USB'nin Karmaşık Kablolardan Yüksek Hızlı Teknolojiye Evrimi

1990'larda bilgisayar masalarını dolduran kablo yığını karmaşasını hatırlıyor musunuz? Seri, paralel ve özel arayüzlerin çağı, çevre birimlerini bağlamayı bir kabusa dönüştürdü. Evrensel Seri Veri Yolu'nun (USB) tanıtımı, hantal konektörleri kompakt ve uygun fiyatlı USB Type-A (USB-A) arayüzüyle değiştirerek bu manzarayı değiştirdi. Bugün, milyarlarca USB cihazı günlük olarak kullanılmakta ve USB'yi dizüstü bilgisayarlar, tabletler ve akıllı telefonlar için baskın kablolu arayüz haline getirmektedir.

USB, kabloların bilgisayarlara, mobil cihazlara ve çevre birimlerine nasıl bağlandığını, iletişim kurduğunu ve güç sağladığını iyileştiren çoklu yinelemelerden geçti (bkz. Tablo 1). En son USB4 standardı, selefleri gibi, veri aktarım hızlarında, video çözünürlüğünde ve güç dağıtım yeteneklerinde önemli bir sıçramayı temsil ediyor.

Modern cihazlar tipik olarak en az üç farklı USB bağlantı noktası türüne sahiptir. Bunlar arasında USB-C, kompakt boyutu, hızlı veri aktarım hızları ve 240W'a kadar güç sağlama yeteneği nedeniyle daha yeni ekipmanlarda öne çıkmıştır. USB-C kabloları ayrıca yüksek çözünürlüklü 4K ve 8K video iletimini de destekler. İşlevsel olarak benzer olsa da, Lightning bağlantı noktaları farklı bir konektör tasarımı kullanır.

USB-C konektörünün tasarımı, veri aktarım hızlarında çok önemli bir rol oynar. Her USB Type-C konektörü, veri iletimi (TX) ve alımı (RX) için ayrılmış dört çift pinden ("hat") oluşur. USB 3.0 (5 Gbps) ve USB 3.1 (10 Gbps), hangi hatların aktif olduğunu belirleyen yönlendirme ile bir TX ve bir RX hattı kullanır. USB 3.2, 20 Gbps hızlara ulaşmak için dört hattın tamamından yararlanır.

Mevcut USB 3.2 adlandırma kuralı, hızı hat sayısıyla birleştirir. Örneğin, USB 3.2 Gen 1×2, toplam 10 Gbps hız için 5 Gbps × 2 hattı belirtir. Hem USB4 Gen 2×2 (USB4 20Gbps olarak pazarlanır) hem de USB 3.2 Gen 2×2, 20 Gbps bağlantı sağlar. USB4 Gen 3×2 (USB4 40Gbps), çift hat modunda toplam 40 Gbps'ye ulaşmak için hat başına 20 Gbps'ye ulaşmak üzere farklı bir veri kodlama şeması kullanır.

USB4 (resmi olarak boşluksuz olarak stilize edilmiştir), yalnızca yeni yetenekler sunmakla kalmayıp, aynı zamanda kafa karıştırıcı USB 3.x adlandırma şemasını ele alırken daha öngörülebilir bir kullanıcı deneyimi sunan büyük bir güncellemeyi temsil eder. USB4 protokolü, USB-C - USB-C kablolarını zorunlu kılar.

40Gbps Veri Aktarımı: USB4 cihazları, daha kısa 0,8 metrelik Gen 3 kabloları kullanıldığında isteğe bağlı 40 Gbps (4,8 GB/s) desteği ile 20 Gbps (2,4 GB/s) desteklemelidir.

Çoklu Veri ve Ekran Protokolleri: USB4, USB 3.2, PCIe ve DisplayPort 1.4a'yı desteklemek için protokol tünelleme kullanır. DisplayPort ve Thunderbolt 3 uyumluluğu, Alt Mod aracılığıyla korunur.

Geriye Dönük Uyumluluk: USB4, TB3 Alt Mod aracılığıyla USB 3.2, USB 2.0 ve Thunderbolt 3 standartlarıyla uyumluluğu korur.

Dinamik Bant Genişliği Tahsisi: USB 3.2'nin sabit bant genişliği tahsisinden (veya DP Alt Modunda %100 video bant genişliğinden) farklı olarak, USB4, gerçek zamanlı taleplere göre video ve veri arasında dinamik olarak bant genişliği dağıtır.

100W Şarj: Tüm USB4 cihazları, USB4 bağlantı noktalarına bağlandığında 100W'a (5A/20V) kadar güç sözleşmeleri müzakere ederek USB Güç Dağıtımı'nı (USB PD) destekler.

Thunderbolt™ 3 uyumlu ürünler zaten piyasaya giriyor ve USB 3.2 Gen 2'nin dört katı güç dağıtımı ve çift yönlü veri aktarım hızları sunarken, kişisel cihazlar için benzeri görülmemiş hesaplama olanakları yaratıyor.

Daha ince, daha hafif cihazlar için tasarlanan USB-C, akıllı telefonlarda, tabletlerde ve dizüstü bilgisayarlarda eşit derecede iyi çalışır. Birçok modern dizüstü bilgisayar, video, ağ, veri aktarımı ve şarj için yalnızca USB-C'ye güvenerek USB-A ve RJ45 Ethernet bağlantı noktalarını tamamen ortadan kaldırdı. Bu değişim, USB-C'nin Thunderbolt™ 3, DisplayPort, MHL ve HDMI protokolleri için standart kaynak konektör olarak benimsenmesini teşvik etti.

USB-C Type 2.1 spesifikasyonu (Mayıs 2021'de yayınlandı), kablo ve konektör güç kapasitesini 100W'tan 240W'a çıkararak, 4K monitörler, e-bisikletler ve oyun dizüstü bilgisayarlar gibi daha büyük, yüksek tüketimli cihazlara güç dağıtımını sağladı.

Temel olarak ana bilgisayarlar ve çevre birimleri arasındaki bir iletişim protokolü olmasına rağmen, USB çok işlevli bir arayüze dönüştü. Modern cihazlar bu gelişmiş özelliklerden bir veya daha fazlasını destekleyebilir:

Tek bir USB-C kablosu, harici sabit diskler gibi yüksek talep gören çevre birimleri için ayrı adaptörleri ortadan kaldırmak için yeterli güç sağlayabilir. Tüm cihazların veya bağlantı noktalarının USB Güç Dağıtımı'nı desteklemediğini unutmayın—uyumluluk ayrıntıları için ürün özelliklerine bakın.

BC 1.2 spesifikasyonu, daha hızlı, daha güvenli şarjı sağlayan özel şarj bağlantı noktalarını tanıttı. Standart USB 2.0 ve 3.0 bağlantı noktaları sırasıyla 500mA ve 900mA sağlarken, BC 1.2 uyumlu bağlantı noktaları—veri aktarımı sırasında bile—1,5A'ya kadar sağlar ve cihazların optimum şarj için güç gereksinimlerini iletmelerine olanak tanır.

Bu özellik, mobil cihazların flash sürücüler, klavyeler ve fareler gibi çevre birimleri için ana bilgisayar olarak işlev görmesini sağlar. OTG uyumlu cihazlar, bilgisayara bağlı toplu depolama cihazları olarak hizmet verme yeteneklerini korurken, çevre birimi bağlantıları için bir adaptör gerektirir.

USB-C konektörleri ve kabloları, VGA, DVI, HDMI veya DisplayPort video/ses sinyalleriyle birlikte USB verilerini aynı anda iletebilir. Adaptörler, ek sürücüler gerektirmeden çeşitli ekran türlerine DisplayPort-over-USB-C bağlantılarını sağlar.

Bu teknoloji, iki DisplayPort monitöre aynı anda 4K video çıkışını destekler—dijital tabela ve yüksek performanslı oyun uygulamaları için idealdir.

Kompakt, akıllı telefon boyutunda USB veya Thunderbolt™ 3 yuvaları, MacBooks ve dizüstü bilgisayarlar için bağlantıyı geliştirebilir. En son Thunderbolt™ 3 yuvaları, hızlı büyük dosya aktarımları, Wi-Fi eksik alanlarda kablolu Ethernet bağlantısı ve dijital ses desteğiyle çift monitör 4K video için dikkate değer 40 Gbps çift yönlü veri aktarım hızları sunar.