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

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

- Máy in

- Máy quét

- Chuột

- Cần điều khiển trò chơi
(Joystick).

- Máy camera số

- Bo mạch âm thanh gắn ngoài.

- Webcam

- Loa


…………………

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
mà nó cần để hoạt động:
-
Ngắt - Một thiết bị như chuột hoặc bàn phím, gửi một lượng
nhỏ dữ liệu, sẽ chọn chế độ ngắt.
-
Hàng loạt - Một thiết bị như một chiếc máy in, nhận dữ liệu
trong một gói lớn, sử dụng chế độ truyền hàng loạt.
-
Đẳng thời - Một thiết bị truyền dữ liệu theo chuỗi (lấy ví dụ
như loa) sử dụng chế độ đẳng thời.
USB chia băng thông cho phép thành những khung, và máy
tính điều khiển những khung đó.
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.

Sạc pin:
-
USB 2.0: Thiết bị cấp điện khoảng 100 miliampe ít hơn chuẩn
usb 3.0
-
USB 3.0: Cấp nhiều điện hơn cho thiết bị. Thiết bị có khả năng
xuất điện 900 miliampe . Như vậy, không chỉ hỗ trợ nhiều thiết
bị cùng lúc trên một cổng kết nối, tốc độ sạc pin qua cổng
USB cũng sẽ nhanh hơn rất nhiều.
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