USB – Wikipedia Tiếng Việt

USB được thiết kế để chuẩn hóa việc kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính cá nhân, vừa để trao đổi dữ liệu vừa để cung cấp điện. Nó đã thay thế phần lớn 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 được 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 (cầm tay), ổ đĩa và bộ điều hợp mạng.

Đầu nối USB ngày càng thay thế các loại cáp sạc khác cho các thiết bị di động.[11][12][13]

Giao diện đầu nối USB được phân thành ba loại: nhiều loại đầu nối Type-A và Type-B cũ khác nhau có trên máy chủ, hub và thiết bị ngoại vi, cùng đầu nối Type-C (USB-C) hiện đại, thay thế nhiều đầu nối cũ khác, trở thành đầu nối duy nhất áp dụng được cho USB4.

Đầu nối Type-A và Type-B có các kích cỡ Standard, Mini và Micro. Định dạng Standard là lớn nhất và chủ yếu được sử dụng cho máy tính để bàn và các thiết bị ngoại vi lớn hơn. Đầu nối Mini-USB (Mini-A, Mini-B, Mini-AB) được giới thiệu cho các thiết bị di động. Tuy nhiên, chúng nhanh chóng được thay thế bằng các đầu nối Micro-USB mỏng hơn (Micro-A, Micro-B, Micro-AB). Đầu nối Type-C, còn được gọi là USB-C, không chỉ dành riêng cho USB, mà là tiêu chuẩn hiện tại duy nhất cho USB, được yêu cầu cho USB4 và được yêu cầu bởi các tiêu chuẩn khác, bao gồm cả DisplayPort và Thunderbolt hiện đại. Nó có thể đảo ngược và có thể hỗ trợ nhiều chức năng và giao thức khác nhau, bao gồm cả USB; một số là bắt buộc, và nhiều là tùy chọn, tùy thuộc vào loại phần cứng: máy chủ, thiết bị ngoại vi hoặc hub.[14][15]

Các thông số kỹ thuật USB cung cấp khả năng tương thích ngược, thường dẫn đến giảm tốc độ truyền 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) nhưng vẫn bao gồm thông số kỹ thuật USB 2.0. USB4 "thay thế về mặt chức năng" USB 3.2 trong khi vẫn giữ lại bus USB 2.0 hoạt động song song.[6][7][8][3]

Đặc tả USB 3.0 đã định nghĩa một kiến trúc và giao thức mới mang tên SuperSpeed (hay SuperSpeed USB, được tiếp thị là SS), bao gồm một làn mới cho một sơ đồ mã hóa tín hiệu mới (ký hiệu 8b/10b, 5 Gbit/giây; sau này còn được gọi là Gen 1) cung cấp khả năng truyền dữ liệu toàn song công, về mặt vật lý cần thêm năm dây và chân cắm, đồng thời vẫn giữ nguyên kiến trúc và giao thức USB 2.0 và do đó vẫn giữ nguyên bốn chân cắm/dây cắm ban đầu cho khả năng tương thích ngược với USB 2.0, tạo ra tổng cộng 9 dây (với 9 hoặc 10 chân cắm tại các giao diện đầu nối; chân cắm ID không được nối dây).

Đặc tả kỹ thuật USB 3.1 đã giới thiệu Enhanced SuperSpeed System – đồng thời vẫn giữ nguyên kiến trúc và giao thức (SuperSpeed USB) – với kiến trúc và giao thức SuperSpeedPlus bổ sung (haySuperSpeedPlus USB) bổ sung một lược đồ mã hóa mới (ký hiệu 128b/132b, 10 Gbit/giây; còn được gọi là Gen 2); trong một thời gian được tiếp thị với tên gọi SuperSpeed+ (SS+).

Đặc tả kỹ thuật USB 3.2[16] đã bổ sung thêm một làn thứ hai cho Enhanced SuperSpeed Systembên cạnh các cải tiến khác để phần hệ thống SuperSpeedPlus USB triển khai các chế độ hoạt động Gen 1×2, Gen 2×1 và Gen 2×2. Tuy nhiên, phần SuperSpeed USB của hệ thống vẫn triển khai chế độ hoạt động Gen 1×1 một làn. Do đó, các hoạt động hai làn, cụ thể là USB 3.2 Gen 1×2 (10 Gbit/s) and Gen và Gen 2×2 (20 Gbit/s), chỉ có thể thực hiện được với USB-C đầy đủ tính năng. Tính đến năm 2023, chúng khá hiếm khi được triển khai; tuy nhiên, Intel đã bắt đầu tích hợp chúng vào các mẫu bộ xử lý SoC thế hệ thứ 11 của mình, nhưng Apple chưa bao giờ cung cấp chúng. Mặt khác, USB 3.2 Gen 1(×1) (5 Gbit/giây) và Gen 2(×1) (10 Gbit/giây) đã khá phổ biến trong một số năm.

Nhận dạng ổ cắm

sửa

 

Phần này nhằm cho phép xác định nhanh các ổ cắm USB trên thiết bị

Các đầu nối có sẵn theo chuẩn USB

Chuẩn		USB 1.01996	USB 1.11998	USB 2.02000	USB 2.0sửa đổi	USB 3.02008	USB 3.12013	USB 3.22017	USB42019	USB4 2.02022
Tốc độ cao nhất	Tên tiếp thị được đề xuất năm 2022[17]	Basic-Speed		High-Speed		USB 5Gbps	USB 10Gbps	USB 20Gbps	USB 40Gbps	USB 80Gbps
	Tên gốc	Low-Speed & Full-Speed				SuperSpeed, hay SS	SuperSpeed+, hay SS+	SuperSpeed USB 20Gbps
	Chế độ hoạt động					USB 3.2 Gen 1×1	USB 3.2 Gen 2×1	USB 3.2 Gen 2×2	USB4 Gen 3×2	USB4 Gen 4×2
	Tốc độ tín hiệu	1.5 Mbit/s & 12 Mbit/s		480 Mbit/s		5 Gbit/s	10 Gbit/s	20 Gbit/s	40 Gbit/s	80 Gbit/s
Đầu nối	Standard-A							[rem 1]	—
	Standard-B							[rem 1]
	Mini-A	[rem 2]				—
	Mini-AB[rem 3][rem 4]
	Mini-B
	Micro-A[rem 5]	[rem 2][rem 6]						[rem 1]	—
	Micro-AB[rem 3][rem 7]							[rem 1]
	Micro-B							[rem 1]
	Type-C (USB-C)	[rem 6]			(Phóng to để hiển thị chi tiếtl)
Nhận xét:	^ a b c d e Giới hạn ở tốc độ tối đa là 10 Gbit/giây vì chỉ có thể hoạt động ở chế độ một làn (×1). ^ a b Backward compatibility given. ^ a b Chỉ dùng làm vật chứa. ^ Chấp nhận cả đầu nối Mini-A và Mini-B. ^ Only as plug. ^ a b Khả năng tương thích ngược được cung cấp bởi USB 2.0. ^ Chấp nhận cả đầu nối Micro-A và Micro-B.

Ưu điểm

sửa

USB được phát triển để đơn giản hóa và cải thiện giao diện giữa máy tính cá nhân và thiết bị ngoại vi, khi so sánh với các giao diện độc quyền tiêu chuẩn hoặc đặc biệt hiện có trước đây[18]

Từ quan điểm của người dùng máy tính, giao diện USB cải thiện tính dễ sử dụng theo một số cách:

• Giao diện USB có thể tự cấu hình, giúp người dùng không cần phải điều chỉnh cài đặt của thiết bị về tốc độ hoặc định dạng dữ liệu, hoặc định cấu hình ngắt, địa chỉ đầu vào/ra hoặc kênh truy cập bộ nhớ trực tiếp.[19]
• Đầu nối USB được tiêu chuẩn hóa tại máy chủ, vì vậy bất kỳ thiết bị ngoại vi nào cũng có thể sử dụng hầu hết các ổ cắm có sẵn.
• USB tận dụng tối đa sức mạnh xử lý bổ sung có thể được đưa vào các thiết bị ngoại vi để chúng có thể tự quản lý. Do đó, các thiết bị USB thường không có cài đặt giao diện người dùng điều chỉnh.
• Giao diện USB có thể rút nóng (có thể trao đổi thiết bị mà không cần khởi động lại máy tính).
• Các thiết bị nhỏ có thể được cấp nguồn trực tiếp từ giao diện USB, loại bỏ sự cần thiết của cáp cấp nguồn bổ sung.
• Vì chỉ cho phép sử dụng biểu trưng USB sau khi kiểm tra tuân thủ, người dùng có thể tin tưởng rằng thiết bị USB sẽ hoạt động như mong đợi mà không cần tương tác nhiều với các cài đặt và cấu hình.
• Giao diện USB xác định các giao thức để khôi phục từ các lỗi phổ biến, cải thiện độ tin cậy so với các giao diện trước đó.[18]
• Cài đặt một thiết bị dựa trên tiêu chuẩn USB yêu cầu thao tác tối thiểu của người vận hành. Khi người dùng cắm thiết bị vào một cổng trên máy tính đang chạy, thiết bị đó hoàn toàn tự động định cấu hình bằng cách sử dụng trình điều khiển thiết bị hiện có hoặc hệ thống nhắc người dùng tìm trình điều khiển, sau đó cài đặt và cấu hình tự động.
• Tiêu chuẩn USB cũng cung cấp nhiều lợi ích cho các nhà sản xuất phần cứng và nhà phát triển phần mềm, đặc biệt là ở sự dễ thực hiện tương đối:
• Tiêu chuẩn USB loại bỏ yêu cầu phát triển các giao diện độc quyền cho các thiết bị ngoại vi mới.
• Một loạt các tốc độ truyền có sẵn từ giao diện USB phù hợp với các thiết bị khác nhau, từ bàn phím và chuột cho đến giao diện video trực tuyến.
• Giao diện USB có thể được thiết kế để cung cấp độ trễ khả dụng tốt nhất cho các chức năng quan trọng về thời gian hoặc có thể được thiết lập để thực hiện chuyển dữ liệu hàng loạt trong nền mà ít ảnh hưởng đến tài nguyên hệ thống.
• Giao diện USB được tổng thể hóa không có đường tín hiệu chỉ dành riêng cho một chức năng của một thiết bị

Tiêu chuẩn USB cũng cung cấp nhiều lợi ích cho các nhà sản xuất phần cứng và nhà phát triển phần mềm, đặc biệt là ở sự dễ dàng thực hiện:

• Tiêu chuẩn USB loại bỏ yêu cầu phát triển các giao diện độc quyền cho các thiết bị ngoại vi mới.
• Nhiều tốc độ truyền có sẵn từ giao diện USB phù hợp với các thiết bị khác nhau, từ bàn phím và chuột cho đến giao diện video trực tuyến.
• Giao diện USB có thể được thiết kế để cung cấp độ trễ tốt nhất cho các chức năng quan trọng về thời gian hoặc có thể được thiết lập để thực hiện chuyển dữ liệu hàng loạt trong nền mà ít ảnh hưởng đến tài nguyên hệ thống.
• Giao diện USB được tổng thể hóa không có đường tín hiệu chỉ dành riêng cho một chức năng của một thiết bị.[18]

Hạn chế

sửa

Như với tất cả các tiêu chuẩn, USB có nhiều hạn chế đối với thiết kế của nó:

• Cáp USB có chiều dài hạn chế khoảng 5 mét, sử dụng hub thì có thể nối dài 30 mét, vì tiêu chuẩn này dành cho các thiết bị ngoại vi trên cùng một không gian hẹp, không phải giữa các phòng hoặc tòa nhà. Tuy nhiên, một cổng USB có thể được kết nối với một cổng truy cập các thiết bị ở xa.
• USB có cấu trúc liên kết mạng cây nghiêm ngặt và giao thức chủ / tớ để định địa chỉ các thiết bị ngoại vi; các thiết bị đó không thể tương tác với nhau ngoại trừ thông qua máy chủ lưu trữ và hai máy chủ không thể giao tiếp trực tiếp qua cổng USB của chúng. Có thể thực hiện một số phần mở rộng cho giới hạn này thông qua USB On-The-Go, thiết bị Dual-Role[20] và bức tường giao thức.
• Máy chủ lưu trữ không thể phát tín hiệu đến tất cả các thiết bị ngoại vi cùng một lúc — mỗi thiết bị phải được định địa chỉ riêng. Một số thiết bị ngoại vi tốc độ rất cao yêu cầu tốc độ ổn định không có trong tiêu chuẩn USB.[18]
• Mặc dù các bộ chuyển đổi tồn tại giữa một số giao diện cũ và USB, chúng có thể không cung cấp triển khai đầy đủ của phần cứng kế thừa. Ví dụ: bộ chuyển đổi cổng USB sang cổng song song có thể hoạt động tốt với máy in, nhưng không hoạt động tốt với máy quét yêu cầu sử dụng chân dữ liệu hai chiều.[18]

Đối với một nhà phát triển sản phẩm, việc sử dụng USB yêu cầu thực hiện 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 công khai thường phải có USB ID. Điều này yêu cầu họ phải trả phí cho USB-IF. Các nhà phát triển sản phẩm sử dụng thông số kỹ thuật USB phải ký thỏa thuận với USB-IF. Việc sử dụng biểu trưng USB trên sản phẩm yêu cầu phí hàng năm và là thành viên của tổ chức.