تاریخچه USB از نسخه 1.0 تا USB4

اصطلاح USB (Universal Serial Bus) یک استاندارد مهندسی است که مشخصات اتصالات و کابل‌های مورد استفاده برای اتصال دستگاه‌های مختلف در یک سیستم الکترونیکی را تعیین می‌کند.

به بیان ساده، استاندارد USB امکان اتصال آسان و ارتباط داده‌ها بین دستگاه‌ها را فراهم می‌کند. اما این استاندارد برای انجام کارهای بیشتری تکامل یافته است. توسعه پروتکل USB و محصولات مرتبط با آن ناشی از مشکل پیچیدگی اتصال و انتقال کند داده‌ها در سیستم‌های کامپیوتری اوایل دهه 1990 بود. معرفی استاندارد USB در سال 1996 فرآیند اتصال را ساده و روان کرد. از آن زمان، USB به معنای واقعی کلمه، داستانی از افزایش سرعت بوده است.

تکمیل پروتکل USB و محصولات مبتنی بر آن طی یک دوره 25 ساله بوده است و همچنان در حال تکامل است. هدف USB Implementers Forum (USB-IF)، یک کنسرسیوم متشکل از بیش از 700 شرکت که استاندارد را هدایت می‌کند، همواره افزایش سرعت ارتباط داده‌ها بوده است.

در ادامه برخی از پیشرفت‌های خاص در استاندارد USB در طول سال‌های پس از انتشار اولیه‌ی آن آورده شده است.

شما می‌توانید انواع کابل‌ها و تبدیل‌های USB را از اچ‌پی‌کالا تهیه کنید

قبل از توسعه USB، تولیدکنندگان رایانه از پورت‌های سریال و موازی، پلاگین‌های اختصاصی، کانکتورها و کابل‌ها برای انتقال داده استفاده می‌کردند که اغلب نیاز به درایورها و کارت‌های اختصاصی داشت. نرخ انتقال داده‌ها کند بود، از 100 کیلوبایت (KB) در ثانیه برای موازی تا 450 کیلوبیت (kb) در ثانیه برای سریال، و اتصال دستگاه‌ها اغلب نیاز به قطع یا راه اندازی مجدد رایانه میزبان داشت.

توسعه اولیه‌ی استاندارد USB توسط USB-IF در سال 1994 آغاز شد. چندین نسخه از این استاندارد (USB 0.8 و USB 0.9) در همان سال به عنوان نسخه‌ی آزمایشی معرفی شدند که به صورت تجاری در دسترس نبودند. یک نسخه آزمایشی دیگر (USB 0.99) هم در سال 1995 معرفی شد، اما باز هم به صورت تجاری در دسترس نبود.

در اوایل سال 1996، USB 1.0 به عنوان اولین نسخه‌ی اصلی منتشر شد. سرعت انتقال داده 1.5 مگابیت بر ثانیه (Mbps) را در کمترین حالت و 12 مگابیت بر ثانیه را  کاملترین سرعتش ارائه می‌داد. همچنین قابلیت خودتنظیمی داشت و نیازی به تغییر تنظیمات دستگاه توسط کاربر برای سازگاری با لوازم جانبی نداشت. این رابط همچنین قابلیت hot-swappable داشت، بنابراین می‌شد بدون راه‌اندازی مجدد رایانه میزبان دستگاه‌ها را تغییر داد. اگرچه این اولین نسخه‌ی تجاری USB بود، اما به طور گسترده توسط بازار پذیرفته نشد و دستگاه‌های کمی در دسترس مصرف‌کنندگان قرار گرفت.

یک نسخه اصلاح شده از استاندارد اولیه در سال 1998 منتشر شد. با عنوان  USB 1.1 که مطابق با همان سرعت انتقال داده‌ نسخه‌ی 1.0 بود، اما می‌توانست برای دستگاه‌های با پهنای باند پایین‌تر با سرعت‌های پایین‌تری نیز کار کند. این دستگاه با نام Full Speed برند شد. iMac G3 اپل استاندارد جدید USB را پذیرفت و استفاده از پورت‌های سریال و موازی را در دستگاه‌های خود متوقف کرد. این حرکت به هموار کردن راه برای پذیرش گسترده‌تر پروتکل USB توسط صنعت و پذیرش گسترده‌ی محصولات USB توسط مصرف کنندگان کمک کرد. نسخه‌های 1.0 و 1.1  از کانکتورهای استاندارد نوع A (مستطیل شکل) یا نوع B (مربع با گوشه‌های بالایی مورب) استفاده می‌کردند.

با افزایش پذیرش رایانه‌های شخصی و لوازم جانبی مختلف آن‌ها در بازار و پیچیده‌تر شدن برنامه‌ها، نیاز به افزایش سرعت انتقال داده‌ها آشکار شد. USB 2.0 در آوریل سال 2000 با سرعت انتقال داده 480 مگابیت بر ثانیه عرضه شد. با این حال، محدودیت‌هایی این عدد را به 280 مگابیت بر ثانیه کاهش داد. این محصول برای اهداف بازاریابی به عنوان High Speed نامگذاری شد. نسخه جدید همچنین می‌توانست با سرعت 12 و 1/5 مگابیت بر ثانیه برای دستگاه‌هایی که پهنای باند کمتری نیاز دارند، کار کند. همچنین قابلیت plug and play را برای دستگاه‌های چندرسانه‌ای و ذخیره‌سازی و همچنین پشتیبانی از منابع تغذیه با استفاده از کانکتورهای USB تا 5 ولت و 500 میلی آمپر را ارائه می‌داد.

علاوه بر این، این قابلیت را برای دو دستگاه ارائه می‌داد تا بدون نیاز به یک میزبان USB جداگانه، که به عنوان USB On-the-Go نیز شناخته می‌شود، با هم تعامل داشته باشند. USB 2.0 با کانکتورهای USB تایپ A و B و C، و همچنین کانکتورهای USB Mini و Micro A & B سازگار بود. با این حال، انتشار کانکتورهای Micro A & B تا سال 2007 اتفاق نیفتاد.

در سال 2000، اولین درایوهای فلش USB نیز با ظرفیت ذخیره‌سازی تا 8 مگابایت به صورت تجاری عرضه شدند که پذیرش استاندارد USB را بیشتر کرد. در دنیای امروز، درایوهای فلش با ظرفیت ذخیره‌سازی در محدوده ترابایت در دسترس هستند.

استاندارد USB بی سیم (W-USB) در ماه مه 2005 برای ارتباط شبکه‌ی بی‌سیم کوتاه برد با محدوده 10 متری و سرعت 480 مگابیت بر ثانیه معرفی شد. این استاندارد دیگر مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

کانکتورهای USB Micro در سال 2007 معرفی شدند. این کانکتورها در واقع نسخه‌های کوچکتری از کانکتورهای USB Mini-B هستند و سرعت شارژ و انتقال داده سریع‌تری نسبت به کانکتورهای Mini-B ارائه می دهند. کانکتورهای USB Micro عمدتاً برای استانداردسازی اتصالات در دستگاه‌های همراه Android معرفی شدند.

این سومین نسخه اصلی استاندارد USB است که در سال 2008 منتشر شد و سرعت انتقال داده تا 5 گیگابیت بر ثانیه را ارائه داد، که البته معمولا با سرعت حدود 3 گیگابیت بر ثانیه کار می‌کند. این قابلیت باعث شد که این استاندارد به عنوان SuperSpeedUSB نامگذاری شود. USB 3.0 تعداد خطوط اتصال سخت افزار USB 2.0 را از چهار به هشت افزایش داد و امکان انتقال داده دو طرفه را فراهم کرد. و البته با USB 2.0 هم سازگاری داشت. از زمان معرفی، USB 3.0 با نام‌گذاری 3.2 به‌روزرسانی شده است و اکنون از نظر فنی به عنوان USB 3.2 Gen 1 شناخته می‌شود.

استاندارد USB 3.0 همچنین قابلیت انتقال برق را به 5 ولت و 900 میلی آمپر افزایش داد. از کانکتورهای فیزیکی USB 3.0 تایپ A و B و USB تایپ C پشتیبانی می‌کند. برای تمایز کانکتورهای استفاده شده با نسخه‌ی 3.0، عناصر موجود در دستگاه‌ها به رنگ آبی هستند.

نسخه USB 3.1 یک استاندارد موقت بود که با 3.0  یکسان است، با این تفاوت که سرعت انتقال داده را تا 10 گیگابیت بر ثانیه افزایش داد. همانند USB 3.0، نام USB 3.1 به روز شد و اکنون USB 3.2 Gen 2 نامیده می‌شود. با سرعت انتقال ارتقا یافته، این نسخه نام SuperSpeed+ را به دست آورد. نسخه 3.1 که در جولای 2013 منتشر شد، از همان کانکتورهای USB تایپ A و B و Mini و Micro مانند 3.0 استفاده می‌کند.

در سال 2014، کانکتورهای USB Type-C نیز معرفی شدند. کانکتور Type C که برای اولین بار در سال 2012 پیشنهاد شد، سیگنال‌های داده، نمایشگر و برق را از طریق یک کانکتور کوچک و واحد قابل برگشت ارائه می‌دهد. Type C تقریبا یک سوم اندازه کانکتور USB تایپ A، بیضی شکل و کمی ضخیم‌تر از نسخه‌های USB Mini و Micro است. این کانکتور سیم‌ها و پین‌های اضافی را در خود جای داده است که به پتانسیل داده‌های آن می‌افزاید.

USB 3.2 جایگزین استانداردهای USB 3.0 و USB 3.1 شد و تغییرات پس‌روانه خاصی در آن استانداردها ایجاد کرد. با توجه به نیاز مستمر به افزایش سرعت به عنوان عامل محرک، نسخه USB 3.2، در یک گام موقت دیگر، در سپتامبر 2017 معرفی شد و با افزایش کانال‌های انتقال داده از یک خط به دو خط، سرعت انتقال داده را به 20 گیگابیت بر ثانیه (USB 3.2 Gen 2x2) افزایش داد. این کار با اضافه کردن کانکتورهای USB تایپ C انجام شد. افزایش به 20 گیگابیت بر ثانیه فقط با استفاده از کابل‌های USB تایپ C امکان پذیر است که می توانند 10 گیگابیت بر ثانیه را در هر جهت بر روی دو جفت سیم منتقل کنند.

USB 4.0، که در اوت 2019 منتشر شد، بر اساس پروتکل Thunderbolt 3 است. این نسخه دارای سرعت انتقال داده تا 40 گیگابیت بر ثانیه و انتقال برق تا 240 وات است. Thunderbolt 3 پروتکلی بود که توسط Intel در سال 2015 برای پشتیبانی از انتقال داده و ویدئو با سرعت بالا توسعه یافت.

نسخه USB 4.0 نیازی به کانکتورهای جدید ندارد و از کانکتورهای تایپ C موجود استفاده می‌کند. نسخه 4.0 این امکان را فراهم می‌کند که سیگنال‌های داده و ویدیو به طور موثری خطوط را به اشتراک بگذارند و به حداکثر استفاده از پهنای باند دستگاه دست یابند و سرعت انتقال داده را بهینه کنند. همچنین با نسخه‌های 2.0 و 3.2 USB سازگار است (با استفاده از آداپتور)، اگرچه سرعت کاهش می‌یابد.

این جدیدترین نسخه از استاندارد USB همچنین قابلیت تحویل هوشمند برق را ارائه می‌دهد که به یک کابل USB 4.0 اجازه می‌دهد تا به اندازه توانی که یک دستگاه متصل نیاز دارد، تا 240 وات و 5 آمپر، برق ارائه دهد. انتقال برق نیز دو جهته است، به این معنی که می تواند به دستگاه متصل یا از آن، جریان یابد.

همانطور که ذکر شد، نسخه‌های مختلف استاندارد USB انواع مختلفی از کانکتورها را ایجاد کرده‌اند - تاکنون 14 مورد. در ادامه بررسی مختصری از برخی از برجسته‌ترین انواع مورد استفاده آمده است:

• کانکتور USB Type A: اولین و شناخته‌شده‌ترین کانکتور USB است که از زمان انتشار استاندارد، مورد استفاده قرار گرفته است. دارای شکل صاف و مستطیلی است و تنها در یک جهت قابل اتصال است.
• کانکتور USB Type B: کوچکتر از Type A و دارای شکل مربع با گوشه‌های کمی مورب در بالا و فضای بزرگی در داخل است.
• کانکتور USB Mini-B: کانکتور 5 پین با اندازه کوچک که در تلفن‌های همراه و دوربین‌های دیجیتال قدیمی استفاده می‌شد و تا حد زیادی با Micro-B جایگزین شد.
• کانکتور USB Micro-B: کوچکتر و صاف‌تر از Mini-B، در بسیاری از تلفن‌های هوشمند استفاده می‌شود.
• کانکتور USB 3.0 Type A: صاف و مستطیلی شبیه به Type A، اما با پین‌های مربع و داخلی به رنگ آبی برای شناسایی. همچنین به عنوان SuperSpeed شناخته می‌شود.
• کانکتور USB 3.0 Type B: طراحی شده برای برنامه‌های SuperSpeed، با دو بخش مستطیلی روی هم و داخلی به رنگ آبی برای شناسایی.
• کانکتور USB 3.0 Micro-B: کوچک، صاف و مستطیلی با دو بخش مجزا. طراحی شده برای حمل داده و برق برای برنامه‌های SuperSpeed.
• کانکتور USB Type-C: طراحی متقارن برگشت پذیر با شکل مستطیلی و گوشه‌های گرد. جدیدترین دستگاه کانکتور USB.

در تلاش برای رفع ابهام از استاندارد USB 3.2 در بازار، USB-IF مجموعه‌ای از تغییرات نامگذاری را اجرا کرده است. اصطلاحات اصلی USB 3.0 و USB 3.1 کنار گذاشته شد و با یک طرح سه سطحی جایگزین شد.

سطح اول به عنوان USB 3.2 Gen 1 (قبلاً USB 3.0 و USB 3.1 Gen 1) شناخته می‌شد. در ابتدا با نام SuperSpeed USB نامگذاری شد و سرعت انتقال داده تا 5 گیگابیت بر ثانیه داشت. برچسب Gen به نسل و عدد بعد از آن به تعداد خطوط داده اشاره دارد. جدیدترین نام تجاری برای این مورد به SuperSpeed USB 5 Gbps تغییر یافته است.

سطح دوم به عنوان USB 3.2 Gen 2 (قبلا USB 3.1 Gen 2) نام گذاری شده است. در ابتدا با نام SuperSpeed 10 Gbps با سرعت انتقال داده تا 10 گیگابیت بر ثانیه نامگذاری شد. این اصطلاح بازاریابی همچنان ثابت است.

سطح سوم USB 3.2 Gen 2x2 (قبلاً USB 3.2) است. این سطح در ابتدا با نام SuperSpeed USB 20 Gbps نامگذاری شد و این اصطلاح همچنان برقرار است. سرعت انتقال داده تا 20 گیگابیت بر ثانیه دارد.

USB-IF همچنین نامگذاری USB 4.0 را اصلاح کرده و آن را به USB4 با دو سطح زیر تغییر داده است:

• USB4 20 Gbps
• USB4 40 Gbps

علاوه بر این، USB-IF اخیراً مشخصات جدید USB4 Version 2.0 را اعلام کرده است که امکان سرعت انتقال داده تا 80 گیگابیت بر ثانیه را فراهم می‌کند.

هر یک از این سطوح دارای یک لوگوی جدید برای استفاده در محصولات هستند. امیدواریم این امر به رفع ابهام مصرف‌کنندگان در بازار کمک کند. با این حال، تنوع نام‌ها برای استانداردهای USB همچنان باعث برخی نگرانی‌ها و ابهامات در بازار می‌شود، زیرا دستگاه‌ها اغلب با نام‌گذاری قدیمی نامیده می‌شوند.

استاندارد USB برای بهبود بخشیدن و یکسان سازی اتصالات و کابل‌هایی که در ابتدا برای اتصال دستگاه‌های جانبی به کامپیوترهای میزبان استفاده می‌شد، ارائه شد. تکامل مداوم این استاندارد و دستگاه‌هایی که از آن پشتیبانی می‌کنند، به معنای افزایش سرعت انتقال داده و تحویل برق از طریق یک رابط کوچک، ارزان و آسان برای استفاده است.

آنچه به عنوان راهی برای اتصال دستگاه‌های جانبی آغاز شد، به روشی برای بهبود تجربه کاربری با انواع محصولات، از جمله تلفن‌های هوشمند و سایر دستگاه‌های تلفن همراه، بازی‌ها، اسباب‌بازی‌ها، محصولات صنعتی و... تبدیل شد.

منبع: cuidevices.com