Czym charakteryzuje się najpopularniejszy standard portów w komputerach i
smartfonach?
Każda osoba korzystająca ze smartfona, tabletu, laptopa czy komputera stacjonarnego
spotkała się kiedyś z portem zwanym USB. Skrót ten, będący rozwinięciem angielskiej
nazwy Universal Serial Bus (co zazwyczaj tłumaczy się na polski jako uniwersalna
magistrala szeregowa), stał się dominującym branżowym standardem jeśli chodzi o
podłączanie różnego rodzaju sprzętów oraz ładowanie ich. Technologia USB towarzyszy
nam, choć w stale ewoluujących wersjach, już ponad dwie dekady. Jak to się zaczęło?
Dlaczego wybrano akurat takie rozwiązanie? Które firmy zapoczątkowały ten wielki
projekt?
USB – początki
Wiele osób może nie pamiętać, jak w latach 90. wyglądała obsługa komputera. Poza
tym, że sprzęty elektroniczne w porównaniu z dzisiejszymi były setki, a nawet tysiące
razy wolniejsze pod względem mocy obliczeniowej, istniały również ogromne użytkowe
problemy ze sterownikami do różnych urządzeń. Sterowniki (drivery) odpowiadają za
komunikację pomiędzy systemem operacyjnym a podłączonym do komputera
urządzeniem – jeżeli nie zostały więc dopracowane lub występuje jakikolwiek inny
problem, podłączenie i obsługa na przykład drukarki mogą być utrudnione lub wręcz
niemożliwe. A dobrze wiemy, że drukarki stają się kłopotliwe zwykle wtedy, kiedy pilnie
musimy skorzystać z ich pomocy. 🙂
Producenci sprzętu oraz oprogramowania doskonale zdawali sobie sprawę z
niedogodności, jakie powoduje zamieszanie ze sterownikami. Wynikało ono z
obecności na rynku wielu standardów – czasem zapomina się, że pomimo utożsamiania
w zbiorowej świadomości komputera ze wzorcem PC wyprodukowanym oryginalnie
przez amerykański koncern IBM, na rynku istniało wiele różnych komputerowych
wyborów – między innymi Amiga czy Macintosh od Apple (dzisiaj linia występuje pod
skróconą nazwą Mac). Sam standard PC nie jest zresztą jednorodny, a modularność
komputerów osobistych w dużej mierze odpowiada za ich niekwestionowany
komercyjny sukces. Niestety ceną za uniwersalność i wszechstronność okazał się
delikatny chaos, który wpływał na użyteczność sprzętu i przede wszystkim irytował
konsumentów.
Postanowiono to zmienić i wprowadzić do świata komputerów osobistych zunifikowany
standard portu. Miało to doprowadzić do standaryzacji sprzętu komputerowego – dzięki
USB jeden kabel mógł wymiennie łączyć różne urządzenia. Technologia została
opracowana w wyniku współpracy amerykańskich “grubych ryb” w świecie elektroniki –
za projekt i wdrożenie USB odpowiadają Microsoft, Intel, Compaq, IBM oraz DEC. Port
USB miał również spełniać warunki nowego “systemu” zwanego Plug and Play (podłącz
i używaj), który w założeniu miał polegać na tym, że po podłączeniu sprzętu system
operacyjny sam rozpozna urządzenie, a użytkownik będzie mógł niemal
natychmiastowo zacząć z niego korzystać. Pierwszym systemem operacyjnym
korzystającym z prymitywnej wersji Plug and Play był Windows 95 od Microsoftu –
niestety musiało minąć wiele kolejnych lat, zanim systemy “nauczyły się” właściwie
rozpoznawać i obsługiwać sprzęt. Z całą pewnością duże zasługi w coraz lepszej
obsłudze Plug and Play miał standard USB.
USB – historia
Pierwsze porty o standardzie USB 1.0 ukazały się na rynku jeszcze w 1996 roku (prace
rozpoczęto w 1994), jednak standard zaczął być szerzej używany blisko dwa lata
później, kiedy pojawiła się zmodyfikowana i szybsza wersja 1.1, a normę zaaplikowali
do swoich sprzętów producenci sprzętów peryferyjnych. USB 1.1 obsługiwał przesył
danych na poziomie do 1,5 MB/s, co z dzisiejszej perspektywy może wydawać się
ekstremalnie powolne – przy tej prędkości zgrywanie danych z typowej płyty CD mogło
zająć prawie 8 minut w “warunkach idealnych”, a najczęściej w rzeczywistości znacznie
dłużej, nawet do ponad 20 minut.
Szybko okazało się, że nowa technologia, choć wciąż niedoskonała i wymagająca lat
pracy, ma ogromny potencjał i przede wszystkim w dużym stopniu spełnia swoje
zadanie. Opracowany już w 2000 roku standard USB 2.0 oferował nie tylko znacznie
większą prędkość, ale także pełną kompatybilność wsteczną, co później stanie się
gigantyczną zaletą standardu USB. Oznacza to po prostu, że by w pełni wykorzystać
moc połączenia, zarówno wejście, jak i wyjście USB powinny obsługiwać w miarę
możliwości jak najwyższy standard (oznaczony wyższym numerem, więc i nowszy),
jednak jedno urządzenie z portem USB 2.0 i drugie z portem 1.1 również są w stanie
się bezproblemowo połączyć. Oczywiście w takim wypadku ograniczeniem będą
parametry wolniejszego z portów, jednak wprowadziło to ogromne ułatwienie dla
użytkowników, którzy nie musieli już po zakupie nowego komputera wymieniać
urządzeń korzystających ze starszej wersji USB.
Pojawienie się i popularyzacja portu USB poszła na początku XXI wieku lawinowo.
Oprócz drukarek na standard USB przeszło większość urządzeń, które można
podłączyć do komputerów – klawiatury i myszki powoli odrzucały przestarzały port PS/2
na rzecz USB, nastąpił też rozkwit gałęzi produkcji akcesoriów do gier komputerowych
– gamepadów, joysticków czy nawet specjalnych kierownic przeznaczonych do gier
wyścigowych. To też moment, w którym powoli swoją ogromną popularność zaczynały
zdobywać pamięci flash, czyli użyteczne pendrive’y, na których można gromadzić
dane.
Na kolejną edycję USB trzeba było czekać aż osiem długich lat – w 2008 roku
opublikowano specyfikację standardu USB 3.0, który chwilę później przemianowano na
USB 3.1 Gen 1. Technologia realnie pozwalała na transfer plików o prędkości do 500
MB/s, co stanowiło ogromną różnicę względem poprzedniego rozwiązania. Jakby tego
było mało, w 2013 ogłoszono USB 3.1 Gen 2, czyli rozwojową wersję, zwiększającą
prędkość jeszcze bardziej, wciąż zachowując pełną kompatybilność wsteczną nawet z
archaicznym już standardem USB 1.1. Obecnie najnowszym standardem jest USB 3.2,
który oferuje przesył danych 2.42 GB/s.
Technologia nie znosi próżni – standard USB wciąż się rozwija i już pojawiła się jego
czwarta odsłona. Oczywiście zanim USB4 stanie się obowiązującą normą minie jeszcze
wiele czasu, być może kilka lat, jednak pierwsze urządzenia już ukazują się na rynku, a
gotowe pod względem oprogramowania są systemy operacyjne Linux i Mac.
Złącza USB – rodzaje
USB występuje w kilku rodzajach złącz, które różnią się między sobą budową. USB typu
A to najpopularniejsza odmiana, używana szeroko w setkach klas sprzętów
komputerowych – to właśnie słynna podłużna wtyczka, która za pierwszym razem
nigdy nie wchodzi prawidłowo, a po obrocie okazuje się, że pierwotne ułożenie było
jednak właściwe. USB typu B jest bardziej kwadratowe i szeroko spotykane głównie w
drukarkach.
Obecnie standardem powoli staje się USB typu C (USB-C). Jest on spotykany głównie w
nowoczesnych smartfonach i tabletach, chociaż oczywiście nie tylko – obsługuje go na
przykład kontroler DualSense, który przeznaczony jest do konsoli Sony Playstation 5.
Na USB-C decyduje się coraz więcej producentów telefonów – obsługuje on przede
wszystkim szybkie ładowanie, które zajmuje mniej czasu niż w przypadku
wykorzystania poprzednich technologii. Co więcej, USB-C umożliwia nawet ładowanie
laptopów, a ze złącza korzysta również nieco inny popularny standard – Thunderbolt 3.
Rozwiązaniem konkurencyjnym dla USB-C jest głównie złącze Lightning, promowane
przez Apple – producenta iPhone’ów, iPadów czy komputerów typu Mac. Wcześniej w
przypadku mniejszych urządzeń decydowano się na dwa inne typy – microUSB oraz
miniUSB. Pierwsze wymienione złącze możemy pamiętać głównie ze starych
“empetrójek”, czyli odtwarzaczy MP3 sprzed lat oraz na przykład z kontrolera do
konsoli Sony Playstation 3. Drugie zaś przez lata było obowiązującym standardem w
telefonach, tabletach czy choćby powerbankach.
USB OTG – co to jest?
Jeżeli chodzi o urządzenia mobilne, warto wspomnieć także o USB OTG, czyli USB On
The Go (w drodze). Jest to technologia pozwalająca na podłączenie do smartfona lub
tabletu innego urządzenia, które rozszerza jego możliwości. Może być to na przykład
kontroler, taki jak klawiatura, mysz czy nawet akcesoria do gier (gamepad). Może być
to również pendrive, który zwiększy pamięć urządzenia lub moduł WiFi, jeżeli tablet go
nie posiada – czasem zdarza się to w przypadku starszych urządzeń. Duża część
tabletów obsługujących USB On The Go umożliwia również podłączenie więcej niż
jednego urządzenia za pomocą tzw. rozgałęźników USB (tak zwanych hubów USB),
które zwiększają liczbę urządzeń możliwych do umieszczenia w porcie.
Zagrożenia
Wypada wspomnieć również o zagrożeniu, z którym może spotkać się każdy
użytkownik portu USB. Jest to tak zwany USB-killer, czyli urządzenie przypominające
kształtem pendrive’a lub na przykład adapter Bluetooth do PC. Po podłączeniu takiego
urządzenia do komputera powoduje ono spięcie elektryczne, mogące zniszczyć płytę
główną laptopa czy peceta. Choć USB-killer nie jest często spotykany i istnieje bardzo
małe prawdopodobieństwo, że trafimy na niego przypadkiem, to wciąż warto wiedzieć i
pamiętać o istnieniu takiego ryzyka.
USB bez kabli
USB to technologia, która miała i wciąż ma ogromny wpływ na kształt całej branży
komputerowej oraz elektroniki użytkowej. Telefony, tablety, drukarki, głośniki,
słuchawki, mikrofony, pendrive’y i zewnętrzne dyski twarde, myszki, klawiatury,
gamepady, zewnętrzne moduły Bluetooth czy WiFi, aparaty fotograficzne i kamery
oraz tysiące innych urządzeń – wszystko to podłączamy za pomocą portu USB. Nam –
użytkownikom – nie pozostaje nic innego, jak tylko korzystać z coraz szybszego
transferu danych i coraz szybszego ładowania urządzeń mobilnych, które wdrażają
kolejne wersje Universal Serial Bus (USB).
Co więcej, być może niedługo całkiem zapomnimy o przewodowych połączeniach. Już
od 2005 roku powoli rozwija się technologia bezprzewodowego transferu, która jest w
stanie przesyłać nie tylko dane, ale także energię. Oficjalnie rozwiązanie to nazywa się
Certified Wireless USB (ang. Certyfikowane Bezprzewodowe USB). Adaptery
bezprzewodowego USB można kupić w wielu sklepach z elektroniką i można
spodziewać się, że standard ten z uwagi na wygodne rozwiązania oparte o
bezprzewodowość będzie zyskiwał na popularności wśród użytkowników.
