ข้อมูลบางอย่างที่คุณควรรู้เกี่ยวกับ USB

บทความนี้เกี่ยวกับมาตรฐานบัสคอมพิวเตอร์ สำหรับการใช้งานอื่น โปรดดู USB (การกำกวม).

Universal Serial Bus (USB) คือมาตรฐานอุตสาหกรรม, พัฒนาโดยUSB Implementers Forum (USB-IF) สำหรับการส่งข้อมูลดิจิทัลและการจ่ายไฟระหว่างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายประเภท โดยระบุสถาปัตยกรรม โดยเฉพาะทางกายภาพ อินเทอร์เฟซ และ โปรโตคอลการสื่อสาร ไปและกลับจากโฮสต์ เช่น คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล ไปและกลับจาก อุปกรณ์ต่อพ่วง เช่น จอแสดงผล คีย์บอร์ด และอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลขนาดใหญ่ รวมถึงไปและกลับจากฮับกลาง ซึ่งเพิ่มจำนวนพอร์ตของโฮสต์[2]

เปิดตัวในปี 1996 USB ถูกออกแบบมาเพื่อสร้างมาตรฐานการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงเข้ากับคอมพิวเตอร์ โดยแทนที่อินเทอร์เฟซต่างๆ เช่น พอร์ตอนุกรม, พอร์ตขนาน, พอร์ตเกม, และ Apple Desktop Bus (พอร์ต ADB)[3] USB รุ่นแรกเริ่มกลายเป็นที่แพร่หลายในอุปกรณ์หลากหลายประเภท เช่น คีย์บอร์ด เมาส์ กล้องถ่ายรูป เครื่องพิมพ์ สแกนเนอร์ แฟลชไดรฟ์ สมาร์ทโฟน เครื่องเล่นเกม และพาวเวอร์แบงก์[4] ตั้งแต่นั้นมา USB ได้พัฒนาเป็นมาตรฐานที่ใช้แทนที่พอร์ตทั่วไปเกือบทั้งหมดบนคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์เคลื่อนที่ อุปกรณ์ต่อพ่วง แหล่งจ่ายไฟ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กอื่นๆ อีกมากมาย

ในมาตรฐานล่าสุด USB-C ขั้วต่อแทนที่ขั้วต่อหลายประเภทสำหรับพลังงาน (สูงสุด 240 W), จอแสดงผล (เช่น DisplayPort, HDMI), และการใช้งานอื่นๆ อีกมากมาย รวมถึงขั้วต่อ USB ทุกรุ่นก่อนหน้า

ณ ปี 2024, USB ประกอบด้วยข้อกำหนดสี่รุ่น: USB 1.x, USB 2.0, USB 3.x, และ USB4. ข้อกำหนด USB4 ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายโอนข้อมูลและการจ่ายไฟด้วย "สถาปัตยกรรมการเชื่อมต่อแบบทันเนลที่ออกแบบมาเพื่อรวมหลายโปรโตคอลไว้บนอินเทอร์เฟซทางกายภาพเดียว เพื่อให้ความเร็วและประสิทธิภาพโดยรวมของ USB4 Fabric สามารถแบ่งปันได้แบบไดนามิก"[2] โดยเฉพาะอย่างยิ่ง USB4 รองรับการทำทันเนลของ Thunderbolt 3 โปรโตคอล ได้แก่ PCI Express (PCIe, อินเทอร์เฟซโหลด/จัดเก็บ) และ DisplayPort (อินเทอร์เฟซจอแสดงผล) USB4 ยังเพิ่มอินเทอร์เฟซระหว่างโฮสต์อีกด้วย[2]

แต่ละรุ่นย่อยของข้อกำหนดรองรับ อัตราการส่งสัญญาณ ที่แตกต่างกัน ตั้งแต่ 1.5 และ 12 Mbit/s ฮาล์ฟดูเพล็กซ์ ใน USB 1.0/1.1 ถึง 80 Gbit/s ฟูลดูเพล็กซ์ ใน USB4 2.0[5][6][7][2] USB ยังจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ต่อพ่วง เวอร์ชันล่าสุดของมาตรฐานได้ขยายขีดจำกัดการจ่ายไฟสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่และอุปกรณ์ที่ต้องการสูงสุด 240 วัตต์ ตามที่กำหนดใน USB Power Delivery (USB-PD) Rev. V3.1.[8] ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา USB(-PD) ได้ถูกนำมาใช้เป็นมาตรฐานการจ่ายไฟและการชาร์จสำหรับอุปกรณ์พกพาหลายชนิด เช่น โทรศัพท์มือถือ ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการใช้เครื่องชาร์จเฉพาะของแต่ละแบรนด์[9]

[แก้ไขต้นฉบับ]

USB ถูกออกแบบมาเพื่อสร้างมาตรฐานการเชื่อมต่อของอุปกรณ์ต่อพ่วง ไปยังคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล ทั้งเพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูลและจ่ายพลังงานไฟฟ้า โดยได้แทนที่อินเทอร์เฟซต่างๆ เช่น พอร์ตอนุกรม และ พอร์ตขนาน และกลายเป็นสิ่งที่พบได้ทั่วไปในอุปกรณ์ต่างๆ อุปกรณ์ต่อพ่วงที่เชื่อมต่อผ่าน USB ได้แก่ คีย์บอร์ดและเมาส์คอมพิวเตอร์ กล้องวิดีโอ เครื่องพิมพ์ เครื่องเล่นสื่อแบบพกพา โทรศัพท์ดิจิทัลแบบพกพา (มือถือ) ไดรฟ์ดิสก์ และอะแดปเตอร์เครือข่าย

ขั้วต่อ USB ได้เข้ามาแทนที่สายชาร์จประเภทอื่นสำหรับอุปกรณ์พกพามากขึ้นเรื่อยๆ[10][11][12]

อินเทอร์เฟซของขั้วต่อ USB แบ่งออกเป็นสามประเภท: ขั้วต่อ Type-A (ต้นทาง) และ Type-B (ปลายทาง) แบบดั้งเดิมหลายรูปแบบที่พบในโฮสต์ ฮับ และอุปกรณ์ต่อพ่วง และขั้วต่อ Type-C สมัยใหม่ (USB-C) ซึ่งเข้ามาแทนที่ขั้วต่อแบบดั้งเดิมหลายรูปแบบให้เป็นขั้วต่อเดียวที่ใช้ได้กับ USB4

ขั้วต่อแบบ Type-A และ Type-B มีขนาดมาตรฐาน มินิ และไมโคร โดยขนาดมาตรฐานมีขนาดใหญ่ที่สุดและใช้เป็นหลักสำหรับอุปกรณ์เดสก์ท็อปและอุปกรณ์ต่อพ่วงขนาดใหญ่ ขั้วต่อ USB แบบมินิ (Mini-A, Mini-B, Mini-AB) ถูกนำมาใช้สำหรับอุปกรณ์เคลื่อนที่ แต่ถูกแทนที่อย่างรวดเร็วด้วยขั้วต่อ USB แบบไมโครที่บางกว่า (Micro-A, Micro-B, Micro-AB) ขั้วต่อแบบ Type-C หรือที่รู้จักในชื่อ USB-C ไม่ได้จำกัดเฉพาะ USB เท่านั้น แต่เป็นมาตรฐานปัจจุบันเพียงหนึ่งเดียวสำหรับ USB ซึ่งจำเป็นสำหรับ USB4 และยังเป็นข้อกำหนดของมาตรฐานอื่นๆ เช่น DisplayPort และ Thunderbolt สมัยใหม่ ขั้วต่อนี้สามารถเสียบได้สองด้านและรองรับฟังก์ชันและโปรโตคอลต่างๆ รวมถึง USB โดยบางฟังก์ชันเป็นข้อบังคับ และหลายฟังก์ชันเป็นทางเลือก ขึ้นอยู่กับประเภทของฮาร์ดแวร์ ได้แก่ โฮสต์ อุปกรณ์ต่อพ่วง หรือฮับ[13][14]

ข้อกำหนด USB รองรับการทำงานย้อนหลัง ซึ่งมักส่งผลให้อัตราการส่งสัญญาณ กำลังไฟฟ้าสูงสุดที่ให้ได้ และความสามารถอื่นๆ ลดลง ข้อกำหนด USB 1.1 แทนที่ USB 1.0 ข้อกำหนด USB 2.0 รองรับการทำงานย้อนหลังกับ USB 1.0/1.1 ข้อกำหนด USB 3.2 แทนที่ USB 3.1 (และ USB 3.0) พร้อมทั้งรวมข้อกำหนด USB 2.0 ไว้ด้วย USB4 "แทนที่การทำงาน" ของ USB 3.2 ในขณะที่ยังคงรักษาบัส USB 2.0 ที่ทำงานแบบขนาน [5][6][7][2]

ข้อกำหนด USB 3.0 ได้กำหนดสถาปัตยกรรมและโปรโตคอลใหม่ที่เรียกว่า SuperSpeed (หรือ SuperSpeed USB ซึ่งทำการตลาดในชื่อ SS) ซึ่งรวมถึงเลนใหม่สำหรับรูปแบบการเข้ารหัสสัญญาณแบบใหม่ (สัญลักษณ์ 8b/10b, 5 Gbit/s; ภายหลังรู้จักในชื่อ Gen 1) ที่รองรับการถ่ายโอนข้อมูลแบบฟูลดูเพล็กซ์ ซึ่งต้องใช้สายและขาเพิ่มเติมอีก 5 เส้นในทางกายภาพ ขณะที่ยังคงรักษาสถาปัตยกรรมและโปรโตคอลของ USB 2.0 ไว้ ดังนั้นจึงคงขา/สายเดิม 4 เส้นสำหรับการทำงานร่วมกันแบบย้อนหลังกับ USB 2.0 ส่งผลให้มีสายทั้งหมด 9 เส้น (มีขา 9 หรือ 10 ขาที่อินเทอร์เฟซขั้วต่อ; ขา ID ไม่ได้ต่อสาย)

ข้อกำหนด USB 3.1 ได้แนะนำระบบ Enhanced SuperSpeed – ในขณะที่ยังคงรักษาสถาปัตยกรรมและโปรโตคอล SuperSpeed (SuperSpeed USB) ไว้ – พร้อมกับสถาปัตยกรรมและโปรโตคอล SuperSpeedPlus เพิ่มเติม (หรือที่เรียกว่า SuperSpeedPlus USB) ซึ่งเพิ่มรูปแบบการเข้ารหัสใหม่ (สัญลักษณ์ 128b/132b, 10 Gbit/s; หรือที่รู้จักในชื่อ Gen 2); ในบางช่วงมีการทำการตลาดในชื่อ SuperSpeed+ (SS+)

ข้อกำหนด USB 3.2[15] ได้เพิ่มเลนที่สองให้กับระบบ Enhanced SuperSpeed System นอกเหนือจากการปรับปรุงอื่นๆ เพื่อให้ส่วนระบบ SuperSpeedPlus USB สามารถทำงานในโหมด Gen 1×2, Gen 2×1 และ Gen 2×2 ได้ อย่างไรก็ตาม ส่วนระบบ SuperSpeed USB ยังคงทำงานในโหมดเลนเดียว Gen 1×1 ดังนั้น การทำงานแบบสองเลน ได้แก่ USB 3.2 Gen 1×2 (10 Gbit/s) และ Gen 2×2 (20 Gbit/s) จึงทำได้เฉพาะกับ USB-C แบบครบคุณสมบัติเท่านั้น ณ ปี 2023 การใช้งานดังกล่าวยังค่อนข้างหายาก อย่างไรก็ตาม Intel เริ่มรวมฟังก์ชันนี้ในโปรเซสเซอร์รุ่นที่ 11 ของตน แต่ Apple ไม่เคยรองรับเลย ในทางกลับกัน USB 3.2 Gen 1(×1) (5 Gbit/s) และ Gen 2(×1) (10 Gbit/s) กลายเป็นเรื่องปกติทั่วไปมาหลายปีแล้ว

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

บทความหลัก: USB ฮาร์ดแวร์ § ขั้วต่อ

การเชื่อมต่อ USB แต่ละครั้งทำโดยใช้ขั้วต่อสองตัว: เต้ารับ และ ปลั๊ก รูปภาพแสดงเฉพาะเต้ารับ:

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

Universal Serial Bus ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อทำให้อินเทอร์เฟซระหว่างคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลและอุปกรณ์ต่อพ่วง เช่น โทรศัพท์มือถือ อุปกรณ์เสริมคอมพิวเตอร์ และจอภาพ ง่ายขึ้นและดีขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับมาตรฐานที่มีอยู่ก่อนหน้าหรืออินเทอร์เฟซเฉพาะกิจที่ไม่มีมาตรฐาน[17]

จากมุมมองของผู้ใช้คอมพิวเตอร์ อินเทอร์เฟซ USB ช่วยเพิ่มความสะดวกในการใช้งานในหลายด้าน:

มาตรฐาน USB ยังให้ประโยชน์หลายประการสำหรับผู้ผลิตฮาร์ดแวร์และนักพัฒนาซอฟต์แวร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเรื่องความง่ายในการนำไปใช้งาน:

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

เช่นเดียวกับมาตรฐานอื่นๆ USB มีข้อจำกัดหลายประการในการออกแบบ:

สำหรับนักพัฒนาผลิตภัณฑ์ การใช้ USB จำเป็นต้องมีการใช้งานโปรโตคอลที่ซับซ้อนและหมายถึงตัวควบคุมที่ "ชาญฉลาด" ในอุปกรณ์ต่อพ่วง นักพัฒนาอุปกรณ์ USB ที่มีเจตนาจะขายให้สาธารณะโดยทั่วไปต้องได้รับ USB ID ซึ่งกำหนดให้ต้องชำระค่าธรรมเนียมให้กับUSB Implementers Forum (USB-IF). นักพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่ใช้ข้อกำหนด USB ต้องลงนามในข้อตกลงกับ USB-IF การใช้โลโก้ USB บนผลิตภัณฑ์ต้องเสียค่าธรรมเนียมรายปีและเป็นสมาชิกขององค์กร[17]

[แก้ไขต้นฉบับ]

โลโก้ USB trident พื้นฐาน

กลุ่มบริษัทเจ็ดแห่งเริ่มพัฒนา USB ในปี 1995:[21] Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC, และ Nortel. เป้าหมายคือทำให้การเชื่อมต่ออุปกรณ์ภายนอกกับพีซีง่ายขึ้นโดยพื้นฐาน โดยการแทนที่ขั้วต่อจำนวนมากที่ด้านหลังของพีซี แก้ไขปัญหาการใช้งานของอินเทอร์เฟซที่มีอยู่ และทำให้การกำหนดค่าซอฟต์แวร์ของอุปกรณ์ทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับ USB ง่ายขึ้น รวมถึงอนุญาตให้มีอัตราการถ่ายโอนข้อมูลที่สูงขึ้นสำหรับอุปกรณ์ภายนอกและ เสียบแล้วใช้งาน คุณสมบัติ[22] แนวคิดของปี 1979 Atari SIO บัสอนุกรมของคอมพิวเตอร์ Atari 8 บิต และปี 1980 IEEE-488 ที่มาจาก บัส Commodore, และของ Hewlett Packard's HP-IL บัสเป็นผู้บุกเบิกแนวทางนี้[23][24] กลุ่มพันธมิตรที่นำโดย Apple และประกอบด้วย Sony, Panasonic (Matsushita), LG, Toshiba, Hitachi, Cannon, Philips Electronics, Compaq, Thomson และ Texas Instruments จะพัฒนาแนวคิดนี้ต่อไปตั้งแต่ปี 1986 ในชื่อ IEEE 1394 มาตรฐาน firewire และกลุ่มสิทธิบัตร[25] โจเซฟ ซี. เดอเควียร์, เดิมจาก Atari, ต่อมาคือ Commodore และเป็นผู้ออกแบบบัส SIO ของ Atari จะทำงานในโครงการ USB ให้กับ Microsoft โดยได้รับสิทธิบัตรที่เกี่ยวข้องของสหรัฐอเมริกาหนึ่งฉบับ[26] อาจารย์ ภัทร และทีมของเขา[a] ทำงานเกี่ยวกับมาตรฐานที่ Intel;[28][29]  วงจรรวม ที่รองรับ USB ผลิตโดย Intel ในปี 1995[30]

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

โลโก้ USB ความเร็วพื้นฐาน

เปิดตัวในเดือนมกราคม พ.ศ. 2539 (ค.ศ. 1996) USB 1.0 ระบุอัตราการส่งสัญญาณที่ 1.5 เมกะบิตต่อวินาที (แบนด์วิดท์ต่ำหรือความเร็วต่ำ) และ 12 เมกะบิตต่อวินาที (ความเร็วเต็ม)[31] ไม่รองรับสายต่อขยาย เนื่องจากข้อจำกัดด้านเวลาและกำลังไฟ อุปกรณ์ USB เพียงไม่กี่ชิ้นเข้าสู่ตลาดจนกระทั่ง USB 1.1 เปิดตัวในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2541 (ค.ศ. 1998) USB 1.1 เป็นรุ่นปรับปรุงแรกสุดที่ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายและนำไปสู่สิ่งที่ไมโครซอฟท์กำหนดให้เป็น "พีซีไร้รุ่นเก่า".[32][33][34]

ทั้ง USB 1.0 และ 1.1 ไม่ได้ระบุการออกแบบสำหรับขั้วต่อใดๆ ที่มีขนาดเล็กกว่าประเภท A หรือประเภท B มาตรฐาน แม้ว่าจะมีการออกแบบขั้วต่อประเภท B ขนาดเล็กจำนวนมากปรากฏบนอุปกรณ์ต่อพ่วงต่างๆ แต่ความสอดคล้องกับมาตรฐาน USB 1.x ก็ถูกขัดขวางเนื่องจากการปฏิบัติต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงที่มีขั้วต่อขนาดเล็กราวกับว่ามีการเชื่อมต่อแบบผูกติด (นั่นคือ: ไม่มีปลั๊กหรือเต้ารับที่ปลายอุปกรณ์ต่อพ่วง) ไม่มีขั้วต่อประเภท A ขนาดเล็กที่รู้จักจนกระทั่ง USB 2.0 (รีวิชัน 1.01) ได้แนะนำขึ้นมา

[แก้ไขต้นฉบับ]

โลโก้ Hi-Speed USB

USB 2.0 เปิดตัวในเดือนเมษายน ค.ศ. 2000 โดยเพิ่มอัตราการส่งสัญญาณสูงสุดที่ 480 Mbit/s (ปริมาณข้อมูลตามทฤษฎีสูงสุด 53 MByte/s[35]) เรียกว่า High Speed หรือ High Bandwidth นอกเหนือจากอัตราการส่งสัญญาณ Full Speed ของ USB 1.x ที่ 12 Mbit/s (ปริมาณข้อมูลตามทฤษฎีสูงสุด 1.2 MByte/s)[36]

การปรับเปลี่ยนข้อกำหนด USB ได้ดำเนินการผ่านเอกสารแจ้งการเปลี่ยนแปลงทางวิศวกรรม (ECNs) ECN ที่สำคัญที่สุดเหล่านี้รวมอยู่ในชุดข้อกำหนด USB 2.0 ที่มีให้จาก USB.org:[37]

[แก้ไขต้นฉบับ]

บทความหลัก:USB 3.0

โลโก้ SuperSpeed USB ที่เลิกใช้แล้ว

ข้อกำหนด USB 3.0 ถูกเผยแพร่เมื่อวันที่ 12 พฤศจิกายน 2008 โดยการจัดการถ่ายโอนจากกลุ่มส่งเสริม USB 3.0 ไปยัง USB Implementers Forum (USB-IF) และประกาศเมื่อวันที่ 17 พฤศจิกายน 2008 ในการประชุม SuperSpeed USB Developers Conference [39]

USB 3.0 เพิ่มสถาปัตยกรรมและโปรโตคอลใหม่ที่ชื่อว่า SuperSpeed พร้อมกับ ที่เข้ากันได้ย้อนหลัง ปลั๊ก เต้ารับ และสายเคเบิล ปลั๊กและเต้ารับ SuperSpeed จะถูกระบุด้วยโลโก้ที่โดดเด่นและชิ้นส่วนสีน้ำเงินในเต้ารับรูปแบบมาตรฐาน

สถาปัตยกรรม SuperSpeed รองรับโหมดการทำงานที่อัตรา 5.0 Gbit/s นอกเหนือจากโหมดการทำงานที่มีอยู่สามโหมด ประสิทธิภาพของมันขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ รวมถึงการเข้ารหัสสัญลักษณ์ทางกายภาพและโอเวอร์เฮดระดับลิงก์ ที่อัตราสัญญาณ 5 Gbit/s พร้อมการเข้ารหัส 8b/10b, แต่ละไบต์ต้องใช้ 10 บิตในการส่ง ดังนั้นปริมาณข้อมูลดิบจึงอยู่ที่ 500 MB/s เมื่อพิจารณาการควบคุมการไหล การจัดเฟรมแพ็กเก็ต และโอเวอร์เฮดของโปรโตคอลแล้ว ความเป็นจริงคือประมาณสองในสามของปริมาณข้อมูลดิบ หรือ 330 MB/s ที่จะส่งไปยังแอปพลิเคชัน[40]: 4–19  สถาปัตยกรรมของ SuperSpeed คือ ฟูลดูเพล็กซ์; การใช้งานก่อนหน้านี้ทั้งหมด USB 1.0-2.0 เป็นแบบฮาล์ฟดูเพล็กซ์ โดยมีโฮสต์เป็นผู้ควบคุม[41]

อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำและสูงยังคงทำงานได้ตามมาตรฐานนี้ แต่อุปกรณ์ที่รองรับ SuperSpeed สามารถเพิ่มกระแสไฟฟ้าได้ระหว่าง 150 mA ถึง 900 mA โดยเพิ่มขึ้นครั้งละ 150 mA [40]: 9–9 

USB 3.0 ยังได้แนะนำโปรโตคอล SCSI ที่แนบกับ USB (UASP)ซึ่งโดยทั่วไปให้ความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลที่เร็วกว่าโปรโตคอล BOT (Bulk-Only-Transfer)

USB 3.1[5] ที่เปิดตัวในเดือนกรกฎาคม 2013 มีสองรูปแบบ รูปแบบแรกยังคงรักษาสถาปัตยกรรมและโปรโตคอลของ USB 3.0 SuperSpeed ไว้ และโหมดการทำงานของมันถูกเปลี่ยนชื่อใหม่เป็น USB 3.1 Gen 1 [42] [43][44] ส่วนรูปแบบที่สองนำเสนอสถาปัตยกรรมและโปรโตคอลใหม่ที่แตกต่างอย่างชัดเจนชื่อ SuperSpeedPlus พร้อมกับโหมดการทำงานที่สองที่เรียกว่า USB 3.1 Gen 2 (วางตลาดในชื่อ SuperSpeed+ USB) SuperSpeed+ เพิ่มอัตราการส่งสัญญาณสูงสุดเป็นสองเท่าเป็น 10 Gbit/s (ต่อมาวางตลาดในชื่อ SuperSpeed USB 10 Gbps ตามข้อกำหนด USB 3.2) ในขณะที่ลดค่าใช้จ่ายในการเข้ารหัสบรรทัดลงเหลือเพียง 3% โดยการเปลี่ยนรูปแบบการเข้ารหัส ถึง128b/132b.[42][45]

USB 3.2 ซึ่งเปิดตัวในเดือนกันยายน 2017[15] ยังคงรักษาสถาปัตยกรรมและโปรโตคอล USB 3.1 SuperSpeed และ SuperSpeedPlus ที่มีอยู่ รวมถึงโหมดการทำงานตามลำดับ แต่เพิ่มโหมดการทำงาน SuperSpeedPlus เพิ่มเติมอีกสองโหมด (USB 3.2 Gen 1×2 และ USB 3.2 Gen 2×2) ด้วยUSB-C Fabric ที่มีอัตราสัญญาณ 10 และ 20 Gbit/s (อัตราข้อมูลดิบ 1212 และ 2424 MB/s) การเพิ่มแบนด์วิดท์เป็นผลมาจากการทำงานแบบสองเลนบนสายไฟที่มีอยู่เดิม ซึ่งเดิมทีออกแบบมาเพื่อความสามารถในการพลิกกลับของขั้วต่อ USB-C[46]

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

เริ่มต้นจากข้อกำหนด USB 3.2 USB-IF ได้แนะนำรูปแบบการตั้งชื่อใหม่[47] เพื่อช่วยให้บริษัทต่างๆ กำหนดแบรนด์ของโหมดการทำงานที่แตกต่างกัน USB-IF แนะนำให้กำหนดแบรนด์ความสามารถ 5, 10 และ 20 Gbit/s เป็น SuperSpeed USB 5Gbps, SuperSpeed USB 10 Gbps และ SuperSpeed USB 20 Gbps ตามลำดับ[48]

ในปี 2023 พวกมันถูกแทนที่อีกครั้ง[49] โดยลบคำว่า "SuperSpeed" ออก เปลี่ยนเป็น USB 5Gbps, USB 10Gbps และ USB 20Gbps พร้อมโลโก้บรรจุภัณฑ์และพอร์ตใหม่[50]

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

บทความหลัก:USB4

โลโก้ Certified USB4 ที่เลิกใช้งานแล้ว

ข้อกำหนด USB4 เผยแพร่เมื่อวันที่ 29 สิงหาคม 2019 โดย USB Implementers Forum [51]

ข้อกำหนด USB4 2.0 เผยแพร่เมื่อวันที่ 1 กันยายน 2022 โดย USB Implementers Forum [52]

USB4 มีพื้นฐานมาจากThunderbolt 3โปรโตคอล[53] รองรับปริมาณข้อมูล 40 Gbit/s เข้ากันได้กับ Thunderbolt 3 และรองรับย้อนหลังกับ USB 3.2 และ USB 2.0[54][55] สถาปัตยกรรมนี้กำหนดวิธีการแชร์ลิงก์ความเร็วสูงเดียวกับอุปกรณ์ปลายทางหลายประเภทแบบไดนามิก ซึ่งเหมาะสมที่สุดสำหรับการถ่ายโอนข้อมูลตามประเภทและการใช้งาน

ระหว่างCES 2020USB-IF และ Intel ระบุเจตนาที่จะอนุญาตให้ผลิตภัณฑ์ USB4 ที่รองรับฟังก์ชันเสริมทั้งหมดเป็นThunderbolt 4ผลิตภัณฑ์

USB4 2.0 ที่มีความเร็ว 80 Gbit/s มีกำหนดเปิดตัวในเดือนพฤศจิกายน 2022[56][57] รายละเอียดทางเทคนิคเพิ่มเติมจะเผยแพร่ในงานวันนักพัฒนา USB สองครั้งที่กำหนดในเดือนพฤศจิกายน 2022[58][ต้องการอัปเดต]

ข้อกำหนด USB4 ระบุว่าเทคโนโลยีต่อไปนี้จะต้องได้รับการสนับสนุนโดย USB4:[2]

[แก้ไขต้นฉบับ]

ภาพรวมของรูปแบบการตั้งชื่อ USB ที่ถูกกำหนดขึ้นในเดือนกันยายน 2022

(มีการแสดงส่วนผสมของข้อกำหนด USB และชื่อทางการตลาด

เนื่องจากบางครั้งข้อกำหนดถูกใช้เป็นชื่อทางการตลาดอย่างไม่ถูกต้อง)

[โต้แย้ง (สำหรับ: USB4 20 Gbit/s ไม่มีอยู่; USB4 2×2 ไม่สามารถใช้แทนกันกับ USB 3.2 2×2 ตามที่ระบุในโลโก้; โลโก้สำหรับ USB 3.x และ USB4 แตกต่างกัน) – อภิปราย]

เนื่องจากรูปแบบการตั้งชื่อที่สับสนก่อนหน้านี้ USB-IF จึงตัดสินใจเปลี่ยนแปลงอีกครั้ง ณ วันที่ 2 กันยายน 2022 ชื่อทางการตลาดเป็นไปตามรูปแบบ "USB xGbps" โดยที่ x คือความเร็วในการถ่ายโอนในหน่วย Gbit/s[59] ภาพรวมของชื่อและโลโก้ที่อัปเดตสามารถดูได้ในตารางด้านล่าง

โหมดการทำงาน USB 3.2 Gen 2×2 และ USB4 Gen 2×2 – หรือ: USB 3.2 Gen 2×1 และ USB4 Gen 2×1 – ไม่สามารถใช้แทนกันหรือเข้ากันได้ คอนโทรลเลอร์ที่เข้าร่วมทั้งหมดต้องทำงานในโหมดเดียวกัน

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

ระบบ USB ประกอบด้วยโฮสต์ที่มีพอร์ตดาวน์สตรีมอย่างน้อยหนึ่งพอร์ต (DFP),[67] และอุปกรณ์ต่อพ่วงหลายตัว ซึ่งสร้างเป็นโครงสร้างแบบโทโพโลยีแบบดาว. เพิ่มเติมฮับ USBอาจรวมอยู่ด้วย โดยอนุญาตให้มีได้สูงสุดห้าชั้น โฮสต์ USB อาจมีคอนโทรลเลอร์หลายตัว โดยแต่ละตัวมีพอร์ตอย่างน้อยหนึ่งพอร์ต สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์ได้สูงสุด 127 เครื่องเข้ากับคอนโทรลเลอร์โฮสต์เดียว[68][40]: 8–29  อุปกรณ์ USB จะเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรมผ่านฮับ ฮับที่สร้างไว้ในคอนโทรลเลอร์โฮสต์เรียกว่า รูทฮับ

อุปกรณ์ USB อาจประกอบด้วยอุปกรณ์ย่อยเชิงตรรกะหลายตัวที่เรียกว่า ฟังก์ชันอุปกรณ์ อุปกรณ์คอมโพสิตอาจมีฟังก์ชันหลายอย่าง เช่นเว็บแคม (ฟังก์ชันอุปกรณ์วิดีโอ) พร้อมไมโครโฟนในตัว (ฟังก์ชันอุปกรณ์เสียง) ทางเลือกอื่นคือ อุปกรณ์ผสม ซึ่งโฮสต์จะกำหนดที่อยู่เฉพาะให้กับอุปกรณ์ตรรกะแต่ละตัว และอุปกรณ์ตรรกะทั้งหมดจะเชื่อมต่อกับฮับในตัวที่เชื่อมต่อกับสาย USB จริง

จุดสิ้นสุด USB อยู่บนอุปกรณ์ต่อพ่วง: ช่องทางไปยังโฮสต์เรียกว่า ไพพ์

การสื่อสารของอุปกรณ์ USB ขึ้นอยู่กับ **ท่อ (pipes)** ซึ่งเป็นช่องทางเชิงตรรกะ ท่อจะเชื่อมต่อตัวควบคุมโฮสต์เข้ากับเอนทิตีเชิงตรรกะภายในอุปกรณ์ที่เรียกว่า **จุดสิ้นสุด (endpoint)** เนื่องจากท่อสอดคล้องกับจุดสิ้นสุด คำศัพท์ทั้งสองนี้จึงถูกใช้แทนกันได้ในบางครั้ง อุปกรณ์ USB แต่ละเครื่องสามารถมีจุดสิ้นสุดได้สูงสุด 32 จุด (16 จุดขาเข้า และ 16 จุดขาออก) แม้ว่าการมีจำนวนมากขนาดนั้นจะพบได้ยากก็ตาม จุดสิ้นสุดจะถูกกำหนดและกำหนดหมายเลขโดยอุปกรณ์ในระหว่างการเริ่มต้นระบบ (ช่วงเวลาหลังจากการเชื่อมต่อทางกายภาพที่เรียกว่า **การแจงนับ (enumeration)**) ดังนั้นจึงค่อนข้างถาวร ในขณะที่ท่ออาจถูกเปิดและปิดได้

ไพพ์มีสองประเภท: สตรีมและข้อความ

เมื่อโฮสต์เริ่มการถ่ายโอนข้อมูล มันจะส่งแพ็กเก็ต TOKEN ที่มีจุดสิ้นสุดที่ระบุด้วย ทูเพิลของ (device_address, endpoint_number) หากการถ่ายโอนข้อมูล是从โฮสต์ไปยังเอนด์พอยต์ โฮสต์จะส่งแพ็กเก็ต OUT (ซึ่งเป็นรูปแบบเฉพาะของแพ็กเก็ต TOKEN) พร้อมกับที่อยู่ของอุปกรณ์และหมายเลขเอนด์พอยต์ที่ต้องการ หากการถ่ายโอนข้อมูล是从อุปกรณ์ไปยังโฮสต์ โฮสต์จะส่งแพ็กเก็ต IN แทน หากเอนด์พอยต์ปลายทางเป็นเอนด์พอยต์แบบทิศทางเดียวซึ่งทิศทางที่ผู้ผลิตกำหนดไม่ตรงกับแพ็กเก็ต TOKEN (เช่น ทิศทางที่ผู้ผลิตกำหนดคือ IN แต่แพ็กเก็ต TOKEN เป็นแพ็กเก็ต OUT) แพ็กเก็ต TOKEN จะถูกเพิกเฉย มิฉะนั้น จะถูกยอมรับและธุรกรรมข้อมูลสามารถเริ่มต้นได้ ในทางกลับกัน เอนด์พอยต์แบบสองทิศทางจะยอมรับทั้งแพ็กเก็ต IN และ OUT

ช่องเสียบ USB 3.0 Standard-A สองช่อง (ซ้าย) และช่องเสียบ USB 2.0 Standard-A สองช่อง (ขวา) บนแผงด้านหน้าของคอมพิวเตอร์

เอนด์พอยต์จะถูกจัดกลุ่มเป็นอินเทอร์เฟซ และแต่ละอินเทอร์เฟซจะเชื่อมโยงกับฟังก์ชันอุปกรณ์เดียว ข้อยกเว้นคือเอนด์พอยต์ศูนย์ ซึ่งใช้สำหรับการกำหนดค่าอุปกรณ์และไม่ได้เชื่อมโยงกับอินเทอร์เฟซใด ๆ ฟังก์ชันอุปกรณ์เดียวที่ประกอบด้วยอินเทอร์เฟซที่ควบคุมอย่างอิสระเรียกว่าอุปกรณ์คอมโพสิต อุปกรณ์คอมโพสิตจะมีที่อยู่อุปกรณ์เพียงที่อยู่เดียวเนื่องจากโฮสต์จะกำหนดที่อยู่อุปกรณ์ให้กับฟังก์ชันเท่านั้น

เมื่ออุปกรณ์ USB เชื่อมต่อกับโฮสต์ USB เป็นครั้งแรก กระบวนการระบุอุปกรณ์ USB จะเริ่มต้นขึ้น การระบุอุปกรณ์เริ่มต้นด้วยการส่งสัญญาณรีเซ็ตไปยังอุปกรณ์ USB อัตราการส่งสัญญาณของอุปกรณ์ USB จะถูกกำหนดในระหว่างการส่งสัญญาณรีเซ็ต หลังจากรีเซ็ต โฮสต์จะอ่านข้อมูลของอุปกรณ์ USB และกำหนดที่อยู่ 7 บิตที่ไม่ซ้ำกันให้กับอุปกรณ์ หากอุปกรณ์ได้รับการสนับสนุนจากโฮสต์ ไดรเวอร์ไดรเวอร์อุปกรณ์ ที่จำเป็นสำหรับการสื่อสารกับอุปกรณ์จะถูกโหลด และอุปกรณ์จะถูกตั้งค่าเป็นสถานะที่กำหนดค่าไว้ หากโฮสต์ USB ถูกรีสตาร์ท กระบวนการระบุอุปกรณ์จะถูกทำซ้ำสำหรับอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อทั้งหมด

ตัวควบคุมโฮสต์จะควบคุมการไหลของข้อมูลไปยังอุปกรณ์ ดังนั้นไม่มีอุปกรณ์ USB ใดสามารถถ่ายโอนข้อมูลบนบัสได้หากไม่มีการร้องขออย่างชัดเจนจากตัวควบคุมโฮสต์ ใน USB 2.0 ตัวควบคุมโฮสต์polls บัสสำหรับการรับส่งข้อมูล โดยปกติจะใช้แบบ round-robin ลักษณะการทำงาน ปริมาณงานของพอร์ต USB แต่ละพอร์ตถูกกำหนดโดยความเร็วที่ช้ากว่าระหว่างพอร์ต USB หรืออุปกรณ์ USB ที่เชื่อมต่อกับพอร์ต

ฮับ USB 2.0 ความเร็วสูงประกอบด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่าทรานส์เลชันทรานสเลเตอร์ซึ่งทำหน้าที่แปลงระหว่างบัส USB 2.0 ความเร็วสูงกับบัสความเร็วเต็มและความเร็วต่ำ อาจมีทรานสเลเตอร์หนึ่งตัวต่อฮับหรือต่อพอร์ต

เนื่องจากมีคอนโทรลเลอร์แยกกันสองตัวในโฮสต์ USB 3.0 แต่ละตัว อุปกรณ์ USB 3.0 จะส่งและรับข้อมูลที่อัตราสัญญาณ USB 3.0 โดยไม่ขึ้นกับอุปกรณ์ USB 2.0 หรือรุ่นก่อนหน้าที่เชื่อมต่อกับโฮสต์นั้น อัตราสัญญาณการทำงานสำหรับอุปกรณ์รุ่นก่อนหน้าจะถูกตั้งค่าในลักษณะดั้งเดิม

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

ฟังก์ชันการทำงานของอุปกรณ์ USB ถูกกำหนดโดยรหัสคลาสที่ส่งไปยังโฮสต์ USB ซึ่งช่วยให้โฮสต์สามารถโหลดโมดูลซอฟต์แวร์สำหรับอุปกรณ์นั้น และรองรับอุปกรณ์ใหม่จากผู้ผลิตที่แตกต่างกัน

คลาสอุปกรณ์ประกอบด้วย:[70]

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

ดูเพิ่มเติม: คลาสอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบ USB mass storage, กล่องใส่ฮาร์ดดิสก์, และ ฮาร์ดดิสก์ภายนอก

แฟลชไดรฟ์แฟลชไดรฟ์, อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบ USB mass-storage ทั่วไป

แฟลชไดรฟ์M.2 (2242) โซลิดสเตตไดรฟ์ (SSD) เชื่อมต่อกับอะแดปเตอร์ USB 3.0 ที่เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์

The คลาสอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบ USB mass storage (MSC หรือ UMS) กำหนดมาตรฐานการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล ในตอนแรกมีไว้สำหรับไดรฟ์แม่เหล็กและออปติคัล แต่ได้ขยายไปรองรับแฟลชไดรฟ์ และเครื่องอ่านการ์ด SD ความสามารถในการบูตจากอุปกรณ์ที่ถูกล็อคการเขียนการ์ด SD การใช้อะแดปเตอร์ USB มีข้อได้เปรียบเป็นพิเศษในการรักษาความสมบูรณ์และสภาพที่ปราศจากการเสียหายและบริสุทธิ์ของสื่อสำหรับบูต

แม้ว่าคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลส่วนใหญ่ตั้งแต่ต้นปี 2005 จะสามารถบูตจากอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบ USB ได้ แต่ USB ไม่ได้ถูกออกแบบมาให้เป็นบัสหลักสำหรับการจัดเก็บข้อมูลภายในของคอมพิวเตอร์ อย่างไรก็ตาม USB มีข้อได้เปรียบที่อนุญาตให้การสลับขณะใช้งานร้อน ซึ่งทำให้มีประโยชน์สำหรับอุปกรณ์ต่อพ่วงเคลื่อนที่ รวมถึงไดรฟ์ประเภทต่างๆ

ผู้ผลิตหลายรายเสนอไดรฟ์ USB แบบพกพาภายนอกฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ หรือเคสเปล่าสำหรับไดรฟ์ดิสก์ อุปกรณ์เหล่านี้ให้ประสิทธิภาพที่เทียบเท่ากับไดรฟ์ภายใน โดยถูกจำกัดด้วยจำนวนและประเภทของอุปกรณ์ USB ที่เชื่อมต่อ และขีดจำกัดสูงสุดของอินเทอร์เฟซ USB มาตรฐานอื่นๆ ที่แข่งขันกันสำหรับการเชื่อมต่อไดรฟ์ภายนอก ได้แก่eSATA, ExpressCard, FireWire (IEEE 1394) และล่าสุด Thunderbolt.

อีกหนึ่งการใช้งานสำหรับอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบ USB คือการเรียกใช้ซอฟต์แวร์แอปพลิเคชันแบบพกพา (เช่น เว็บเบราว์เซอร์และ VoIP ไคลเอนต์) โดยไม่จำเป็นต้องติดตั้งบนคอมพิวเตอร์โฮสต์[74][75]

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

ดูเพิ่มเติม: Picture Transfer Protocol

Media Transfer Protocol (MTP) ได้รับการออกแบบโดย Microsoft เพื่อให้เข้าถึงระบบไฟล์ของอุปกรณ์ในระดับที่สูงกว่า USB mass storage โดยทำงานในระดับไฟล์แทนที่จะเป็นบล็อกดิสก์ นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติ DRM แบบเลือกได้ MTP ถูกออกแบบมาให้ใช้กับ เครื่องเล่นสื่อพกพา, แต่ต่อมาได้ถูกนำมาใช้เป็นโปรโตคอลการจัดเก็บข้อมูลหลักของ ระบบปฏิบัติการ Android จากเวอร์ชัน 4.1 Jelly Bean รวมถึง Windows Phone 8 (อุปกรณ์ Windows Phone 7 เคยใช้โปรโตคอล Zune ซึ่งเป็นวิวัฒนาการของ MTP) สาเหตุหลักคือ MTP ไม่ต้องการสิทธิ์การเข้าถึงอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบเอกสิทธิ์เฉพาะบุคคลเหมือน UMS ซึ่งช่วยลดปัญหาที่อาจเกิดขึ้นหากโปรแกรม Android ร้องขอพื้นที่จัดเก็บข้อมูลในขณะที่เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ ข้อเสียหลักคือ MTP ไม่ได้รับการสนับสนุนที่ดีเท่านอกระบบปฏิบัติการ Windows

[แก้ไขต้นฉบับ]

บทความหลัก: คลาสอุปกรณ์อินเทอร์เฟซมนุษย์ USB

โดยปกติแล้วเมาส์หรือคีย์บอร์ด USB สามารถใช้งานกับคอมพิวเตอร์รุ่นเก่าที่มี พอร์ต PS/2 โดยใช้ตัวแปลง USB-to-PS/2 ขนาดเล็ก สำหรับเมาส์และคีย์บอร์ดที่รองรับโปรโตคอลคู่ ตัวแปลงแบบพาสซีฟที่ไม่มี วงจรลอจิก อาจถูกใช้: ฮาร์ดแวร์ USBในคีย์บอร์ดหรือเมาส์ได้รับการออกแบบให้ตรวจจับว่ามันเชื่อมต่อกับพอร์ต USB หรือ PS/2 และสื่อสารโดยใช้โปรโตคอลที่เหมาะสม[ต้องการอ้างอิง] นอกจากนี้ยังมีตัวแปลงแบบแอคทีฟที่เชื่อมต่อคีย์บอร์ดและเมาส์ USB (โดยปกติอย่างละหนึ่งตัว) เข้ากับพอร์ต PS/2 [76]

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

การอัปเกรดเฟิร์มแวร์อุปกรณ์ (DFU) เป็นกลไกทั่วไปสำหรับการอัปเกรดเฟิร์มแวร์ ของอุปกรณ์ USB ที่มีเวอร์ชันปรับปรุงจากผู้ผลิต ซึ่งเสนอ (ตัวอย่างเช่น) วิธีการแก้ไขข้อบกพร่องของเฟิร์มแวร์ ในระหว่างการอัปเกรดเฟิร์มแวร์ อุปกรณ์ USB จะเปลี่ยนโหมดการทำงานเป็น PROMโปรแกรมเมอร์ อุปกรณ์ USB ทุกคลาสสามารถใช้งานความสามารถนี้ได้โดยปฏิบัติตามข้อกำหนด DFU อย่างเป็นทางการ การทำเช่นนี้ช่วยให้สามารถใช้เครื่องมือโฮสต์ที่รองรับ DFU เพื่ออัปเดตอุปกรณ์ได้[73][77][78]

DFU บางครั้งถูกใช้เป็นโปรโตคอลการเขียนโปรแกรมหน่วยความจำแฟลชในไมโครคอนโทรลเลอร์ที่มีฟังก์ชันบูตโหลดเดอร์ USB ในตัว [79]

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

กลุ่มงานอุปกรณ์ USB ได้กำหนดข้อกำหนดสำหรับการสตรีมเสียง และได้มีการพัฒนาและนำมาตรฐานเฉพาะสำหรับการใช้งานคลาสเสียง เช่น ไมโครโฟน ลำโพง ชุดหูฟัง โทรศัพท์ เครื่องดนตรี ฯลฯ ไปปฏิบัติ กลุ่มงานดังกล่าวได้เผยแพร่ข้อกำหนดอุปกรณ์เสียงสามเวอร์ชัน: [80][81] USB Audio 1.0, 2.0 และ 3.0 ซึ่งเรียกว่า "UAC"[82] หรือ "ADC"[83]

UAC 3.0 นำเสนอการปรับปรุงสำหรับอุปกรณ์พกพาเป็นหลัก เช่น การลดการใช้พลังงานโดยการส่งข้อมูลแบบระเบิดและอยู่ในโหมดพลังงานต่ำบ่อยขึ้น รวมถึงโดเมนพลังงานสำหรับส่วนประกอบต่างๆ ของอุปกรณ์ ทำให้สามารถปิดการทำงานเมื่อไม่ได้ใช้งาน[84]

UAC 2.0 รองรับการเชื่อมต่อ USB ความเร็วสูง (นอกเหนือจาก Full Speed) ทำให้มีแบนด์วิดท์มากขึ้นสำหรับอินเทอร์เฟซหลายช่องสัญญาณ อัตราการสุ่มตัวอย่างที่สูงขึ้น[85] ความหน่วงแฝงโดยธรรมชาติที่ต่ำลง[86][82] และการปรับปรุงความละเอียดของจังหวะเวลา 8 เท่าในโหมดซิงโครนัสและอะแดปทีฟ[82] นอกจากนี้ UAC2 ยังได้นำแนวคิดของโดเมนนาฬิกา (clock domains) ซึ่งให้ข้อมูลแก่โฮสต์เกี่ยวกับเทอร์มินัลอินพุตและเอาต์พุตที่ได้รับสัญญาณนาฬิกาจากแหล่งเดียวกัน รวมถึงการรองรับการเข้ารหัสเสียงที่ดีขึ้น เช่นDSD, เอฟเฟกต์เสียง, การจัดกลุ่มช่องสัญญาณ, การควบคุมผู้ใช้ และคำอธิบายอุปกรณ์[82][87]

อุปกรณ์ UAC 1.0 ยังคงพบได้ทั่วไป เนื่องจากความเข้ากันได้แบบไร้ไดรเวอร์ข้ามแพลตฟอร์ม[85] และส่วนหนึ่งเป็นเพราะไมโครซอฟท์ที่ไม่สามารถใช้งาน UAC 2.0 ได้นานกว่าทศวรรษหลังจากเผยแพร่ โดยในที่สุดก็เพิ่มการสนับสนุนในวินโดวส์ 10ผ่านการอัปเดต Creators Update เมื่อวันที่ 20 มีนาคม 2017[88][89][87] UAC 2.0 ยังรองรับโดยmacOS, iOS, และ Linux,[82] อย่างไรก็ตาม แอนดรอยด์ ใช้เฉพาะชุดย่อยของข้อกำหนด UAC 1.0 เท่านั้น[90]

USB มีประเภทการซิงโครไนซ์แบบไอโซโครนัส (แบนด์วิดท์คงที่) สามประเภท[91] ซึ่งทั้งหมดใช้สำหรับอุปกรณ์เสียง:[92]

แม้ว่า USB spec ดั้งเดิมจะอธิบายว่าโหมดอะซิงโครนัสใช้ใน "ลำโพงราคาถูก" และโหมดปรับตัวได้ใช้ใน "ลำโพงดิจิทัลระดับสูง",[96] แต่การรับรู้ที่ตรงกันข้ามมีอยู่ในไฮไฟ โลกที่โหมดอะซิงโครนัสถูกโฆษณาว่าเป็นคุณสมบัติเด่น ในขณะที่โหมดปรับตัว/ซิงโครนัสกลับมีชื่อเสียงไม่ดี[97][98][90] ในความเป็นจริง ทุกประเภทสามารถมีคุณภาพสูงหรือต่ำได้ ขึ้นอยู่กับคุณภาพของวิศวกรรมและการใช้งาน[94][82][99] อะซิงโครนัสมีข้อดีคือไม่ต้องพึ่งพานาฬิกาของคอมพิวเตอร์ แต่มีข้อเสียคือต้องใช้การแปลงอัตราการสุ่มตัวอย่าง เมื่อรวมหลายแหล่งสัญญาณ

[แก้ไขต้นฉบับ]

บทความหลัก: ฮาร์ดแวร์ USB § ขั้วต่อ

ขั้วต่อที่คณะกรรมการ USB กำหนดรองรับเป้าหมายพื้นฐานหลายประการของ USB และสะท้อนถึงบทเรียนที่ได้จากขั้วต่อจำนวนมากที่อุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์เคยใช้ ขั้วต่อตัวเมียที่ติดตั้งบนโฮสต์หรืออุปกรณ์เรียกว่า receptacle และขั้วต่อตัวผู้ที่ติดอยู่กับสายเคเบิลเรียกว่า plug[40]: 2-5–2-6  เอกสารข้อกำหนด USB อย่างเป็นทางการยังกำหนดคำว่า male เพื่อหมายถึงปลั๊ก และ female เพื่อหมายถึงเต้ารับเป็นระยะๆ[100]

ปลั๊ก USB Standard-A ซึ่งครั้งหนึ่งเคยเป็นประเภทที่พบมากที่สุดของขั้วต่อ USBปัจจุบันเป็นหนึ่งในขั้วต่อ USB รุ่นเก่าหลายประเภท

การออกแบบมีจุดประสงค์เพื่อให้การเสียบปลั๊ก USB เข้ากับช่องรับสัญญาณผิดด้านทำได้ยาก ข้อกำหนด USB กำหนดให้ปลั๊กสายเคเบิลและช่องรับสัญญาณต้องมีเครื่องหมายเพื่อให้ผู้ใช้สามารถรู้ทิศทางที่ถูกต้อง[40] อย่างไรก็ตาม ปลั๊ก USB-C สามารถเสียบกลับด้านได้ สาย USB และอุปกรณ์ USB ขนาดเล็กจะถูกยึดไว้ด้วยแรงยึดจากช่องรับสัญญาณ โดยไม่มีสกรู คลิป หรือตัวหมุนนิ้วเหมือนกับขั้วต่อบางประเภท

USB Mini-B (ขวา) และ USB Micro-B (ซ้าย) ซึ่งเป็นรุ่นต่อมา สิ่งเหล่านี้เป็นประเภทขั้วต่อ USB ที่พบได้ทั่วไปในอุปกรณ์ขนาดเล็กและพกพา จนกระทั่งมีการสร้าง USB Type-C.

ปลั๊ก A และ B ที่แตกต่างกันช่วยป้องกันการเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟสองแหล่งโดยไม่ได้ตั้งใจ อย่างไรก็ตาม โทโพโลยีแบบกำหนดทิศทางนี้บางส่วนสูญหายไปเมื่อมีการเชื่อมต่อ USB แบบอเนกประสงค์ (เช่น USB On-The-Go ในสมาร์ทโฟน และเราเตอร์ Wi-Fi ที่ใช้พลังงาน USB) ซึ่งต้องใช้สาย A-to-A, B-to-B และบางครั้งก็ใช้สาย Y/ตัวแยกสัญญาณ

ประเภทของขั้วต่อ USB มีจำนวนเพิ่มขึ้นตามการพัฒนาของข้อกำหนด ข้อกำหนด USB ดั้งเดิมได้ระบุรายละเอียดของปลั๊กและเต้ารับแบบมาตรฐาน A และมาตรฐาน B ขั้วต่อเหล่านี้มีความแตกต่างกันเพื่อป้องกันไม่ให้ผู้ใช้เชื่อมต่อเต้ารับของคอมพิวเตอร์เครื่องหนึ่งเข้ากับอีกเครื่องหนึ่ง ขาพินข้อมูลในปลั๊กมาตรฐานถูกฝังลึกกว่าขาพินไฟฟ้า เพื่อให้อุปกรณ์สามารถรับพลังงานก่อนที่จะสร้างการเชื่อมต่อข้อมูล อุปกรณ์บางชนิดทำงานในโหมดที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับว่ามีการเชื่อมต่อข้อมูลหรือไม่ แท่นชาร์จจะจ่ายพลังงานเท่านั้น และไม่มีอุปกรณ์โฮสต์หรือขาพินข้อมูล ทำให้อุปกรณ์ USB ที่รองรับสามารถชาร์จหรือทำงานจากสาย USB มาตรฐานได้ สายชาร์จจะให้การเชื่อมต่อพลังงาน แต่ไม่ใช่ข้อมูล ในสายที่ออกแบบมาสำหรับการชาร์จเท่านั้น สายข้อมูลจะถูกต่อลัดวงจรที่ปลายอุปกรณ์ มิฉะนั้น อุปกรณ์อาจปฏิเสธเครื่องชาร์จว่าไม่เหมาะสม

[แก้ไขต้นฉบับ]

บทความหลัก:USB ฮาร์ดแวร์ § การเดินสาย

สาย USB หลากหลายชนิดวางจำหน่ายในฮ่องกง

มาตรฐาน USB 1.1 กำหนดว่าสายเคเบิลมาตรฐานสามารถมีความยาวสูงสุด 5 เมตร (16 ฟุต 5 นิ้ว) สำหรับอุปกรณ์ที่ทำงานที่ความเร็วเต็ม (12 Mbit/s) และความยาวสูงสุด 3 เมตร (9 ฟุต 10 นิ้ว) สำหรับอุปกรณ์ที่ทำงานที่ความเร็วต่ำ (1.5 Mbit/s)[101][102][103]

USB 2.0 กำหนดความยาวสายเคเบิลสูงสุด 5 เมตร (16 ฟุต 5 นิ้ว) สำหรับอุปกรณ์ที่ทำงานที่ความเร็วสูง (480 Mbit/s)[103]

มาตรฐาน USB 3.0 ไม่ได้ระบุความยาวสายเคเบิลสูงสุดโดยตรง เพียงแต่กำหนดให้สายเคเบิลทั้งหมดต้องเป็นไปตามข้อกำหนดทางไฟฟ้า: สำหรับสายทองแดงที่มีAWGสายไฟ 26 เส้น ความยาวสูงสุดที่ใช้งานได้จริงคือ 3 เมตร (9 ฟุต 10 นิ้ว)[104]

[แก้ไขต้นฉบับ]

สายบริดจ์ USB หรือสายถ่ายโอนข้อมูลสามารถพบได้ในท้องตลาด ซึ่งให้การเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างพีซีกับพีซี สายบริดจ์เป็นสายพิเศษที่มีชิปและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำงานอยู่ตรงกลางสาย ชิปที่อยู่ตรงกลางสายทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ต่อพ่วงสำหรับคอมพิวเตอร์ทั้งสองเครื่อง และช่วยให้สามารถสื่อสารแบบเพียร์ทูเพียร์ระหว่างคอมพิวเตอร์ได้ สายบริดจ์ USB ใช้สำหรับถ่ายโอนไฟล์ระหว่างคอมพิวเตอร์สองเครื่องผ่านพอร์ต USB

ได้รับความนิยมโดย Microsoft ในชื่อ Windows Easy Transferยูทิลิตี้ของ Microsoft ใช้สายบริดจ์ USB พิเศษเพื่อถ่ายโอนไฟล์ส่วนตัวและการตั้งค่าจากคอมพิวเตอร์ที่รัน Windows เวอร์ชันเก่าไปยังคอมพิวเตอร์ที่รัน Windows เวอร์ชันใหม่กว่า ในบริบทของการใช้ซอฟต์แวร์ Windows Easy Transfer สายบริดจ์นี้อาจถูกเรียกว่า สาย Easy Transfer

สายเคเบิลบริดจ์ / ถ่ายโอนข้อมูล USB หลายรุ่นยังคงเป็น USB 2.0 แต่ก็มีสายถ่ายโอนข้อมูล USB 3.0 จำนวนหนึ่งเช่นกัน แม้ว่า USB 3.0 จะเร็วกว่า USB 2.0 ถึง 10 เท่า แต่สายถ่ายโอนข้อมูล USB 3.0 กลับเร็วกว่าเพียง 2 ถึง 3 เท่าเนื่องจากการออกแบบ[ต้องการคำชี้แจง]

ข้อกำหนด USB 3.0 ได้แนะนำสายไขว้ A-to-A ที่ไม่มีไฟสำหรับเชื่อมต่อพีซีสองเครื่อง สายเหล่านี้ไม่ได้มีไว้สำหรับถ่ายโอนข้อมูล แต่มีวัตถุประสงค์เพื่อการวินิจฉัย

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

สายเคเบิลบริดจ์ USB มีความสำคัญน้อยลงเนื่องจากความสามารถของอุปกรณ์แบบสองบทบาท (USB dual-role-device) ที่ถูกนำมาใช้ในข้อกำหนด USB 3.1 ภายใต้ข้อกำหนดล่าสุด USB รองรับสถานการณ์ส่วนใหญ่ที่เชื่อมต่อระบบโดยตรงด้วยสายเคเบิล Type-C อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ความสามารถนี้ทำงานได้ ระบบที่เชื่อมต่อต้องรองรับการสลับบทบาท (role-switching) ความสามารถแบบสองบทบาทจำเป็นต้องมีคอนโทรลเลอร์สองตัวภายในระบบ รวมถึงคอนโทรลเลอร์บทบาท (role controller) แม้ว่าสิ่งนี้สามารถคาดหวังได้ในแพลตฟอร์มมือถือ เช่น แท็บเล็ตหรือโทรศัพท์ แต่พีซีเดสก์ท็อปและแล็ปท็อปมักจะไม่รองรับบทบาทสองแบบ[105]

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

บทความหลัก:USB hardware § Power

ขั้วต่อ USB ต้นทางจ่ายไฟที่ 5 V DC ผ่านพิน V_BUS ไปยังอุปกรณ์ USB ปลายทาง

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

ส่วนนี้อธิบายโมเดลการกระจายพลังงานของ USB ที่มีอยู่ก่อน การจ่ายพลังงาน (USB-PD) บนอุปกรณ์ที่ไม่ใช้ PD USB จะจ่ายไฟสูงสุด 4.5 W ผ่านขั้วต่อ Type-A และ Type-B และสูงสุด 15 W ผ่าน USB-C พลังงาน USB ก่อน PD ทั้งหมดจ่ายที่ 5 V

สำหรับโฮสต์ที่จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ USB มีแนวคิดเรื่อง หน่วยโหลด (unit load) อุปกรณ์ใดๆ สามารถดึงกระแสไฟฟ้าได้หนึ่งหน่วย และอุปกรณ์อาจขอพลังงานเพิ่มเติมในขั้นตอนที่ไม่ต่อเนื่องเหล่านี้ โฮสต์ไม่จำเป็นต้องจ่ายพลังงานตามที่ร้องขอ และอุปกรณ์ไม่สามารถดึงพลังงานเกินกว่าที่ตกลงกันไว้

อุปกรณ์ที่ดึงกระแสไม่เกินหนึ่งหน่วยเรียกว่าอุปกรณ์พลังงานต่ำ อุปกรณ์ทั้งหมดต้องทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์พลังงานต่ำเมื่อเริ่มต้นในสถานะที่ยังไม่ได้กำหนดค่า สำหรับอุปกรณ์ USB สูงสุดถึง USB 2.0 หนึ่งหน่วยโหลดคือ 100 mA (หรือ 500 mW) ในขณะที่ USB 3.0 กำหนดหนึ่งหน่วยโหลดเป็น 150 mA (750 mW) USB-C แบบเต็มฟังก์ชันสามารถรองรับอุปกรณ์พลังงานต่ำที่มีหนึ่งหน่วยโหลดเป็น 250 mA (หรือ 1250 mW)

อุปกรณ์ที่ใช้กระแสไฟฟ้ามากกว่าหนึ่งหน่วยถือเป็นอุปกรณ์กำลังสูง (เช่น ฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ขนาด 2.5 นิ้วทั่วไป) USB รุ่นสูงสุด 2.0 อนุญาตให้โฮสต์หรือฮับจ่ายไฟได้สูงสุด 2.5 วัตต์ต่ออุปกรณ์ โดยแบ่งเป็น 5 ขั้นตอนละ 100 มิลลิแอมป์ ส่วนอุปกรณ์ SuperSpeed (USB 3.x) อนุญาตให้โฮสต์หรือฮับจ่ายไฟได้สูงสุด 4.5 วัตต์ใน 6 ขั้นตอนละ 150 มิลลิแอมป์ USB-C รองรับการทำงานแบบสองเลนของ USB 3.x โดยมีหน่วยโหลดที่ใหญ่ขึ้น (250 มิลลิแอมป์; สูงสุด 7.5 วัตต์)[106] นอกจากนี้ USB-C ยังรองรับกระแสแบบ Type-C เพื่อใช้แทน USB BC ซึ่งเป็นการแจ้งความพร้อมของพลังงานในรูปแบบที่เรียบง่าย โดยไม่จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อข้อมูลใดๆ[107]

เพื่อจดจำโหมดการชาร์จแบตเตอรี่ พอร์ตชาร์จเฉพาะจะวางความต้านทานไม่เกิน 200 Ω ข้ามขั้ว D+ และ D− สายข้อมูลที่ลัดวงจรหรือเกือบลัดวงจรที่มีความต้านทานน้อยกว่า 200 Ω ข้ามขั้ว D+ และ D− แสดงถึงพอร์ตชาร์จเฉพาะ (DCP) ที่มีอัตราการชาร์จไม่จำกัด[108][109]

นอกจาก USB มาตรฐานแล้ว ยังมีระบบกำลังสูงที่เป็นกรรมสิทธิ์ซึ่งเรียกว่า PoweredUSBซึ่งพัฒนาขึ้นในทศวรรษ 1990 และส่วนใหญ่ใช้ในเครื่องปลายทาง ณ จุดขาย เช่น เครื่องบันทึกเงินสด

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

บทความหลัก: USB communications § Signaling (USB PHY)

สัญญาณ USB ถูกส่งโดยใช้ สัญญาณดิฟเฟอเรนเชียล บน คู่บิดเกลียว สายข้อมูลที่มี 90 โอห์ม ± 15% อิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะ.[110] ข้อกำหนด USB 2.0 และรุ่นก่อนหน้ากำหนดคู่สายเดียวในhalf-duplex (HDx) ข้อกำหนด USB 3.0 และรุ่นต่อๆ มากำหนดให้มีสายคู่เฉพาะหนึ่งคู่สำหรับความเข้ากันได้กับ USB 2.0 และสายคู่สองหรือสี่คู่สำหรับการถ่ายโอนข้อมูล: สายคู่ข้อมูลสองคู่ที่ทำงานแบบฟูลดูเพล็กซ์ (FDx) สำหรับรุ่นเลนเดียว (×1) ต้องใช้ขั้วต่อ SuperSpeed (SS) เป็นอย่างน้อย สายคู่สี่คู่ที่ทำงานแบบฟูลดูเพล็กซ์สำหรับรุ่นสองเลน (×2) ต้องใช้ขั้วต่อ USB-C

USB4 Gen 4 ต้องใช้คู่สายทั้งสี่คู่ แต่อนุญาตให้กำหนดค่าคู่สายแบบไม่สมมาตรได้[111] ในกรณีนี้ คู่สายข้อมูลหนึ่งคู่จะใช้สำหรับข้อมูลต้นทาง และอีกสามคู่สำหรับข้อมูลปลายทาง หรือในทางกลับกัน USB4 Gen 4 ใช้ การมอดูเลตแอมพลิจูดพัลส์ บน 3 ระดับ โดยให้ ทริต ของข้อมูลทุก บอด ที่ส่งผ่าน ความถี่ในการส่งสัญญาณ 12.8 GHz แปลงเป็นอัตราการส่งข้อมูล 25.6 GBd[112] และการแปลง 11 บิตเป็น 7 ไตรต์ ให้ความเร็วในการส่งข้อมูลสูงสุดตามทฤษฎีมากกว่า 40.2 Gbit/s เล็กน้อย[113]

การเชื่อมต่อ USB จะเกิดขึ้นระหว่างปลาย A ซึ่งอาจเป็นโฮสต์หรือพอร์ตดาวน์สตรีมของฮับ และปลาย B ซึ่งอาจเป็นอุปกรณ์ต่อพ่วงหรือพอร์ตอัปสตรีมของฮับ ในอดีตสิ่งนี้ชัดเจนเนื่องจากโฮสต์มีเฉพาะพอร์ต Type-A และอุปกรณ์ต่อพ่วงมีเฉพาะพอร์ต Type-B และสายเคเบิลที่รองรับทุกรุ่นจะมีปลั๊ก Type-A หนึ่งตัวและปลั๊ก Type-B หนึ่งตัว USB-C (Type-C) เป็นขั้วต่อเดี่ยวที่ใช้แทนขั้วต่อ Type-A และ Type-B แบบดั้งเดิมทั้งหมด ดังนั้นเมื่อทั้งสองฝ่ายติดตั้งพอร์ต USB Type-C พวกเขาจะเจรจากันว่าใครเป็นโฮสต์และใครเป็นอุปกรณ์

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

บทความหลัก: USB (การสื่อสาร) § เลเยอร์โปรโตคอล

ในระหว่างการสื่อสาร USB ข้อมูลจะถูกส่งเป็น แพ็กเก็ต. ในตอนแรก แพ็กเก็ตทั้งหมดจะถูกส่งจากโฮสต์ผ่านฮับรูท และอาจผ่านฮับอื่นๆ ไปยังอุปกรณ์ แพ็กเก็ตบางส่วนจะสั่งให้อุปกรณ์ส่งแพ็กเก็ตบางส่วนตอบกลับ

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

บทความหลัก: USB (การสื่อสาร) § ธุรกรรม

ธุรกรรมพื้นฐานของ USB ได้แก่:

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

โลโก้ Wireless USB

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

USB Implementers Forum ได้เปิดตัวมาตรฐานการสื่อสารไร้สาย Media Agnostic USB (MA-USB) v.1.0 ซึ่งอิงตามโปรโตคอล USB เมื่อวันที่ 29 กรกฎาคม 2558Wireless USBเป็นเทคโนโลยีที่ใช้แทนสายเคเบิล และใช้อัลตร้าไวด์แบนด์ เทคโนโลยีไร้สาย สำหรับอัตราข้อมูลสูงสุด 480 Mbit/s[114]

USB-IF ใช้ข้อกำหนด WiGig Serial Extension v1.2 เป็นพื้นฐานเริ่มต้นสำหรับข้อกำหนด MA-USB และสอดคล้องกับ SuperSpeed USB (3.0 และ 3.1) และ Hi-Speed USB (USB 2.0) อุปกรณ์ที่ใช้ MA-USB จะได้รับการติดฉลากว่า "ขับเคลื่อนโดย MA-USB" หากผลิตภัณฑ์ผ่านโปรแกรมการรับรอง[115]

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

บทความหลัก: InterChip USB

InterChip USB เป็นรูปแบบการเชื่อมต่อระหว่างชิปที่ตัดตัวรับส่งสัญญาณทั่วไปที่พบใน USB ปกติออกไป HSIC เลเยอร์ทางกายภาพ ใช้พลังงานน้อยกว่าประมาณ 50% และพื้นที่น้อยกว่า 75% บอร์ด พื้นที่เมื่อเทียบกับ USB 2.0[116] เป็นมาตรฐานทางเลือกสำหรับ SPI และ I2C.

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

บทความหลัก: USB-C

USB-C (ชื่อทางการ USB Type-C) เป็นมาตรฐานที่กำหนดขั้วต่อใหม่ และคุณสมบัติการเชื่อมต่อใหม่หลายประการ ในจำนวนนี้รองรับ Alternate Mode ซึ่งช่วยให้สามารถส่งโปรโตคอลอื่นๆ ผ่านขั้วต่อและสาย USB-C ได้ ซึ่งมักใช้เพื่อรองรับ DisplayPort หรือ HDMI โปรโตคอล ซึ่งช่วยให้สามารถเชื่อมต่อจอแสดงผล เช่น จอคอมพิวเตอร์ หรือ เครื่องรับโทรทัศน์, ผ่าน USB-C

ขั้วต่ออื่นๆ ทั้งหมดไม่สามารถรองรับการทำงานแบบสองเลน (Gen 1×2 และ Gen 2×2) ใน USB 3.2 ได้ แต่สามารถใช้สำหรับการทำงานแบบหนึ่งเลน (Gen 1×1 และ Gen 2×1) ได้[117]

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

บทความหลัก: DisplayLink

DisplayLink เป็นเทคโนโลยีที่ช่วยให้สามารถเชื่อมต่อจอแสดงผลหลายจอเข้ากับคอมพิวเตอร์ผ่าน USB ได้ เปิดตัวครั้งแรกประมาณปี 2006 และก่อนที่จะมี Alternate Mode ผ่าน USB-C นี่เป็นวิธีเดียวในการเชื่อมต่อจอแสดงผลผ่าน USB เป็นเทคโนโลยีที่เป็นกรรมสิทธิ์ ไม่ได้มาตรฐานโดย USB Implementers Forum และโดยทั่วไปต้องใช้ ไดรเวอร์อุปกรณ์บนคอมพิวเตอร์

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

ในตอนแรก USB ถูกมองว่าเป็นส่วนเสริมของ FireWire (IEEE 1394) เทคโนโลยีที่ถูกออกแบบมาให้เป็นบัสอนุกรมแบบแบนด์วิดท์สูงที่เชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วง เช่น ไดรฟ์ดิสก์ อินเทอร์เฟซเสียง และอุปกรณ์วิดีโอได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในการออกแบบครั้งแรก USB ทำงานที่อัตราข้อมูลต่ำกว่ามากและใช้ฮาร์ดแวร์ที่ซับซ้อนน้อยกว่า เหมาะสำหรับอุปกรณ์ต่อพ่วงขนาดเล็ก เช่น คีย์บอร์ดและอุปกรณ์ชี้ตำแหน่ง

ความแตกต่างทางเทคนิคที่สำคัญที่สุดระหว่าง FireWire และ USB ได้แก่:

ความแตกต่างเหล่านี้และอื่นๆ สะท้อนถึงเป้าหมายการออกแบบที่แตกต่างกันของบัสทั้งสอง: USB ถูกออกแบบมาเพื่อความเรียบง่ายและต้นทุนต่ำ ในขณะที่ FireWire ถูกออกแบบมาเพื่อประสิทธิภาพสูง โดยเฉพาะในแอปพลิเคชันที่ไวต่อเวลา เช่น เสียงและวิดีโอ แม้ว่าจะมีอัตราการส่งสัญญาณสูงสุดทางทฤษฎีที่ใกล้เคียงกัน แต่ FireWire 400 นั้นเร็วกว่า USB 2.0 แบนด์วิดท์สูงในการใช้งานจริง[118] โดยเฉพาะในการใช้งานแบนด์วิดท์สูง เช่น ฮาร์ดไดรฟ์ภายนอก[119][120][121][122] มาตรฐาน FireWire 800 ที่ใหม่กว่านั้นมีความเร็วเป็นสองเท่าของ FireWire 400 และเร็วกว่า USB 2.0 แบนด์วิดท์สูงทั้งในทางทฤษฎีและในทางปฏิบัติ[123] อย่างไรก็ตาม ข้อได้เปรียบด้านความเร็วของ FireWire ขึ้นอยู่กับเทคนิคระดับต่ำ เช่นการเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง (DMA) ซึ่งสร้างโอกาสให้เกิดการโจมตีด้านความปลอดภัย เช่น การโจมตีแบบ DMA.

ชิปเซ็ตและไดรเวอร์ที่ใช้ในการใช้งาน USB และ FireWire มีผลกระทบอย่างมากต่อปริมาณแบนด์วิดท์ที่กำหนดโดยข้อกำหนดที่สามารถทำได้ในโลกจริง รวมถึงความเข้ากันได้กับอุปกรณ์ต่อพ่วง[124]

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

มาตรฐาน IEEE 802.3af, 802.3at, และ 802.3bt Power over Ethernet (PoE) ระบุรูปแบบการเจรจาต่อรองพลังงานที่ซับซ้อนกว่า USB ที่ใช้พลังงาน พวกมันทำงานที่ 48 V DC และสามารถจ่ายไฟได้มากขึ้น (สูงสุด 12.95 W สำหรับ 802.3af, 25.5 W สำหรับ 802.3at หรือที่เรียกว่า PoE+, 71 W สำหรับ 802.3bt หรือที่เรียกว่า 4PPoE) ผ่านสายเคเบิลยาวสูงสุด 100 เมตร เมื่อเทียบกับ USB 2.0 ซึ่งให้กำลังไฟ 2.5 W โดยมีความยาวสายเคเบิลสูงสุด 5 เมตร ทำให้ PoE เป็นที่นิยมสำหรับ วอยซ์โอเวอร์ไอพีโทรศัพท์,กล้องรักษาความปลอดภัย จุดเชื่อมต่อไร้สาย และอุปกรณ์เครือข่ายอื่นๆ ภายในอาคาร อย่างไรก็ตาม USB มีราคาถูกกว่า PoE หากระยะทางสั้นและความต้องการพลังงานต่ำ

อีเทอร์เน็ตมาตรฐานกำหนดให้มีการแยกทางไฟฟ้าระหว่างอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อเครือข่าย (คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์ ฯลฯ) และสายเคเบิลเครือข่ายสูงถึง 1500 โวลต์กระแสสลับ หรือ 2250 โวลต์กระแสตรง เป็นเวลา 60 วินาที[125] USB ไม่มีข้อกำหนดดังกล่าว เนื่องจากถูกออกแบบมาสำหรับอุปกรณ์ต่อพ่วงที่เชื่อมต่ออย่างใกล้ชิดกับคอมพิวเตอร์แม่ข่าย และในความเป็นจริงแล้ว USB จะเชื่อมต่อกราวด์ของอุปกรณ์ต่อพ่วงและกราวด์ของแม่ข่ายเข้าด้วยกัน ทำให้อีเทอร์เน็ตมีข้อได้เปรียบด้านความปลอดภัยที่สำคัญเหนือ USB เมื่อใช้กับอุปกรณ์ต่อพ่วง เช่น โมเด็มเคเบิลและโมเด็ม DSL ที่เชื่อมต่อกับสายภายนอก ซึ่งอาจมีแรงดันไฟฟ้าที่เป็นอันตรายภายใต้สภาวะข้อบกพร่องบางประการ[126][127]

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

คำจำกัดความคลาสอุปกรณ์ USB สำหรับอุปกรณ์ MIDI ส่งข้อมูลอินเทอร์เฟซดิจิทัลสำหรับเครื่องดนตรี (MIDI) ข้อมูลเพลงผ่าน USB[128] ความสามารถ MIDI ได้รับการขยายให้รองรับสาย MIDI เสมือนได้สูงสุดสิบหกเส้นพร้อมกัน แต่ละเส้นสามารถรองรับช่องสัญญาณและนาฬิกา MIDI ปกติสิบหกช่อง

USB มีการแข่งขันสูงสำหรับอุปกรณ์ราคาประหยัดและอยู่ใกล้กัน อย่างไรก็ตาม Power over Ethernet และMIDIมาตรฐานปลั๊กมีข้อได้เปรียบในอุปกรณ์ระดับสูงที่อาจมีสายยาว USB สามารถทำให้เกิดกราวด์ลูปปัญหาระหว่างอุปกรณ์ เนื่องจากเชื่อมต่อกราวด์อ้างอิงของทั้งสองตัวรับส่งสัญญาณ ในทางตรงกันข้าม มาตรฐานปลั๊ก MIDI และอีเทอร์เน็ตมีการแยกสัญญาณในตัวสูงถึง 500V หรือมากกว่า

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

The eSATAขั้วต่อเป็นแบบที่แข็งแรงกว่าSATAขั้วต่อ ซึ่งออกแบบมาเพื่อเชื่อมต่อกับฮาร์ดไดรฟ์ภายนอกและ SSD อัตราการถ่ายโอนของ eSATA (สูงสุด 6 Gbit/s) นั้นใกล้เคียงกับ USB 3.0 (สูงสุด 5 Gbit/s) และ USB 3.1 (สูงสุด 10 Gbit/s) อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อผ่าน eSATA จะปรากฏเป็นอุปกรณ์ SATA ทั่วไป ให้ทั้งประสิทธิภาพเต็มรูปแบบและความเข้ากันได้อย่างสมบูรณ์เหมือนกับไดรฟ์ภายใน

eSATA ไม่ได้จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ภายนอก นี่คือข้อเสียที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับ USB แม้ว่า USB 3.0 ที่ 4.5 W บางครั้งอาจไม่เพียงพอที่จะจ่ายไฟให้กับฮาร์ดไดรฟ์ภายนอก แต่เทคโนโลยีก้าวหน้าขึ้น และไดรฟ์ภายนอกก็ค่อยๆ ต้องการพลังงานน้อยลง ทำให้ข้อได้เปรียบของ eSATA ลดลงeSATAp (พาวเวอร์ผ่าน eSATA หรือที่เรียกว่า ESATA/USB) เป็นขั้วต่อที่เปิดตัวในปี 2009 ซึ่งจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อโดยใช้ขั้วต่อแบบใหม่ที่รองรับการใช้งานย้อนหลัง บนโน้ตบุ๊ก eSATAp มักจะจ่ายไฟเพียง 5 V เพื่อจ่ายไฟให้กับ HDD/SSD ขนาด 2.5 นิ้ว บนเวิร์กสเตชันเดสก์ท็อปสามารถจ่ายไฟเพิ่มเติมได้ 12 V เพื่อจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ขนาดใหญ่ รวมถึง HDD/SSD ขนาด 3.5 นิ้ว และไดรฟ์ออปติคอลขนาด 5.25 นิ้ว

สามารถเพิ่มการรองรับ eSATAp ให้กับเครื่องเดสก์ท็อปได้ในรูปแบบของแบร็กเก็ตที่เชื่อมต่อทรัพยากร SATA, พาวเวอร์ และ USB ของเมนบอร์ด

eSATA เช่นเดียวกับ USB รองรับการเสียบขณะเครื่องเปิดอยู่ (hot plugging)แม้ว่าอาจถูกจำกัดโดยไดรเวอร์ระบบปฏิบัติการและเฟิร์มแวร์ของอุปกรณ์

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

บทความหลัก: Thunderbolt (อินเทอร์เฟซ)

Thunderbolt รวม PCI Express และ DisplayPortเป็นอินเทอร์เฟซข้อมูลอนุกรมแบบใหม่ การใช้งาน Thunderbolt ดั้งเดิมมีสองช่องสัญญาณ แต่ละช่องมีความเร็วในการถ่ายโอน 10 Gbit/s ส่งผลให้แบนด์วิดท์ทิศทางเดียวรวม 20 Gbit/s[129]

Thunderbolt 2 ใช้การรวมลิงก์เพื่อรวมช่องสัญญาณ 10 Gbit/s สองช่องเข้าเป็นช่องสัญญาณสองทิศทางเดียวขนาด 20 Gbit/s[130]

Thunderbolt 3 และ Thunderbolt 4 ใช้ USB-C.[131][132][133] Thunderbolt 3 มีช่องสัญญาณสองทิศทางทางกายภาพขนาด 20 Gbit/s สองช่อง ซึ่งรวมกันเป็นช่องสัญญาณสองทิศทางเชิงตรรกะเดียวขนาด 40 Gbit/s ตัวควบคุม Thunderbolt 3 สามารถรวมตัวควบคุม USB 3.1 Gen 2 เพื่อให้เข้ากันได้กับอุปกรณ์ USB นอกจากนี้ยังสามารถรองรับ DisplayPort Alternate Mode และ DisplayPort ผ่าน USB4 Fabric ทำให้พอร์ต Thunderbolt 3 มีฟังก์ชันการทำงานที่เหนือกว่าพอร์ต USB 3.1 Gen 2

DisplayPort Alternate Mode 2.0: USB4 (ที่ต้องใช้ USB-C) กำหนดให้ฮับต้องรองรับ DisplayPort 2.0 ผ่าน USB-C Alternate Mode DisplayPort 2.0 สามารถรองรับความละเอียด 8K ที่ 60 Hz พร้อมสี HDR10[134] DisplayPort 2.0 สามารถใช้แบนด์วิดท์สูงสุด 80 Gbit/s ซึ่งเป็นสองเท่าของข้อมูล USB ที่มีอยู่ เนื่องจากส่งข้อมูลทั้งหมดไปในทิศทางเดียว (ไปยังจอภาพ) จึงสามารถใช้สายข้อมูลทั้งแปดเส้นพร้อมกันได้[134]

หลังจากที่ข้อกำหนดถูกทำให้ปลอดค่าลิขสิทธิ์และการดูแลโปรโตคอล Thunderbolt ถูกโอนจาก Intel ไปยัง USB Implementers Forum แล้ว Thunderbolt 3 ก็ถูกนำไปใช้งานในข้อกำหนด USB4 อย่างมีประสิทธิภาพ – โดยความเข้ากันได้กับ Thunderbolt 3 เป็นทางเลือกแต่ได้รับการสนับสนุนสำหรับผลิตภัณฑ์ USB4[135]

[แก้ไขซอร์สโค้ด]

บทความหลัก:อะแดปเตอร์ USB เป็นอนุกรม

หลากหลายตัวแปลงโปรโตคอลมีจำหน่ายที่แปลงสัญญาณข้อมูล USB ไปและกลับจากมาตรฐานการสื่อสารอื่นๆ

[แก้ไขต้นฉบับ]

เนื่องจากความแพร่หลายของมาตรฐาน USB จึงมีการใช้ประโยชน์จากมาตรฐาน USB ในทางที่ผิดหลายประการ หนึ่งในกรณีที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบันคือสิ่งที่เรียกว่า USB killerอุปกรณ์ที่ทำให้อุปกรณ์ USB เสียหายโดยการส่งพัลส์แรงดันไฟฟ้าสูงผ่านสายข้อมูล

ในเวอร์ชันของ ไมโครซอฟท์ วินโดวส์ก่อนWindows XP, Windows จะเรียกใช้สคริปต์ (ถ้ามี) โดยอัตโนมัติบนอุปกรณ์บางชนิดผ่านAutoRun, ซึ่งหนึ่งในนั้นคืออุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล USB ที่อาจมีซอฟต์แวร์ที่เป็นอันตราย[136]