Một số thông tin bạn nên biết về USB

Bài viết này nói về chuẩn bus máy tính. Đối với các mục đích sử dụng khác, xem USB (định hướng).

Universal Serial Bus (USB) là một tiêu chuẩn ngành, được phát triển bởi Diễn đàn Người thực hiện USB (USB-IF), để truyền dữ liệu số và cung cấp năng lượng giữa nhiều loại thiết bị điện tử. Nó quy định kiến trúc, đặc biệt là các giao diện vật lý giao diện, và giao thức truyền thông đến và từ các máy chủ, chẳng hạn như máy tính cá nhân, đến và từ các thiết bị ngoại vi, ví dụ như màn hình, bàn phím và thiết bị lưu trữ dung lượng lớn, và đến và từ các trung tâm trung gian, giúp nhân lên số lượng cổng của máy chủ.[2]

Được giới thiệu vào năm 1996, USB ban đầu được thiết kế để chuẩn hóa kết nối của các thiết bị ngoại vi với máy tính, thay thế nhiều giao diện khác nhau như cổng nối tiếp, cổng song song, cổng trò chơi, và Apple Desktop Bus (ADB).[3] Các phiên bản đầu của USB đã trở nên phổ biến trên nhiều loại thiết bị, chẳng hạn như bàn phím, chuột, máy ảnh, máy in, máy quét, ổ flash, điện thoại thông minh, máy chơi game và pin dự phòng.[4] USB từ đó đã phát triển thành một tiêu chuẩn để thay thế hầu như tất cả các cổng phổ biến trên máy tính, thiết bị di động, thiết bị ngoại vi, bộ nguồn và nhiều thiết bị điện tử nhỏ khác.

Trong tiêu chuẩn mới nhất, USB-C đầu nối thay thế nhiều loại đầu nối cho nguồn điện (lên đến 240 W), màn hình (ví dụ: DisplayPort, HDMI) và nhiều mục đích sử dụng khác, cũng như tất cả các đầu nối USB trước đây.

Tính đến năm 2024, USB bao gồm bốn thế hệ thông số kỹ thuật: USB 1.x, USB 2.0, USB 3.x, và USB4. Thông số kỹ thuật USB4 nâng cao chức năng truyền dữ liệu và cung cấp năng lượng với "kiến trúc đường hầm định hướng kết nối được thiết kế để kết hợp nhiều giao thức trên một giao diện vật lý duy nhất nhằm chia sẻ linh hoạt tổng tốc độ và hiệu suất của USB4 Fabric."[2] Cụ thể, USB4 hỗ trợ đường hầm của Thunderbolt 3 các giao thức, cụ thể là PCI Express (PCIe, giao diện tải/lưu trữ) và DisplayPort (giao diện hiển thị). USB4 cũng bổ sung các giao diện host-to-host.[2]

Mỗi phiên bản phụ của đặc tả hỗ trợ các tốc độ tín hiệu khác nhau từ 1,5 và 12 Mbit/s bán song công trong USB 1.0/1.1 đến 80 Gbit/s song công hoàn toàn trong USB4 2.0.[5][6][7][2] USB cũng cung cấp nguồn điện cho các thiết bị ngoại vi; các phiên bản mới nhất của tiêu chuẩn mở rộng giới hạn cung cấp điện cho việc sạc pin và các thiết bị yêu cầu lên tới 240 watt như được định nghĩa trong USB Power Delivery (USB-PD) Rev. V3.1.[8] Trong những năm qua, USB(-PD) đã được áp dụng làm tiêu chuẩn cung cấp nguồn và sạc cho nhiều thiết bị di động, chẳng hạn như điện thoại di động, giảm nhu cầu sử dụng bộ sạc độc quyền.[9]

[sửa mã nguồn]

USB được thiết kế để chuẩn hóa kết nối của các thiết bị ngoại vi đến máy tính cá nhân, vừa để trao đổi dữ liệu vừa để cung cấp năng lượng điện. Nó phần lớn đã thay thế các giao diện như cổng nối tiếp và cổng song song và đã trở nên phổ biến trên nhiều thiết bị khác nhau. Các thiết bị ngoại vi kết nối qua USB bao gồm bàn phím và chuột máy tính, máy quay video, máy in, máy nghe nhạc di động, điện thoại kỹ thuật số di động (xách tay), ổ đĩa và bộ điều hợp mạng.

Các đầu nối USB ngày càng thay thế các loại cáp sạc khác cho các thiết bị di động.[10][11][12]

Các giao diện đầu nối USB được phân loại thành ba loại: nhiều loại đầu nối legacy Type-A (ngược dòng) và Type-B (xuôi dòng) khác nhau có trên các máy chủ, trung tâm và thiết bị ngoại vi, cùng với loại Type-C hiện đại (USB-C) kết nối, thay thế nhiều đầu nối legacy khác để trở thành đầu nối duy nhất áp dụng cho USB4.

Các đầu nối loại A và loại B có các kích thước Chuẩn, Mini và Micro. Kích thước chuẩn là lớn nhất và chủ yếu được sử dụng cho máy tính để bàn và các thiết bị ngoại vi lớn hơn. Các đầu nối Mini-USB (Mini-A, Mini-B, Mini-AB) được giới thiệu cho các thiết bị di động. Tuy nhiên, chúng nhanh chóng bị thay thế bởi các đầu nối Micro-USB mỏng hơn (Micro-A, Micro-B, Micro-AB). Đầu nối loại C, còn được gọi là USB-C, không chỉ dành riêng cho USB, là chuẩn duy nhất hiện tại cho USB, bắt buộc cho USB4 và được yêu cầu bởi các chuẩn khác, bao gồm DisplayPort và Thunderbolt hiện đại. Nó có thể cắm đảo chiều và hỗ trợ nhiều chức năng và giao thức khác nhau, bao gồm USB; một số là bắt buộc và nhiều tính năng là tùy chọn, tùy thuộc vào loại phần cứng: máy chủ, thiết bị ngoại vi hoặc hub.[13][14]

Các thông số kỹ thuật USB cung cấp khả năng tương thích ngược, thường dẫn đến giảm tốc độ tín hiệu, công suất tối đa được cung cấp và các khả năng khác. Thông số kỹ thuật USB 1.1 thay thế USB 1.0. Thông số kỹ thuật USB 2.0 tương thích ngược với USB 1.0/1.1. Thông số kỹ thuật USB 3.2 thay thế USB 3.1 (và USB 3.0) đồng thời bao gồm thông số kỹ thuật USB 2.0. USB4 "thay thế về mặt chức năng" USB 3.2 trong khi vẫn giữ bus USB 2.0 hoạt động song song.[5][6][7][2]

Thông số kỹ thuật USB 3.0 đã định nghĩa một kiến trúc và giao thức mới có tên là **SuperSpeed** (còn gọi là **SuperSpeed USB**, được tiếp thị dưới tên **SS**), bao gồm một làn truyền mới cho một sơ đồ mã hóa tín hiệu mới (ký hiệu 8b/10b, 5 Gbit/s; sau này còn được gọi là **Gen 1**), hỗ trợ truyền dữ liệu song công hoàn toàn, về mặt vật lý yêu cầu thêm năm dây và chân cắm, đồng thời vẫn giữ nguyên kiến trúc và giao thức USB 2.0, do đó vẫn giữ lại bốn chân/dây gốc cho USB 2.0 để tương thích ngược, dẫn đến tổng cộng 9 dây (với 9 hoặc 10 chân tại các giao diện đầu nối; chân ID không được nối dây).

Đặc tả USB 3.1 đã giới thiệu Hệ thống Siêu tốc Độ cao (Enhanced SuperSpeed System) – trong khi vẫn duy trì kiến trúc và giao thức Siêu tốc (SuperSpeed) (USB Siêu tốc) – với một kiến trúc và giao thức Siêu tốc Plus (SuperSpeedPlus) bổ sung (hay còn gọi là USB Siêu tốc Plus) thêm một lược đồ mã hóa mới (ký hiệu 128b/132b, 10 Gbit/s; còn được gọi là Gen 2); trong một thời gian được tiếp thị với tên gọi Siêu tốc+ (SS+).

Thông số kỹ thuật USB 3.2[15] đã bổ sung thêm làn thứ hai cho Hệ thống SuperSpeed Tăng cường cùng với các cải tiến khác, để phần hệ thống USB SuperSpeedPlus triển khai các chế độ hoạt động Gen 1×2, Gen 2×1 và Gen 2×2. Tuy nhiên, phần USB SuperSpeed của hệ thống vẫn triển khai chế độ hoạt động một làn Gen 1×1. Do đó, các hoạt động hai làn, cụ thể là USB 3.2 Gen 1×2 (10 Gbit/s) và Gen 2×2 (20 Gbit/s), chỉ khả thi với USB-C đầy đủ tính năng. Tính đến năm 2023, chúng tương đối hiếm khi được triển khai; Intel, tuy nhiên, đã bắt đầu đưa chúng vào các mẫu bộ xử lý SoC thế hệ thứ 11 của mình, nhưng Apple chưa bao giờ cung cấp. Mặt khác, USB 3.2 Gen 1(×1) (5 Gbit/s) và Gen 2(×1) (10 Gbit/s) đã khá phổ biến trong một số năm.

[sửa mã nguồn]

Bài viết chính: Phần cứng USB § Đầu nối

Mỗi kết nối USB được thực hiện bằng hai đầu nối: một ổ cắm và một phích cắm. Hình ảnh chỉ hiển thị các ổ cắm:

[Sửa mã nguồn]

Universal Serial Bus được phát triển để đơn giản hóa và cải thiện giao diện giữa máy tính cá nhân và các thiết bị ngoại vi, chẳng hạn như điện thoại di động, phụ kiện máy tính và màn hình, so với các giao diện độc quyền tiêu chuẩn hoặc tạm thời trước đây.[17]

Từ góc nhìn của người dùng máy tính, giao diện USB cải thiện tính dễ sử dụng theo nhiều cách:

Chuẩn USB cũng mang lại nhiều lợi ích cho các nhà sản xuất phần cứng và nhà phát triển phần mềm, đặc biệt là ở tính dễ triển khai tương đối:

[Biên tập mã nguồn]

Giống như tất cả các tiêu chuẩn khác, USB có nhiều hạn chế trong thiết kế:

Đối với nhà phát triển sản phẩm, việc sử dụng USB yêu cầu triển khai một giao thức phức tạp và ngụ ý một bộ điều khiển "thông minh" trong thiết bị ngoại vi. Các nhà phát triển thiết bị USB dự định bán ra công chúng thường phải có ID USB, yêu cầu họ phải trả phí cho Diễn đàn triển khai USB (USB-IF). Các nhà phát triển sản phẩm sử dụng đặc tả USB phải ký thỏa thuận với USB-IF. Việc sử dụng logo USB trên sản phẩm yêu cầu phí hàng năm và là thành viên của tổ chức.[17]

[Sửa mã nguồn]

Logo USB ba ngạnh cơ bản

Một nhóm bảy công ty bắt đầu phát triển USB vào năm 1995:[21] Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC, và Nortel. Mục tiêu là giúp việc kết nối các thiết bị ngoại vi với PC trở nên dễ dàng hơn về cơ bản bằng cách thay thế vô số đầu nối ở mặt sau PC, giải quyết các vấn đề về khả năng sử dụng của các giao diện hiện có, đơn giản hóa cấu hình phần mềm của tất cả các thiết bị kết nối qua USB, cũng như cho phép tốc độ truyền dữ liệu cao hơn cho các thiết bị ngoại vi và cắm và chạy tính năng.[22] Các khái niệm về năm 1979 Atari SIO bus nối tiếp, của máy tính Atari 8-bit, và năm 1980 IEEE-488 dẫn xuất Bus Commodore, và của Hewlett PackardHP-IL bus tiên phong trong cách tiếp cận này.[23][24] Một liên minh do Apple dẫn đầu, bao gồm Sony, Panasonic (Matsushita), LG, Toshiba, Hitachi, Cannon, Philips Electronics, Compaq, Thomson và Texas Instruments, đã phát triển khái niệm này xa hơn, từ năm 1986, với tên gọiIEEE 1394chuẩn firewire và nhóm bằng sáng chế.[25]Joseph C. Decuir, ban đầu của Atari, sau đó là Commodore, và là nhà thiết kế bus chung SIO của Atari, đã làm việc trên dự án USB cho Microsoft, và có được một trong các bằng sáng chế liên quan của Hoa Kỳ.[26]Ajay Bhatt và nhóm của ông[a] đã làm việc trên chuẩn này tại Intel;[28][29] cácmạch tích hợphỗ trợ USB đầu tiên được Intel sản xuất vào năm 1995.[30]

[sửa mã nguồn]

Logo USB Tốc độ Cơ bản

Được phát hành vào tháng 1 năm 1996, USB 1.0 quy định tốc độ truyền tín hiệu là 1,5 Mbit/s (Băng thông thấp hoặc Tốc độ thấp) và 12 Mbit/s (Tốc độ đầy đủ).[31] Nó không cho phép sử dụng cáp nối dài do các hạn chế về thời gian và nguồn điện. Rất ít thiết bị USB ra thị trường cho đến khi USB 1.1 được phát hành vào tháng 8 năm 1998. USB 1.1 là bản sửa đổi sớm nhất được áp dụng rộng rãi và dẫn đến những gì Microsoft gọi là "PC không kế thừa".[32][33][34]

Cả USB 1.0 và 1.1 đều không quy định thiết kế cho bất kỳ đầu nối nào nhỏ hơn loại A hoặc loại B tiêu chuẩn. Mặc dù nhiều thiết kế cho đầu nối loại B thu nhỏ xuất hiện trên nhiều thiết bị ngoại vi, nhưng việc tuân thủ tiêu chuẩn USB 1.x bị cản trở do coi các thiết bị ngoại vi có đầu nối thu nhỏ như thể chúng có kết nối cố định (nghĩa là: không có phích cắm hoặc ổ cắm ở đầu thiết bị ngoại vi). Không có đầu nối loại A thu nhỏ nào được biết đến cho đến khi USB 2.0 (bản sửa đổi 1.01) giới thiệu một loại.

[sửa mã nguồn]

Biểu tượng Hi-Speed USB

USB 2.0 được phát hành vào tháng 4 năm 2000, bổ sung tốc độ tín hiệu tối đa cao hơn là 480 Mbit/s (thông lượng dữ liệu lý thuyết tối đa 53 MByte/s[35]) có tên là Tốc độ cao hoặc Băng thông cao, ngoài tốc độ tín hiệu Tốc độ đầy đủ của USB 1.x là 12 Mbit/s (thông lượng dữ liệu lý thuyết tối đa 1,2 MByte/s).[36]

Các sửa đổi đối với đặc tả USB đã được thực hiện thông qua thông báo thay đổi kỹ thuật (ECN). Những ECN quan trọng nhất được đưa vào gói đặc tả USB 2.0 có sẵn tại USB.org:[37]

[sửa mã nguồn]

Bài viết chính: USB 3.0

Biểu trưng USB SuperSpeed đã lỗi thời

Thông số kỹ thuật USB 3.0 được công bố vào ngày 12 tháng 11 năm 2008, với việc quản lý được chuyển từ Nhóm thúc đẩy USB 3.0 sang Diễn đàn triển khai USB (USB-IF) và được công bố vào ngày 17 tháng 11 năm 2008 tại Hội nghị nhà phát triển SuperSpeed USB.[39]

USB 3.0 bổ sung một kiến trúc và giao thức mới có tên là SuperSpeed, với các tương thích ngược phích cắm, ổ cắm và cáp. Phích cắm và ổ cắm SuperSpeed được nhận dạng bằng logo riêng biệt và phần chèn màu xanh lam trong các ổ cắm định dạng tiêu chuẩn.

Kiến trúc SuperSpeed cung cấp một chế độ hoạt động với tốc độ 5,0 Gbit/s, bên cạnh ba chế độ hoạt động hiện có. Hiệu suất của nó phụ thuộc vào một số yếu tố bao gồm mã hóa ký hiệu vật lý và chi phí ở cấp liên kết. Ở tốc độ tín hiệu 5 Gbit/s với mã hóa 8b/10b, mỗi byte cần 10 bit để truyền, do đó thông lượng thô là 500 MB/s. Khi tính đến kiểm soát luồng, đóng gói khung và chi phí giao thức, thực tế chỉ có khoảng hai phần ba thông lượng thô, tức 330 MB/s, được truyền đến ứng dụng.[40]: 4–19  Kiến trúc của SuperSpeed là song công hoàn toàn; tất cả các phiên bản trước đó, USB 1.0-2.0, đều là bán song công, do máy chủ điều phối.[41]

Các thiết bị công suất thấp và công suất cao vẫn hoạt động với chuẩn này, nhưng các thiết bị hỗ trợ SuperSpeed có thể cung cấp dòng điện tăng từ 150 mA đến 900 mA, theo các bước tăng rời rạc 150 mA.[40]: 9–9 

USB 3.0 cũng giới thiệu giao thức Giao thức SCSI đính kèm USB (UASP), thường cung cấp tốc độ truyền nhanh hơn so với giao thức BOT (Bulk-Only-Transfer).

USB 3.1,[5] phát hành vào tháng 7 năm 2013 có hai biến thể. Biến thể đầu tiên giữ nguyên kiến trúc và giao thức SuperSpeed của USB 3.0, và chế độ hoạt động của nó được đặt tên mới là USB 3.1 Gen 1,[42][43][44] còn phiên bản thứ hai giới thiệu một kiến trúc và giao thức SuperSpeedPlus hoàn toàn mới với chế độ hoạt động thứ hai được gọi là USB 3.1 Gen 2 (được tiếp thị với tên SuperSpeed+ USB). SuperSpeed+ tăng gấp đôi tốc độ tín hiệu tối đa lên 10 Gbit/s (sau này được tiếp thị là SuperSpeed USB 10 Gbps theo thông số kỹ thuật USB 3.2), đồng thời giảm chi phí mã hóa đường truyền xuống chỉ còn 3% bằng cách thay đổisơ đồ mã hóa đến 128b/132b.[42][45]

USB 3.2, được phát hành vào tháng 9 năm 2017,[15] vẫn giữ nguyên kiến trúc và giao thức USB 3.1 SuperSpeed và SuperSpeedPlus cùng các chế độ hoạt động tương ứng của chúng, nhưng giới thiệu thêm hai chế độ hoạt động SuperSpeedPlus mới (USB 3.2 Gen 1×2 và USB 3.2 Gen 2×2) với kiến trúc mới USB-CFabric với tốc độ tín hiệu 10 và 20 Gbit/s (tốc độ dữ liệu thô lần lượt là 1212 và 2424 MB/s). Sự gia tăng băng thông là kết quả của hoạt động hai làn trên các dây hiện có vốn được thiết kế cho khả năng flip-flop của đầu nối USB-C.[46]

[sửa mã nguồn]

Bắt đầu từ đặc tả USB 3.2, USB-IF đã giới thiệu một sơ đồ đặt tên mới.[47] Để hỗ trợ các công ty trong việc xây dựng thương hiệu cho các chế độ hoạt động khác nhau, USB-IF khuyến nghị xây dựng thương hiệu cho các khả năng 5, 10 và 20 Gbit/s lần lượt là SuperSpeed USB 5Gbps, SuperSpeed USB 10 Gbps và SuperSpeed USB 20 Gbps.[48]

Vào năm 2023, chúng lại được thay thế,[49] loại bỏ "SuperSpeed", thay bằng USB 5Gbps, USB 10Gbps và USB 20Gbps. Với các logo Bao bì và Cổng kết nối mới.[50]

[Chỉnh sửa mã nguồn]

Bài viết chính: USB4

Biểu trưng Certified USB4 đã lỗi thời

Đặc tả USB4 được phát hành vào ngày 29 tháng 8 năm 2019 bởi Diễn đàn Người triển khai USB.[51]

Đặc tả USB4 2.0 được phát hành vào ngày 1 tháng 9 năm 2022 bởi Diễn đàn Người triển khai USB.[52]

USB4 dựa trên Thunderbolt 3giao thức.[53] Nó hỗ trợ thông lượng 40 Gbit/s, tương thích với Thunderbolt 3 và tương thích ngược với USB 3.2 và USB 2.0.[54][55] Kiến trúc này xác định một phương pháp để chia sẻ một liên kết tốc độ cao duy nhất với nhiều loại thiết bị đầu cuối một cách linh hoạt, phục vụ tốt nhất cho việc truyền dữ liệu theo loại và ứng dụng.

Trong CES 2020, USB-IF và Intel đã tuyên bố ý định cho phép các sản phẩm USB4 hỗ trợ tất cả các chức năng tùy chọn như Thunderbolt 4 sản phẩm.

USB4 2.0 với tốc độ 80 Gbit/s đã được công bố vào tháng 11 năm 2022.[56][57] Các chi tiết kỹ thuật khác sẽ được công bố tại hai ngày dành cho nhà phát triển USB dự kiến vào tháng 11 năm 2022.[58][cần cập nhật]

Thông số kỹ thuật USB4 quy định rằng các công nghệ sau đây phải được hỗ trợ bởi USB4:[2]

[编辑源代码]

Tổng quan về sơ đồ đặt tên USB được thiết lập vào tháng 9 năm 2022

(Một hỗn hợp các thông số kỹ thuật USB và tên gọi tiếp thị của chúng đang được hiển thị

vì các thông số kỹ thuật đôi khi bị sử dụng sai làm tên gọi tiếp thị.)

[tranh cãi (vì: USB4 20 Gbit/s không tồn tại; USB4 2×2 không thể thay thế cho USB 3.2 2×2 như logo chỉ ra; logo cho USB 3.x và USB4 khác nhau.) – thảo luận]

Do các sơ đồ đặt tên gây nhầm lẫn trước đây, USB-IF đã quyết định thay đổi một lần nữa. Kể từ ngày 2 tháng 9 năm 2022, tên gọi tiếp thị tuân theo cú pháp "USB xGbps", trong đó x là tốc độ truyền tính bằng Gbit/s.[59] Tổng quan về các tên và logo đã cập nhật có thể được thấy trong bảng bên cạnh.

Các chế độ hoạt động USB 3.2 Gen 2×2 và USB4 Gen 2×2 – hoặc: USB 3.2 Gen 2×1 và USB4 Gen 2×1 – không thể thay thế hoặc tương thích lẫn nhau; tất cả các bộ điều khiển tham gia phải hoạt động ở cùng một chế độ.

[Chỉnh sửa mã nguồn]

[Chỉnh sửa mã nguồn]

[sửa mã nguồn]

[Chỉnh sửa mã nguồn]

Một hệ thống USB bao gồm một máy chủ có một hoặc nhiều cổng hướng xuống (DFP),[67] và nhiều thiết bị ngoại vi, tạo thành một cấu trúc phân tầng-cấu trúc liên kết hình sao. Thêm trung tâm USB có thể được bao gồm, cho phép tối đa năm tầng. Một máy chủ USB có thể có nhiều bộ điều khiển, mỗi bộ có một hoặc nhiều cổng. Có thể kết nối tối đa 127 thiết bị với một bộ điều khiển chủ duy nhất.[68][40]: 8–29  Các thiết bị USB được liên kết nối tiếp thông qua các hub. Hub được tích hợp trong bộ điều khiển chủ được gọi là hub gốc.

Một thiết bị USB có thể bao gồm nhiều thiết bị con logic được gọi là chức năng thiết bị. Một thiết bị tổng hợp có thể cung cấp một số chức năng, ví dụ, một webcam (chức năng thiết bị video) với micrô tích hợp (chức năng thiết bị âm thanh). Một giải pháp thay thế cho điều này là thiết bị tổng hợp, trong đó máy chủ gán cho mỗi thiết bị logic một địa chỉ riêng biệt và tất cả các thiết bị logic kết nối với một trung tâm tích hợp kết nối với cáp USB vật lý.

Các điểm cuối USB nằm trên thiết bị ngoại vi: Các kênh đến máy chủ được gọi là ống dẫn.

Giao tiếp thiết bị USB dựa trên các ống dẫn (kênh logic). Một ống dẫn kết nối bộ điều khiển chủ với một thực thể logic bên trong thiết bị, được gọi là điểm cuối. Vì các ống dẫn tương ứng với các điểm cuối, các thuật ngữ này đôi khi được sử dụng thay thế cho nhau. Mỗi thiết bị USB có thể có tối đa 32 điểm cuối (16 đầu vào và 16 đầu ra), mặc dù hiếm khi có nhiều như vậy. Các điểm cuối được thiết bị xác định và đánh số trong quá trình khởi tạo (giai đoạn sau khi kết nối vật lý được gọi là liệt kê) và do đó tương đối cố định, trong khi các ống dẫn có thể được mở và đóng.

Có hai loại ống dẫn: luồng và thông báo.

Khi một máy chủ bắt đầu truyền dữ liệu, nó gửi một gói TOKEN chứa một điểm cuối được chỉ định bằng một bộ (tuple)của (device_address, endpoint_number). Nếu quá trình truyền diễn ra từ máy chủ đến điểm cuối, máy chủ sẽ gửi một gói OUT (một dạng chuyên biệt của gói TOKEN) kèm theo địa chỉ thiết bị và số điểm cuối mong muốn. Nếu quá trình truyền dữ liệu diễn ra từ thiết bị đến máy chủ, máy chủ sẽ gửi một gói IN thay vào đó. Nếu điểm cuối đích là điểm cuối đơn hướng mà hướng do nhà sản xuất chỉ định không khớp với gói TOKEN (ví dụ: hướng do nhà sản xuất chỉ định là IN trong khi gói TOKEN là gói OUT), thì gói TOKEN sẽ bị bỏ qua. Ngược lại, nó được chấp nhận và quá trình giao dịch dữ liệu có thể bắt đầu. Mặt khác, một điểm cuối hai hướng chấp nhận cả gói IN và OUT.

Hai ổ cắm USB 3.0 Standard-A (bên trái) và hai ổ cắm USB 2.0 Standard-A (bên phải) trên bảng mặt trước của máy tính

Các điểm cuối được nhóm thành các giao diện và mỗi giao diện được liên kết với một chức năng thiết bị duy nhất. Một ngoại lệ cho điều này là điểm cuối số 0, được sử dụng để cấu hình thiết bị và không liên kết với bất kỳ giao diện nào. Một chức năng thiết bị duy nhất bao gồm các giao diện được điều khiển độc lập được gọi là thiết bị tổng hợp. Một thiết bị tổng hợp chỉ có một địa chỉ thiết bị duy nhất vì máy chủ chỉ gán một địa chỉ thiết bị cho một chức năng.

Khi một thiết bị USB được kết nối lần đầu với một máy chủ USB, quá trình liệt kê thiết bị USB sẽ bắt đầu. Quá trình liệt kê bắt đầu bằng cách gửi tín hiệu đặt lại đến thiết bị USB. Tốc độ truyền tín hiệu của thiết bị USB được xác định trong quá trình đặt lại tín hiệu. Sau khi đặt lại, thông tin của thiết bị USB được máy chủ đọc và thiết bị được gán một địa chỉ 7-bit duy nhất. Nếu thiết bị được máy chủ hỗ trợ, các trình điều khiển thiết bị cần thiết để giao tiếp với thiết bị sẽ được tải và thiết bị được đặt ở trạng thái đã cấu hình. Nếu máy chủ USB được khởi động lại, quá trình liệt kê sẽ được lặp lại cho tất cả các thiết bị đã kết nối.

Bộ điều khiển chủ đạo điều hướng luồng lưu lượng đến các thiết bị, do đó không có thiết bị USB nào có thể truyền bất kỳ dữ liệu nào trên bus mà không có yêu cầu rõ ràng từ bộ điều khiển chủ đạo. Trong USB 2.0, bộ điều khiển chủ đạo các cuộc thăm dò xe buýt cho lưu lượng truy cập, thường ở dạng vòng tròn luân phiênthời trang. Thông lượng của mỗi cổng USB được xác định bởi tốc độ chậm hơn giữa cổng USB hoặc thiết bị USB được kết nối với cổng.

Các trung tâm USB 2.0 tốc độ cao chứa các thiết bị gọi là bộ chuyển đổi giao dịch, giúp chuyển đổi giữa các bus USB 2.0 tốc độ cao và các bus tốc độ đầy đủ và tốc độ thấp. Có thể có một bộ chuyển đổi cho mỗi trung tâm hoặc mỗi cổng.

Vì có hai bộ điều khiển riêng biệt trong mỗi máy chủ USB 3.0, các thiết bị USB 3.0 truyền và nhận ở tốc độ tín hiệu USB 3.0 bất kể các thiết bị USB 2.0 hoặc phiên bản cũ hơn có kết nối với máy chủ đó hay không. Tốc độ tín hiệu hoạt động cho các thiết bị cũ hơn được thiết lập theo cách truyền thống.

[sửa mã nguồn]

Chức năng của thiết bị USB được xác định bởi mã lớp (class code) gửi đến máy chủ USB. Điều này cho phép máy chủ tải các mô-đun phần mềm cho thiết bị và hỗ trợ các thiết bị mới từ các nhà sản xuất khác nhau.

Các lớp thiết bị bao gồm:[70]

[Sửa mã nguồn]

Xem thêm: Lớp thiết bị lưu trữ khối USB, Vỏ ổ đĩa, và Ổ cứng gắn ngoài

Một ổ flash, một thiết bị lưu trữ khối USB điển hình

Một M.2 (2242) ổ cứng thể rắn (SSD) được kết nối vào bộ chuyển đổi USB 3.0 kết nối với máy tính

The Lớp thiết bị lưu trữ khối USB (MSC hoặc UMS) tiêu chuẩn hóa các kết nối với thiết bị lưu trữ. Ban đầu dành cho ổ đĩa từ và quang, nó đã được mở rộng để hỗ trợ ổ flash và thẻ SD đầu đọc. Khả năng khởi động từ thiết bị chỉ ghi khóa Thẻ SDViệc sử dụng bộ chuyển đổi USB đặc biệt có lợi để duy trì tính toàn vẹn và trạng thái nguyên sơ, không bị hỏng hóc của phương tiện khởi động.

Mặc dù hầu hết các máy tính cá nhân từ đầu năm 2005 có thể khởi động từ thiết bị lưu trữ USB, USB không được thiết kế như một bus chính cho bộ nhớ trong của máy tính. Tuy nhiên, USB có lợi thế là cho phép trao đổi nóng, làm cho nó hữu ích cho các thiết bị ngoại vi di động, bao gồm các loại ổ đĩa khác nhau.

Một số nhà sản xuất cung cấp ổ USB di động bên ngoài ổ đĩa cứng, hoặc vỏ ngoài trống cho ổ đĩa. Chúng cung cấp hiệu suất tương đương với ổ đĩa trong, bị giới hạn bởi số lượng và loại thiết bị USB được kết nối, cũng như giới hạn trên của giao diện USB. Các tiêu chuẩn cạnh tranh khác cho kết nối ổ đĩa ngoài bao gồm eSATA, ExpressCard, FireWire (IEEE 1394), và gần đây nhất là Thunderbolt.

Một ứng dụng khác của thiết bị lưu trữ USB là thực thi phần mềm di động (như trình duyệt web và ứng dụng VoIP) mà không cần cài đặt chúng trên máy tính chủ.[74][75]

[Sửa mã nguồn]

Xem thêm: Giao thức truyền ảnh

Giao thức truyền phương tiện (MTP) được thiết kế bởi Microsoft để cung cấp quyền truy cập cấp cao hơn vào hệ thống tệp của thiết bị so với bộ nhớ khối USB, ở cấp độ tệp thay vì khối đĩa. Nó cũng có các tính năng DRM tùy chọn. MTP được thiết kế để sử dụng với máy nghe nhạc di động, nhưng sau đó nó đã được áp dụng làm giao thức lưu trữ chính của hệ điều hành Androidtừ phiên bản 4.1 Jelly Bean cũng như Windows Phone 8 (các thiết bị Windows Phone 7 đã sử dụng giao thức Zune—một sự phát triển của MTP). Lý do chính cho điều này là MTP không yêu cầu quyền truy cập độc quyền vào thiết bị lưu trữ như UMS, giúp giảm thiểu các vấn đề tiềm ẩn nếu một chương trình Android yêu cầu bộ nhớ trong khi nó đang được kết nối với máy tính. Nhược điểm chính là MTP không được hỗ trợ tốt bên ngoài hệ điều hành Windows.

[sửa mã nguồn]

Bài viết chính: Lớp thiết bị giao diện người dùng USB

Một chuột hoặc bàn phím USB thường có thể được sử dụng với các máy tính cũ có cổng PS/2 với sự hỗ trợ của một bộ chuyển đổi USB sang PS/2 nhỏ. Đối với chuột và bàn phím hỗ trợ giao thức kép, một bộ chuyển đổi thụ động không chứa mạch logic có thể được sử dụng: Phần cứng USBtrong bàn phím hoặc chuột được thiết kế để phát hiện xem nó có được kết nối với cổng USB hay PS/2 hay không, và giao tiếp bằng giao thức phù hợp.[cần dẫn nguồn] Các bộ chuyển đổi chủ động kết nối bàn phím và chuột USB (thường là mỗi loại một thiết bị) với cổng PS/2 cũng tồn tại.[76]

[sửa mã nguồn]

Nâng cấp chương trình cơ sở của thiết bị (DFU) là một cơ chế chung để nâng cấpchương trình cơ sở của các thiết bị USB với các phiên bản cải tiến do nhà sản xuất cung cấp, mang lại (ví dụ) một cách để triển khai các bản sửa lỗi phần sụn. Trong quá trình nâng cấp phần sụn, các thiết bị USB thay đổi chế độ hoạt động của chúng, trở thành một PROMlập trình viên. Bất kỳ lớp thiết bị USB nào cũng có thể triển khai khả năng này bằng cách tuân theo các thông số kỹ thuật DFU chính thức. Việc này cho phép sử dụng các công cụ máy chủ tương thích DFU để cập nhật thiết bị.[73][77][78]

DFU đôi khi được sử dụng như một giao thức lập trình bộ nhớ flash trong các vi điều khiển có chức năng bộ nạp khởi động USB tích hợp. [79]

[sửa mã nguồn]

Nhóm công tác Thiết bị USB đã đưa ra các thông số kỹ thuật cho truyền phát âm thanh, và các tiêu chuẩn cụ thể đã được phát triển và triển khai cho các ứng dụng lớp âm thanh, chẳng hạn như micrô, loa, tai nghe, điện thoại, nhạc cụ, v.v. Nhóm công tác đã công bố ba phiên bản thông số kỹ thuật thiết bị âm thanh:[80][81] USB Audio 1.0, 2.0 và 3.0, được gọi là "UAC"[82] hoặc "ADC".[83]

UAC 3.0 chủ yếu giới thiệu các cải tiến cho các thiết bị di động, chẳng hạn như giảm mức tiêu thụ điện năng bằng cách truyền dữ liệu theo cụm và ở chế độ năng lượng thấp thường xuyên hơn, cũng như các miền năng lượng cho các thành phần khác nhau của thiết bị, cho phép chúng tắt khi không sử dụng.[84]

UAC 2.0 đã hỗ trợ USB tốc độ cao (ngoài Tốc độ tối đa), cho phép băng thông lớn hơn cho các giao diện đa kênh, tốc độ lấy mẫu cao hơn,[85] độ trễ nội tại thấp hơn,[86][82] và cải thiện độ phân giải thời gian lên 8 lần ở các chế độ đồng bộ và thích ứng.[82] UAC2 cũng giới thiệu khái niệm miền đồng hồ, cung cấp thông tin cho máy chủ về đầu vào và đầu ra nào lấy xung nhịp từ cùng một nguồn, cũng như hỗ trợ cải thiện cho các mã hóa âm thanh như DSD, hiệu ứng âm thanh, phân cụm kênh, điều khiển người dùng và mô tả thiết bị.[82][87]

Tuy nhiên, các thiết bị UAC 1.0 vẫn phổ biến do khả năng tương thích không cần driver đa nền tảng,[85] và một phần cũng doMicrosoftkhông triển khai UAC 2.0 trong hơn một thập kỷ sau khi công bố, cuối cùng đã thêm hỗ trợ choWindows 10thông qua Bản cập nhật Creators vào ngày 20 tháng 3 năm 2017.[88][89][87] UAC 2.0 cũng được hỗ trợ bởimacOS, iOS, vàLinux,[82] tuy nhiên Android chỉ triển khai một tập con của thông số kỹ thuật UAC 1.0.[90]

USB cung cấp ba loại đồng bộ hóa đẳng thời (băng thông cố định),[91] tất cả đều được sử dụng bởi các thiết bị âm thanh:[92]

Mặc dù đặc tả USB ban đầu mô tả chế độ không đồng bộ được sử dụng trong "loa giá rẻ" và chế độ thích ứng trong "loa kỹ thuật số cao cấp",[96] nhận thức ngược lại tồn tại tronghi-fithế giới, nơi chế độ không đồng bộ được quảng cáo như một tính năng, và các chế độ thích ứng/đồng bộ có tiếng xấu.[97][98][90] Trên thực tế, tất cả các loại đều có thể có chất lượng cao hoặc thấp, tùy thuộc vào chất lượng kỹ thuật và ứng dụng của chúng.[94][82][99] Chế độ không đồng bộ có lợi thế là không phụ thuộc vào xung nhịp của máy tính, nhưng nhược điểm là yêu cầuchuyển đổi tần số lấy mẫu khi kết hợp nhiều nguồn.

[sửa mã nguồn]

Bài viết chính: Phần cứng USB § Đầu nối

Các đầu nối mà ủy ban USB chỉ định hỗ trợ một số mục tiêu cơ bản của USB và phản ánh những bài học rút ra từ nhiều đầu nối mà ngành công nghiệp máy tính đã sử dụng. Đầu nối cái được gắn trên máy chủ hoặc thiết bị được gọi là receptacle (ổ cắm), và đầu nối đực được gắn vào cáp được gọi là plug (phích cắm).[40]: 2-5–2-6  Các tài liệu đặc tả USB chính thức cũng định kỳ định nghĩa thuật ngữ male (đực) để chỉ phích cắm và female (cái) để chỉ ổ cắm.[100]

Đầu nối USB Standard-A, từng là loại phổ biến nhất của đầu nối USB, hiện là một trong nhiều loại đầu nối USB kế thừa

Thiết kế nhằm gây khó khăn khi cắm phích cắm USB vào ổ cắm sai hướng. Thông số kỹ thuật USB yêu cầu phích cắm cáp và ổ cắm phải được đánh dấu để người dùng có thể nhận biết hướng chính xác.[40] Tuy nhiên, phích cắm USB-C có thể cắm được cả hai chiều. Cáp USB và các thiết bị USB nhỏ được giữ cố định nhờ lực kẹp từ ổ cắm, không cần vít, kẹp hay vòng xoay như một số đầu nối khác.

USB Mini-B (phải) và phiên bản kế tiếp USB Micro-B (trái). Đây là các loại đầu nối USB phổ biến nhất trên các thiết bị nhỏ và di động cho đến khi ra đời USB Type-C.

Các đầu cắm A và B khác nhau giúp ngăn việc vô tình kết nối hai nguồn điện. Tuy nhiên, một phần của cấu trúc liên kết định hướng này bị mất đi với sự ra đời của các kết nối USB đa năng (như USB On-The-Go trên điện thoại thông minh và bộ định tuyến Wi-Fi chạy bằng USB), yêu cầu cáp A-to-A, B-to-B và đôi khi là cáp Y/cáp chia.

Các loại đầu nối USB đã gia tăng khi thông số kỹ thuật phát triển. Thông số kỹ thuật USB ban đầu mô tả chi tiết các phích cắm và ổ cắm chuẩn-A và chuẩn-B. Các đầu nối được thiết kế khác nhau để người dùng không thể kết nối hai ổ cắm máy tính với nhau. Các chân dữ liệu trong phích cắm chuẩn được lõm vào so với các chân nguồn, để thiết bị có thể khởi động nguồn trước khi thiết lập kết nối dữ liệu. Một số thiết bị hoạt động ở các chế độ khác nhau tùy thuộc vào việc kết nối dữ liệu có được thực hiện hay không. Các đế sạc cung cấp nguồn điện và không bao gồm thiết bị chủ hoặc chân dữ liệu, cho phép bất kỳ thiết bị USB tương thích nào sạc hoặc hoạt động từ cáp USB tiêu chuẩn. Cáp sạc cung cấp kết nối nguồn nhưng không cung cấp dữ liệu. Trong cáp chỉ sạc, các dây dữ liệu được nối tắt ở đầu thiết bị; nếu không, thiết bị có thể từ chối bộ sạc vì không phù hợp.

[编辑源代码]

Bài viết chính:Phần cứng USB § Cáp

Nhiều loại cáp USB được bán tạiHồng Kông

Chuẩn USB 1.1 quy định cáp tiêu chuẩn có thể có chiều dài tối đa là 5 mét (16 ft 5 in) với các thiết bị hoạt động ở tốc độ tối đa (12 Mbit/s) và chiều dài tối đa là 3 mét (9 ft 10 in) với các thiết bị hoạt động ở tốc độ thấp (1,5 Mbit/s).[101][102][103]

USB 2.0 quy định chiều dài cáp tối đa là 5 mét (16 ft 5 in) cho các thiết bị hoạt động ở tốc độ cao (480 Mbit/s).[103]

Chuẩn USB 3.0 không quy định trực tiếp chiều dài cáp tối đa, chỉ yêu cầu tất cả cáp phải đáp ứng thông số kỹ thuật điện: đối với cáp đồng cóAWG26 dây, chiều dài thực tế tối đa là 3 mét (9 ft 10 in).[104]

[Sửa mã nguồn]

Cáp cầu nối USB, hay cáp truyền dữ liệu, có thể được tìm thấy trên thị trường, cung cấp kết nối trực tiếp giữa hai máy tính. Cáp cầu nối là một loại cáp đặc biệt có chip và linh kiện điện tử hoạt động ở giữa cáp. Chip ở giữa cáp hoạt động như một thiết bị ngoại vi cho cả hai máy tính và cho phép giao tiếp ngang hàng giữa chúng. Cáp cầu nối USB được sử dụng để truyền tệp giữa hai máy tính qua cổng USB của chúng.

Được phổ biến bởi Microsoft với tên gọi Windows Easy Transfer, tiện ích của Microsoft đã sử dụng cáp cầu nối USB đặc biệt để chuyển các tệp và cài đặt cá nhân từ máy tính chạy phiên bản Windows cũ hơn sang máy tính chạy phiên bản mới hơn. Trong bối cảnh sử dụng phần mềm Windows Easy Transfer, cáp cầu nối đôi khi có thể được gọi là cáp Easy Transfer.

Nhiều cáp cầu nối / truyền dữ liệu USB vẫn là USB 2.0, nhưng cũng có một số cáp truyền dữ liệu USB 3.0. Mặc dù USB 3.0 nhanh gấp 10 lần USB 2.0, nhưng cáp truyền dữ liệu USB 3.0 chỉ nhanh hơn 2 đến 3 lần do thiết kế của chúng.[cần giải thích]

Đặc tả USB 3.0 đã giới thiệu cáp chéo A-to-A không có nguồn để kết nối hai PC. Các loại cáp này không dùng để truyền dữ liệu mà nhằm mục đích chẩn đoán.

[Chỉnh sửa mã nguồn]

Cáp cầu nối USB đã trở nên ít quan trọng hơn nhờ khả năng thiết bị hai vai trò (dual-role-device) được giới thiệu trong chuẩn USB 3.1. Theo các thông số kỹ thuật mới nhất, USB hỗ trợ hầu hết các tình huống kết nối trực tiếp giữa các hệ thống bằng cáp Type-C. Tuy nhiên, để tính năng này hoạt động, các hệ thống được kết nối phải hỗ trợ chuyển đổi vai trò. Khả năng hai vai trò yêu cầu phải có hai bộ điều khiển trong hệ thống, cùng với một bộ điều khiển vai trò. Mặc dù điều này có thể được mong đợi trên các nền tảng di động như máy tính bảng hoặc điện thoại, nhưng máy tính để bàn và máy tính xách tay thường không hỗ trợ hai vai trò.[105]

[Sửa mã nguồn]

Bài viết chính:USB hardware § Nguồn điện

Các đầu nối USB nguồn cung cấp điện áp danh định 5 V DC qua chân V_BUS cho các thiết bị USB hạ nguồn.

[Sửa mã nguồn]

Phần này mô tả mô hình phân phối nguồn của USB tồn tại trước Cung cấp nguồn (USB-PD). Trên các thiết bị không sử dụng PD, USB cung cấp tối đa 4,5 W qua đầu nối Type-A và Type-B, và tối đa 15 W qua USB-C. Tất cả nguồn USB trước PD đều được cung cấp ở mức 5 V.

Đối với một máy chủ cung cấp nguồn cho các thiết bị, USB có khái niệm về tải đơn vị. Bất kỳ thiết bị nào cũng có thể tiêu thụ nguồn của một đơn vị và các thiết bị có thể yêu cầu thêm nguồn theo các bước rời rạc này. Máy chủ không bắt buộc phải cung cấp nguồn theo yêu cầu và thiết bị không được phép tiêu thụ nhiều nguồn hơn mức đã thỏa thuận.

Các thiết bị tiêu thụ không quá một đơn vị được gọi là thiết bị năng lượng thấp. Tất cả các thiết bị phải hoạt động như thiết bị năng lượng thấp khi bắt đầu ở trạng thái chưa được cấu hình. Đối với các thiết bị USB lên đến USB 2.0, một đơn vị tải là 100 mA (hoặc 500 mW), trong khi USB 3.0 định nghĩa một đơn vị tải là 150 mA (750 mW). USB-C đầy đủ tính năng có thể hỗ trợ các thiết bị năng lượng thấp với đơn vị tải là 250 mA (hoặc 1250 mW).

Các thiết bị tiêu thụ hơn một đơn vị là thiết bị công suất cao (ví dụ như ổ đĩa cứng 2,5 inch thông thường). USB lên đến 2.0 cho phép máy chủ hoặc hub cung cấp tối đa 2,5 W cho mỗi thiết bị, theo năm bước rời rạc 100 mA, và các thiết bị SuperSpeed (USB 3.x) cho phép máy chủ hoặc hub cung cấp tối đa 4,5 W theo sáu bước 150 mA. USB-C cho phép hoạt động hai làn của USB 3.x với đơn vị tải lớn hơn (250 mA; lên đến 7,5 W).[106] USB-C cũng cho phép Dòng điện Loại C thay thế cho USB BC, báo hiệu khả năng cung cấp điện một cách đơn giản mà không cần bất kỳ kết nối dữ liệu nào.[107]

Để nhận biết chế độ Sạc pin, một cổng sạc chuyên dụng đặt một điện trở không vượt quá 200 Ω trên các chân D+ và D−. Các đường dữ liệu bị ngắn mạch hoặc gần ngắn mạch với điện trở dưới 200 Ω trên các chân D+ và D− biểu thị một cổng sạc chuyên dụng (DCP) với tốc độ sạc không xác định.[108][109]

Ngoài USB tiêu chuẩn, còn có một hệ thống nguồn điện cao độc quyền được gọi là PoweredUSB, được phát triển vào những năm 1990, và chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị đầu cuối điểm bán hàng như máy tính tiền.

[sửa mã nguồn]

Bài viết chính: USB communications § Tín hiệu (USB PHY)

Tín hiệu USB được truyền bằng cách sử dụng tín hiệu vi sai trên xoắn đôi dây dữ liệu với 90 Ω ± 15% trở kháng đặc tính.[110] USB 2.0 và các thông số kỹ thuật trước đó xác định một cặp duy nhất trongbán song công (HDx). USB 3.0 và các thông số kỹ thuật sau này xác định một cặp chuyên dụng cho tương thích USB 2.0 và hai hoặc bốn cặp để truyền dữ liệu: hai cặp dây dữ liệu thực hiện song công toàn phần (FDx) cho các biến thể một làn (×1) yêu cầu ít nhất đầu nối SuperSpeed (SS); bốn cặp thực hiện song công toàn phần cho các biến thể hai làn (×2) yêu cầu đầu nối USB-C.

USB4 Gen 4 yêu cầu sử dụng cả bốn cặp nhưng cho phép cấu hình cặp không đối xứng.[111] Trong trường hợp này, một cặp dây dữ liệu được sử dụng cho luồng dữ liệu lên và ba cặp còn lại cho luồng dữ liệu xuống hoặc ngược lại. USB4 Gen 4 sử dụng điều chế biên độ xung trên 3 mức, cung cấp một trit thông tin mỗi baud được truyền đi, tần số truyền 12,8 GHz tương ứng với tốc độ truyền 25,6 GBd[112] và chuyển đổi 11 bit sang 7 trit cung cấp tốc độ truyền tối đa lý thuyết chỉ hơn 40,2 Gbit/s.[113]

Kết nối USB luôn diễn ra giữa một đầu **A**, có thể là **máy chủ** hoặc cổng xuôi dòng của một hub, và một đầu **B**, có thể là **thiết bị ngoại vi** hoặc cổng ngược dòng của một hub. Trước đây, điều này được thể hiện rõ ràng qua việc máy chủ chỉ có cổng Loại-A và thiết bị ngoại vi chỉ có cổng Loại-B, đồng thời mọi cáp tương thích đều có một phích cắm Loại-A và một phích cắm Loại-B. USB-C (Loại-C) là một đầu nối duy nhất thay thế tất cả các đầu nối Loại-A và Loại-B cũ, do đó khi cả hai bên đều được trang bị cổng USB Loại-C, chúng sẽ thương lượng để xác định bên nào là **máy chủ** và bên nào là **thiết bị**.

[Sửa mã nguồn]

Bài viết chính:USB (Truyền thông) § Lớp giao thức

Trong quá trình giao tiếp USB, dữ liệu được truyền dưới dạng gói tin. Ban đầu, tất cả các gói tin được gửi từ máy chủ qua hub gốc, và có thể qua nhiều hub hơn, đến các thiết bị. Một số gói tin đó yêu cầu thiết bị gửi lại một số gói tin để phản hồi.

[Biên tập mã nguồn]

Bài viết chính: USB (Truyền thông) § Giao dịch

Các giao dịch cơ bản của USB là:

[Biên tập mã nguồn]

Logo USB không dây

[Biên tập mã nguồn]

Diễn đàn Người thực hiện USB đã giới thiệu tiêu chuẩn truyền thông không dây MA-USB (Media Agnostic USB) v.1.0 dựa trên giao thức USB vào ngày 29 tháng 7 năm 2015.USB không dây là công nghệ thay thế cáp và sử dụngbăng siêu rộng công nghệ không dây cho tốc độ dữ liệu lên tới 480 Mbit/s.[114]

USB-IF đã sử dụng đặc tả WiGig Serial Extension v1.2 làm nền tảng ban đầu cho đặc tả MA-USB và tuân thủ SuperSpeed USB (3.0 và 3.1) và Hi-Speed USB (USB 2.0). Các thiết bị sử dụng MA-USB sẽ được gắn nhãn "Powered by MA-USB", với điều kiện sản phẩm đáp ứng chương trình chứng nhận của nó.[115]

[sửa mã nguồn]

Bài viết chính: USB liên chip

InterChip USB là một biến thể chip-to-chip loại bỏ các bộ thu phát thông thường có trong USB thông thường. HSIC lớp vật lý sử dụng ít hơn khoảng 50% năng lượng và 75% bo mạch diện tích bo mạch so với USB 2.0.[116] Đây là một tiêu chuẩn thay thế cho SPI và I2C.

[Sửa mã nguồn]

Bài viết chính: USB-C

USB-C (chính thức là USB Type-C) là một tiêu chuẩn xác định một đầu nối mới và một số tính năng kết nối mới. Trong số đó, nó hỗ trợ Chế độ thay thế, cho phép truyền tải các giao thức khác qua đầu nối và cáp USB-C. Điều này thường được sử dụng để hỗ trợ DisplayPort hoặc HDMIgiao thức, cho phép kết nối màn hình, chẳng hạn như màn hình máy tính hoặc tivi, qua USB-C.

Tất cả các đầu nối khác không có khả năng hoạt động hai làn (Gen 1×2 và Gen 2×2) trong USB 3.2, nhưng có thể được sử dụng cho hoạt động một làn (Gen 1×1 và Gen 2×1).[117]

[Sửa mã nguồn]

Bài viết chính: DisplayLink

DisplayLink là một công nghệ cho phép kết nối nhiều màn hình với máy tính qua USB. Nó được giới thiệu vào khoảng năm 2006, và trước khi có Chế độ Thay thế qua USB-C, đây là cách duy nhất để kết nối màn hình qua USB. Đây là một công nghệ độc quyền, không được chuẩn hóa bởi Diễn đàn Người triển khai USB và thường yêu cầu một trình điều khiển thiết bị riêng.trình điều khiển thiết bịtrên máy tính.

[sửa mã nguồn]

[Chỉnh sửa mã nguồn]

Lúc đầu, USB được coi là một phần bổ sung cho FireWire (IEEE 1394) công nghệ, được thiết kế như một bus nối tiếp băng thông cao kết nối hiệu quả các thiết bị ngoại vi như ổ đĩa, giao diện âm thanh và thiết bị video. Trong thiết kế ban đầu, USB hoạt động ở tốc độ dữ liệu thấp hơn nhiều và sử dụng phần cứng ít phức tạp hơn. Nó phù hợp với các thiết bị ngoại vi nhỏ như bàn phím và thiết bị trỏ.

Sự khác biệt kỹ thuật quan trọng nhất giữa FireWire và USB bao gồm:

Những khác biệt này và các khác biệt khác phản ánh các mục tiêu thiết kế khác nhau của hai loại bus: USB được thiết kế để đơn giản và chi phí thấp, trong khi FireWire được thiết kế để đạt hiệu suất cao, đặc biệt trong các ứng dụng nhạy cảm về thời gian như âm thanh và video. Mặc dù có tốc độ tín hiệu tối đa lý thuyết tương tự, FireWire 400 nhanh hơn USB 2.0 băng thông cao trong sử dụng thực tế,[118] đặc biệt trong các ứng dụng băng thông cao như ổ cứng ngoài.[119][120][121][122] Chuẩn FireWire 800 mới hơn nhanh gấp đôi FireWire 400 và nhanh hơn USB 2.0 băng thông cao cả về lý thuyết lẫn thực tế.[123] Tuy nhiên, lợi thế về tốc độ của FireWire phụ thuộc vào các kỹ thuật cấp thấp nhưtruy cập bộ nhớ trực tiếp (DMA), từ đó tạo ra cơ hội cho các cuộc khai thác bảo mật như Tấn công DMA.

Chipset và trình điều khiển được sử dụng để triển khai USB và FireWire có tác động quan trọng đến mức độ băng thông theo quy định của thông số kỹ thuật đạt được trong thế giới thực, cùng với khả năng tương thích với các thiết bị ngoại vi.[124]

[Sửa mã nguồn]

Các chuẩn IEEE 802.3af, 802.3at và 802.3btPower over Ethernet (PoE) quy định các cơ chế thương lượng nguồn điện phức tạp hơn so với USB có nguồn. Chúng hoạt động ở điện áp 48 VDC và có thể cung cấp nhiều năng lượng hơn (lên tới 12,95 W cho 802.3af, 25,5 W cho 802.3at, còn gọi là PoE+, 71 W cho 802.3bt, còn gọi là 4PPoE) qua cáp dài tới 100 mét so với USB 2.0, vốn chỉ cung cấp 2,5 W với chiều dài cáp tối đa 5 mét. Điều này đã làm cho PoE trở nên phổ biến choThoại qua IPđiện thoại,camera an ninh, điểm truy cập không dây, và các thiết bị nối mạng khác trong các tòa nhà. Tuy nhiên, USB rẻ hơn PoE với điều kiện khoảng cách ngắn và nhu cầu năng lượng thấp.

EthernetCác tiêu chuẩn yêu cầu cách ly điện giữa thiết bị kết nối mạng (máy tính, điện thoại, v.v.) và cáp mạng lên đến 1500 V AC hoặc 2250 V DC trong 60 giây.[125] USB không có yêu cầu như vậy vì nó được thiết kế cho các thiết bị ngoại vi gắn liền với máy tính chủ, và thực tế nó kết nối chung đất giữa thiết bị ngoại vi và máy chủ. Điều này mang lại cho Ethernet lợi thế an toàn đáng kể so với USB đối với các thiết bị ngoại vi như modem cáp và DSL kết nối với dây dẫn bên ngoài có thể mang điện áp nguy hiểm trong một số điều kiện lỗi nhất định.[126][127]

[sửa mã nguồn]

Định nghĩa lớp thiết bị USB cho thiết bị MIDI truyền tải Giao diện kỹ thuật số nhạc cụ (MIDI) dữ liệu âm nhạc qua USB.[128] Khả năng MIDI được mở rộng để cho phép tối đa mười sáu cáp MIDI ảo đồng thời, mỗi cáp có thể mang mười sáu kênh và đồng hồ MIDI thông thường.

USB có tính cạnh tranh đối với các thiết bị chi phí thấp và đặt gần nhau. Tuy nhiên, Power over Ethernet và MIDI tiêu chuẩn phích cắm có lợi thế trong các thiết bị cao cấp có thể có cáp dài. USB có thể gây ra vòng nối đất vấn đề giữa các thiết bị, vì nó kết nối các tham chiếu đất trên cả hai bộ thu phát. Ngược lại, tiêu chuẩn phích cắm MIDI và Ethernet có cách ly tích hợp lên đến 500V hoặc hơn.

[sửa mã nguồn]

The eSATA đầu nối là một SATAđầu nối, dùng để kết nối với ổ cứng gắn ngoài và SSD. Tốc độ truyền tải của eSATA (lên đến 6 Gbit/s) tương tự như USB 3.0 (lên đến 5 Gbit/s) và USB 3.1 (lên đến 10 Gbit/s). Một thiết bị kết nối qua eSATA xuất hiện như một thiết bị SATA thông thường, mang lại hiệu năng đầy đủ và khả năng tương thích hoàn toàn như ổ đĩa trong.

eSATA không cung cấp nguồn điện cho các thiết bị bên ngoài. Đây là một nhược điểm ngày càng lớn so với USB. Mặc dù công suất 4,5 W của USB 3.0 đôi khi không đủ để cấp nguồn cho ổ cứng gắn ngoài, nhưng công nghệ đang phát triển và các ổ đĩa ngoài dần cần ít năng lượng hơn, làm giảm lợi thế của eSATA.eSATAp(nguồn qua eSATA, còn gọi là ESATA/USB) là một đầu nối được giới thiệu vào năm 2009, cung cấp nguồn cho các thiết bị được kết nối bằng cách sử dụng một đầu nối mới, tương thích ngược. Trên máy tính xách tay, eSATAp thường chỉ cung cấp 5 V để cấp nguồn cho ổ cứng/SSD 2,5 inch; trên máy trạm để bàn, nó có thể cung cấp thêm 12 V để cấp nguồn cho các thiết bị lớn hơn bao gồm ổ cứng/SSD 3,5 inch và ổ đĩa quang 5,25 inch.

Hỗ trợ eSATAp có thể được thêm vào máy tính để bàn thông qua một khung kết nối các tài nguyên SATA, nguồn và USB của bo mạch chủ.

eSATA, giống như USB, hỗ trợcắm nóng, mặc dù điều này có thể bị giới hạn bởi trình điều khiển hệ điều hành và phần sụn thiết bị.

[编辑源代码]

Bài viết chính: Thunderbolt (giao diện)

Thunderbolt kết hợp PCI Express và DisplayPortvào một giao diện dữ liệu nối tiếp mới. Các triển khai Thunderbolt ban đầu có hai kênh, mỗi kênh có tốc độ truyền 10 Gbit/s, tạo ra băng thông một chiều tổng hợp là 20 Gbit/s.[129]

Thunderbolt 2 sử dụng tổng hợp liên kết để kết hợp hai kênh 10 Gbit/s thành một kênh hai chiều 20 Gbit/s.[130]

Thunderbolt 3 và Thunderbolt 4 sử dụng USB-C.[131][132][133] Thunderbolt 3 có hai kênh hai chiều vật lý 20 Gbit/s, được tổng hợp để xuất hiện như một kênh hai chiều logic duy nhất 40 Gbit/s. Bộ điều khiển Thunderbolt 3 có thể tích hợp bộ điều khiển USB 3.1 Gen 2 để cung cấp khả năng tương thích với các thiết bị USB. Chúng cũng có khả năng cung cấp Chế độ thay thế DisplayPort cũng như DisplayPort qua USB4 Fabric, khiến chức năng của cổng Thunderbolt 3 trở thành một siêu tập hợp của cổng USB 3.1 Gen 2.

Chế độ thay thế DisplayPort 2.0: USB4 (yêu cầu USB-C) yêu cầu các trung tâm phải hỗ trợ DisplayPort 2.0 qua Chế độ thay thế USB-C. DisplayPort 2.0 có thể hỗ trợ độ phân giải 8K ở tần số 60 Hz với màu HDR10.[134] DisplayPort 2.0 có thể sử dụng tới 80 Gbit/s, gấp đôi băng thông dữ liệu USB, vì nó gửi tất cả dữ liệu theo một hướng (tới màn hình) và do đó có thể sử dụng đồng thời tất cả tám dây dữ liệu.[134]

Sau khi thông số kỹ thuật được miễn phí bản quyền và quyền quản lý giao thức Thunderbolt được chuyển từ Intel sang Diễn đàn Người triển khai USB, Thunderbolt 3 đã được triển khai hiệu quả trong thông số kỹ thuật USB4 – với khả năng tương thích với Thunderbolt 3 là tùy chọn nhưng được khuyến khích cho các sản phẩm USB4.[135]

[Sửa mã nguồn]

Bài viết chính: Bộ chuyển đổi USB sang cổng nối tiếp

Nhiều loại bộ chuyển đổi giao thức có sẵn để chuyển đổi tín hiệu dữ liệu USB sang và từ các chuẩn truyền thông khác.

[编辑源代码]

Do tính phổ biến của chuẩn USB, có nhiều khai thác lợi dụng chuẩn USB. Một trong những trường hợp lớn nhất hiện nay được gọi là USB killer, một thiết bị làm hỏng các thiết bị USB bằng cách gửi xung điện áp cao qua các đường dữ liệu.

Trong các phiên bản của Microsoft Windows trướcWindows XP, Windows sẽ tự động chạy một tập lệnh (nếu có) trên một số thiết bị thông quaTự động chạy, một trong số đó là thiết bị lưu trữ USB, có thể chứa phần mềm độc hại.[136]