نظرة عامة على SuperSpeed ​​USB 3.0

لا يزال الناقل التسلسلي العالمي (USB) الواجهة السائدة في أسواق أجهزة الكمبيوتر، والهواتف المحمولة، والإلكترونيات الاستهلاكية، والاتصالات. لسنوات، ظل USB 2.0 هو المعيار الصناعي لتوصيل أجهزة الكمبيوتر، موفرًا نطاقًا تردديًا كافيًا لمجموعة من أجهزة التطبيقات المتصلة بجهاز كمبيوتر مضيف، إما مباشرةً أو عبر موزعات. ومع ذلك، فإن النطاق الترددي الأقصى البالغ 480 ميجابت في الثانية لـ USB 2.0 لم يعد كافيًا لتلبية المتطلبات المتزايدة للفيديو عالي الدقة، وأجهزة التخزين بسعة 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. يهدف التصميم إلى توفير تجربة مماثلة لواجهة USB 2.0 للمستخدمين مع تحسين كبير في عرض النطاق الترددي. يستخدم USB 3.0 بنية ناقل مزدوج، تجمع بين واجهة USB 2.0 ومكون SuperSpeed ​​المُطوّر حديثًا.

بروتوكول USB 3.0

USB 3.0، المعروف أيضًا باسم SuperSpeed، هو بروتوكول اتصال متعدد الطبقات يتكون من جهاز مضيف وجهاز وشبكة SuperSpeed. يتيح هذا البروتوكول التوافق بين الأجهزة من مختلف الموردين مع الحفاظ على التوافق مع البنية التحتية USB الحالية، بما في ذلك برامج تشغيل الأجهزة وواجهات البرامج. صُمم USB 3.0 لتحسين بنية الكمبيوتر، ويغطي نطاقًا واسعًا من أجهزة الكمبيوتر المحمولة، وأجهزة الكمبيوتر المكتبية 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 البسيط

• متوافق مع الإصدارات السابقة

• تم تعزيز الحد الأقصى لسعة التيار للحافلة.

• تحسين إدارة طاقة الحافلة

• إدارة الطاقة المُحسّنة

طُوِّر USB 3.0 لتحقيق أداء مُحسَّن من خلال العديد من التحسينات التقنية. أبرزها إضافة زوج تفاضلي جديد إلى جانب ناقل بيانات USB 2.0 الحالي. بينما يستخدم USB 2.0 أربعة أسلاك (طاقة، أرضي، وزوج للبيانات التفاضلية)، يُقدِّم USB 3.0 أربعة أسلاك إضافية وإشارة أرضية، مما يُنشئ زوجين إضافيين من الإشارات التفاضلية للاستقبال والإرسال. وينتج عن ذلك تسعة أسلاك في الكابلات والموصلات.

يُعدّ الزوجان الإضافيان ضروريين لتلبية متطلبات عرض النطاق الترددي فائق السرعة USB 3.0. وقد انتقلت طريقة الإشارة من الاستطلاع المستمر إلى غير المتزامن، مع بقائها موجهة للمضيف. كما يوفر USB 3.0 واجهة بيانات ثنائية الاتجاه، على عكس تصميم نصف المزدوج في USB 2.0، الذي يحصر تدفق البيانات في اتجاه واحد في كل مرة. تُحقق هذه الترقيات مجتمعةً زيادةً في عرض النطاق الترددي النظري بمقدار عشرة أضعاف، مما يُتيح نقل كميات كبيرة من البيانات في الوقت الفعلي.

يُقدّم USB 3.0 العديد من التحسينات لتحسين كفاءة الطاقة. تشمل الميزات الرئيسية إدارة الطاقة على مستوى الرابط، مما يسمح للجهاز المضيف أو الجهاز بتفعيل حالات توفير الطاقة أثناء فترات الخمول. يمكن لطبقة الرابط الدخول في حالات طاقة منخفضة تدريجيًا عند الخمول، مما يُقلل من استهلاك الطاقة. كما يُلغى الاستقصاء المستمر للأجهزة، ويُزال إرسال حزم البث عبر الموزعات. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن للأجهزة تعليق وظائف أو دوائر كهربائية غير مستخدمة، مما يُوفر المزيد من الطاقة.

يُعزى انتشار استخدام USB على نطاق واسع إلى ثلاثة عوامل رئيسية: تصميمه سهل الاستخدام، والانتشار الواسع لأجهزة USB في أجهزة الكمبيوتر وغيرها من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، والدعم الشامل للبرامج من خلال برامج تشغيل USB المدمجة في جميع أنظمة التشغيل الرئيسية. يعتمد USB 3.0 على الأساس الذي أرساه USB 2.0، مما يُحسّن الأداء لتلبية متطلبات التطبيقات عالية النطاق الترددي التي كانت محدودة سابقًا.

تتضمن التحسينات الإضافية للأداء ما يلي

:

• تم تحسين بث النقل الجماعي 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

يُعدّ USB 3.0 حلاً مثاليًا لمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك أجهزة تخزين البيانات 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 DisplayLink USB للرسومات. كما يُسهّل USB 3.0 الاتصال بكاميرات الفيديو الرقمية والثابتة، وأجهزة الوسائط الخارجية مثل مشغلات أقراص Blu-ray ومحركات الأقراص الصلبة الخارجية، وغيرها. ومع تزايد استخدام أجهزة الكمبيوتر المنزلية ومحركات الأقراص الخارجية عالية السعة، يوفر USB 3.0 حلاً بسيطًا وفعالًا لنقل ملفات الوسائط الكبيرة، مما يُحسّن تجربة المستخدم.

يُحسّن عرض النطاق الترددي المُحسّن لمعيار USB 3.0 أداء الجهاز بشكل ملحوظ، مُوفرًا تجربة مستخدم فائقة مقارنةً بمعيار USB 2.0. في حين لم يكن بمقدور USB 2.0 دعم الفيديو عالي الدقة نظرًا لسرعته البالغة 480 ميجابت في الثانية، فإن عرض النطاق الترددي الأقصى لمعيار USB 3.0، والبالغ 5 جيجابت في الثانية، يُمكّن من نقل الفيديو عالي الدقة مع زمن انتقال أقل، مما يُؤدي إلى تحسين ملحوظ في جودة الفيديو. على سبيل المثال، يتطلب منفذ DVI أحادي الوصلة معدل نقل بيانات يقارب 2 جيجابت في الثانية، وهو ما لا يدعمه معيار USB 2.0. تُمكّن سعة USB 3.0 التي تصل إلى 5 جيجابت في الثانية من توفير حلول فيديو فائقة، ومن المتوقع أن تُسهّل توسيع نطاق USB ليشمل منتجات وتطبيقات جديدة لم يكن بمقدور USB 2.0 دعمها بفعالية.