USB против кабельного салата

Развитие и перспективы USB-соединений

Салат этот несъедобный, просто вредный, сознательно его никто не готовит, он возникает сам по себе в силу технических причин. Кто начинал работать на компьютере пару десятков лет назад, хорошо знает, что это такое – Kabelsalat, переплетение разных проводов, соединяющих электронную технику. Обычный компьютер соединен с периферией (мышка, клавиатура, монитор, принтер, колонки, вебкам, внешние носители информации...), к нему подводят питание, интернет. На работе картина не намного лучше, но там специалисты чаще всего укладывают кабели в специальные каналы и уводят под плинтусы. Одной из причин образования кабельного салата было разнообразие разъемов (портов), каждый прибор имел свой вид разъёма, что, с одной стороны, было удобно (не воткнешь куда попало), с другой – лишь увеличивало хаос. Кроме того, разъёмы были достаточно крупными, а кабели – толстыми, да еще  разъёмов часто не хватало.

И вот настал предел, когда терпеть создавшееся положение было уже невозможно, к слишком уж большим издержкам приводило это многообразие.

Яснее других ситуацию осознал и указал путь решения проблемы инженер Аджай Бхатт (Ajay Bhatt) из корпорации Intel. Он так обрисовал задачу: «Наша цель была такой – взял устройство, воткнул его в компьютер, и оно заработало». Благодаря Бхатту современные пользователи компьютерной техники знают по большей части только один вид соединения – Universal Serial Bus, что в переводе означает универсальная последовательная шина (в порядке юмора перевод онлайн-службы Bing от Microsoft: «универсальный серийный автобус»), то есть USB.

В мире техники есть судьбоносные прорывы, определяющие ее развитие на многие годы. Иногда они у всех на виду, а иногда... вроде бы тоже на виду, но воспринимаются достаточно равнодушно. Между тем создание универсального разъёма USB ознаменовало подлинную революцию в компьютерной технике.

Работа началась в 1992 году, и скептиков было значительно больше, чем энтузиастов. В те годы шла война, точнее – войны, форматов и стандартов, предложенных разными производителями. Компьютеры не узнавали подключаемые приборы, постоянно требовались новые драйверы, сплошь и рядом подключение внешнего прибора требовало перезагрузки компьютера. Дело сдвинулось, когда удалось заинтересовать в идее универсального разъёма, одного для почти всех внешних приборов, таких гигантов как Microsoft, Compaq, IBM, NEC и других, ведь это им предстояло переходить на выпуск новой продукции. Все эти фирмы ясно понимали, как сдерживает массовую компьютеризацию вечная угроза кабельного салата. К 1996 году началось распространение нового стандарта USB, а в 1998 году Apple выпустила ставший легендарным iMac, который имел только USB-порты.

Сегодня USB является самым распространенным стандартом соединения, в мире насчитывается более 6 миллиардов USB-портов различных вариантов. Причем возможности USB позволяют совершенствовать его от года к году. Сегодня наиболее распространенным портом является USB 2.0 в разных исполнениях, но уже созданы порты 3-го поколения, на подходе четвертое.

Основные достоинства USB в их универсальности, компактности, относительной дешевизне и возможности одновременно передавать цифровую информацию и силовое напряжение. Нас давно не удивляет, что, подключив к компьютеру прибор с аккумуляторным питанием, мы можем одновременно переносить, скажем, фото или видео, и при этом еще и заряжать аккумуляторы.

Ушли в небытие дискеты и отчасти CD-диски, их заменили USB-флэшки. Практически не выпускаются компьютеры с LPT- и COM-портами, их заменил USB-порт. Зарядка большинства мобильных приборов (смартфонов, планшетов, камер...) осуществляется в основном посредством USB. Если еще не так давно производители смартфонов могли позволить себе свой собственный разъём, то теперь такое уже немыслимо. Более того, ЕС законодательно потребовало от производителей унификации зарядных устройств, а это возможно только по стандарту USB.

Следует различать виды исполнения соединений USB и стандарты, по которым они функционируют. Изначально было создано два исполнения USB: Typ A (наиболее распространенный, плоский, размер 4×12 мм) и Typ B (почти квадратный, 7×8 мм). Далее в интересах производителей мобильной техники были внедрены Mini-USB (3×7 мм) и Micro-USB (2×7 мм), также в исполнениях А и B, которые сейчас являются самыми распространенными. И, наконец, в 2014 году появился порт USB-C, за которым, как считают специалисты, будущее.

В чем конкретно отличия в USB-стандартах (спецификациях)? Каждый следующий превосходит предыдущие, это позволяет быстрее заряжать приборы, обеспечивает большую скорость переноса данных, что сейчас чрезвычайно актуально.

Огромное их достоинство в однотипности «железа»: старый USB-контакт первого выпуска внешне не отличается от новейшего. Более того, все новейшие стандарты поддерживают все предыдущие, то есть ваша, например, камера, с соединением USB-1.0 вполне может быть соединена с портом USB-2.0 ноутбука, просто не все возможности по скорости переноса данных будут реализованы, но отказываться от старого прибора или искать какой-то адаптер на новый стандарт не нужно.

С 2010 года выпускаются приборы с USB 3.0. Новый стандарт обеспечивает заметно и большие скорости переноса данных (особенно важно ввиду внедрения сверхбыстрых твердотельных жестких дисков SSD), и более высокий ток. При внешней неотличимости в новом стандарте применяется больше проводов, к четырем жилам (две для данных, две для тока) добавили еще пять, что позволяет подключать самые требовательные приборы, например, для видео или аудио.

Вот данные по скорости переносы данных разными поколениями USB.

Первый разъём USB 1.0 обеспечивал скорость переноса до 1,5 Мбит/с, следующий, USB 1.1 уже 12 Мбит/с, наиболее сегодня распространенный USB 2.0 обеспечивает до 480 Мбит/с (сравните 1,5 и 480). Дальше – больше, причем значительно больше.

USB 3.0 / USB 3.1 Gen 1 / USB 3.2 Gen 1 допускает перенос данных со скоростью до 5 Гбит/с, USB 3.1 Gen 2 / USB 3.2 Gen 2 как и USB 3.2 Gen 1x2 – уже  10 Гбит/с, самый совершенный стандарт USB 3.2 Gen 2x2 – до 20 Гбит/с (здесь Gen означает «generation», то есть поколение). А на подходе уже USB 4.0 с собственным именем «Thunderbolt» и скоростью переноса данных до 40 Гбит/с.

Разные стандарты, разные исполнения – не идет ли USB по пути своих предшественников, не теряется ли в ходе его совершенствования одно из главных достоинств, универсальность? Отчасти – да, для решения проблемы создано новое исполнение USB-C. Этот разъём лишен существенного конструктивного недостатка все остальных USB-разъёмов, он симметричен, они – нет (пользователям Apple известен собственный вариант USB  – Lightning, тоже симметричный). Пока каждому пользователю приходится точно вставлять штекер, у него есть верх и низ, на ощупь не получается, можно повредить соединение. Он многожильный, имеет резервные провода, что значительно расширяет функциональность, например, обеспечивает передачу данных по телевизионному стандарту высокого разрешения HDMI. Не слишком, правда, приятно то, что для согласования нового формата с предыдущими пользователю придется обзавестись адаптером. Но зато через этот порт передается существенно большая мощность, 15 Вт по сравнению с 5 Вт у предшественников (время зарядки смартфона сократится на 70%). А USB-C в сочетании с перспективным стандартом USB 4.0 (Thunderbolt 3) обеспечивает даже 100 Вт мощности.

Сегодня много говорится и дигитализации, умных (smart) вещах вплоть до умного города, искусственном интеллекте – всё это возможно только на базе сетевых технологий с непрерывным высокоскоростным обменом информацией – это и есть задача для новейших USB-портов.

Но разве в наше время не устарели кабели вообще как таковые. Разве мобильность («новая свобода»), о которой сегодня только и говорят, не базируется на беспроводных технологиях, не уходит ли кабельное соединение, несмотря на все ухищрения, в прошлое («... словно полужесткое крепления или радиолы во дворах» по Визбору)? Нет, не уходит! Происходит перераспределение задач, проводные и беспроводные соединения и конкурируют, и сосуществуют. Новейший смартфон может обходиться вообще без разъёмов, зарядка с помощью индукции, аудио – только через Bluetooth и ни одной дырки, а то ведь даже проводок наушников плюс кабель дополнительной батареи умудряются буквально на ходу сплестись в тот самый салат.

Но тут возникают новые проблемы. Да, ликвидировав кабели, мы забудем о кабельном салате, но... сигналы, передаваемые на электромагнитных частотах, могут быть помехами друг другу. Их значительно легче перехватить (хакеры не дремлют!), несравненно легче поставить помехи, они распространяются недалеко, по-разному реагируя на препятствия, их «железо» дорого и энергоемко. Ваш умный дом, где все сигналы передаются только по воздуху, в один прекрасный день перестанет вас слушаться или распахнет свои двери нежелательным гостям. Так что беспроводные технологии при всем их удобстве могут стать источником немалых проблем.

С кабелем надежнее!

С. Мучник (Дортмунд)

Читайте также:

Электрическая безопасность бытовых приборов в эксплуатации и ремонте. Журнал «Партнёр», № 9 / 2018. Автор А. Михайлик