Шина usb 4 гнезда

В конце 2020 года ожидается выход устройств с поддержкой интерфейсов нового поколения USB4/Thunderbolt 4. Данные интерфейсы похожи, однако имеют ряд принципиальных отличий. Среди таких отличий можно выделить наиболее значимое: спецификации на USB4 общедоступные и любой желающий может изучить основные принципы работы данного интерфейса, в отличие от Thunderbolt 4.

В данной статье мы рассмотрим изменения, которые претерпел интерфейс USB4 по сравнению с предыдущей версией (USB 3.2), разберем архитектуру USB4 и перечислим его основные характеристики.

Более подробную информацию можно найти в спецификации на USB4.

Видео:Распиновка USB гнезда 4 контактаСкачать

Что мы знаем о USB4?

Основные характеристики USB4:

Разъем: аналогично современным интерфейсам от Intel (Thunderbolt 3/4) USB4 поддерживает только разъем USB-C.

Скорость передачи данных: тут уже дело обстоит немного сложнее и все не так однозначно, попытаемся разобраться: минимальная поддерживаемая скорость для устройства, имеющего USB4-сертификацию, составляет 20 Гбит/c. Но также может поддерживаться скорость 40 Гбит/c, если хост, устройство и кабель на это способны. И данная пропускная способность уже ничем не уступает своему конкуренту от Intel – Thunderbolt 4.

Туннелирование интерфейсов: одной из основных задач, которые необходимо было решить на этапе разработки USB4-интерфейса, являлось объединение нескольких различных протоколов, работающих через разъем USB-C, в единый физический интерфейс. Основные интерфейсы, работающие в режиме туннелирования:

• Enhanced SuperSpeed USB (USB3) (предыдущее поколение);
• DisplayPort (DP);
• PCI Express (PCIe) (не является обязательной опцией).

Поддержка конфигурации шины: поддержка возможности специального соединения между двумя хостами (host-to-host).

Питание USB4: для работы USB4 питание устанавливается и регулируется в соответствии со спецификациями USB Type-C и USB PowerDelivery (PD). Реализована возможность передачи питания до 100 Вт.

Поддержка Thunderbolt 3: хост или устройство, работающее по интерфейсу USB4, может также взаимодействовать с устройствами, поддерживающими подключение по интерфейсу Thunderbolt 3. Но данный функционал не является обязательным, поэтому поддержка данной возможности зависит только от разработчиков устройств.

Видео:Лекция 310. Шина USB - функциональная схемаСкачать

Сравнение с USB 3.2

После того как мы рассмотрели основные характеристики USB4, можем выделить ряд значительных изменений по сравнению с предыдущей версией стандарта:

Разъем: предыдущие версии разъемов не поддерживаются. В связи с необходимостью использовать дополнительную сигнальную линию данных (Sideband Channel), нет возможности использовать такие разъемы, как USB Type A/B.

• Отказ от разъемов USB Type A/B, miniUSB, microUSB

Скорость передачи данных: для последней версии USB 3.2 Gen2 x 2 максимальная скорость передачи данных составляет 20 Гбит/c, но данная скорость достигалась только с использованием одновременно двух линий передачи данных, то есть только для разъема USB-C. На предыдущих версиях разъемов скорость была вдвое меньше – 10 Гбит/c.

• Увеличение скорости передачи данных вдвое – с 20 до 40 Гбит/c

Питание: распределение питания в стандарте USB 3.2 регламентируется аналогично стандарту USB 2.0, с увеличением потребляемого тока для устройств, работающих на SuperSpeed-шине. Стандарты USB BC (Battery Charging) и USB PD для них являются дополнением, расширяющим возможности питания. Для USB4, в отличие от USB 2.0 и USB 3.2, не определена собственная модель питания устройства и регламентируется только с помощью спецификаций USB PD и USB Type-C.

• В отличие от USB 3.2, у USB4 не определена собственная модель питания

Поддержка дополнительных возможностей подключения: для интерфейса USB 3.2 полностью отсутствуют какие-либо дополнительные возможности. Отсутствуют режимы туннелирования для интерфейсов DP и PCIe, нет возможности организовать специальное соединение между двумя хостами. Только при использовании разъема USB-C появляется несколько опциональных альтернативных режимов (USB-C Alt Mode), например DisplayPort Alternate Mode, но данный функционал относится именно к использованию разъема USB-C и регламентируется спецификациями конкретного вендора, а не стандартом USB 3.2.

• Для USB 3.2 полностью отсутствует возможность дополнительных сторонних подключений

Видео:Всё о USB 4 и Thunderbolt 4 — где инновации?Скачать

Отличие архитектуры USB4 от USB 3.2

На рисунке ниже представлена архитектура подключения системы USB 3.2. Как мы видим из рисунка, в системе присутствуют два параллельно работающих интерфейса – Enhanced SuperSpeed и USB 2.0, – за счет чего обеспечивается обратная совместимость интерфейса USB 3.2 с более ранней версией USB 2.0. Так как обе шины работают параллельно, то они могу быть активны одновременно.

Читайте также: Компрессионные шины до бедра

Архитектура системы USB4 имеет ряд отличий. Для совместной работы с интерфейсом USB 2.0 все так же присутствует шина, которая функционирует независимо от других интерфейсов. Так как обмен данными по интерфейсу USB 3.2 выполняется по тем же линиям данных, по которым обеспечивается обмен данными и для других поддерживаемых интерфейсов, необходимо использовать туннелированный протокол. Подробная схема системной архитектуры USB4 представлена на рисунке.

Для туннелирования таких интерфейсов, как USB 3.2 и PCIe, необходимо использовать специальные адаптеры протокола (Protocol Adapters). Так, для туннелирования интерфейса USB 3.2 используется специальный хаб (Enhanced SuperSpeed Hub). В свою очередь для PCIe используется специальный коммутатор (PCIe Switch), необходимый для обработки связанных с протоколом маршрутизации пакетов и обеспечивающий буферизацию данных. Для туннелирования DP не требуется никакой промежуточной логики. Соединение устанавливается напрямую, как сквозное.

В каждом маршрутизаторе (Router) системы установлен блок, отвечающий за синхронизацию и распределение времени. На схеме он обозначен как TMU (Time Management Unit).

Маршрутизатор (Router) – основной блок, необходимый для построения архитектуры USB4. Он отвечает за сопоставление трафика туннельных протоколов с пакетами USB4, формирует и направляет пакеты через структуру USB4. За счет внутреннего TMU-блока маршрутизатор синхронизирует время по всей структуре передачи USB4. За настройку и обнаружение маршрутизатора на линии отвечает диспетчер подключения (Connection Manager), расположенный на стороне хост-устройства. Выделяются всего два типа маршрутизаторов: маршрутизатор устройств (Device Router) и хост-маршрутизатор (Host Router).

Для полной поддержки интерфейса USB4 необходимо, чтобы на обеих сторонах располагался USB4-порт. Он состоит из линий приема и передачи данных (RX/TX) и двухпроводного дополнительного канала (Sideband (SB)) (SBTX/SBRX). USB4-порт может работать в двух режимах: одноканальном или двухканальном. В одноканальном режиме линия 1 (Lane 1) будет отключена. В двухканальном режиме линии 0 и 1 связаны и обеспечивают общий канал данных. На рисунке ниже представлены оба режима работы.

Дополнительный SB-канал необходим для инициализации устройства на линии с хостом и для управления между портами.

Важно понимать, что интерфейс USB 2.0 не входит в маршрутизатор USB4 и работает параллельно с ним.

Таким образом, для порта USB Type-C с поддержкой USB4 полный режим подключения включает в себя:

• порт USB4;
• шину данных USB 2.0 (D+/D-);
• канал конфигурации по CC-линии, необходимый для передачи протокола USB PD;
• шины питания (VBUS/VCONN/GND).

Видео:Как работает USB? Просто, доступно, с примерами.Скачать

Новые уровни в функциональной модели USB4

На рисунке ниже представлена функциональная модель USB 3.2. Присутствуют три основных уровня: физический уровень (Physical Layer), канальный уровень (Link Layer) и наивысший уровень – уровень протокола (Protocol Layer).

В USB4 мы уже видим другую модель, так как были внесены значительные изменения. Самым низким из всех остается физический уровень (Physical Layer), который в свою очередь состоит из двух подуровней: логического (Logical Layer) и электрического (Electrical Layer). Уровнем выше расположен транспортный уровень (Transport Layer). Наивысшими равнорасположенными уровнями являются: уровень конфигурации (Configuration Layer) и уровень протокола адаптера (Protocol Adapter Layer). Уровень протокола адаптера был добавлен в связи с реализацией туннелирования. Он используется для обработки данных туннелированных интерфейсов.

На рисунке ниже представлена схема функциональной модели USB4.

Рассмотрим каждый из них подробнее:

Электрический уровень (Electrical Layer) определяет электрические характеристики для USB4-соединения: уровни напряжения сигнала, фазовое дрожание (jitter), скремблирование и кодирование сигнала.

Логический уровень (Logical Layer) расположен над электрическим уровнем и ниже транспортного. Данный уровень устанавливает соединения между двумя маршрутизаторами и необходим для передачи потоков байт между ними.

Транспортный уровень (Transport Layer) определяет формат передаваемого пакета, маршрутизацию, синхронизирует передачу по времени и управляет передаваемыми потоками. На данном уровне выполняется передача туннелированных пакетов и пакетов управления (Control Packets) через шину.

Уровень конфигурации (Configuration Layer) необходим для обработки входящих пакетов управления и обеспечивает настройку конфигурации маршрутизатора. Данный уровень также определяет схему адресации для пакетов управления в домене и гарантирует наличие надежного транспортного механизма для пакетов управления, которые предоставляют доступ к пространству конфигурации маршрутизатора.

Читайте также: Шины для автоматической коробки передач

Уровень протокола адаптера (Protocol Adapter Layer) необходим для преобразования пакетов между транспортным уровнем и туннельным протоколом. На данном уровне определяется тип туннельного протокола.

Видео:CAN шина👏 Как это работаетСкачать

Новый канал связи (Sideband Channel)

Основное отличие интерфейса USB4 от предыдущей версии и в то же время одной из причин невозможности использования нового интерфейса с предыдущими версиями разъема является появление нового дополнительного канала связи, расположенного на дополнительных линиях разъема USB Type-C (SBU1/SBU2).

Данный канал выполняет ряд функций:

• инициализацию линии передачи данных;
• подключение и отключение устройств от USB4-порта;
• включение и отключение линии передачи данных;
• ввод и вывод из состояния сна (Sleep state).

Транзакции дополнительного канала отправляются по линии SBTX и принимаются по линии SBRX. На рисунке ниже показано несколько примеров подключения SBTX и SBRX между двумя маршрутизаторами с использованием активных, пассивных кабелей и встроенных на устройствах ретаймеров.

Существуют три основных типа транзакций для данного канала. Каждая из них отвечает за свой функционал:

• Link Type (LT) – LT-транзакция, предназначенная для инициализации дорожки. Данная транзакция также используется для того, чтобы сигнализировать об изменениях состояния подключенного адаптера, например об отключении линии передачи данных или о переходе в состояние низкого энергопотребления;
• Administrative Type (AT) – AT-транзакция, предназначенная для чтения и записи информации в специальную конфигурационную область;
• Re-timer Type (RT) – RT-транзакция, необходимая для общения маршрутизаторов с ретаймерами.

Каждый порт USB4 реализует набор регистров конфигурации канала. Каждый ретаймер, установленный на линии, также имеет собственную конфигурацию. Маршрутизатор использует AT-транзакции для получения доступа к регистровому пространству другого маршрутизатора или RT-транзакции для доступа к регистровому пространству ретаймера.

Видео:USB разъемСкачать

Вывод

Обещание, данное Intel в 2017 году, было выполнено, благодаря чему стандарт USB4 вобрал в себя многое от Thunderbolt 3. В итоге можно сказать, что USB4 остается все тем же стандартным интерфейсом, выполняющим роль обмена данными между хост-устройством и широким спектром одновременно доступных периферийных устройств. В то же время в нем появилось множество изменений, которые выглядят крайне положительными и многообещающими на текущий момент: избавление от различных версий интерфейса и объединение в одно общее название (USB4), отказ от различных разъемов в сторону одного единого (USB Type-C), попытка сделать общедоступным объединение различных интерфейсов, таких как DisplayPort, PCI Express, USB3, добавление новых дополнительных возможностей, например соединение host-to-host – все эти факторы, а также открытость стандарта (в отличие от Thunderbolt 4) свидетельствуют о том, что USB4 имеет все шансы стать более «массовым» интерфейсом, чем Thunderbolt 4.

Видео:Thunderbolt 4: БУДУЩЕЕ USB-CСкачать

Типы стандартов USB и разница между ними

Вроде мы слышали, что USB 3.0 — это круче, чем USB 2.0. Но чем именно — знают не все. А тут еще появляются какие-то форматы Gen 1, Gen 2, маркировки Superspeed. Разбираемся, что значат все эти маркировки и чем они отличаются друг от друга. Спойлер: версий USB всего четыре.

Видео:КАБЕЛЬ USB 4.0 от Canyon | Чем он лучше USB 3.2Скачать

USB 2.0

Когда-то было слово только USB 1.0. Сейчас это уже практически архаика, которую даже на старых устройствах почти не встретить. Еще 20 лет назад на смену первопроходцу USB 1.0 пришел улучшенный USB 2.0. Как и первая версия, эта спецификация использует два вида проводов. По витой паре идет передача данных, а по второму типу провода — питание устройства, от которого и идет передача информации. Но такой тип подключения подходил только для устройств с малым потреблением тока. Для принтеров и другой офисной техники использовались свои блоки питания.

USB версии 2.0 могут работать в трех режимах:

• Low-speed, 10–1500 Кбит/c (клавиатуры, геймпады, мыши)
• Full-speed, 0,5–12 Мбит/с (аудио и видеоустройства)
• High-speed, 25–480 Мбит/с (видеоустройства, устройства для хранения данных)

Видео:Переходник Гнезда (разъема) USB Type-C На Четыре Контакта (Pin) - Обзор AliExpress !!!Скачать

USB 3.0

Стандарт USB 3.0 появился в 2008 году и до сих пор используется во многих устройствах. Скорость передачи данных выросла с 480 Мбит/с до 5 Гбит/с. Помимо скорости передачи данных, USB 3.0 отличается от версии 2.0 и силой тока. В отличие от более ранней версии, которая выдавала 500 мА, USB 3.0 способен отдавать до 4.5 Вт (5 В, 900 мА).

Читайте также: U116000 было опознано событие устройство поддерживающее шину в пробужденном состоянии

Новое поколение USB обратно совместима с предыдущими версиями. То есть USB 3.0 может работать и с разъемами USB 2.0 и даже 1.1. Но в этом случае буду ограничения по скорости. Подключив USB 3.0 к устройству с USB 2.0 скорость, вы получите не больше 480 Мбит/с — стандарт для версии 2.0. И наоборот, кабель 2.0 не станет более скоростным, если подключить его в устройство с USB 3.0. Это связано с количеством проводов, используемых в конкретной технологии. В версии USB 2.0 всего 4 провода, тогда как у USB 3.0 их 8.

Если вы хотите получить скорость передачи, заявленную стандартом USB 3.0, оба устройства и кабель должны быть именно версии 3.0.

Видео:IEEE1394 (FireWire) и USB разъемы - не перепутай!Скачать

USB 3.1

В 2013 году появляется версия USB 3.1 с максимальной заявленной скорость передачи данных до 10 Гбит/с, выходной мощностью до 100 Вт (20 В, 5 А). С появлением USB 3.1 произошла революция в маркировках всех стандартов. Но с ней мы разберемся чуть позже. А пока запомним главное: пропускная способность USB 3.1 увеличилась вдвое по сравнению с версией 3.0. И одновременно с обновленным стандартом появился и принципиально новый разъем — USB type-С. Он навсегда решил проблему неправильного подключения кабеля, так как стал симметричным и универсальным, и теперь все равно, какой стороной подключать провод к устройству.

Видео:CHERY TIGGO 4 - косяк со штатными USB разъёмами. Исправляем сами. Подробная инструкция.Скачать

USB 3.2

В 2017 году появилась информация о новой версии — USB 3.2. Она получила сразу два канала (больше проводов богу проводов) по 10 Гбит/с в каждую сторону и суммарную скорость в 20 Гбит/с. Стандарт USB 3.2 также обратно совместим с режимами USB 3.1, 3.0 и ниже. Поддерживается типом подключения USB-C на более современных гаджетах.

Видео:Что такое Thunderbolt: особенности и отличия от других стандартовСкачать

Типы разъемов

Версий разъемов USB несколько, и для каждого есть свое предназначение.

• type-А — клавиатуры, флешки, мышии т. п.
• type-B — офисная техника (принтеры, сканеры) и т. п.
• mini type-B — кардридеры, модемы, цифровые камеры и т. п.
• micro type-B — была наиболее распространенной в последние годы . Большинство смартфонов использовали именно этот тип подключения, пока не появился type-C. До сих пор остается довольно актуальным.
• type-C — наиболее актуальный и перспективный разъем, полностью симметричный и двухсторонний. Появился одновременно со стандартом USB 3.1 и актуален для более поздних версий стандартов USB.

Видео:Оставил ELM327 в машине! ЧТО БУДЕТ?Скачать

Superspeed, Gen или как разобраться в маркировках стандартов USB

Как только в типах стандартов появилась USB 3.1, привычная цифровая маркировка изменилась и здорово запуталась. Вполне понятный и простой USB 3.0 автоматически превратился в USB 3.1 Gen 1 и ему была присвоена маркировка SuperSpeed. А непосредственно сам USB 3.1 стал называться USB 3.1 Gen 2 с маркировкой SuperSpeed +.

Но и это уже потеряло свою актуальность с выходом стандарта USB 3.2. Он получил название USB 3.2 Gen 2×2 и маркировку SuperSpeed ++. В итоге маркировка всех предшествующих стандартов опять меняется. Теперь USB 3.0, она же USB 3.1 Gen 1, превращается задним числом в USB 3.2 Gen 1 с прежней маркировкой SuperSpeed. А USB 3.1, ставшая USB 3.1 Gen 2, тоже поднялась до USB 3.2 Gen 2. При этом конструктивно все стандарты остались прежними — изменяются только названия. Если вы уже запутались во всех этих цифрах и маркировках, таблица ниже поможет внести ясность в актуальных названиях.

Если еще более кратко, то сейчас опознать стандарты USB можно так:

USB 3.0 — это USB 3.2 Gen 1, он же Superspeed
USB 3.1 — это USB 3.2 Gen 2, он же Superspeed+
USB 3.2 — это USB 3.2 Gen 2×2, он же Superspeed++

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле

  📸 Видео

  Вагнеровцы после обороны Бахмута #shortsСкачать

  

  Tanchjim 4U обзор динамических наушников - Настрой на свой вкус!Скачать

  

  Крупнокалиберный Переполох группа Ангел. случайно сняли видео в Мариуполе и показали их видео по твСкачать

  

  Простая проверка CAN шины. Сканер не видит автомобиль через OBD2. Как правильно выбрать изоленту.Скачать

  

  PCI и PCI-Express что можно подключитьСкачать

  

  Как развивался USB? От USB 1.0 до USB Type-C: этого вы не знали!Скачать

  

  БОКОВУШЕЧКА У ТУАЛЕТА в плацкартеСкачать