نظرة عامة على SuperSpeed ​​USB 3.0

لا يزال الناقل التسلسلي العالمي (USB) هو الواجهة المهيمنة في أسواق أجهزة الكمبيوتر الشخصية والهواتف المحمولة والإلكترونيات الاستهلاكية والاتصالات. لسنوات عديدة، كان USB 2.0 هو المعيار الصناعي لتوصيل أجهزة الكمبيوتر الشخصية، حيث يوفر نطاق ترددي كافٍ لمجموعة من أجهزة التطبيقات المتصلة بجهاز كمبيوتر مضيف، إما بشكل مباشر أو عبر محاور. ومع ذلك، فإن النطاق الترددي الأقصى البالغ 480 ميجابايت في الثانية لـ USB 2.0 لم يعد كافياً لتلبية المتطلبات المتزايدة لمقاطع الفيديو عالية الدقة وأجهزة التخزين التي تبلغ سعتها تيرابايت والصور الرقمية عالية الدقة والهواتف المحمولة الغنية بالوسائط المتعددة.

تضمن مواصفات USB 3.0 التوافق مع USB 2.0، وهي ميزة أساسية في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية. ويهدف التصميم إلى تزويد المستخدمين بنفس تجربة واجهة USB 2.0 مع توفير نطاق ترددي محسن بشكل كبير. يستخدم USB 3.0 بنية ناقل مزدوج، تدمج كل من واجهة USB 2.0 ومكون SuperSpeed ​​الذي تم تطويره حديثًا.

بروتوكول USB 3.0

USB 3.0، المعروف أيضًا باسم SuperSpeed، هو بروتوكول اتصال متعدد الطبقات يتكون من مضيف وجهاز وربط SuperSpeed. وهو يتيح التوافق بين الأجهزة من مختلف البائعين مع الحفاظ على التوافق مع البنية الأساسية USB الموجودة، بما في ذلك برامج تشغيل الأجهزة وواجهات البرامج. تم تصميم USB 3.0 لتعزيز بنية الكمبيوتر الشخصي، ويمتد إلى أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة سطح المكتب التجارية والبيئات المنزلية والاتصالات بين الأجهزة.

يشتمل بروتوكول SuperSpeed ​​USB 3.0 على العديد من الجوانب الرئيسية، بما في ذلك

• يوفر المنتج نطاق ترددي معزز يصل إلى 5 جيجابت في الثانية.

• نقل البيانات ثنائي الاتجاه

• متوافق مع الإصدارات السابقة

• تم تعزيز الحد الأقصى لسعة التيار للحافلة.

• تحسين إدارة طاقة الحافلة

• إدارة الطاقة المُحسّنة

تم تطوير USB 3.0 لتحقيق أداء محسن من خلال العديد من التحسينات الفنية. وأبرز هذه التحسينات هو إضافة زوج تفاضلي جديد إلى جانب ناقل بيانات USB 2.0 الحالي. بينما يستخدم USB 2.0 أربعة أسلاك (الطاقة والأرض وزوج للبيانات التفاضلية)، يقدم USB 3.0 أربعة أسلاك إضافية وإشارة أرضية، مما يؤدي إلى إنشاء زوجين آخرين من الإشارات التفاضلية للاستقبال والإرسال. وينتج عن هذا إجمالي تسعة أسلاك في الكابلات والموصلات.

إن الزوجين الإضافيين ضروريان لتلبية متطلبات عرض النطاق الترددي لـ SuperSpeed ​​USB 3.0. لقد انتقلت طريقة الإشارة من الاستطلاع المستمر إلى غير المتزامن، على الرغم من أنها تظل موجهة للمضيف. كما يوفر USB 3.0 واجهة بيانات ثنائية الاتجاه، على عكس تصميم نصف الدوبلكس لـ USB 2.0، والذي يقيد تدفق البيانات إلى اتجاه واحد في كل مرة. وبشكل جماعي، تحقق هذه الترقيات زيادة عشرة أضعاف في عرض النطاق الترددي النظري، مما يتيح نقل كميات كبيرة من البيانات في الوقت الفعلي.

يقدم USB 3.0 العديد من التحسينات لتحسين كفاءة الطاقة. تتضمن الميزات الرئيسية إدارة الطاقة على مستوى الارتباط، مما يسمح إما للمضيف أو الجهاز ببدء حالات توفير الطاقة أثناء فترات الخمول. يمكن لطبقة الارتباط الدخول في حالات طاقة أقل تدريجيًا عند الخمول، مما يقلل من استهلاك الطاقة. يتم التخلص من استطلاع الأجهزة المستمر، وإزالة إرسال حزم البث عبر المحاور. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للأجهزة تعليق الوظائف الفردية أو الدوائر غير المستخدمة، مما يوفر المزيد من الطاقة.

يمكن أن يُعزى انتشار استخدام USB على نطاق واسع إلى ثلاثة عوامل رئيسية: تصميمه سهل الاستخدام، والوجود الواسع لأجهزة USB في أجهزة الكمبيوتر الشخصية وغيرها من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، والدعم الشامل للبرامج من برامج تشغيل USB المدمجة في جميع أنظمة التشغيل الرئيسية. يعتمد USB 3.0 على الأساس الذي أسسه USB 2.0، مما يعزز الأداء لتلبية متطلبات التطبيقات ذات النطاق الترددي العالي التي كانت مقيدة في السابق.

تتضمن التحسينات الإضافية للأداء ما يلي

:

• تم تحسين بث النقل الشامل لتحسين الأداء.

• يجب تنفيذ عمليات نقل متزامنة مع حالات ارتباط منخفضة الطاقة بين فترات الخدمة.

• إبلاغ المضيف بتسامح زمن الوصول لتحسين واجهة USB.

ملخص للميزات والفوائد الجديدة لـ USB 3.0

يُعد USB 3.0 حلاً مثاليًا لمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك أجهزة تخزين البيانات الضخمة ذات الحالة الصلبة، وبث الفيديو ونقله، ومحطات إرساء أجهزة الكمبيوتر، وواجهات الصوت متعددة القنوات، وكاميرات الويب عالية الدقة وكاميرات المراقبة، وحلول عرض الفيديو مثل تقنية الرسوميات USB من DisplayLink. بالإضافة إلى ذلك، يسهل USB 3.0 الاتصال بكاميرات الفيديو الرقمية والثابتة، وأجهزة الوسائط الخارجية مثل مشغلات Blu-ray ومحركات الأقراص الصلبة الخارجية، والمزيد. ومع استمرار نمو استخدام أجهزة الكمبيوتر المنزلية ذات الوسائط المتعددة ومحركات الأقراص الخارجية عالية السعة، يوفر USB 3.0 حلاً بسيطًا وفعالًا لنقل ملفات الوسائط الكبيرة، مما يعزز تجربة المستهلك.

إن زيادة عرض النطاق الترددي لـ USB 3.0 تعمل على تحسين أداء الجهاز بشكل كبير، مما يوفر تجربة مستخدم متفوقة مقارنة بـ USB 2.0. وفي حين لم يكن USB 2.0 قادرًا على دعم الفيديو عالي الدقة بسبب حد 480 ميجابت في الثانية، فإن عرض النطاق الترددي الأقصى لـ USB 3.0 الذي يبلغ 5 جيجابت في الثانية يتيح نقل الفيديو عالي الدقة مع انخفاض زمن الوصول، مما يؤدي إلى تحسن ملحوظ في جودة الفيديو. على سبيل المثال، يتطلب DVI أحادي الرابط معدل نقل يبلغ حوالي 2 جيجابت في الثانية، وهو ما لا يستطيع USB 2.0 دعمه. تتيح سعة USB 3.0 لتقديم 5 جيجابت في الثانية حلول فيديو متفوقة ومن المتوقع أن تسهل توسع USB في المنتجات والتطبيقات الجديدة التي لم يتمكن USB 2.0 من دعمها بشكل فعال.