Az USB-szabványok ismertetése az 1.0-tól a 4.0-ig

(kép: Same Sky)

Az univerzális soros busz, ismertebb rövid nevén USB, jelenleg vitathatatlanul a legelterjedtebb összeköttetési szabvány a piacon. Sokan azonban, különösen a műszaki közösségen kívüliek, talán nem is gondolnak bele, hogy mit is jelent az USB. Egyszerűen fogalmazva a „busz” (más néven sín) az elektronikus rendszerekben az adatok vagy az energia átvitelének módja a különböző részegységek között, míg a „soros” kifejezés azt jelzi, hogy az adatokat bitenként továbbítják ugyanazon a vezetéken (vagy néhány vezetéken). Az USB együttesen egy olyan műszaki szabványt jelent, amely „univerzális” vagy „egyetemes”, azaz egységes jellemzőket határoz meg az elektronikus rendszerekben lévő különböző eszközök összekapcsolására használt csatlakozók és kábelek számára.

Az USB, mint az eszközök közötti összeköttetés és adatkommunikáció egyszerű és kényelmes módja, az 1996-os megjelenése óta folyamatosan fejlődött, és ma már sokkal többre képes, mint akkor. Az 1990-es években történt bevezetése előtt az eszközök közötti kapcsolatok bonyolultak és kis adatátviteli sebességűek voltak. A több mint 25 éve tartó folyamatos fejlesztéseknek és változtatásoknak köszönhetően az USB és az USB Implementers Forum (USB-IF) olyan kapcsolódási képességeket hozott létre, amelyek messze meghaladják az eredetileg lehetségesnek tartottakat, és egyre nagyobb adatátviteli sebességet, energiaátvitelt és sok egyebet tesznek lehetővé. Ezekkel a folyamatos fejlesztésekkel azonban új szabványok, a meglévő szabványok frissítései és különféle elnevezési módok is megjelentek. Ennek eredményeképpen a legújabb USB-szabványokkal való lépéstartás zavaros és ellentmondásokkal teli feladat lehet. Ez a cikk az USB-szabványok részletes történetét kívánja bemutatni, miközben tisztázza a legújabb USB-elnevezési módokat.

Összeköttetés az USB előtt

Amint fentebb említettük, az USB előtti időkben a kis adatátviteli sebesség volt a jellemző, amely párhuzamos adatátvitel esetében gyakran csak a 100 kB/s (kilobájt/másodperc), soros adatátvitel esetében pedig a 450 kb/s ((kilobit/másodperc) értékig terjedt. A számítógépgyártók nemcsak soros és párhuzamos portokat használtak, hanem számos saját fejlesztésű dugasz, csatlakozó és kábel is létezett, amelyekhez gyakran külön illesztőprogramokra és kártyákra volt szükség. Ezenkívül korlátozott volt a kikapcsolás nélküli eszközcsere vagy eszközcsatlakoztatás, azaz a készüléket ki kellett kapcsolni, mielőtt bármilyen eszközt csatlakoztatni lehetett volna hozzá, majd csatlakoztatás utána újra be kellett kapcsolni.

Az USB-IF 1994-ben kezdte meg az USB-szabvány fejlesztését, és bejelentett több előzetes változatot (USB 0.8 és 0.9) is, amelyek általános használat céljára soha nem voltak elérhetőek. 1995-ben az USB 0.99 zárta az előzetesen kiadott szabványok listáját, amely általános használat céljára még mindig nem volt elérhető.

USB 1.0 és 1.1

Az USB-szabványok első főbb változatát az USB 1.0 jelentette 1996-ban, amely kis sebességen 1,5 Mb/s, teljes sebességen pedig 12 Mb/s adatátviteli sebességet tett lehetővé. Bár az USB 1.0 már a kikapcsolás nélküli eszközcsere és az önbeállítás kényelmét kínálta, az USB első általánosan használható változataként nem terjedt el széles körben.

Két évvel később, 1998-ban jelent meg az USB 1.1. Bár adatátviteli képességei azonosak voltak az USB 1.0 szabványéival, a kisebb sávszélességű eszközök esetében kisebb sebességgel is tudott működni. Nagy hírre tett szert, hogy az Apple iMac G3 számítógép, amely megszüntette a soros és párhuzamos portok használatát, Full Speed márkanévvel átvette az USB 1.1-et. Ez megnyitotta az utat az USB-szabványok szélesebb körű elfogadása előtt. Az USB 1.0 és 1.1 szabvány a fizikai USB-csatlakozókat is szabványosította A és B típusú csatlakozó néven.

1. ábra: A szabványos A és B típusú USB-csatlakozók (kép: Same Sky)

USB 2.0

A XXI. század elején a számítógépek és a különböző perifériák egyre szélesebb körű elterjedése miatt egyre nagyobb lett az igény a nagyobb adatátviteli sebességre. Ezért 2000 áprilisában megjelent a piacon az USB 2.0. Ez a szabvány 480 Mb/s adatátvitelt tett lehetővé, de a sínek korlátai ezt 280 Mb/s-re csökkentették. Az USB 2.0 a High Speed (nagy sebességű) márkanevet kapta, és visszafelé kompatibilis volt a korábbi szabványokkal és azok 1,5 Mb/s és 12 Mb/s átviteli sebességével. Ekkor kezdett elterjedni az USB áramforrásként való használata, és a villamossági szabványok 5 V-os feszültség mellett legfeljebb 500 mA áramerősséget tettek lehetővé.

Az USB 2.0 bevezette az USB On-the-Go (USB menet közben) megoldást is, amely lehetővé tette, hogy két eszköz külön USB-állomás nélkül kommunikáljon egymással. Egészen addig az USB-kapcsolatok mindig egy állomás vagy gazdagép (jellemzően egy számítógép) és egy periféria (egér, billentyűzet, zenei eszköz stb.) között jöttek létre.

A fizikai csatlakozókra vonatkozó szabványok tekintetében az USB 2.0 kompatibilis az A, B és C típusú, valamint a mini és mikro A és B típusú USB-csatlakozókkal. A mikro A és B, illetve C típusú fizikai csatlakozókat azonban csak sok évvel később, 2007-ben, illetve 2014-ben vezették be.

USB 3.0

Az USB 3.0 és az azt követő USB-szabványok több fejlesztési lépcsőn mentek keresztül, és időközben az elnevezési módok is megváltoztak. A félreértések remélhető elkerülése érdekében a szabványokra az eredeti kiadási nevükön fogunk hivatkozni, mielőtt részletesebben tisztáznánk a legújabb elnevezési módokat.

A 2008-ban megjelent USB 3.0 akár 5 Gb/s sebességű adatátvitelt is lehetővé tett, de a gyakorlatban a 3 Gb/s-hez közelebbi sebességeket ért el. A SuperSpeedUSB névre keresztelt USB 3.0 nyolcra duplázta az USB 2.0 hardver négy csatlakozóvezetékét, és lehetővé tette a kétirányú adatátvitelt, miközben visszafelé kompatibilis maradt az USB 2.0-val. A szabvány emellett az áramellátási képességet is megnövelte 5 V mellett 900 mA-re. Fontos megjegyezni, hogy az USB 3.0-kompatibilis hardverek, például az USB 3.0 A és B típusú csatlakozók (többnyire) kék színnel jelzik a kompatibilitást.

Az USB 3.2-es elnevezési módok bevezetésével az USB 3.0 ma már USB 3.2 Gen 1 (USB 3.2, 1. generáció) néven ismert.

USB 3.1

Az USB 3.0-val megegyező USB 3.1 egy 2013-ban kiadott átmeneti szabvány volt, amely egyszerűen csak megduplázta az adatátviteli sebességet 10 Gb/s-re. Ez a szabvány a SuperSpeed+ márkanevet kapta, és egy időben kétféle elnevezéssel is illették: USB 3.1 Gen 1 (USB 3.0) és USB 3.1 Gen 2. Az USB 3.2-es elnevezési módok bevezetése óta az USB 3.1 Gen 2-t USB 3.2 Gen 2 (USB 3.2, 2. generáció) néven emlegetik.

USB 3.2

A 2017 szeptemberében bevezetett USB 3.2 szabvány lecserélte az USB 3.0 és 3.1 szabványok elnevezési módjait, miközben egy harmadik szintű, akár 20 Gb/s sebességű adatátviteli képességgel is bővült. Az USB 3.2 Gen 2x2 elnevezésű szabvány teljes mértékben kihasználja az (a magyarban jellemzően röviden csak USB-C néven emlegetett) USB Type-C® csatlakozó kétsávos adatátviteli csatornáit, amelyek két érpáron át mindkét irányban 10 Gb/s sebességgel képesek adatokat továbbítani. Az USB 3.2 szabvány alsó két szintjét gyakran USB 3.2 Gen 1x1, illetve USB 3.2 Gen 2x1 néven emlegetik, ami egyszerűen csak a használt adatvonalak számát jelöli.

A további tisztázás érdekében az USB-IF frissített márkajelzéssel látta el az egyes szinteket. Ez a jól ismert SuperSpeed USB márkajelzésből áll, amelyet az adatátviteli határérték (amerikai írásmódú, nem SI formátumú változata, azaz Gb/s helyett Gbps) követ. Amint az alábbi 1. táblázatban látható, ezek az alternatív nevek a következők: SuperSpeed USB 5 Gbps, SuperSpeed USB 10 Gbps és SuperSpeed USB 20 Gbps.

1. táblázat: A megszabott USB 3.2 elnevezési módok (kép: Same Sky)

USB 4.0

A Thunderbolt 3 protokollon alapuló USB 4.0 2019 augusztusában jelent meg, akár 40 Gb/s sebességű adatátvitellel és külön videojel-átviteli móddal. A Power Delivery 3.1 szabvány az USB teljesítményét is megnövelte 240 W-ra. Bár technikailag a Power Delivery és az USB 4.0 különálló szabványok, párhuzamosan fejlesztették és gyakran együtt használják őket. Mindkét szabvány legújabb változatát csak a fizikai USB-C csatlakozó hardveres képességei révén lehet teljes mértékben kihasználni.

Az USB-IF az USB 4.0 elnevezési módjait is finomította, és USB4-re változtatta a következő két szinttel:

• USB4 20 Gbps (az adatátviteli sebesség megfelel az elnevezésnek)
• USB4 40 Gbps (az adatátviteli sebesség megfelel az elnevezésnek)

Az USB4 és a korábban említett USB 3.2 minden egyes szintjéhez új embléma tartozik, amelyet feltüntetnek a termékeken, remélve, hogy így tisztázzák a fogyasztók számára a piacon tapasztalható zavart. Az USB-szabványok különböző elnevezései azonban számos kihívást jelentenek, mert az eszközökre még mindig gyakran a régi elnevezéseikkel hivatkoznak.

2. táblázat: A jelenlegi USB-elnevezési módok és a kapcsolódó emblémák (kép: Same Sky)

Az USB jövője

Remélhetőleg ez a cikk tisztázza az USB-szabványok körüli zűrzavart, miközben bepillantást enged az USB folyamatosan javuló képességei és funkciói gyors fejlődésének történetébe. Könnyen lehet, hogy ma már természetesnek vesszük a perifériák csatlakoztatásának ezt a kis méretű, okostelefonokban, mobil eszközökben és akár ipari alkalmazásokban is megtalálható gazdaságos és egyszerű módját. A kizárólag töltési célokra használt USB-csatlakozók (a kizárólag áramellátásra készült USB-C csatlakozók) adatátvitel nélküli használatra is egyre inkább terjednek. Nagy biztonsággal kijelenthető, hogy az USB számára a jövőben is új felhasználási módokat és képességeket fognak találni, és a Same Sky a mérnökök számára számos USB-csatlakozót és USB-kábelt kínál különböző formájú, több USB-szabványnak megfelelő kialakítással.