lắp ráp và bảo tr ì hệ thống đề tài tìm hiểu về usb và chuẩn giao tiếp usb

1.1 Định nghĩa USBUSB là viết tắt của "Universal Serial Bus", là một chuẩn công nghệ phổ biến được dùng để kết nối máy tính với các thiết bị ngoại vi.. USB không chỉ dùng để truyền dữ li

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA CÔ NG NGHỆ THÔ NG TI N

MỤC LỤC

Phần 1: USB là gì ? 3

1.1 Định nghĩa USB 3

1.2 Cấu tạo USB 3

Phần 2: Tính năng và tác dụng của USB trong truyền thông dữ liệu 7

1 Tính năng của USB 7

2 Tác dụng của USB trong việc truyền dữ liệu 8

Phần 3: Các chuẩn giao tiếp USB khác nhau 9

1 USB 1.0 9

2 USB 2.0 9

3 USB 3.x 9

4 USB4 và tương lai của chuẩn giao tiếp USB 9

Phần 4: Các loại kết nối USB và thiết bị hỗ trợ 10

1 Các loại kết nối: Type-A, Type-B, Mini, và Micro USB 10

2 USB Type-C và những lợi ích 10

3 Thiết bị hỗ trợ USB: từ lưu trữ đến thiết bị ngoại vi 11

Phần 5: Cách thức hoạt động của USB và giao thức truyền thông 11

1 Quá trình kết nối và nhận dạng thiết bị USB 11

2 Giao thức truyền thông và tốc độ truyền dữ liệu 12

Phần 6: An toàn và bảo mật trong sử dụng USB 13

1 Nguy cơ an ninh từ thiết bị USB 13

2 Giải pháp bảo mật dữ liệu USB 14

Phần 7: Bảo dưỡng và khắc phục sự cố liên quan đến USB 15

1 Cách bảo dưỡng thiết bị USB 15

2 Cách khắc phục các sự cố thường gặp với USB 15

Phần 8: Tương lai của USB và xu hướng công nghệ 16

2 Xu hướng và ứng dụng mới của USB 16

Phần 9: Tổng kết 17

3

Phần 1: USB là gì ?

1.1 Định nghĩa USB

USB là viết tắt của "Universal Serial Bus", là một chuẩn công nghệ phổ biến được dùng để kết nối máy tính với các thiết bị ngoại vi USB cho phép truyền dữ liệu và cung cấp năng lượng điện giữa các thiết bị thông qua một dây cáp có đầu nối USB

Chuẩn USB đã trải qua nhiều phiên bản với sự cải thiện về tốc độ truyền dữ liệu và khả năng tương thích Phiên bản phổ biến nhất hiện nay là USB 2.0, USB 3.0, và USB-C USB không chỉ dùng để truyền dữ liệu mà còn dùng để sạc pin cho các thiết bị di động như điện thoại thông minh và máy tính bảng

Các thiết bị USB có thể bao gồm ổ cứng di động, bàn phím, chuột, máy in, USB flash drive (thiết bị lưu trữ dữ liệu di động), và nhiều phụ kiện máy tính và điện tử khác Kết nối USB gần như đã trở thành một tiêu chuẩn toàn cầu vì sự linh hoạt và dễ dàng sử dụng của nó

1.2 Cấu tạo USB

1.2.1 Đầu cắm USB:

- Với 4 đường cáp chức năng như hình vẽ trên gồm: Gnd, Data , Data+, +5V Và đây là -hình ảnh bên trong của đầu cám usb này và 4 đường kết nối của UFD

- Và hình ảnh sau khi đã tháo bỏ đầu cắm usb ra, còn trơ lại 4 lỗ chân giao tiếp

Đầu cắm này hay bị bung mối hàn dẫn đến chậm chờn lúc nhận lúc không hoặc không chạy hoàn toàn

1.2.2 Ic giao tiếp:

• 8 Khoảng trống cho chip nhớ thứ 2

- Ic điều khiển là một dạng “vi xử lý” chuyên dùng, điều khiển việc kết nối, truyền nhận và lưu trữ dữ liệu

- Các lọai IC giao tiếp thông dụng đó là: iCreat, Alcor, Phison, Oti, Profilic, SSS-Solid State System, Netac, Ameco, Chipsbank, Skymedia, USBest…

- Bên trong các chip điều khiển này có một đoạn chương trình mà ta gọi là firmware Đa phần lỗi của UFD đều từ cái firmware này mà ra

1.2.3 Chip nhớ (Flash):

- Nơi lưu trữ dữ liệu thực sự và khả năng lưu trữ nhiều hay ít tùy thuộc vào chip nhớ

này.

1.2.4 Thạch anh 12Mhz:

- Tạo xung nhịp cho “vi xử lý” họat động

1.2.5 Linh tinh khác:

- Ngòai ra còn có led báo nguồn và báo hiệu chế độ đọc/ghi dữ liệu Switch gặt chế độ cho hoặc không cho ghi đè…

7

Phần 2: Tính năng và tác dụng của USB trong truyền thông dữ liệu

1 Tính năng của USB

Dễ sử dụng (Plug and Play): Khi kết nối một thiết bị USB với máy tính, hệ thống có thể tự động nhận diện và cài đặt driver cần thiết mà không yêu cầu phức tạp từ người dùng

Tốc độ truyền dữ liệu cao: Tùy thuộc vào phiên bản của USB, tốc độ truyền dữ liệu có thể rất nhanh Ví dụ, USB 3.0 có thể truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 5 Gbps, và USB 3.1 có thể đạt 10 Gbps

Khả năng cung cấp điện: USB có khả năng cung cấp năng lượng cho các thiết bị ngoại vi thông qua cùng một cáp dùng để truyền dữ liệu

Tính linh hoạt: USB có thể được sử dụng để kết nối với nhiều loại thiết bị ngoại vi khác nhau, từ bộ nhớ lưu trữ, thiết bị nhập liệu (như chuột, bàn phím), đến các thiết bị phức tạp hơn như máy in, scanner, và thiết bị đa phương tiện Tính tương thích ngược: Các thiết bị USB mới thường tương thích ngược với các cổng và thiết bị của phiên bản cũ hơn

Cơ chế điều khiển năng lượng: USB hỗ trợ quản lý năng lượng tốt, có thể giảm mức tiêu thụ điện khi thiết bị không hoạt động

2 Tác dụng của USB trong việc truyền dữ liệu

Liên kết thiết bị: USB cho phép kết nối nhanh chóng và dễ dàng giữa máy tính và các thiết bị để truyền tải dữ liệu

Truyền dữ liệu đáng tin cậy: Giao tiếp qua USB đem lại sự ổn định và độ tin cậy cao, giảm thiểu lỗi truyền dữ liệu

Truyền tải nhiều loại dữ liệu: USB có thể được sử dụng để truyền tải mọi loại dữ liệu, bao gồm tài liệu văn bản, ảnh, video, và âm thanh

Cải thiện độ linh hoạt của làm việc: Với sự tiện lợi của USB, người dùng có thể dễ dàng vận chuyển dữ liệu và làm việc trên nhiều thiết bị khác nhau mà không cần kết nối internet

Hỗ trợ nhiều giao thức kết nối: USB hỗ trợ kết nối chuẩn từ cơ bản đến phức tạp, giúp truyền dữ liệu từ thiết bị điện tử đơn giản đến thiết bị công nghệ cao nhanh chóng và hiệu quả

Sự tiện lợi khi chia sẻ dữ liệu: USB flash drives là công cụ chia sẻ dữ liệu phổ biến do sự nhỏ gọn, tiện lợi và dung lượng lưu trữ lớn

Kết nối USB đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày và công việc, giúp cho việc truyền thông dữ liệu giữa các thiết bị diễn ra mượt mà và hiệu quả

9

Phần 3: Các chuẩn giao tiếp USB khác nhau

1 USB 1.0

USB 1.0 là phiên bản đầu tiên của Universal Serial Bus, được giới thiệu vào năm 1996 Nó ban đầu có tốc độ Low Speed là 1.5 M bps Về sau, USB 1.1 được phát triển với tốc độ Full Speed là 12 Mbps, cung cấp sự tăng tốc đáng kể so với phiên bản trước Tuy nhiên, do tốc độ hạn chế, USB 1.x không còn được sử dụng rộng rãi sau khi các phiên bản sau ra đời

2 USB 2.0

Ra đời vào năm 2000, USB 2.0 thường được gọi là High Speed USB và có tốc độ truyền dẫn dữ liệu lên đến 480 Mbps, là một bước tiến lớn so với USB 1.x USB 2.0 vẫn phổ biến do sự tương thích ngược với thiết bị và cáp của USB 1.x, cũng như tốc độ truyền dữ liệu đủ cao cho nhiều ứng dụng

3 USB 3.x

USB 3.0: Được công bố vào năm 2008 và gọi là SuperSpeed USB, USB 3.0 cung cấp tốc độ truyền dữ liệu lên đến 5 Gbps, nhanh gấp 10 lần so với USB 2.0 USB 3.0 cũng cải thiện khả năng quản lý năng lượng và tăng cường hiệu suất

USB 3.1: Xuất hiện sau đó và còn được biết đến với tên SuperSpeed+ USB, tốc độ truyền dẫn của USB 3.1 lên tới 10 Gbps

USB 3.2: Tiếp tục mở rộng khả năng của chuẩn USB với việc tăng cường tốc độ truyền dữ liệu lên đến 20 Gbps thông qua việc sử dụng kênh dữ liệu kép (dual-lane operation)

4 USB4 và tương lai của chuẩn giao tiếp USB

USB4 là phiên bản mới nhất của chuẩn USB và được công bố vào năm 2019 Nó xây dựng trên nền tảng của Thunderbolt 3, có tốc độ truyền dữ liệu lên tới 40 Gbps USB4 hỗ trợ giao thức tương thích ngược với USB 3.2, USB 2.0 và cũng sử dụng cổng USB C Đây là một bước tiến quan trọng hứa hẹn nối tiếp -và tiếp tục cải thiện hiệu suất, tốc độ -và linh hoạt trong việc kết nối các thiết bị Tương lai của chuẩn giao tiếp USB có thể sẽ tiếp tục tập trung vào việc tăng tốc độ truyền dữ liệu, tăng cường khả năng cung cấp điện năng và hỗ trợ cho một

loạt ứng dụng mới liên quan đến dữ liệu lớn và thiết bị kết nối Cùng lúc này, уêu cầu về sự thuận tiện và linh hoạt sẽ định hình nhu cầu cho việc cải thiện và phát triển tiếp theo của chuẩn USB

Phần 4: Các loại kết nối USB và thiết bị hỗ trợ

1 Các loại kết nối: Type-A, Type-B, Mini, và Micro USB

USB Type- A: Là dạng cổng USB phổ biến nhất, thường được sử dụng cho máy tính, laptop và nhiều thiết bị điện tử khác Cắm USB Type A có thiết kế hình chữ nhật và -không đối xứng, nên chỉ có thể cắm theo một hướng nhất định

USB Type- B: Thường gặp trong các thiết bị như máy in và các thiết bị lớn khác, USB Type-B có kiểu dáng hình vuông với các góc được cắt tỉa Kích thước và hình dạng cắm Type-B thay đổi tùy theo các phiên bản USB như 2.0 hoặc 3.0

Mini USB: Được sử dụng trong nhiều thiết bị điện tử cũ hơn như máy ảnh kỹ thuật số và một số máy nghe nhạc cầm tay Mini USB có kích thước nhỏ gọn hơn so với Type-A và Type-B, giúp cho thiết bị di động có thể mỏng và nhẹ hơn

Micro USB: Phổ biến trong các thiết bị di động như điện thoại thông minh và máy tính bảng ở thế hệ trước khi USB Type C xuất hiện Micro USB còn nhỏ và bền hơn Mini -USB, chúng có thể hỗ trợ USB OTG (On-The-Go), cho phép các thiết bị kết nối trực tiếp với nhau mà không cần máy tính

2 USB Type-C và những lợi ích

USB Type-C là một chuẩn kết nối mới hứa hẹn nhiều lợi ích so với các kết nối cũ:

11

Đối xứng: Cắm Type C có thiết kế đối xứng nên có thể cắm vào cổng mà không cần -phải quan tâm đến hướng cắm

Tốc độ cao và khả năng truyền tải năng lượng lớn: Nó hỗ trợ USB 3.1 và USB4, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu lên tới 10 Gbps và 40 Gbps tương ứng, đồng thời có khả năng cung cấp điện năng lên đến 100W

Tích hợp với các giao tiếp khác: Type-C còn hỗ trợ các giao tiếp khác như Thunderbolt 3, DisplayPort và HDMI, cho phép kết nối với nhiều loại thiết bị khác nhau thông qua một cổng duy nhất

3 Thiết bị hỗ trợ USB: từ lưu trữ đến thiết bị ngoại vi

USB được sử dụng trong hầu hết các thiết bị công nghệ hiện nay:

Thiết bị lưu trữ: Bao gồm USB flash drives, ổ cứng di động và ổ SSD ngoài Thiết bị nhập liệu: Chuột, bàn phím và bút stylus là những thiết bị phổ biến sử dụng USB

Thiết bị đa phương tiện: Loa, tai nghe, microphone và webcam thường kết nối với máy tính thông qua USB

Điện thoại và tablet: Sử dụng cho việc sạc và truyền dữ liệu giữa các thiết bị với máy tính hoặc giữa các thiết bị với nhau

Thiết bị ngoại vi khác: Máy in, scanner, thiết bị ghi âm, và các thiết bị ngoại vi khác cũng sử dụng USB để kết nối với máy tính và các thiết bị khác.

Sự đa dạng của các loại kết nối USB và sự tương thích rộng rãi của chúng với các thiết bị hỗ trợ làm cho USB trở thành một trong những tiêu chuẩn giao tiếp quan trọng nhất và được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay

Phần 5: Cách thức hoạt động của USB và giao thức truyền thông

1 Quá trình kết nối và nhận dạng thiết bị USB

Khi thiết bị USB được nối vào cổng USB của máy tính hoặc thiết bị lưu trữ, quá trình sau đây diễn ra:

Nhận Dạng Thiết Bị (Device Enumeration): Máy tính sẽ phát hiện thiết bị mới và khởi chạy quá trình nhận dạng Quá trình này bao gồm việc máy tính cấp

điện cho thiết bị USB và đặt thiết bị ở tốc độ thấp nhất mà cả hai hỗ trợ Yêu Cầu Thông Tin (Requesting Information): Máy tính sau đó yêu cầu các thông tin về thiết bị từ chip điều khiển của thiết bị USB, như nhà sản xuất, sản phẩm, số serial, cũng như loại thiết bị và khả năng của nó

Cài Đặt Driver (Driver Installation): Dựa vào thông tin nhận được, máy tính sẽ tìm và cài đặt driver tương ứng, nếu cần thiết Đối với một số thiết bị phổ thông như bộ nhớ USB, bàn phím, chuột, thường không yêu cầu driver bổ sung vì máy tính đã có sẵn driver chung

Sẵn Sàng Sử Dụng (Ready to Use): Khi quá trình cài đặt driver hoàn tất, thiết bị USB sẽ sẵn sàng sử dụng, và dữ liệu có thể được truyền đi và đến thiết bị 2 Giao thức truyền thông và tốc độ truyền dữ liệu

Các thiết bị USB sử dụng một giao thức truyền thông tiêu chuẩn để trao đổi dữ liệu với máy tính:

Cách Thức Giao Tiếp (Communication Method): USB sử dụng kiến trúc host-driven, nghĩa là máy tính (host) kiểm soát việc trao đổi dữ liệu và điều khiển thiết bị USB Giao tiếp giữa máy chủ và thiết bị dựa trên các gói tin (packets) mà chúng qua lại với nhau

Các Dạng Giao Tiếp (Types of Communication): USB hỗ trợ bốn loại giao tiếp: Control, Interrupt, Bulk, và Isochronous Mỗi loại được thiết kế để phù hợp với các loại dữ liệu và yêu cầu khác nhau về băng thông và độ trễ

Tốc độ Truyền Dữ liệu (Data Transfer Speeds): Tốc độ truyền dữ liệu của USB phụ thuộc vào phiên bản của chuẩn USB đang được sử dụng Ví dụ, USB 1.x hỗ trợ tốc độ Low Speed (1.5 Mbps) và Full Speed (12 Mbps), USB 2.0 hỗ trợ High Speed (480 Mbps), USB 3.x hỗ trợ SuperSpeed (5 Gbps cho 3.0 và 10 Gbps cho 3.1) và USB4 hỗ trợ tốc độ lên đến 40 Gbps

13

Quản Lý Băng Thông (Bandwidth Management): USB phân chia băng thông theo các giao dịch (transactions) tiến hành trong từng khung thời gian (frame) hoặc siêu khung thời gian (microframe) để đảm bảo rằng các thiết bị nhận đủ băng thông cần thiết cho hoạt động của chúng

Giao thức truyền thông USB đảm bảo rằng việc truyền và nhận dữ liệu giữa thiết bị và máy tính là ổn định và hiệu quả, phù hợp với yêu cầu của ứng dụng và thiết bị Điều này bao gồm việc quản lý năng lượng, điều khiển dòng chảy dữ liệu, và sửa lỗi để tối ưu hóa việc truyền dữ liệu

Phần 6: An toàn và bảo mật trong sử dụng USB

1 Nguy cơ an ninh từ thiết bị USB

Thiết bị USB gắn ngoại vi có thể mang theo một số rủi ro an ninh và nguy cơ:

Malware và Virus: USB có thể dễ dàng bị nhiễm malware hoặc virus khi được sử dụng trên nhiều máy tính khác nhau, đặc biệt nếu không có biện pháp bảo vệ phần mềm đầy đủ

Phần Mềm Đánh Cắp Dữ Liệu (Data-Stealing Software): Các chương trình độc hại có thể tự sao chép vào USB và từ đó lây lan sang các hệ thống mà thiết bị được kết nối đến

Tấn Công Phần Cứng (Hardware Attacks): Đôi khi, phần cứng USB có thể được sửa đổi để thực hiện các cuộc tấn công khi kết nối với máy tính (ví dụ: USB Killer, BadUSB)

Rò Rỉ Dữ Liệu (Data Leakage): Dữ liệu nhạy cảm có thể bị mất hoặc bị đánh cắp nếu thiết bị USB bị thất lạc hoặc bị đánh cắp

Phishing và Tấn Công Xã Hội (Social Engineering Attacks): Người dùng có thể bị lừa sử dụng USB không rõ nguồn gốc, chứa phần mềm độc hại

2 Giải pháp bảo mật dữ liệu USB

Để bảo vệ dữ liệu và tránh các rủi ro an ninh từ thiết bị USB, có thể áp dụng những biện pháp sau:

Mã Hóa Dữ Liệu (Data Encryption): Sử dụng phần mềm mã hóa để bảo vệ dữ liệu trên USB, đảm bảo rằng chỉ người có mật khẩu hoặc khóa giải mã có thể truy cập dữ liệu

Phần Mềm Diệt Virus và Bảo Mật (Antivirus and Security Software): Luôn cập nhật và chạy phần mềm diệt virus khi kết nối USB với máy tính để quét và loại bỏ phần mềm độc hại có thể tồn tại

Chính Sách Quản Lý USB (USB Management Policies): Các doanh nghiệp và tổ chức nên có chính sách quản lý sử dụng USB, bao gồm việc hạn chế sử dụng chỉ cho những thiết bị được tin cậy và quản lý bởi IT

Khóa Cổng USB (USB Port Locking): Ngăn chặn việc sử dụng USB trái phép bằng cách vô hiệu hóa cổng USB trừ khi được quản trị viên cho phép Lưu Ý Đến Tính Năng Bảo Mật Của Thiết Bị USB (Device Security Features): Chọn các thiết bị USB có tính năng bảo mật như quét dấu vân tay hoặc khóa điện tử

Nhận Thức Người Dùng và Đào Tạo (User Awareness and Training): Huấn luyện nhân viên về những nguy cơ an ninh từ USB và cách phòng tránh Bảo mật USB không chỉ giúp bảo vệ dữ liệu cá nhân mà còn quan trọng trong việc đảm bảo an ninh thông tin của các doanh nghiệp và tổ chức Các biện pháp bảo mật cần được xem xét cẩn thận và áp dụng một cách toàn diện để tối ưu hóa việc sử dụng USB một cách an toàn và hiệu quả