25 lat nawiązywania połączeń za pomocą USB (po trzech próbach)

Wersja 1.0 standardu Universal Serial Bus (USB) została wydana w styczniu 1996 roku. 25 lat i trzy próby później przeszliśmy z prędkości USB 1.0 12 Mbit/s do prędkości USB4 40 Gbit/s. Oto jak USB podbił świat.

Problem: zmaganie się z portami i przerwaniami IRQ

Na początku lat 90. podłączanie urządzeń peryferyjnych do komputerów PC było bałaganem. Aby skonfigurować dowolny komputer, trzeba było użyć kilku różnych typów niekompatybilnych portów i złączy. Najczęściej obejmowały one port klawiatury, 9- lub 25-stykowy port szeregowy RS-232 i 25-stykowy port równoległy. Ponadto kontrolery gier na komputery PC używały własnego 15-stykowego standardu, a myszy często były podłączane do portów szeregowych lub zastrzeżonych kart.

W tym samym czasie producenci urządzeń peryferyjnych zaczęli wpadać na limity szybkości transmisji danych w istniejących portach używanych do urządzeń peryferyjnych w komputerach PC. Wzrastał popyt na aplikacje telefoniczne, wideo i audio. Tradycyjnie producenci omijali te ograniczenia, wprowadzając własne zastrzeżone porty, które można było instalować jako dodatkowe karty, ale zwiększało to koszty i zwiększało problemy ze zgodnością między komputerami.

I wreszcie, dodanie nowego urządzenia peryferyjnego do komputera PC było bólem głowy. Często oznaczało to konfigurowanie szczegółów technicznych, takich jak ustawienia IRQ, kanały DMA i adresy I/O, tak aby nie kolidowały z innymi urządzeniami zainstalowanymi w systemie. (Przeciętni użytkownicy komputerów nie muszą już o tym myśleć.) Musiał być łatwiejszy sposób.

Rozwiązanie: USB

Ulga miała wkrótce nadejść w postaci jednego portu, który mógłby zjednoczyć branżę: uniwersalnej magistrali szeregowej. USB powstał w 1994 roku jako wspólny projekt ośmiu znanych firm: Intel, Microsoft, IBM, Compaq, Digital Equipment Corporation, NEC i Northern Telecom. Po rozwoju przez kolejne półtora roku, grupa opublikowała specyfikację USB 1.0 15 stycznia 1996 roku.

Wymyślili szeregową magistralę peryferyjną komputera, która wykorzystywała proste 4-stykowe złącza, które były wytrzymałe i niedrogie. Port USB umożliwiał połączenia z szybkością do 12 megabitów na sekundę (wystarczająco w tym czasie dla aplikacji sieciowych) i może obsługiwać do 127 urządzeń na jednej magistrali, jeśli jest połączony ze sobą za pomocą koncentratorów.

Co najlepsze, USB było całkowicie plug-and-play, co oznaczało, że urządzenia automatycznie konfigurowały się (lub szukały odpowiednich sterowników) po ich podłączeniu. Nigdy więcej zmagań z przerwaniami. I w przeciwieństwie do wcześniejszych standardów, USB wspierało wymianę na gorąco, co oznaczało, że można było podłączać i odłączać urządzenia peryferyjne, gdy komputer był jeszcze uruchomiony: nie ma potrzeby ponownego uruchamiania podczas przełączania czegoś tak prostego jak mysz.

W tym czasie branża zwracała również uwagę na konkurencyjne standardy, takie jak Firewire (IEEE 1394), Apple GeoPort, ACCESS.bus i SCSI. Jednak zwyciężyła prostota i elastyczność USB — zwłaszcza, gdy dostawcy pokazali, że mogą tworzyć stosunkowo niedrogie chipsety USB dla koncentratorów i urządzeń peryferyjnych.

USB pojawia się na wolności

Przemysł komputerowy początkowo powoli przyjmował USB, a stopniowe ulepszenia standardu miały miejsce w ciągu kilku lat, zanim zaczęto go powszechnie stosować. Microsoft po raz pierwszy obsługiwał USB w Windows 95 OSR 2.1 w sierpniu 1997 (i w tym czasie także Win NT).

Według ComputerWorld, komputer stacjonarny Unisys Aquanta DX, wprowadzony na rynek 13 maja 1996 roku, był pierwszym komputerem PC z wbudowanymi portami USB, chociaż inni producenci, tacy jak IBM, mogli go wyprzedzić na rynku. Raporty w Byte Magazine mówią, że chipsety USB nie były dostępne na dużą skalę aż do połowy 1996 roku. Mimo to do końca 1996 roku prawie tuzin producentów komputerów PC ogłosiło komputery wyposażone w porty USB – zwykle dwa porty na maszynę.

Nawet przy wczesnej obsłudze USB przez producentów komputerów PC, urządzenia peryferyjne USB, które faktycznie mogły korzystać z portów, były nieliczne do około 1998 roku. Do tego czasu prawie każdy komputer był nadal dostarczany ze starszymi portami, więc producenci nadal rozwijali i sprzedawali urządzenia, które używał ich.

Jedno wydarzenie radykalnie zmieniło dostępność urządzeń peryferyjnych USB. W sierpniu 1998 roku Apple wypuściło iMaca, eleganckie urządzenie typu „wszystko w jednym”, które porzuciło wszystkie starsze porty na USB. Po raz pierwszy od ponad dekady Apple stworzył maszynę bez SCSI, ADB lub portów szeregowych, a producenci urządzeń peryferyjnych Mac zostali zmuszeni do przejścia na USB w znaczący sposób.

Podczas gdy Apple nie może przyznać się do wyłącznej zasługi w popularyzacji USB (na StackExchange toczy się zdrowa debata na ten temat), silna prasa skupiająca się na zależności iMaca od USB po raz pierwszy wniosła port do powszechnej świadomości.

Wkrótce te urządzenia peryferyjne Mac USB były również dostępne dla komputerów PC z USB, a dzięki zdrowej obsłudze USB w Windows 98, tańszym chipsetom i poprawkom standardu USB, rynek komputerów PC zaczął z entuzjazmem przyjmować USB na przełomie wieków. 2000s. W końcu telefony komórkowe zaczęły również obsługiwać połączenia USB i od tego czasu popularność USB nie spadła.

USB przez lata

Od 1996 roku możliwości USB znacznie się rozszerzyły, w tym obsługa nowszych, mniejszych typów złączy i znacznie większych prędkości. Przez cały czas standard był utrzymywany przez USB Implementers Forum (USB-IF). Oto kilka najważniejszych informacji.

• USB 1.0 (1996): Formalne wprowadzenie standardu USB ze złączami typu A i typu B. Wysoka prędkość to 12 megabitów na sekundę, niska prędkość to 1,5 megabitów na sekundę.
• USB 1.1 (1998): To wydanie naprawiło błędy w standardzie 1.0, w tym problemy z koncentratorami USB, i stało się pierwszym szeroko stosowanym standardem USB. Wprowadzono również złącza USB Mini typu A i B.
• USB 2.0 (2001): wprowadzono nowy, szybszy tryb 480 megabitów na sekundę przy zachowaniu wstecznej kompatybilności z urządzeniami USB 1.1. Wersja z 2007 roku po raz pierwszy wprowadziła złącza USB Micro.
• USB 3.0 (2011): Standard 3.0 wprowadził nową szybkość transmisji danych 5 gigabitów na sekundę o nazwie SuperSpeed. Wprowadzono również nowe złącza typu A, typu B i Micro z większą liczbą pinów, aby obsługiwać wyższą szybkość transmisji danych.
• USB 3.1 (2014): Zwiększyło to szybkość transmisji danych USB do 10 gigabitów na sekundę. Mniej więcej w tym czasie USB-IF wprowadził również symetryczne złącze USB-C, które można podłączyć w dowolny sposób i nadal działać. (Nie musisz już trzykrotnie obracać urządzenia USB, aby znaleźć prawidłowe ustawienie!)
• USB 3.2 (2017): W tej wersji USB wzniósł się do 20 gigabitów na sekundę i wycofał złącza typu B i mikro na rzecz typu C.
• USB 4.0 (2019): ten standard jest zgodny z Thunderbolt 3 i obsługuje połączenia do 40 gigabitów/sekundę. Wszystkie złącza inne niż USB-C zostały wycofane.

Przyszłość to USB

Od 2021 r. USB nadal się rozwija, jest obsługiwane tak szeroko, że złącza USB stały się de facto gniazdami zasilania do ładowania smartfonów, tabletów, kontrolerów gier wideo, zasilanych bateryjnie zabawek dla dzieci oraz nowych elementów, takich jak podgrzewacze do kubków do kawy i mały pulpit odkurzacze.

USB nie przestał się poprawiać. USB4 pokazuje, że branża poważnie podchodzi do utrzymania konkurencyjności standardu, ponieważ komputery stają się szybsze, a dane, które tasujemy między urządzeniami, stają się coraz większe.

Posuwa się nawet do ataku — tablety Apple iPad Pro zrzuciły swoje zastrzeżone porty Lightning dla USB-C, chociaż Lightning nadal działa na iPhonie i wielu innych urządzeniach Apple.

Wszystkiego najlepszego, USB!

POWIĄZANE: USB4: co jest inne i dlaczego ma znaczenie