Wszystko u USB
Dział:
" Komputer Świat
" / Jak to działa
" / Wszystko u USB
Autor:
Tagi: USB, huby USB, transfer danych
Data publikacji: 29 lipca 2009
Jedno łącze zamiast dżungli gniazd, wtyczek i przewodów? Takie
rozwiązanie spodobałoby się Albertowi Einsteinowi. Wyjaśnimy,
dlaczego złącze USB jest tak uniwersalne.
Jeszcze dziesięć lat temu tylna ściana każdego peceta upstrzona była mnóstwem
przeróżnych gniazd. Urządzenia peryferyjne miały łącza rodem z komputerowej epoki
kamiennej, na przykład port COM dla myszy, wtyczkę DIN dla klawiatury i port
równoległy dla drukarki.
Wprowadzenie złącza USB (Universal Serial Bus) spowodowało, że wszystko stało się
prostsze. Od tego czasu istnieje jedno łącze standardowe obsługujące prawie wszystko,
co łączy się z komputerem za pomocą przewodu. Aparaty, klawiatury, twarde dyski,
urządzenia wielofunkcyjne i wiele, wiele innych peryferiów łączy się z komputerem przez
USB. Ale USB nie zawsze znaczy to samo: różne standardy, szybkości i przewody
komplikują nieco sprawę. Komputer Świat wyjaśni wszystko.
Pamięci USB są doskonałym środkiem transportu dla danych. Modele godne polecenia to
zwycięzca testu jakości w Komputer Świecie 8/2009 - SanDisk Cruzer Contour 16 GB
Flash Drive (od 230 złotych)
1
oraz GOODDRIVE Twister 16 GB (od 120 złotych) - najlepszy w kategorii Cena/Jakość
Jakie są zalety USB?
Złącze USB wyparło wiele innych. I całe szczęście, bo USB ma wiele zalet:
" Prosta eksploatacja: podłączamy i gotowe. Urządzenia USB można podłączać i
odłączać przy włączonym komputerze. System operacyjny rozpoznaje urządzenie i
najczęściej ma pasujący do niego sterownik. Nie ma również ryzyka pomylenia
wtyków lub niewłaściwego ich podłączenia.
" Wszechstronność: większość pecetów ma kilka gniazd USB, umieszczonych z
przodu, z boku i z tyłu obudowy.
" Szybkość: w USB 2.0 dane pędzą przez przewody z prędkością 480 MB/s - na
przykład skopiowanie pliku wielkości płyty CD (700 MB) trwa niewiele dłużej niż
20 sekund.
" Uniwersalność: praktycznie każdy komputer zbudowany w ciągu ostatnich 10 lat
wyposażony jest w gniazdo USB, a wybór urządzeń peryferyjnych podłączanych
do USB jest olbrzymi.
" Zasilanie: USB może zasilać urządzenia o niewielkim zużyciu prądu, takie jak
klawiatury, myszy czy dyski 2,5-calowe. Przy napięciu 5 woltów dostarcza prąd o
natężeniu 500 miliamperów. Urządzenia dodatkowe o wyższych potrzebach
energetycznych, takie jak drukarki i dyski zewnętrzne 3,5-calowe, wymagają
dodatkowego zasilacza, podłączanego do gniazdka.
" Prosta budowa: w centrum zawsze znajduje się komputer, do którego podłączone
jest urządzenie USB. Urządzenie wymienia dane bezpośrednio z pecetem. To tak
zwane połączenie typu punkt - punkt jest powodem, dla którego większość
urządzeń podłączonych do komputera przez USB nie potrafi wymieniać danych
pomiędzy sobą.
Komputer pełni funkcję tak zwanego hosta USB. Jako gospodarz pyta on regularnie
wszystkie podłączone przez USB urządzenia, tak zwanych klientów, czy są nowe dane do
2
transmisji. Goście sami z siebie nie mogą wysyłać żadnych danych. Ta procedura, zwana
pollingiem (ang. odpytywanie), angażuje wprawdzie moce obliczeniowe komputera, ale
umożliwia budowę prostych, a tym samym niedrogich urządzeń USB. Połączenie typu
USB - USB możliwe jest tylko w przypadku urządzeń działających w standardzie USB On-
The-Go, takich jak aparaty i drukarki wyposażone w technologię PictBridge.
Istnieje wiele niezwykłych urządzeń ze złączem USB, na przykład popielniczka z
wyciągiem dymu albo kapcie, które można podgrzać za pomocą prądu z USB
Dlaczego podłączanie urządzeń przez USB jest takie proste?
System operacyjny na ogół rozpoznaje urządzenia USB automatycznie po pierwszym
podłączeniu i sam wyszukuje odpowiedni sterownik. Żelazna zasada: im nowszy system
operacyjny, tym większe prawdopodobieństwo, że użytkownik nie będzie musiał
instalować żadnego sterownika. I tak Windows XP i Vista rozpoznają pamięci USB,
czytniki kart pamięci i zewnętrzne dyski całkowicie automatycznie i zgłaszają je, jako
urządzenia z wymiennymi nośnikami pamięci. Wymagany sterownik, będąc częścią
systemu, od razu jest instalowany na twardym dysku. Windows Vista zawiera oprócz tego
sterowniki dla popularnych modeli drukarek, skanerów, gamepadów i innych urządzeń.
Jeśli Windows nie rozpoznaje urządzenia USB, trzeba zainstalować sterownik dołączony
do niego. W przypadku urządzeń wielofunkcyjnych i drukarek przed pierwszym
podłączeniem urządzenia powinniśmy przeczytać w instrukcji, w jakiej kolejności
instalować urządzenie. Może się, bowiem zdarzyć, że Windows nie rozpozna sprzętu
prawidłowo i zainstaluje sterownik o mniejszym zakresie funkcji albo wręcz niewłaściwy.
Najważniejsze oprócz USB złącza zewnętrzne komputera
Jeszcze przed kilkoma laty do standardowego wyposażenia komputera należała cała
kolekcja przeróżnych złączy. W ostatnich latach komunikację peceta z urządzeniami
peryferyjnymi zdominowała technologia USB i wiele gniazd stało się po prostu zbędne.
Dziś już trudno spotkać drukarkę, która podłączana byłaby do powszechnego niegdyś
portu równoległego.
3
Broni się jeszcze złącze eSATA, służące do podłączania zewnętrznych dysków twardych.
Wciąż szybsze od USB 2.0 prawdopodobnie po upowszechnieniu się USB 3.0 również
zniknie z naszego sprzętu.
Gniazdo do podłączania kamer cyfrowych i zewnętrznych twardych dysków. Aktualna
wersja FireWire 800 jest trochę szybsza od USB 2.0, ale traci na znaczeniu.
Stosowane do podłączania dysków wewnętrznych łącze SATA ma też swój zewnętrzny
wariant. eSATA przesyła dane do czterech razy szybciej niż USB 2.0.
Niegdyś standardowe złącze dla klawiatury i myszy dzięki USB nie odgrywa dziś już
żadnej roli. Gniazdo fioletowe przeznaczone jest dla klawiatury, a zielone dla myszy.
4
Przed dominacją USB port równoległy był standardowym interfejsem do podłączania
drukarek i skanerów.
Port szeregowy, do którego kiedyś podłączano mysz i modem, w nowych pecetach
przestał odgrywać jakąkolwiek rolę. Stosuje się go jeszcze w przemyśle do sterowania
maszynami.
5
Do portu MIDI podłączano dżojstiki i instrumenty muzyczne w technologii MIDI. Dziś tego
typu urządzenia mają wtyczkę USB.
Wcześniej obok będących dziś standardem dysków twardych w technologii IDE często
można było spotkać dyski SCSI. Przez to złącze podłączano je do komputera.
Czy istnieją różne standardy USB?
Tak, aktualnie obowiązują dwa standardy:
" USB 1.1: stare komputery i notebooki wyprodukowane przed rokiem 2002 mają
jeszcze USB 1.1, w którym dane płyną stosunkowo wolno. Teoretyczna prędkość
maksymalna wynosi 12 megabitów na sekundę - co odpowiada 1,5 megabajta na
sekundę. W praktyce jednak tej prędkości maksymalnej nie da się osiągnąć, ale te
osiągane wystarczają w zupełności do obsługi urządzeń komunikacyjnych, takich
jak klawiatura i mysz. Na marginesie: praprzodek tej technologii - USB 1.0 -
istniał tylko na papierze - gotowe urządzenia nigdy nie trafiły do sprzedaży.
" USB 2.0: wszystkie komputery i notebooki wyprodukowane począwszy od roku
2003 są wyposażone w USB 2.0. Szybkość maksymalna w porównaniu z USB 1.1
wzrosła zdecydowanie, bo aż do 480 megabitów, co odpowiada 60 megabajtom na
sekundę. W praktyce jednak ta szybkość maksymalna nigdy nie jest osiągana.
Nie wszystkie urządzenia USB wykorzystują pełną szybkość łącza. Wyższe wartości
osiągają na ogół tylko urządzenia oznaczone symbolem USB Hi-Speed. Jeśli natomiast na
opakowaniu znajduje się symbol USB 2.0 Full Speed, to urządzenie pracuje tylko z
szybkością USB 1.1.
6
Na szczęście urządzenia USB są uniwersalne. Nieważne, czy komputer jest stary, czy
nowy - jeśli ma gniazdo USB, to można podłączyć do niego każde urządzenie ze złączem
USB. I tak myszy w technologii USB 1.1 można używać z gniazdem standardu 2.0 i
odwrotnie - urządzenia standardu 2.0 działają na gniazdach USB 1.1, jednak szybkość
transmisji danych jest wtedy dużo niższa. Dysk USB 2.0 podłączony do gniazda 1.1
osiągnie tylko 1/30 swojej potencjalnej szybkości.
" USB 3.0: Kolejna wersja USB - standard 3.0 jest jeszcze w fazie projektowej.
Zgodne z nowym standardem komputery i urządzenia peryferyjne trafią na rynek
w przyszłym roku.
Rodzaje wtyków USB
Istnieją różne rodzaje wtyków USB: typ A pasuje na ogół do gniazd pecetów i
notebooków, typ B znajduje zastosowanie w urządzeniach peryferyjnych. Spotkamy trzy
wielkości wtyków typu B: standardowy, mini-USB i mikro-USB.
Wtyczka typu A używana jest najczęściej w gniazdach komputerów i hubów USB.
Niektóre drukarki i urządzenia wielofunkcyjne również mają gniazda dla wtyczki typu A,
na przykład do podłączania aparatów fotograficznych.
Wtyczki typu B podłączane są do odpowiednich gniazd w urządzeniach peryferyjnych.
Najczęściej są to spore urządzenia, na przykład drukarki lub skanery.
Mniejsze urządzenia USB, takie jak aparaty fotograficzne, palmtopy lub telefony
komórkowe mają zmniejszony wariant gniazda USB typu B, zwany również Mini-USB.
7
Jeszcze mniejszy od Mini-USB jest jego nowszy wariant - wtyczka Mikro-USB. Gniazda do
niej znajdują zastosowanie przede wszystkim w telefonach komórkowych.
Czy mogę zwiększyć liczbę gniazd USB?
Tak, najłatwiej zrobić to za pomocą tak zwanego huba USB. Taki niewielki rozdzielacz
można kupić już za mniej więcej 20 złotych. Zajmuje on tylko jedno gniazdo USB w
komputerze, oferując w zamian możliwość podłączenia od dwóch do siedmiu urządzeń.
Za pomocą kolejnych hubów teoretycznie można podłączyć do komputera nawet 127
urządzeń USB.
Dzięki temu, że hub można postawić na biurku, nie musimy się trudzić, aby podłączyć
wtyczkę odtwarzacza z tyłu obudowy. Hub sprawdzi się też, jako przedłużacz, jeśli
przewód urządzenia peryferyjnego jest za krótki. Istnieją dwa rodzaje hubów:
" Huby aktywne mają własny zasilacz. Dzięki temu, że podłączone urządzenia mają
do dyspozycji więcej energii, na hubach aktywnych działa również sprzęt o
wyższych potrzebach energetycznych, na przykład zewnętrzne dyski twarde.
" Huby pasywne, zasilane przez gniazdo USB. Do hubów pasywnych można
podłączać urządzenia o niewielkim apetycie na prąd.
Alternatywę dla hubów stanowią karty rozszerzające do montażu wewnątrz komputera,
dzięki którym z tyłu obudowy możemy zyskać cztery dodatkowe gniazda. Takie karty
podłączane do złącza PCI płyty głównej są dostępne w cenie już od kilkunastu złotych.
Hub USB znacząco zwiększa liczbę gniazd USB dla urządzeń zewnętrznych
Jak długi może być przewód USB?
Maksymalna długość zwykłego przewodu USB wynosi 5 metrów, ale specjalne
przedłużacze pozwalają osiągnąć również większe dystanse. Cztery takie przedłużacze o
długości do 5 metrów każdy można połączyć w przewód o maksymalnej długości 20
metrów. Tak zwany USB Line Extender (od 140 złotych) może mieć długość nawet 60
metrów. Taki przewód ma specjalne wtyczki, które łączy się ze sobą zwykłym kablem
sieciowym.
8
Mój komputer ma złącza USB, FireWire i eSATA. Które jest najlepsze?
Takie złącza różnią się przede wszystkim szybkością transmisji danych:
" FireWire: to łącze wykorzystywane do podłączania kamer cyfrowych i niektórych
modeli zewnętrznych dysków twardych. Aktualny standard FireWire 800 jest
nawet nieco szybszy od USB 2.0. Jednak dyski z tym złączem są na ogół droższe
niż modele USB.
" eSATA: to złącze służy do podłączania zewnętrznych dysków twardych, a ostatnio
również specjalnych pamięci ze złączem eSATA. Inaczej niż w przypadku USB
żadne elektroniczne układy przetwarzające nie spowalniają transferu danych do
komputera. Prędkość dysków podłączanych przez eSATA nie odbiega, więc od
prędkości dysków wewnętrznych. Jeśli priorytetem jest szybkość transferu,
najlepszym rozwiązaniem jest złącze eSATA.
Jak oznacza się standardy USB
Na opakowaniach większości urządzeń peryferyjnych znajdziemy symbol USB, który
informuje o zastosowanym w sprzęcie standardzie. Stowarzyszenie przemysłowe USB
Implementers Forum określa, jakie wymagania techniczne muszą spełniać różne
urządzenia USB. Sprzęt może być oznaczony danym symbolem tylko wtedy, kiedy spełnia
określone warunki. Jeśli urządzenie oznaczone jest symbolem innym niż znajdujące się
poniżej, powinno to wzbudzić naszą nieufność - może tu chodzić o zwykły złom.
Symbol USB - Taki symbol może mieć każde urządzenie, informuje on tylko o fakcie, że
wyposażono je w złącze USB.
USB - Tę wersję symbolu USB znajdziemy na starszych urządzeniach. Nie stosuje się go
w nowych produktach.
USB 1.1 - Typowy symbol USB informuje, że chodzi o oficjalnie sprawdzone urządzenie
USB. Oznaczony nim sprzęt obsługuje tylko wolniejszy standard 1.1
9
On-The-Go - W roku 2001 na znaczku pojawił się zielony dodatek On-The-Go. Urządzenia
z tym znakiem mogą wymieniać dane bez pośrednictwa peceta.
USB 2.0 Hi-Speed - Taki znak noszą urządzenia certyfikowane na zgodność z USB Hi-
Speed. Obsługują transfer danych do 480 megabitów na sekundę.
USB 2.9 Hi-Speed On-The-Go - Taki symbol mogą nosić tylko urządzenia pracujące
wyjątkowo szybko i obsługujące technologię On-The-Go.
Wireless USB - Na razie niewiele jest produktów noszących taki symbol. Mogą przesyłać
dane drogą radiową z prędkością do 480 megabitów na sekundę.
USB 3.0 - Urządzenia ze znakiem SuperSpeed-USB trafią na rynek dopiero w przyszłym
roku. Znak symbolizuje nowy, szybki standard: USB 3.0.
10
Dlaczego niektóre urządzenia USB działają tylko podłączone bezpośrednio do komputera?
Wiele urządzeń peryferyjnych zasilanych jest wyłącznie przez przewód USB i nie wymaga
podłączenia do gniazdka. W zależności od apetytu na prąd urządzenia USB dzielą się na
dwie kategorie:
" low-power: urządzenia kategorii low-power mają zużycie prądu na poziomie
poniżej 100 miliamperów (mA);
" high-power: urządzenia klasy high- -power mogą zużywać do 500 mA prądu.
Można je podłączać tylko do gniazd USB z własnym zasilaniem, a więc
bezpośrednio do komputera lub do aktywnego huba USB.
Menedżer urządzeń pozwala ustalić, ile prądu zużywa urządzenie USB. Mysz USB
potrzebuje tylko około 100 mA - o wiele mniej niż wynosi maksymalne zużycie 500 mA
Większość hubów pasywnych bez własnego zasilania, na przykład huby wbudowywane do
niektórych modeli klawiatur, jest w stanie zasilić urządzenia low-power wystarczającą
ilością energii. Urządzenia high-power po podłączeniu do huba pasywnego odmówią
pracy, a Windows poinformuje o tym fakcie komunikatem błędu.
Co to jest USB On-The-Go?
Urządzenia w tej technologii potrafią wymieniać między sobą pliki bez pośrednictwa
komputera. Przykład: aparat cyfrowy z USB On-The-Go może wysyłać zdjęcia
bezpośrednio do obsługującej tę technologię drukarki. Użytkownik przed wydrukiem nie
musi, więc kopiować zdjęć do komputera.
Inna możliwość zastosowania tej technologii to na przykład wymiana plików pomiędzy
odtwarzaczami MP3. Ta technologia jak dotychczas nie zrobiła jednak oszałamiającej
kariery.
Co to jest wireless USB?
11
Nowy standard ma umożliwić bezprzewodowe łączenie sprzętu za pomocą USB. Plątanina
kabli pod biurkiem byłaby absolutnie zbędna, gdyby drukarki, skanery, dyski zewnętrzne
i odtwarzacze MP3 potrafiły komunikować się z komputerem bezprzewodowo. Nowa
technologia nazywa się Certified Wireless USB (CWUSB) i bazuje na standardzie USB.
Dane przesyłane są drogą radiową, tak jak w sieciach WLAN. Dzięki temu można
bezprzewodowo korzystać na przykład ze skanera i drukarki równocześnie. Nie da się
jednak obejść całkiem bez kabli, bo oba urządzenia muszą być połączone przewodem z
hubem bezprzewodowego USB, który z kolei drogą radiową łączy się z komputerem. Do
gniazda USB komputera podłączona jest odpowiednia karta wireless USB.
Do sieciowego huba USB firmy Belkin (około 300 złotych) można podłączyć do pięciu
urządzeń USB, które przez sieć komunikują się z komputerem. Zastosowanie rutera
WLAN pozwoli na komunikację bezprzewodową
Komputer rozpozna drukarki i skanery tak samo, jak gdyby były podłączone do gniazd
USB kablami. Bezprzewodowa technologia USB swoją maksymalną szybkość transmisji
danych na poziomie 480 megabitów na sekundę osiąga tylko przy odległości nadawania
do trzech metrów. Szybkość transmisji spada wraz z rosnącą odległością - jeśli dystans
wzrośnie do ponad trzech metrów, szybkość bezprzewodowego łącza USB zmniejszy się
do 110 megabitów na sekundę, a jeśli pomiędzy urządzeniami znajduje się ściana,
połączenie będzie w ogóle niemożliwe.
Alternatywą do przewodowego USB są huby USB, które można podłączyć do sieci LAN, na
przykład Belkin Network USB Hub.
Co przyniesie USB 3.0?
USB 3.0 jest rozwinięciem standardu 2.0. Jest już pilnie potrzebne i przyniesie
następujące zmiany:
Szybkość: USB 2.0 pozwala w praktyce na transfer z maksymalną szybkością 30
megabajtów na sekundę, co spowalnia pracę wielu urządzeń, na przykład dysków
zewnętrznych. Nawet najprostsze modele pracują bowiem znacznie szybciej. Dlatego
transfer przez USB 3.0 ma być nawet ponad dziesięć razy szybszy, na poziomie 500
megabajtów na sekundę. Teoretycznie urządzenie obsługujące USB 3.0 skopiuje więc na
twardy dysk ilość danych odpowiadającą płycie CD w czasie niewiele ponad jedną
sekundę. Teraz już tylko producenci muszą skonstruować odpowiednio szybkie dyski
twarde, które wykorzystają takie możliwości.
12
Przewód: Gniazda prawie się nie zmienią. Urządzenie USB 3.0 będzie można podłączyć do
gniazda standardu 2.0 i odwrotnie: urządzenie standardu 2.0 będzie współpracować z
gniazdem 3.0. Osiągnięcie maksymalnych szybkości będzie jednak wymagać nowych
przewodów. Są one znacznie bardziej skomplikowane i na pewno będą droższe niż
przewody standardu 2.0. Zmiany planowane są również we wtyczkach.
Zasilanie: USB 3.0 dostarczą więcej prądu niż standard 2.0: 900 miliamperów zamiast
obecnych 500 miliamperów. Ma to duże znaczenie na przykład dla dysków zewnętrznych.
Na superszybkie USB przyjdzie nam jeszcze trochę poczekać - pierwsze urządzenia mają
pojawić się na rynku w roku 2010.
Porównanie prędkości USB, eSATA i FireWire
Gdy chcemy kupić zewnętrzny twardy dysk do nowoczesnego komputera, mamy wybór
pomiędzy kilkoma rodzajami złączy. Różnią się one pomiędzy sobą przede wszystkim
prędkością. Najszybszy transfer danych umożliwia złącze eSATA, szybsze od USB 2.0 jest
również FireWire 800. USB triumfuje dzięki swojej powszechności: jest przy każdym
komputerze, więc z danych możemy korzystać wszędzie.
Dzięki nowemu standardowi 3.0 USB stanie się najszybszym złączem, ale twarde dyski
jeszcze długo nie będą potrafiły wykorzystać jego potencjału.
Nowe kable USB
W przewodzie USB obecnego standardu 2.0 mieszczą się cztery przewody. Dwa służą do
przesyłania danych, dwa pozostałe natomiast zasilają podłączone urządzenia w energię.
Dla nowej technologii transferu USB SuperSpeed to za mało, dlatego w nowych kablach
znajdą się cztery dodatkowe przewody - jedna para do odbioru, a druga do wysyłania
danych.
Zaleta: Inaczej niż w przypadku USB 2.0 dane można odbierać i wysyłać równocześnie z
pełną szybkością. Nowe kable mają również nowe wtyczki z pięcioma dodatkowymi
stykami, na przykład wtyk micro-B.
USB przyspiesza
Różnice szybkości transferu danych pomiędzy poszczególnymi standardami są naprawdę
gigantyczne. Dopiero standard 3.0 pozwoli na pełne
wykorzystanie szybkości nowoczesnych zewnętrznych dysków twardych.
fot. Igoraul | Dreamstime.com
13