interfacing_protocols_01.jpg
В наш век беспроводных технологий мы, как и 50 лет назад, все еще зависимы от проводных подключений, львиная доля которых приходятся на USB: ежедневно мы пользуемся флешками, подключаем к компьютеру телефоны и планшеты, клавиатуры и мыши, принтеры и сканеры, внешние дисководы и прочую периферию. Трудно представить современный ПК без USB-портов, однако относительно недавно — около 20 лет назад — USB не существовало вообще.

Параллельный и последовательный порты

Уже в далеком 1969 перед производителями ПК стоял вопрос — как подключить к компьютеру периферию? И именно тогда были приняты стандарты двух D-образных портов: 9 и 25 контактного, которые в народе стали называться последовательными портами (официальное название интерфейса RS-232, COM-порт):

serial-cable.jpg

Почему последовательными? Да потому что информация через него передается последовательно по одному биту, а максимальная скорость была всего 115 Кбит/с. COM-порт можно считать дедушкой USB, в котором данные так же передаются последовательно, хотя и с гораздо более высокими скоростями. Через такой порт подключались устройства, которым нужно было быстро передать небольшой объем информации — мыши, клавиатуры, внешние модемы.

Первое устройство (принтер) с параллельным портом появилось в 1970 году, поэтому порт еще называли LPT — Line Print Terminal (построчный принтерный терминал). Через параллельным порт подключались девайсы, которым нужно было передать значительный объем данных, но время передачи не было важно — например, принтеры или сканеры. За время своего существования он постоянно дорабатывался, однако даже в самых поздних версиях параллельного порта скорость передачи данных через него не превышала 1.5 Мбит/с.

LPT_Port_2.jpg

USB 1.0/1.1 и FireWire 400

Время шло, объемы информации росли: если в 70ых пределом можно было считать текстовые файлы весом в десятки килобайт и передававшихся по COM-порту за секунды, до в 90ых уже нередки были программы и данные весом в десяток мегабайт — передача такого объема могла занимать уже десятки минут. К тому же на рынок вышло достаточно много UMPC: карманных компьютеров, которые соединялись с ПК по неудобному из-за своих размеров параллельному порту. В общем — нужно было что-то менять, и практически одновременно, в 1996 и 1995 году, появились два новых стандарта — это всем известный USB и менее известный IEEE 1394, который гораздо более известен как FireWire.

Стандарт IEEE 1394 различные компании продвигали под своими марками (Apple — FireWire, Sony — i.LINK, Yamaha — mLAN, TI — Lynx, Creative — SB1394), однако прижился только яблочный стандарт, о нем и будем говорить:

firewire-400-montagekabel-6-pol.-buchse-anschraubbar-an-6-pol.-stecker-50cm_CF-XM6-05_6_1280x1280.jpg

Стандарт 1995 года, FireWire 400, смотрелся по тем временам футуристично — скорость передачи достигала аж 400 Мбит/с (далеко не у каждого сегодня такая скорость интернета), возможно было подключение 63 устройств одновременно, а так же шина могла и питать устройства, отдавая до 1.5 А и от 8 до 40 В. К тому же сам разъем был небольшой и бесштырьковый, а значит его можно было использовать в портативной технике и он достаточно долговечен. Однако разъем не прижился, и к середине нулевых использовался в основном только в технике от Apple. Причина проста — Apple требовала лицензионные отчисления за каждый использованный чип контроллера, что для большинства компаний было дорого, и поэтому те обратились к гораздо более медленному, но тем ни менее бесплатному USB.

USB 1.0 сильно проигрывал FireWire — максимальная скорость передачи была всего 12 Мбит/с, питания по шине хватало лишь для нетребовательных устройств, которым хватало тока в 0.5 А и напряжения в 5 В. С другой стороны, максимальное количество одновременно подключаемых устройств было аж 127, но с учетом низкой скорости крайне редко одновременно подключали хотя бы десяток. К тому же первая версия имела много ошибок, которые были исправлены через два года, в USB 1.1, который и получил массовое распространение. Скорости в 12 Мбит/с на начало нулевых вполне хватало — только появившиеся флешки имели объем в 64-256 Мбайт, и для передачи такого объема через USB требовались терпимые пара минут. Клавиатурам и мышкам вполне хватало скоростей COM-портов, ну а принтеры все равно дольше печатали, чем на них передавалась картинка — разница между 1.5 Мбит/с для параллельного порта и 12 Мбит/с для USB тут были не особо заметны. Так что скорости USB были вполне нормальными для тех лет, в отличии от футуристических скоростей FireWire.

USB 2.0 и FireWire 800


В 2002 году был принят стандарт IEEE 1394b, который опять же использовала в основном только Apple. Как нетрудно догадаться, новый FireWire 800 имел максимальную скорость передачи данных аж 800 Мбит/с, а так же привнес некоторые улучшения в стабильности передачи данных. Однако у Apple уже тогда начались проблемы с переходниками: новый разъем имел 9 контактов против 6 у старого, и для подключения девайсов, рассчитанных на FireWire 400, к устройству с FireWire 800, требовался специальный переходник:

Firewire.jpg

Такое решение заставило даже самые упорные компании отказаться от использования FireWire — какая же это универсальная шина, если новое поколение физически не совместимо со старым?! Тем же, кому FireWire был жизненно необходим (для подключения массива жестких дисков например), приходилось раскошеливаться.

В 2000 году был принят стандарт USB 2.0, который являлся по сути разогнанным USB 1.1 — появилась поддержка High-speed — до 480 Мбит/с, что с лихвой покрывала требования по скорости нулевых годов. Именно с этой версии USB стал использоваться везде — он избавился от большинства детских болезней, он был бесплатным и компактным, и, в отличии от FireWire, был физически обратно совместим с USB 1.1 — никакие переходники не были нужны.

USB 3.0 и Thunderbolt 1/2

Apple не была бы Apple, если в 2011 не представила совместно с Intel преемника FireWire - физически не совместимого с ним Thunderbolt (FireWire в макбуках продержался еще год — последние модели с ним вышли в 2012 году):

986689_BB_00_FB.EPS_1000.jpg

Как обычно, этот интерфейс предлагал заоблачные скорости — до 10 Гбит/с в первой версии и до 20 Гбит/с во второй. Но что было интересно — этот интерфейс работал через протокол PCI Express, что давало возможность подключить к устройствам с Thunderbolt (в основном это техника от Apple из-за все той же политики лицензирования) девайсы, работающие через этот протокол — аудио- и видео- карты, быстрые SSD, Wi-Fi и Ethernet платы, что позволяло превратить, например, те же макбуки со слабой интегрированной графики в мощные игровые ПК. Однако зачем-то было урезано питание — до 10 Вт (550 мА и 18 В), так что для подключения мощной периферии требовался отдельный блок питания.

Создатели USB тоже сложа руки не сидели, и в 2008 году представили новую версию интерфейса — USB 3.0. Скорость передачи подтянули до 5 Гбит/с, что позволило подключать по этому интерфейсу даже SSD без потери скорости. Второе важное изменение — возрос ток через шину до 900 мА официально, и до 1.5 А у некоторых производителей: это позволило подключать периферию, которая раньше требовала дополнительное питание, без оного — например, внешние жесткие диски. Однако по своим возможностям USB 3.0 все же уступал Thunderbolt — последний был более универсальным, его можно было через переходник превратить в тот же USB, и при этом одновременно использовать для подключения внешней видеокарты. К тому же через USB невозможно подключить монитор, а Thunderbolt электрически совместим с DisplayPort. Но с другой стороны, все версии USB были совместимы — вы можете без труда взять 64 Мбайтную флешку 2000 года и подключить ее в порт USB 3.0, и она заработает. Подключить же устройство с FireWire 400 к Thunderbolt будет проблематично.

USB 3.1 и Thunderbolt 3

Спецификации USB 3.1 были приняты в 2013 году, и хотя они подразумевали наличие полноразмерных портов, почему- то прижился уменьшенный двухсторонний USB-C. Доходит до смешного: в современные ноутбуки ставят несколько разъемов USB 3.0 и один USB 3.1 Type C. Почему не сделать все разъемы USB 3.1 — загадка, потому что разница в цене копеечная. Основных изменений в USB 3.1 два — добавилась версия с SuperSpeed со скоростью до 10 Гбит/с, а так же физическая и электрическая совместимость с Thunderbolt 3.

Type-c.jpg

Apple не стала отходить от своих правил — да, Thunderbolt 3 физически не совместим с Thunderbolt 1 и 2, и уж тем более не совместим с FireWire. При этом он нарастил скорость аж до 40 Гбит/с и полностью совместим с USB-C, чем и воспользовалась Apple: в один и тот же порт новых макбуков 2016 года можно подключить как флешку, так и монитор — раньше такой возможности USB не давал. Правда проблема с переходниками выходит на новый уровень — если на протяжении 20 лет, с 1995 года (USB 1.0) и до 2015 года (USB 3.0) все полноразмерные версии USB были абсолютно одинаковыми и совместимыми, то теперь, с модой на USB-C, для подключения обычной старой флешки или внешнего диска требуется переходник. Разумеется уже есть USB-C флешки, а в будущем вся перефирия перейдет на новый стандарт, однако его введение сейчас кажется не логичным — полноразмерный USB порт имеет толщину меньше 1 см: ноутбуков, тоньше сантиметра, можно пересчитать по пальцам одной руки, во все другие модели без проблем устанавливается полноразмерный USB. Вводить USB-C для унификации портов телефонов и ПК? Хорошая идея, и телефонов с ним уже много, однако это опять же приводит к проблемам: в мобильной технике устоявшимся разъемом можно считать micro USB, и замена его на USB-C приводит к тому, что теперь для разной мобильной техники приходится использовать разные зарядки и разные провода для синхронизации с ПК.

Будущее USB и Thunderbolt

Все эти неразберихи с разными версиями USB — вопрос ближайших нескольких лет, уже очевидно что разъем USB-C станет новым универсальным разъемом. Для тех, кто будет пользоваться старой техникой с полноразмерными USB, будут (и уже есть в случае с макбуками) продаваться переходники, но со временем, когда вся техника перейдет на Type C, полноразмерный USB станет таким же атавизмом, каким сейчас выглядит дисковод. Создатели Thunderbolt — Intel и Apple — поступили мудро, объединив свой достаточно редко используемый порт с повсеместно используемым USB: это позволит в будущем обходиться вообще без переходников и поднять популярность своего сверхскоростного порта среди обычных потребителей, отпугнутых слишком высокой ценой аксессуаров с Thunderbolt 1/2.