פענוח תקני USB מ-1.0 עד 4.0

(מקור התמונה: Same Sky)

אפיק טורי אוניברסלי, הידוע יותר בשמו המקוצר USB, הוא ללא ספק תקן החיברורים המוכר ביותר בשוק כיום. עם זאת, אנשים רבים, במיוחד אלו מחוץ לקהילת ההנדסה, עשויים שלא לתת מחשבה שנייה לגבי מה כרוך ב-USB. במילים פשוטות, "אפיק" הוא דרך להעביר נתונים או הספקת-כוח במערכת אלקטרונית בין רכיבים שונים, בעוד שהמונח "טורי" מציין שהנתונים מועברים ביט אחד בכל פעם על אותו חוט (או כמה חוטים). ביחד, USB מספק תקן הנדסי הקובע מפרטים "אוניברסליים" עבור המחברים והכבלים המשמשים לקישור ההתקנים השונים במערכת אלקטרונית.

כדרך פשוטה ונוחה עבור חיברורים ותקשורת נתונים בין התקנים, USB התפתח להרבה יותר מאז ההתחלה שלו ב-1996. לפני השקתו בשנות ה-90, נוף החיבורים היה של מורכבות וקצבי העברת נתונים איטיים. הודות ליותר מ-25 שנים של שיפורים ושינויים מתמידים, USB ו-USB Implementers Forum‏ (USB-IF‏) יצרו יכולות חיברורים מעבר למה שנחשב תחילה לאפשרי עם מהירויות נתונים הולכות וגדלות, העברת הספק ועוד. עם זאת, ביחד עם השיפורים המתמידים הללו הגיעו תקנים חדשים, עדכונים לתקנים קיימים ומגוון כללי מתן שמות. כתוצאה מכך, הניסיון לעמוד בקצב של תקני ה-USB העדכניים ביותר יכול להיות משימה שנתקלת בבלבול ובסתירה כאחד. מאמר זה נועד לספק היסטוריה מפורטת של תקני USB תוך הבהרת כללי מתן השמות העדכניים ביותר עבור USB.

חיברורים לפני USB‏

כפי שהוזכר לעיל, הנוף שלפני ה-USB היה כזה שבו קצבי העברת נתונים איטיים היו הנורמה, לעתים קרובות נע בין 100 קילו-בייט (kB) לשנייה עבור העברה מקבילית עד 450 קילו-ביט (kb) לשנייה עבור העברה טורית. לא רק שיצרני מחשבים השתמשו ביציאות טוריות ומקביליות, אלא שהיה גם מגוון של תקעים, מחברים וכבלים קנייניים שדרשו לעתים קרובות דוחפים וכרטיסים ייעודיים. בנוסף, החלפה חמה או חיבור חם היו מוגבלים, מה שהצריך כיבוי חומרה לפני חיבור כל התקן שלאחריו הפעלה מחדש של החומרה.

פורום USB-IF החל בפיתוח תקן ה-USB בשנת 1994 עם כמה מהדורות מוקדמות (USB‏ 0.8 ו-0.9) שהוכרזו, אך מעולם לא היו זמינים מסחרית. בשנת 1995, USB 0.99 סגר את רשימת התקנים שפורסמו-מראש ושוב לא היה זמין מסחרית.

USB‏ 1.0 ו-1.1

USB 1.0 סימן את הגרסה העיקרית הראשונה של תקני USB בשנת 1996, והציע קצבי העברת נתונים של 1.5 מגה-ביט לשנייה (Mbps) במהירות נמוכה ו-Mbps‏ 12 במהירות מלאה. למרות ש-USB 1.0 הציע את הנוחות של החלפה חמה והגדרת-תצורה עצמית, הוא לא אומץ באופן נרחב כגרסה המסחרית הראשונה של USB.

שנתיים מאוחר יותר, ב-1998, הוצג USB 1.1. למרות שהוא התאים ליכולות העברת הנתונים של USB 1.0, הוא יכול היה גם לפעול במהירויות איטיות יותר עבור התקנים ברוחב-פס נמוך יותר. בהתחשב במיתוג מהירות מלאה, USB 1.1‏ אומץ על ידי ה-iMac G3 של Apple, שהפסיק את השימוש בנקודות-חיבור טוריות ומקבילות. זה סלל את הדרך לאימוץ נרחב יותר של תקני USB בהמשך. USB‏ 1.0 ו-1.1‏ גם הגדירו את השימוש בתקני מחברי USB‏ פיזיים, Type A‏ ו-Type B‏.

איור 1‏: תקני מחברי USB‏ Type A‏ ו-Type B‏. (מקור תמונה: Same Sky)

‏2.0 USB‏

תחילת המאה ה-21^‏: הביאה איתה צורך הולך וגובר במהירויות העברת נתונים גבוהות יותר, עקב הרחבת האימוץ של מחשבים אישיים והציוד ההיקפי המגוון שלהם. לכן, USB 2.0 יצא לשוק באפריל 2000. תקן זה הגיע עם יכולות העברת נתונים של Mbps‏ 480, אך מגבלות האפיק הפחיתו זאת ל-Mbps‏ 280‏. USB 2.0 קיבל את המיתוג מהירות גבוהה והוא תאם לאחור לתקנים הקודמים ולמהירויות שלהם של Mbps‏ 1.5 או Mbps‏ 12‏. בשלב זה, השימוש ב-USB כמקור הספקת-כוח הפך להיות נפוץ יותר, והתקנים החשמליים הציעו עד mA‏ 500 של הספקת-כוח ב-V‏ 5‏.

USB 2.0 גם הציג את USB On-the-Go, שהציע את היכולת של שני התקנים לקיים אינטראקציה ללא צורך במארח USB נפרד. עד לנקודה זו, חיבורי USB היו תמיד בין מארח (מחשב) לבין ציוד היקפי (עכבר, מקלדת, התקן מוזיקה וכו').

במונחים של תקני מחברים פיזיים, USB 2.0 תואם למחברי USB מסוג A‏, B‏ ו-C וכן ל-Mini ו-Micro‏ A‏ ו-B. עם זאת, המחברים הפיזיים של Micro A & B ו-Type C‏ הוצגו שנים רבות לאחר מכן, ב-2007 ו-2014, בהתאמה.

USB 3.0

USB 3.0 ומעבר לו הוא זה שבו תקני ה-USB עברו מספר איטרציות ושינויים בכללי מתן השמות שלהם. כדי לקוות להגביל את הבלבול, נתייחס לתקנים לפי שם ההשקה המקורי שלהם לפני שנבהיר את כללי מתן השמות האחרונים ביתר פירוט.

פורסם ב-2008, תקן USB 3.0 תומך בהעברת נתונים של עד 5 גיגה-ביט לשנייה (Gbps) אך השיג מהירויות הקרובות יותר ל-Gbps‏ 3‏. עם השם SuperSpeedUSB‏, USB 3.0 הכפיל את ארבעת קווי החיבור של חומרת USB 2.0 לשמונה ואיפשר העברה דו-כיוונית של נתונים, תוך שהוא נשאר תואם לאחור עם USB 2.0. התקן גם הגדיל את יכולות ההספק ל-mA‏ 900‏ ב-V‏ 5‏. כמו כן חשוב לציין שחומרה ספציפית ל-USB 3.0‏, כגון מחברי USB 3.0‏ Type A & B, צבועים בכחול כדי לציין את התאימות שלהם.

עם הצגת כללי מתן השמות של USB 3.2‏, USB 3.0‏ מוכר כעת בשם USB 3.2 Gen 1‏.

USB 3.1

זהה ל-USB 3.1‏, USB 3.0‏ היה תקן ביניים שפורסם ב-2013 ופשוט הכפיל את קצבי הנתונים עד Gbps‏ 10‏. הוא קיבל את השם +SuperSpeed ובשלב מסוים היו לו שתי רמות שמות: USB 3.1 Gen 1‏ (USB 3.0‏) ו-USB 3.1 Gen 2‏. שוב, עם הצגת כללי מתן השמות של USB 3.2‏, USB 3.1 Gen 2‏ מוכר כעת בשם USB 3.2 Gen 2‏.

USB 3.2‏

תקן USB 3.2, שהוצג בספטמבר 2017, החליף את השמות הסטנדרטיים USB‏ 3.0 ו-3.1, תוך הוספת רמה שלישית של יכולת נתונים של עד Gbps‏ 20‏. עם השם USB 3.2 Gen 2x2, תקן זה מנצל באופן מלא את שני ערוצי העברת הנתונים של מחבר ®USB Type-C‏, היכול להעביר בקצב של Gbps‏ 10‏ לכל כיוון על פני שני זוגות חוטים. מקובל גם לראות את שתי הרמות התחתונות של תקן USB 3.2 נקראות USB 3.2 Gen 1x1‏ או USB 3.2 Gen 2x1‏, המספק בפשטות הקשר נוסף למספר קווי הנתונים שבהם נעשה שימוש.

להבהרה נוספת, ה-USB-IF העניק שמות מעודכנים לכל רמה, המורכבים מהשם SuperSpeed USB המוכר ולאחריו מגבלת העברת הנתונים. כמוצג בטבלה 1 להלן, השמות החלופיים האלה הם כדלקמן: SuperSpeed USB 5 Gbps‏, SuperSpeed USB 10 Gbps‏ ו-SuperSpeed USB 20 Gbps‏.

טבלה 1‏: הגדרת כללי מתן השמות של USB 3.2‏. (מקור תמונה: Same Sky)

USB 4.0‏

על בסיס פרוטוקול Thunderbolt 3‏, USB 4.0‏ הוצג באוגוסט 2019 עם העברת נתונים של עד Gbps‏ 40‏ ושיטת העברת וידאו ייעודית. תקן Power Delivery 3.1‏ גם הגדיל את יכולת ההספק של USB עד ל-W‏ 240‏. בעוד שטכנית תקני Power Delivery ו-USB 4.0 הם נפרדים, הם פותחו במקביל ומופיעים בדרך כלל ביחד. שני התקנים האחרונים מנוצלים במלואם רק באמצעות יכולות החומרה של מחבר USB Type C הפיזי.

ה-USB-IF גם שיכלל את כללי מתן השמות של USB 4.0, ושינה אותו ל-USB4 עם שני הרמות הבאות:

• USB4 20 Gbps‏ (מהירות העברת הנתונים תואמת לשם)
• USB4 40 Gbps‏ (מהירות העברת הנתונים תואמת לשם)

לכל אחת מהרמות של USB4 כמו גם ל-USB 3.2 שהוזכרו קודם לכן יש לוגו חדש שמשויך אליו לשימוש במוצרים בתקווה להבהיר את הבלבול בקרב הצרכנים בשוק. עם זאת, מגוון השמות של תקני USB הציג מספר אתגרים, מכיוון שעדיין מתייחסים להתקנים לעתים קרובות תחת שיטת השמות הישנה.

טבלה 2: כללי מתן השמות הנוכחיים של USB וסמלי הלוגו המשויכים (מקור התמונה: Same Sky‏)

עתיד ה-USB

אנו מקווים שמאמר זה יסייע להבהיר חלק מהבלבול סביב תקני USB תוך מתן הצצה להיסטוריה המתפתחת במהירות של היכולות והפונקציונליות המשתפרות שלהם. קל מאד לקחת כמובן מאליו את הדרך הקטנה, החסכונית והקלה הזו לחיבור התקנים היקפיים הנמצאים בסמארטפונים, מכשירים ניידים ואפילו ביישומים תעשייתיים. מחברי USB המשמשים אך ורק עבור מטרות טעינה (USB Type C מתוכנן עבור יישומי הספקת-כוח-בלבד) ללא כל העברת נתונים הופכים לנפוצים עוד יותר. ניתן לומר בביטחון ש-USB ימשיך למצוא שימושים ויכולות חדשות גם בעתיד, ול-Same Sky יש מהנדסים המשקיעים את מרצם במגוון של מחברי USB‏ וכבלי USB בגורמי צורה שונים המתוכננים לעמוד במספר תקני USB.