всевозможные устройства с поддержкой нового высокоскоростного стандарта передачи данных. SuperSpeed USB – конечно огромный шаг вперед в развитии наиболее популярного универсаль­ного интерфейса.