Интерфейс USB, название которого переводится как «универсальная последовательная шина», успешно решил задачу, которая ставилась его создателями. Он практически вытеснил все морально устаревшие внешние интерфейсы для подключения периферии к компьютеру, возведя в ранг само собой разумеющихся такие функции, как «горячее» подключение, автоматическая индентификация и установка драйверов, простое расширение количества портов, подключение устройств по цепочке.
Благодаря USB мы имеем внешние сменные накопители, не требующие специальных приводов для своей работы, нам не требуются дополнительные устройства и ПО для обмена данными с любыми мультимедийными, коммуникационными устройствами. USB — по-настоящему универсальный и гибкий интерфейс, снявший большое количество ограничений и упростивший работу с компьютером для людей, слабо разбирающихся в технике.
Тем не менее на сегодня у USB имеются недостатки, и самым главным из них является низкая пропускная способность. Все мы знаем, что интерфейс USB версии 2.0 поддерживает режим работы High Speed, обеспечивающий в теории скорость обмена в 480 Мбит/с (около 60 МБ/с). Но из-за особенностей протокола обмена данными и архитектурных решений, примененных в USB, реализовать такую скорость на практике не представляется возможным. Максимум, что мы можем получить от USB 2.0, — это порядка 35—38 МБ/с.
Этой пропускной способности уже не хватает внешним накопителям, особенно настольным жестким дискам, которые сегодня способны выдавать данные с постоянной скоростью выше 150 МБ/с. Совершенно не хватает скорости USB 2.0 для внешних видеокарт, устанавливаемых в мониторах с подключением по USB: доступные разрешения приходится ограничивать, а передаваемые данные — тем или иным способом сжимать. Не хватает скорости для веб-камер, устройств видеозахвата, ТВ-тюнеров с поддержкой HD.
Интерфейс USB 3.0 получил статус официального в 2008 году, но на рынок реально пришел в конце 2009-го. Как и раньше, он был разработан корпорацией Intel при поддержке консорциума USB IF. При создании новой версии универсального интерфейса разработчики ставили перед собой сразу четыре противоречивые задачи:
1) повысить скорость подключения устройств как минимум в 10 раз;
2) обеспечить полную совместимость с USB 2.0 как для устройств, так и для хоста;
3) обеспечить экономичный расход энергии шиной и устройствами;
4) улучшить возможности питания устройств по интерфейсу USB.
Заметим, что задача снижения энергопотребления стала особенно актуальной с развитием мобильных технологий. Дело в том, что во многих ноутбуках подключение внутренних устройств осуществляется по интерфейсу USB, проложенному внутри корпуса. Это касается прежде всего веб-камер, кардридеров, модулей Bluetooth, некоторых модулей Wi-Fi. В то же время интерфейс USB изначально не был рассчитан на мобильные системы и имеет достаточно простую схему управления энергопотреблением. Кроме того, в силу особенностей архитектуры он интенсивно «нагружает» все каналы (трафик, по сути, является широковещательным, доводится до всех устройств).
Все вышеперечисленные задачи были успешно решены, но не совсем стандартным способом.
Скорость
Интерфейс USB 3.0 — это фактически новый интерфейс, сохраняющий совместимость с прежними вариантами реализации универсального интерфейса. Принцип кодирования и модуляции был позаимствован у современных последовательных интерфейсов PCI Express и Serial ATA, хотя протокол обмена данными совершенно другой. Архитектурно USB 3.0 представляет собой все тот же хост-центрический интерфейс с физической топологией «многоуровневая звезда», но с логической топологией «шина» (все устройства равноудалены от центра и нумеруются последовательно). Для оптимизации прохождения трафика введена маршрутизация, которую осуществляют хабы (включая корневой хаб, объединенный с контроллером).
Пропускная способность USB 3.0 первой версии составляет 5 Гбит/с (как у шины PCI Express 2.0), или около 500 МБ/с (из-за применения кодирования 8b/10b каждый байт представлен 10 битами). Однако это еще не предел, и разработчики заявляют о возможности безболезненного масштабирования скорости в несколько раз. При этом больше не потребуется пересматривать основы интерфейса, как это было сделано с USB 3.0.
Для реализации требуемой пропускной способности не удалось использовать прежний электрический интерфейс, и USB 3.0 фактически представляет собой два различных интерфейса. Разъемы и кабели содержат электрические линии как старого USB 1.0/2.0, так и нового USB 3.0. Соответственно, новый интерфейс (режим работы) получил название SuperSpeed, или сокращенно SS. При подключении устройств на стадии согласования скоростей выбирается один из двух интерфейсов. При этом в режиме SuperSpeed из прежнего интерфейса USB 2.0 используется только питание.
