BÀI THẢO LUẬN-LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ HÌNH THÀNH CẢU GIAO TIẾP USB, SO SÁNH CÁC CHUẨN USB

USB sử dụng để kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính, chúng thường được thiết kế dưới dạng các đầu cắm cho các thiết bị tuân theo chuẩn cắm-là-chạy plug-and-play mà với tính năng gắ

I Một số khái niệm về USB

II Lịch sử phát triển và hình thành của giao tiếp USB.

III So sánh giữa các chuẩn USB

1 Khái niệm USB

USB (Universal Serial Bus) là một chuẩn kết nối tuần tự trong máy tính USB sử dụng để kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính, chúng thường được thiết kế dưới dạng các đầu cắm cho các thiết bị tuân theo chuẩn cắm-là-chạy (plug-and-play) mà với tính năng gắn nóng (hot swapping) thiết bị Máy tính sẽ nhận biết và tự định cấu hình mỗi khi có thêm một thiết bị được ghép nối qua cổng USB

Mục đích đưa ra chuẩn USB là loại bỏ hạn chế nhiễu xuất hiện khi lắp đặt các thiết bị ngoại vi với số lượng điểm tiếp xúc nhỏ.

USB có ưu điểm dễ sử dụng, dễ mở rộng và tốc

độ cao Các thiết bị hiện nay hầu như được trang

bị cổng giao tiếp USB như joysticks, scanners, digital speakers, digital cameras, printers, và PC telephones…

Một hệ thống USB được mô tả bởi ba định nghĩa:

 - Kết nối USB

 - Các thiết bị USB

 - USB host

 Kết nối USB: được hiểu là kiểu kết nối mà trong đó các thiết

bị USB được kết nối và giao tiếp với máy tính chủ

 USB host: Là một máy chủ USB duy nhất trong một hệ thống

USB bất kỳ

 Thiết bị USB có thể là một trong các thiết bị sau:

 - Hub: cung cấp điểm lắp thêm vào USB

 - Các chức năng: Cung cấp các khả năng cho hệ thống như một kết nối ISDN, digital joystick, hoặc speakers

 - Thiết bị hiểu được giao thức USB

 Cáp USB bao gồm 4 dây, D+ và D- được dùng để truyền tín hiệu, Vbus và GND để cấp nguồn cho thiết bị ( Thường thì Vbus =5V còn GND=0V tại nguồn) USB truyền tín hiệu và nguồn qua một cáp 4 sợi có 3 tốc độ truyền dữ liệu:

 -USB tốc độ cao (USB high-speed): 480Mb/s

 -USB toàn tốc (USB full-speed): 12Mb/s

 -USB tốc độ thấp (USB low-speed): 1.2Mb/s

 Khi một máy tính được cấp nguồn, nó truy vấn tất cả thiết bị được kết nối vào đường truyền và gán mỗi thiết bị một địa chỉ Máy tính cũng tìm ra từ mỗi thiết bị cách truyền dữ liệu nào

Universal Serial Bus đã xuất hiện từ năm 1995 do một nhóm 7 công ty giới thiệu bao gồm: Compaq, Digital Equipment Corporation (DEC), IBM, Intel, Microsoft, NEC và Northern Telecom Từ đó đến nay công nghệ USB đã trải qua các thế hệ: USB 1.0, USB 1.1, USB 2.0, USB 3.0

 Trong những năm đầu tiên ra mắt, nhiều người cho rằng USB không thể trở thành công nghệ dẫn đầu Ngoài mục đích để kết nối các máy tính và các thiết bị thông tin và viễn thông lại với nhau, loại hình này nay đã trở thành phương tiện truyền dẫn phổ thông nhất để kết nối thiết bị chủ với các thiết bị ngoại vi, bao gồm cả các thiết bị điện tử gia dụng

 Năm 1995, USB chính thức được một nhóm gồm 7 hãng viễn thông, máy tính hàng đầu thế giới “trình làng” Nhóm gồm 7 đại gia “tiến cử” USB gia nhập thế giới thiết bị truyền dẫn dữ liệu là Compaq, Digital

Equipment Corporation (DEC), IBM, Intel, Microsoft, NEC và Northern Telecom.

 Trong những ngày sơ khai, USB được các hãng đỡ đầu tiến hành thử nghiệm kết nối các sản phẩm với nhau, thời khắc này đã trở thành sự kiện quan trọng

mà những người thân sinh ra USB gọi mốc sự kiện lịch sử này là Ngày hội kết nối hay “Plugfest“.

 Sau đó, phải mất 3 ngày để các hãng chính thức kiểm thử kết nối các sản phẩm USB mới nhất vào hệ thống máy chủ trung tâm Lúc đó, 10 thiết bị đã kết nối thành công với một PC mà không hề có trục trặc hay xung đột hệ thống, nhiều thiết bị khác được nối với PC chạy hệ điều hành Windows Trong suốt quá trình thử nghiệm, người ta thống kê được có 127 thiết

bị đã kết nối thành công với máy tính, tuy nhiên trong

số đó hầu hết là chuột dùng cổng USB.

 Chuẩn USB phiên bản 2.0 được đưa ra vào tháng tư năm 2000

và xem như bản nâng cấp của USB 1.1

 USB 2.0 (USB với loại tốc độ cao) mở rộng băng thông cho ứng dụng đa truyền thông và truyền với tốc độ nhanh hơn 40 lần so với USB 1.1 Để có sự chuyển tiếp các thiết bị mới và

cũ, USB 2.0 có đầy đủ khả năng tương thích ngược với những thiết bị USB trước đó và cũng hoạt động tốt với những sợi cáp, đầu cắm dành cho cổng USB trước đó Hỗ trợ ba chế độ tốc độ (1,5 Mbps; 12 Mbps và 480 Mbps)

USB 2.0 hỗ trợ những thiết bị chỉ cần băng thông thấp như bàn phím và chuột, cũng như thiết bị cần băng thông lớn như Webcam, máy quét, máy in, máy quay và những hệ thống lưu trữ lớn.

Hiện nay, nhiều máy tính cùng tồn tại song song hai chuẩn USB 1.1 và 2.0, người sử dụng nên xác định rõ các cổng 2.0 để

sử dụng hiệu quả Thông thường hệ điều hành Windows có thể cảnh báo nếu một thiết bị hỗ trợ chuẩn USB 2.0 được cắm vào cổng USB 1.1

Sự phát triển của chuẩn USB 2.0 đã cho phép những nhà phát triển phần cứng phát triển các thiết bị giao tiếp nhanh hơn, thay thế các chuẩn giao tiếp song song và tuần tự cổ điển trong công nghệ máy tính.

Phần lớn những máy tính ta mua ngày

nay có hai hoặc nhiều hơn một chút

(có thể là 8 đến 10) đầu cắm USB

được thiết kế sẵn trên các cổng xuất

vào/ra hoặc các đầu cắm trên bo mạch

chủ Tuy nhiên người sử dụng có thể

sử dụng các thiết bị ngoại vi hơn số

cổng sẵn có qua khả năng mở rộng

thiết bị trên các cổng USB thông qua

các USB hub.

Các hub này có thể mở rộng ra rất

nhiều cổng và nếu chúng được cung

cấp nguồn điện từ bên ngoài (sử dụng

các bộ adapter cấp nguồn riêng) sẽ cho

phép các thiết bị USB sử dụng năng

lượng từ hub mà không bị hạn chế bởi

công suất giới hạn trên cổng USB trên

máy tính M t USB hub cho ra 4 c ng USB ộ ổ

2.0

Có một công nghệ luôn cùng tồn tại với USB 2.0, đó là công

nghệ USB không dây hay WUSB Với công nghệ này bạn

có thể kết nối máy in, máy quét, bàn phím, chuột… với bất

kỳ loại dây dẫn nào giữa các thiết bị với nhau! WUSB là

một ứng dụng mở rộng của Universal Bus Protocol và thật

đáng tiếc bởi nó đã không được ứng dụng rộng rãi

Tốc độ truy cập của WUSB tương đương với USB 2.0: 480Mbps (vào khoảng 60 MB/s) Mức này chỉ đạt được nếu thiết

bị nằm trong khoảng cách 3m, nếu xa hơn (trên 10m) thì tốc độ giảm xuống chỉ còn 110Mbps (13.75 MB/s) – vẫn nhanh gấp đôi so với Wi-

Fi chuẩn G hiện nay.

Vào tháng 1/2008, các kết nối vật lý, vốn đã tạo thành USB 3.0,

đã được giới thiệu tại triển lãm CES Cáp quang đã được thay thế bởi cáp đồng và một hệ thống hoàn toàn mới được phát triển nhằm hỗ trợ tương thích ngược với các phiên bản cũ Năm chân mới được đặt sâu hơn so với các chân cũ, cho phép các đầu cắm mới, vốn dài hơn, kết nối với những chân này Thiết kế này cho phép khi các thiết bị cũ gắn vào khe cắm mới, hoặc khi gắn thiết

bị mới vào khe cắm phiên bản cũ, chỉ có 4 chân nguyên thủy được sử dụng Các đầu cắm kiểu B cũng được thay đổi để có thể chứa nhiều chân hơn Việc chỉnh sửa này được thực hiện sao cho những đầu cắm theo chuẩn USB 2.0 sẽ vừa với cổng mới, nhưng không theo chiều ngược lại Tầm quan trọng của điều này có thể

bị giới hạn do hầu hết cổng dạng B đều đi kèm với cáp phù hợp.

Vào tháng 9/2007, tại diễn đàn các nhà phát triển Intel (Intel Developer Forum), Pat Gelsinger – phó chủ tịch Intel – đã công bố việc phát triển phiên bản USB 3.0 để thay thế cho giao tiếp USB 2.0 Chuẩn mới sẽ cho phép thiết kế một đường liên kết bằng cáp quang nhằm bổ trợ cho 4 đường cáp đồng, vốn được dùng cho các kết nối USB theo chuẩn cũ, nhằm đẩy tốc độ lên mức 5.0 Gbps Vì đặc tả của 4 đường cáp đồng vẫn được giữ nguyên, giới hạn về độ dài của cáp dĩ nhiên vẫn sẽ ở mức như cũ

Sự khác biệt lớn nhất giữa các công nghệ USB chính

là tốc độ truyền dữ liệu Công nghệ USB 1.x đầu tiên chỉ có tốc độ từ 1.5Mb -12Mb/giây Thực ra đây cũng

đã là một tiến bộ so với các công nghệ truyền dữ liệu trước đó, và cho phép các thiết bị như ổ đĩa quang ngoại vi và ổ cứng ngoài hoạt động nhanh hơn nhiều

Vì là kết nối nối tiếp nên vấn đề mà người ta quan tâm đến nhiều nhất đó chính là tốc độ truyền thông dữ liệu Chính vì vậy điểm khác biệt của các version đó chính là tốc độ truyền dữ liệu nối tiếp.

 Về tốc đọ lưu trữ dữ liệu:

- USB 1.0: 12MB/s

- USB 2.0: 480 Mb/s

- USB 3.0: Tốc độ thực tế có thể từ 3,2 đến 4 Gbps Tốc độ này nhanh gấp gần 10 lần tốc độ của USB 2.0 hiện nay

 Về cấu tạo:

- USB thế hệ 1 & thế hệ 2.0: -Dây cáp USB 2.0 gồm 4 đường:

1 cho dữ liệu vào/ra, một dành cấp điện và dây cuối cùng để nối đất,cáp usb dày

- USB 3.0: Dây USB 3.0 tăng thêm 5 đường, khiến dây cáp

dày hơn khá nhiều, nhưng cổng kết nối lại được thiết kế giống hệt USB 2.0, sẵn sàng hoạt động với cả thiết bị sử dụng chuẩn

cũ Cáp USB 3.0 về cơ bản mỏng hơn lõi chứa 6 cáp đơn, nhiều hơn hai so với USB 2.0

 Tải nhận dứ liệu song song:

- USB 2.0 hiện tại vốn chỉ hỗ trợ dữ liệu một chiều tại một thời điểm

- USB 3.0: Dữ liệu sẽ được tải lên/xuống thiết bị qua hai luồng riêng biệt, không chỉ giúp tăng đáng kể tốc độ truyền dữ liệu ,

mà còn cho phép đọc/ghi cùng lúc USB 3.0 cho phép cả dữ liệu đọc và ghi có thể được thực hiện đồng thời Để làm được điều này, chuẩn mới đã bổ sung thêm 4 kênh so với chuẩn 2.0

cũ, trong đó 2 kênh truyền dữ liệu

Tương tự như nâng cấp từ 1.1 lên 2.0, các thiết bị sử dụng USB 3.0 sẽ tương thích hoàn toàn với thiết bị dùng chuẩn cũ Dây cáp USB 2.0 gồm 4 đường: 1 cho dữ liệu vào/ra, một dành cấp điện

và dây cuối cùng để nối đất Dây USB 3.0 tăng thêm 5 đường, khiến dây cáp dày hơn khá nhiều, nhưng cổng kết nối lại được thiết kế giống hệt USB 2.0, sẵn sàng hoạt động với cả thiết bị sử dụng chuẩn cũ.Tốc độ tối đa 4,8 Gbps Intel khẳng định tốc độ truyền tải dữ liệu tối đa qua kết nối USB 3.0 Superspeed sẽ gấp

10 lần giới hạn 480Mbps của chuẩn 2.0 Chuyển một bộ phim

HD độ phân giải cao dung lượng 27GB từ PC qua kết nối USB 3.0 sang thiết bị giải trí sẽ chỉ mất 70 giây trong khi cần tới 15 phút qua 2.0 Tất nhiên bạn chỉ có thể tận dụng lợi thế này nếu tốc

độ đọc/ghi của thiết bị cũng nhanh tương ứng Ổ cứng flash SSD cao cấp sẽ được lợi nhiều nhất, trong khi ổ cứng từ truyền thống

bị giới hạn ở số vòng quay và tốc độ đọc/ghi Các hệ điều hành cũng sẽ cần phần mềm điều khiển (driver) khác cho chuẩn 3.0