Существует множество разновидностей и модификаций даже самого простого и доступного электронного оборудования, такого, например, как карты памяти.

Не многие обращали внимание, но даже они имеют две распространенные модификации – 3.0 и 2.0.

В данной статье мы рассмотрим USB 2.0 и USB 3.0, обсудим их отличия и скорость.

Особенности понятия

Существуют всеми известные прямоугольные посты для подключения формата USB. В них нужно подключать соответствующие кабели, карты памяти и т. п.

Физически все эти порты одинаковы (по габаритам и внешнему виду), в них можно подключать любое устройство соответствующего формата.

Однако порты отличаются по конфигурации, и существует их два вида USB 2.0, и USB 3.0. Как ясно из обозначения, версия 3.0 является более новой и современной, чем 2.0. Она обладает лучшими эксплуатационными характеристиками по многим параметрам. Однако данные форматы являются условно совместимыми, то есть особой проблемы подбор соответствующих устройств представлять не будет.

Тем не менее, эти конфигурации имеют достаточно сильно отличающиеся эксплуатационные характеристики, и именно о них будет рассказано в данном материале.

История

Чтобы полностью понимать различия между двумя этими версиями, необходимо разобраться в том, что такое USB, как работает такой порт и чем принципиально отличен от других типов.

USB – это аббревиатура от англоязычного словосочетания «универсальная последовательная шина» (universal serial bus).

Основное положительное отличие такого формата от всех остальных в том, что с его помощью можно передавать абсолютно любые данные и типы информации, по такому порту можно подключить любое устройство.

Именно эти особенности делают данный тип слота таким популярным и распространенным на протяжении уже очень многих лет. За это время появилось множество его разновидностей и конфигураций, основное отличие между которыми в скорости работы.

Старые ПК не отличались высокой универсальностью подключений – они имели множество разнообразных портов под те или иные цели, то или иное оборудование. Но начиная с 1994 года велась разработка над многофункциональным универсальным портом, каким и стал в итоге USB. Первая версия устройства, похожего на современное, появилась в 1996 году и носила обозначение 1.0.

Скорость ее была минимальной и едва дотягивала до 1,5 Мбит/с. А в 2000 году появилась следующая версия – 2.0, и она имела более применимую для работы скорость 480 Мбит/с.

Такая скорость уже позволяла действительно пользоваться портом в полной мере, так как наконец стало возможным подключать к порту простенькое оборудование, вроде мышек и клавиатур.

Версия 3.0, которая является самой новой и современной в настоящий момент, увидела свет в 2008 году. Она теоретически позволяет развить очень высокую скорость, вплоть до 5 Гб/сек. Такая скорость позволяет подключать к порту не только простое оборудование и карты памяти, но и более или менее сложные и производительные устройства, например, жесткие диски.

Основные отличия

Чем же отличаются разновидности этих портов друг от друга?

Можно выделить несколько основных различий:

Визуально отличить все три версии друг от друга очень просто – версия 1.0 отсутствует на всех компьютерах, выпущенных после 2009 года, порты версии 2.0 не имеют окраски (цвет белый), а порты версии 3.0 окрашены в синий цвет, так что определить их можно еще до покупки устройства, не заглядывая в техническую документацию; Скорость передачи - главное функциональное отличие этих устройств. Оно становится очевидным при их использовании, и именно оно – причина того, что одно и тоже устройство в разных портах может работать с разной скоростью. Хотя скорость передачи версии 3.0 реально гораздо ниже заявленных максимальных 5 Гб/с, она все равно остается гораздо более высокой, чем у второй версии; Эксплуатационное отличие также имеется и оно заключается в силе тока. Если в старой версии она составляла 500 мА, то в новой она составляет уже почти 900 мА. Благодаря этой особенности такой порт может питать электроэнергией несколько мощных устройств при использовании разветвителя; С точки зрения непосредственного устройства кабеля также есть некоторые различия. Если старая версия имела всего 4 провода под оплеткой, то новая имеет их 8, благодаря чему ускоряется работа. Но также именно по этой причине кабель новой версии более толстый. В этом есть и негативные стороны, так как такое устройство кабеля ограничило его максимально возможную длину до 5 метров и значительно повысило его стоимость; Ни одна старая версия операционной системы Windows, включая ХР не будет работать с новой версией порта , так как технически не приспособлена для этого. Все кабели и порты версии 3.0 все равно при подключении к устройству с такой старой операционной системой будут работать в версии 2.0.

Таким образом, хотя данная версия и имеет ряд неоспоримых преимуществ, как более новая, имеются у нее и серьезные недостатки.

Ограниченность длины кабеля может быть очень неудобной для многих пользователей, а особенно при организации рабочих мест.

Совместимость

Совместимы ли версии 2.0 и 3.0, можно ли подключить кабель одной версии к порту другой?

Технически это возможно – устройство будет исправно работать, так как порты физически совместимы. Однако всегда будут возникать значительные изменения в функционировании.

А именно, при такой комбинации USB всегда будет работать по параметрам более старой версии, то есть, в данном случае, в формате 2.0.

Дело в том, что тогда как новая версия приспособлена для временного «отката» до старой, старая просто не имеет технических и конструктивных возможностей для работы в формате 3.0, как ясно из написанного выше.

Таким образом, данные версии можно назвать условно совместимыми.

Вывод

Нужно понимать, что абсолютно все новое и современное оборудование выпускается с портами и кабелями версии USB 3.0, потому наиболее целесообразно покупать компьютер и ноутбук тоже с этой версией для достижения максимальной эффективности в работе.

Новая версия работает не только быстрее, но и гораздо стабильнее из-за некоторых особенностей передачи потока данных, а кроме того, пары версий 3.0-3.0 реже дают сбои, чем 3.0-2.0 (когда в порт второй версии подключено устройство третьей, или наоборот).

Так как отличить USB 3.0 и USB 2.0? Ну то, что usb 3.0 быстрее, и так уже все знают, но мало кто знает, как отличить подделку от настоящей или как вообще они отличаются.

Для начала глянем на наши первые USB, так называемые 1.0 usb, они используются даже в новых мышках, вебкамерах, всех тех устройствах, кому первого usb хватает сполна:

Как видим, у них внутри 4-ре контакта и пластмасса под ними белого цвета. Это простой способ определить, что это 1-ый usb.

Теперь глянем на 2-ой:

Тут, конечно, сложно рассмотреть и понять, что там 4-ре контакта и под ними черная пластмасса — это явный признак usb 2.0. Как мы уже знаем, 2.0 и 1.0 совместимы, отличии лишь в скорости: 2.0 быстрее в скорости, но быстрее не флешка читает, а быстрее работает контроллер, через который идет общение. Конечно на usb 2.0 обычно указывают, что это 2-ой usb, но случаи всякие бывают.

Глянем, как выглядит разъем usb 2.0:

Как видим, он так же черного цвета, хотя производители в редких случаях меняют этот цвет намеренно (дизайн), но правильный цвет должен быть черный у 2.0 usb.

А теперь, наконец, глянем на 3.0:

Это самое удачное фото из всех, что я делал, на usb 3.0 девять контактов: 4 спереди и 5 сзади (они чуть приподняты выше):

И как видим, пластмасса под контактами синего цвета — это явный признак 3.0: ведь они должны везде делать ее синего цвета.

Вот разьем usb 3.0:

Надпись SS говорит о том, что там контроллер сделан под Super Speed, то есть максимально возможную скорость. Такую можно увидеть и на внешних жестких дисках 3.0.
Если и внешник SS и разъем SS, то будет максимальная скорость передачи данных.

Итак, проблема, как отличить, если дизайн, например, синий, как тут:

Тут пластмасса синяя, но он usb 2.0. Так как отличать? — по контактам, я говорил, что у третьего девять контактов, а у второго четыре:

Вот она в разборе, и тут уже хорошо видно, что тут только 4-ре контакта.

Usb 3.0 совместим с 2.0 и 1.0, так что в разъемы 3.0 можно втыкать и 2.0, и 1.0. Если вставить в третий usb разъем 2.0, то будет скорость 2.0, если 1.0, то скорость 1.0. Так что не бойтесь вставлять в него и другие. Просто когда вам нужна будет скорость, и у вас будет 3.0 устройство, вставьте его именно в 3.0. У USB 3.0 внутренний разъём поддерживает скорость передачи до 5 Гбит/с.

Недавно на рынок вышел так называемый USB 3.1, он обозначается как SS (Super Speed) у каждого из разъемов. Он быстрее usb 3.0 и имеет совместимость со вторым и первым usb. USB 3.1 либо черного, либо синего (как в моем случае цвета), а 3.0 только синего .

Если мы подключаем флешку 3.0 к компьютеру, который предусматривает поддержку портов USB 3.0, при этом видим сообщение «Это устройство может работать быстрее при подключении к Super-Speed USB 3.0 », это, друзья, значит, что мы либо вставляем флешку не в порты USB 3.0 (с синим язычком), либо с их функционированием имеются проблемы, и они работают в режиме USB 2.0. В чём кроются причины проблем с работой портов USB 3.0 на компьютерах, и как решаются такие проблемы, в этом попытаемся разобраться в сегодняшней статье.

Напомню, пропускная способность интерфейса USB 2.0 - 60 Мб/с, а USB 3.0 – в 10 раз больше, 625 Мб/с. Естественно, редкие из съёмных накопителей, подключаемых к портам USB 3.0 компьютера, работают на пределе возможностей этого интерфейса, но он имеет принципиальное значение для отдельных устройств хранения информации. Так, например, многие современные модели внешних HDD на интерфейсе USB 3.0 смогут выдать линейную скорость 100-170 Мб/с. Собственно, то же, что и при подключении внутренних жёстких дисков к SATA-интерфейсу. Тогда как на интерфейсе USB 2.0 линейная скорость внешних жёстких дисков в среднем обычно держится на отметке 30 Мб/с. Флешки 3.0 на интерфейсе USB 3.0 записывают данные быстрее в 2-3 раза, а читают – быстрее в 3-5 раз. Кстати, в мы детально говорили о скоростях работы флешек на интерфейсах USB 2.0 и 3.0. В общем, друзья, если у вас есть съёмный накопитель 3.0, считаю, что разбираться с работоспособностью порта USB 3.0, если с ним возникли проблемы – дело стоящее.

Настройки в BIOS

Порты USB 3.0 могут работать в рамках возможностей USB 2.0, если таким образом они настроены в BIOS. Этот момент необходимо проверить в первую очередь. Заходим в BIOS и ищем, где настраиваются USB-порты, обычно это раздел расширенных настроек «Advanced» и подраздел «USB Configuration». Или нечто с подобными названиями. Здесь необходимо проверить, активна ли поддержка USB 3.0. Параметр «USB 3.0 Support» должен иметь значение «Enable» (Включено). Значение «Enable» также должно быть у параметра «XHCI hand-off», он может называться «XHCI Pre-Boot Mode», просто «XHCI» или как-то по-другому, но с присутствием ключевого термина «XHCI».

XHCI – это контроллер USB 3.0, и если в BIOS не реализован отдельным пунктом параметр поддержки этого интерфейса типа «USB 3.0 Support», его включение/отключение реализуется за счёт контроллера. На некоторых материнских платах у параметра контроллера XHCI могут быть и другие значения типа «Auto» или «Smart Auto», обеспечивающие работу портов USB 3.0 в режиме 2.0 до загрузки операционной системы со своими драйверами USB 3.0. И такие значения производителями компьютерных устройств обычно выставляются по умолчанию, дабы сделать возможной работу с современным интерфейсом USB внутри операционных систем, при этом избежать краха установки отдельных из них, в составе дистрибутива которых нет драйверов USB 3.0. Самый яркий пример – официальные сборки Windows 7, проблему с отсутствием драйверов которой мы обсуждали и решали . Если на вашем, друзья, ПК или ноутбуке для случаев установки Windows 7 без интегрированных драйверов USB 3.0 имеются рабочие порты USB 2.0 (с чёрным язычком), можно смело ставить настройку контроллера XHCI в положение «Enable». Только при установке «Семёрки» не забывать о том, что флешку нужно вставлять в порт USB 2.0.

Обновление драйвера

Внутри Windows работать на уровне USB 2.0 интерфейс USB 3.0 может по банальной причине некорректной установки драйвера контроллера. Решается такая проблема любым из способов борьбы с некорректно установленными драйверами – это либо их обновление, либо переустановка. Используем для начала штатные возможности Windows. Идём в диспетчер устройств. Раскрываем ветку «Контроллеры USB». Кликаем расширяемый хост-контроллер. Чаще он значится как «Расширяемый хост-контроллер Intel(R) USB 3.0», но в нашем случае, например, его производителем является японская компания Renesas. Вызываем на нём контекстное меню и выбираем обновление драйвера.

Последовательная универсальная шина, Universal Serial Bus, спецификации 3.0 была представлена в 2008 году и, следовательно, должна иметь отличия от своей предшественницы USB 2.0, появившейся на свет в 2000 году. Оба интерфейса были разработаны с целью упрощения подключения огромного парка периферийных устройств к ноутбукам или системным блокам стационарных вариантов компьютеров.

Прежде всего, обратим внимание на тот факт, что скорость передачи данных у порта USB 3.0 возросла в 10 раз по сравнению с предыдущей версией. Если старый интерфейс мог обеспечить работу внешних устройств с максимальной скоростью 480 Мбит/с, то новому изделию стали доступны скорости до 4,8 Гбит/с. Это означает, что порцию информации объемом 1 Тбайт USB 3.0 теоретически может передать всего за 28 минут. Максимальная скорость при этом составит 600 Мбайт/с. На практике из-за некоторых ограничений данный объем информации удается скачать за 40-60 мин. Для версии USB 2.0 указанное время возрастает в десять раз. Новая возможность достигнута благодаря двум дополнительным линиям связи, передающим сигналы посредством витой пары.

Следующее отличие относится к энергетическим характеристикам. Как известно, универсальные интерфейсы имеют встроенные шины питания, позволяющие питать подключаемые внешние устройства небольшой мощности. Разъемы имеют специальные контакты, на которые выводится напряжение 5 В. Вариант USB 2.0 гарантирует максимальный рабочий ток до 500 мА. Часто этого тока не всегда хватает, чтобы питать подключаемую периферию, не имеющую собственного блока питания.

Например, некоторые образцы внешних жестких дисков для своей работы требуют ток 800 мА. Чтобы выйти из положения, производители снабжают кабель внешнего устройства двумя спаренными разъемами USB и таким путем уменьшают нагрузку на каждый порт USB 2.0. Однако пользователи часто ошибаются и подключают устройство, используя только один разъем. От этого порт перегружается по питанию, что приводит к выходу его из строя.

Новая спецификация 3.0 имеет более мощную шину питания, что позволяет использовать внешние устройства, потребляющие максимальный ток до 900 мА. Более того, в линейке вариантов разъемов для USB 3.0 имеется тип Powered-B, который за счет дополнительных контактов может отдать в нагрузку ток до 1000 мА, без какого-либо вреда для себя.

Конструктивно существующие разъемы Universal Serial Bus версий 3.0 и 2.0 различаются между собой. Как уже было сказано, увеличено количество контактов, изменена конструкция элементов, появились новые типы разъемов. При эксплуатации этих интерфейсов пользователю нужно знать следующее правило. Если какие-либо типы корпусных разъемов и их соответствующие кабельные вставки версий USB 3.0 и USB 2.0 допускают взаимную стыковку между собой, то соединение будет работоспособным, но только по спецификации 2.0. Визуально новые разъемы USB 3.0 легко отличаются по цвету: производители договорились окрашивать их в синий цвет.

Сегодня универсальные порты Universal Serial Bus распространены достаточно широко. Поэтому пользователям компьютерной техники и периферийных устройств, подключаемых к ней, следует знать об отличиях и возможностях этих интерфейсов, чтобы использовать их правильно и в полной мере.

В современной IT-индустрии часто случается так, что заверения производителя устройства относительно его функциональности не соответствуют действительности. От скепсиса по этому поводу перейдем к решению конкретной технической задачи…

Постановка задачи

В нашей тестовой лаборатории оказался USB Flash накопитель Kingston DataTraveler 3.0 . Согласно информации производителя, устройство поддерживает USB 3.0. Проверим, так ли это на самом деле, не разбирая флешку и не нарушая гарантию.

Аппаратный тест

Присмотревшись к разъему, за четырьмя «ближними » контактами, обеспечивающими поддержку USB 2.0, мы, как и ожидалось, обнаружили пять «дальних » контактов, используемых только в режиме USB 3.0 Super Speed . Измеряем сопротивление сигнальных линий USB 3.0 относительно земли, получаем значения, отличные от бесконечности. Вывод: контакты USB 3.0 физически присутствуют и не заканчиваются тупиком. Измерение выполнялось омметром на пределе, используемом для проверки полупроводниковых диодов. Для доступа к «дальним» контактам разъема USB 3.0 можно сконструировать переходник или воспользоваться тонким и длинным щупом, например иглой. Полученный результат является необходимым, но не достаточным условием функционирования устройства в режиме USB 3.0 Super Speed. Может случиться так, что сигнальные цепи заканчиваются терминирующими резисторами, но не подключены к контроллеру. Поэтому переходим к следующему тесту – программному.

Программный тест

Эксперимент выполняем на достаточно новой, еще не исследованной плате Tyan S5533 , построенной на чипсете Denlow .

Рис 1 . Системная плата Tyan S5533 в ITX-формате

Чтобы исключить влияние драйверов, запускаемых в сеансе операционной системы, наш тест будет «экстремально низкоуровневым», запускаться будем под DOS, а результаты контролировать путем просмотра дампа Memory Mapped I/O регистров контроллера USB.

Последовательность действий такова.

1) Воспользовавшись бета-версией утилиты USB.EXE разработки IC Book Labs, определим адрес блока конфигурационных регистров контроллера XHCI, в нашем примере это bus=0, device=14h, function=0. Также определим базовый адрес блока операционных регистров в пространстве Memory Mapped I/O, в нашем примере он равен F7500000h.

Рис 2 . Результаты работы утилиты USB.EXE. Адрес блока конфигурационных регистров XHCI: bus=0, device=14h, function=0. Базовый адрес операционных регистров XHCI равен F7500000h.

2) Как известно, в целях совместимости с программным обеспечением, не поддерживающим контроллер USB 3.0 XHCI, на данной платформе, по умолчанию, порты USB 3.0 обслуживаются контроллером USB 2.0 EHCI. Наша задача – перевести их в режим обслуживания контроллером USB 3.0 XHCI. Воспользуемся документацией Intel 8 Series / С220 Series Chipset Family Platform Controller Hub Datasheet и любой утилитой, позволяющей редактировать содержимое регистров системной логики.

Программируем регистр USB 3.0 Port Routing Mask Register. Записываем по адресу bus=0, device=14h, function=0, register=0DCh байт со значением 0FFh.

Программируем регистр USB 3.0 Port Super Speed Enable Register. Записываем по адресу bus=0, device=14h, function=0, register=0D8h байт со значением 0FFh.

Рис.3 . Регистр USB 3.0 Port Routing Mask Register

Рис.4 . Регистр USB 3.0 Port Super Speed Enable Register

3) Считываем и расшифровываем согласно рис.5 и рис.6 исходное состояние нескольких битовых полей из младших 16-битов 32-битного регистра PORTSCNUSB3 до подключения устройства к исследуемому порту. Регистр находится по смещению 0570h от базового адреса блока операционных регистров контроллера, его адрес F7500000h+0570h=F7500570h

Прочитанное значение = 02A0h = 0000.00 10.1010.0000 b
D0=Current Connect Status=0. Устройство не подключено.
D1=Port Enabled/Disabled=0. Порт не используется.
D=Port Speed=0000b. Скорость не определена.

Рис.5 . Регистр USB 3.0 Port Status and Control Register, биты

Рис.6 . Регистр USB 3.0 Port Status and Control Register, биты

4) Подключаем USB 3.0 флэшку, затем повторно считываем регистр и расшифровываем те же битовые поля.

Прочитанное значение = 1203h = 0001.00 10.0000.0011 b
D0=Current Connect Status=1. Устройство подключено.
D1=Port Enabled/Disabled=1. Порт используется.
D=Port Speed=0100b. Скорость равна 5.0 Gbit/S, режим USB 3.0 Super Speed работает.

5) Для самоконтроля, подключаем USB 2.0 флэшку к тому же порту, затем повторно считываем регистр и расшифровываем те же битовые поля. Прочитанное значение = 02A0h, что соответствует отсутствию подключения. Так и должно быть, регистр PORTSCNUSB3 «не видит» USB 2.0 устройство, так как оно обслуживается другой подсистемой и статус подключения доступен посредством другого регистра – PORTSCNUSB2, рассмотрение которого выходит за рамки наших исследований.

Резюме

Испытуемая флэшка действительно поддерживает режим USB 3.0 .

Если формализовать и запрограммировать описанные действия в виде DOS-программы или UEFI-приложения, получится небольшая утилита, позволяющая быстро определить, в каком скоростном режиме работает USB устройство. Для упрощения нашего примера, мы реализовали его для частного случая – подсистемы USB платы Tyan S5533 и использования первого порта, поэтому адрес регистра PORTSCNUSB3 в нашем примере – константа. В общем случае, для того, чтобы программа была работоспособна на всех платформах, адрес регистра PORTSCNUSB3 должен вычисляться на основании содержимого полей XHCI Capabilities, в соответствии со спецификацией USB 3.0 XHCI. С другой стороны, достигнуть универсальности можно значительно проще и изящнее, используя UEFI-протоколы вместо прямого взаимодействия с регистрами контроллера.

Источники информации

UPD

В качестве «подопытного кролика» использовался девайс Kingston DataTraveler 100 G3, объемом 16 GB:

UPD-II

1. Дескрипторы устройств, доступные для просмотра с помощью различных информационных утилит индицируют потенциальные возможности устройства. Скоростной режим, установленный для USB порта при подключении устройства, не всегда соответствует возможностям, декларированным в дескрипторах.

Устройство, декларирующее поддержку USB 3.0, может работать в режиме USB 2.0 из-за заводских недоработок, неисправного кабеля и многих других причин. При этом содержимое дескрипторов может указывать на поддержку режима USB 3.0.

Конечно, содержимое дескрипторов устройства - это более достоверный источник информации, чем надпись на флешке и клятвы продавца. Но по причинам, указанным выше, достоверность отлична от 100 процентов.

Именно стремление довести достоверность до 100% побудила нас на экстремально низкоуровневые исследования.

2. Другой метод – проследить в диспетчере устройств, какой контроллер является родительским для флешки (USB 2.0 EHCI или USB 3.0 XHCI), также неэффективен, так как, согласно спецификации, контроллер USB 3.0 XHCI может поддерживать все виды устройств: от Low-Speed до Super Speed. Поэтому, из того, что для флешки родительским контроллером является xHCI не следует, что устройство работает в режиме Super Speed.