Інтерфейс USB, назва якого перекладається як «універсальна послідовна шина», успішно вирішив завдання, яке ставилося його творцями. Він практично витіснив всі морально застарілі зовнішні інтерфейси для підключення периферії до комп'ютера, звівши в ранг саме собою такі функції, як «гаряче» підключення, автоматична ідентифікація і установка драйверів, просте розширення кількості портів, підключення пристроїв по ланцюжку.
Завдяки USB ми маємо зовнішні змінні накопичувачі, які не потребують спеціальних приводів для своєї роботи, нам не потрібні додаткові пристрої і ПО для обміну даними з будь-якими мультимедійними, комунікаційними пристроями. USB - по-справжньому універсальний і гнучкий інтерфейс, який зняв велику кількість обмежень і спростив роботу з комп'ютером для людей, слабо розбираються в техніці.
Проте на сьогодні у USB є недоліки, і найголовнішим з них є низька пропускна здатність. Всі ми знаємо, що інтерфейс USB версії 2.0 підтримує режим роботи High Speed, що забезпечує в теорії швидкість обміну в 480 Мбіт / с (близько 60 МБ / с). Але через особливості протоколу обміну даними і архітектурних рішень, застосованих в USB, реалізувати таку швидкість на практиці не представляється можливим. Максимум, що ми можемо отримати від USB 2.0, - це близько 35-38 МБ / с.
1) підвищити швидкість підключення пристроїв як мінімум в 10 разів;
2) забезпечити повну сумісність з USB 2.0 як для пристроїв, так і для хоста;
3) забезпечити економічна витрата енергії шиною і пристроями;
4) поліпшити можливості живлення пристроїв по інтерфейсу USB.
Зауважимо, що завдання зниження енергоспоживання стала особливо актуальною з розвитком мобільних технологій. Справа в тому, що в багатьох ноутбуках підключення внутрішніх пристроїв здійснюється по інтерфейсу USB, прокладеному всередині корпусу. Це стосується перш за все веб-камер, кардридеров, модулів Bluetooth, деяких модулів Wi-Fi. У той же час інтерфейс USB з самого початку не був розрахований на мобільні системи і має досить просту схему управління енергоспоживанням. Крім того, в силу особливостей архітектури він інтенсивно «навантажує» всі канали (трафік, по суті, є широкомовною, доводиться до всіх пристроїв).
Всі перераховані вище завдання були успішно вирішені, але не зовсім стандартним способом.
Інтерфейс USB 3.0 - це фактично новий інтерфейс, який зберігає сумісність з колишніми варіантами реалізації універсального інтерфейсу. Принцип кодування і модуляції був запозичений у сучасних послідовних інтерфейсів PCI Express і Serial ATA, хоча протокол обміну даними зовсім інший. Архітектурно USB 3.0 являє собою все той же хост-центричний інтерфейс з фізичною топологією «багаторівнева зірка», але з логічною топологією «шина» (всі пристрої рівновіддалені від центру і нумеруються послідовно). Для оптимізації проходження трафіку введена маршрутизація, яку здійснюють хаби (включаючи кореневий хаб, об'єднаний з контролером).
Пропускна здатність USB 3.0 першій версії становить 5 Гбіт / с (як у шини PCI Express 2.0), або близько 500 МБ / с (через застосування кодування 8b / 10b кожен байт представлений 10 бітами). Однак це ще не межа, і розробники заявляють про можливість безболісного масштабування швидкості в кілька разів. При цьому більше не буде потрібно переглядати основи інтерфейсу, як це було зроблено з USB 3.0.
Для реалізації необхідної пропускної спроможності не вдалося використати колишній електричний інтерфейс, і USB 3.0 фактично являє собою два різних інтерфейсу. Роз'єми і кабелі містять електричні лінії як старого USB 1.0 / 2.0, так і нового USB 3.0. Відповідно, новий інтерфейс (режим роботи) отримав назву SuperSpeed. або скорочено SS. При підключенні пристроїв на стадії узгодження швидкостей вибирається один з двох інтерфейсів. При цьому в режимі SuperSpeed з колишнього інтерфейсу USB 2.0 використовується тільки харчування.
Зовні роз'єм виглядає майже так само (виробники можуть маркувати їх кольором, зазвичай синім), але в його глибині можна виявити нові контактні площадки. Порт типу A допускає установку як старого кабелю, так і нового, з лініями SuperSpeed.
Порт типу B (висхідний) розташовується на периферійному пристрої, для якого з яких-небудь міркувань бажано використовувати відокремлюємий, а не фіксований кабель. В даному випадку додаткові контакти розташовані поруч з основними, зі зміною форми розетки і вилки.
енергоспоживання
Для зниження енергоспоживання проведена велика робота, яка полягає в зміні самих принципів взаємодії хоста з пристроями (пристрої з пристроями як і раніше працювати не можуть). Кожна з ліній підключення пристроїв може перебувати в одному з 4 станів, що характеризуються різним енергоспоживанням.
Пересилання всього трафіку через всі лінії і порти, зроблена в USB 1.0 / 2.0 для спрощення логіки роботи хабів, скасовано - хаби здійснюють маршрутизацію, посилаючи пакети тільки в ті порти, які необхідні для досягнення конкретного пристрою. Крім того, хаб з попередженням інформує кожен пристрій про очікувану навантаженні, а значить, пристрій здатний самостійно управляти лінією, по якій воно підключено до хабу. Динамічно змінюючи стан ліній, вся шина може істотно заощадити енергію, яка в даному випадку не витрачається даремно.
Цікаво також відзначити, що енергію в USB 3.0 можуть заощаджувати не тільки пристрої, але і сам хост. Кожен пристрій зобов'язане надати інформацію про те, яку мінімальну швидкість обслуговування воно здатне «витримати» без шкоди для функціонування. На основі цих даних хост (читай - ноутбук або портативний плеєр) може перейти в максимально «глибоке» стан енергоспоживання - знизити частоту процесора, наприклад. Звичайно, якщо серед підключених пристроїв зустрінуться моделі, які не підтримують USB 3.0, описана схема працювати не буде.
Таким чином, ми можемо підвести проміжні підсумки.
1) USB 3.0 - це абсолютно новий інтерфейс, реалізований паралельно зі старим.
2) Сумісність з USB 2.0 зберігається в повному обсязі.
3) Для роботи USB 3.0 потрібен новий кабель, що містить нові роз'єми і додаткові лінії. За вартістю він буде істотно відрізнятися від старого.
4) Хаби USB 3.0 реалізують складнішу логіку, а тому будуть відчутно дорожче.
5) Крім досягнення більш високої швидкості (в 10,4 рази вище, ніж у USB 2.0), новий інтерфейс забезпечить більш економну витрату енергії, що актуально для мобільних систем.