USB 3 0

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USB 3.0
A especificação do USB 3.0 é semelhante ao USB 2.0, mas com muitas melhorias e uma implementação alternativa. Os conceitos USB anteriores, como terminais e os quatro tipos de transferência (em massa, controle, isócrono e interrupção), são preservados, mas o protocolo e a interface elétrica são diferentes. A especificação define um canal fisicamente separado para transportar tráfego USB 3.0. As alterações nesta especificação trazem melhorias nas seguintes áreas:
· Velocidade de transferência – USB 3.0 adiciona um novo tipo de transferência chamado SuperSpeed ​​ou SS, 5 Gbit/s (eletricamente, é mais parecido com PCI Express 2.0 e SATA do que USB 2.0)[10]
· Largura de banda aumentada – USB 3.0 usa dois caminhos de dados unidirecionais em vez de apenas um: um para receber dados e outro para transmitir
· Gerenciamento de energia – os estados de gerenciamento de energia do link U0 a U3 são definidos
· Uso de barramento aprimorado - um novo recurso é adicionado (usando pacotes NRDY e ERDY) para permitir que um dispositivo notifique de forma assíncrona o host de sua prontidão, sem necessidade de polling
· Suporte para mídia rotativa – o protocolo em massa é atualizado com um novo recurso chamado Stream Protocol que permite um grande número de fluxos lógicos dentro de um Endpoint
O USB 3.0 tem velocidades de transmissão de até 5 Gbit/s ou 500 MB/s, cerca de dez vezes mais rápido que o USB 2.0 (0,48 Gbit/s), mesmo sem considerar que o USB 3.0 é full duplex enquanto o USB 2.0 é half duplex. Isso dá ao USB 3.0 uma largura de banda bidirecional total potencial vinte vezes maior que o USB 2.0.[11] Considerando o controle de fluxo, enquadramento de pacotes e sobrecarga de protocolo, os aplicativos podem esperar 450 MB/s de largura de banda.[12]
Arquitetura e recursos
Vista frontal de um conector USB 3.0 padrão A, mostrando sua linha frontal de quatro pinos para compatibilidade com versões anteriores de USB 1.x/2.0 e uma segunda linha de cinco pinos para a nova conectividade USB 3.0. A inserção de plástico está na cor azul padrão USB 3.0 conhecida como Pantone 300C
No USB 3.0, a arquitetura de barramento duplo é usada para permitir que operações USB 2.0 (velocidade total, baixa velocidade ou alta velocidade) e USB 3.0 (supervelocidade) ocorram simultaneamente, proporcionando assim compatibilidade com versões anteriores. A topologia estrutural é a mesma, consistindo em uma topologia em estrela com um hub raiz no nível 0 e hubs em níveis inferiores para fornecer conectividade de barramento aos dispositivos.
Transferência de dados e sincronização
A transação SuperSpeed ​​é iniciada por uma solicitação do host, seguida por uma resposta do dispositivo. O dispositivo aceita a solicitação ou a rejeita; se aceito, o dispositivo envia dados ou aceita dados do host. Se o endpoint for interrompido, o dispositivo responderá com um handshake STALL. Se houver falta de espaço de buffer ou dados, ele responde com um sinal Not Ready (NRDY) para informar ao host que não é capaz de processar a solicitação. Quando o dispositivo está pronto, envia um Endpoint Ready (ERDY) para o host que reagenda a transação.
O uso de unicast e a quantidade limitada de pacotes multicast, combinados com notificações assíncronas, permite que os links que não estão passando pacotes ativamente sejam colocados em estados de energia reduzida, o que permite um melhor gerenciamento de energia.
Codificação de dados
O barramento "SuperSpeed" fornece um modo de transferência a uma taxa nominal de 5,0 Gbit/s, além dos três modos de transferência existentes. Contabilizando a sobrecarga de codificação, a taxa de transferência de dados brutos é de 4 Gbit/s, e a especificação considera razoável atingir 3,2 Gbit/s (400 MB/s) ou mais na prática.[13]
Todos os dados são enviados como um fluxo de segmentos de oito bits (um byte) que são embaralhados e convertidos em símbolos de 10 bits por meio da codificação 8b/10b; isso ajuda o receptor a decodificar corretamente, mesmo na presença de interferência eletromagnética (EMI). A codificação é implementada usando um registrador de deslocamento de realimentação linear de execução livre (LFSR). O LFSR é redefinido sempre que um símbolo COM é enviado ou recebido.[13]
Ao contrário dos padrões anteriores, o padrão USB 3.0 não especifica um comprimento máximo de cabo, exigindo apenas que todos os cabos atendam a uma especificação elétrica: para cabeamento de cobre com fios AWG 26, o comprimento máximo prático é de 3 metros (10 pés).[14]
Potência e carregamento
Assim como nas versões anteriores do USB, o USB 3.0 fornece energia nominal de 5 volts. A corrente disponível para dispositivos SuperSpeed ​​de baixa potência (uma unidade de carga) é de 150 mA, um aumento dos 100 mA definidos no USB 2.0. Para dispositivos SuperSpeed ​​de alta potência, o limite é de seis unidades de carga ou 900 mA (4,5 W) — quase o dobro dos 500 mA do USB 2.0.[13]:section 9.2.5.1 Power Budgeting
As portas USB 3.0 podem implementar outras especificações USB para maior potência, incluindo a Especificação de Carregamento de Bateria USB para até 1,5 A ou 7,5 W ou, no caso de USB 3.1, a Especificação de Fornecimento de Energia USB para carregar o dispositivo host de até 100 W.[15]
Disponibilidade
Placa de circuito interno e conectores de um hub USB 3.0 de quatro portas, usando um chipset VIA Technologies
O USB 3.0 Promoter Group anunciou em 17 de novembro de 2008 que a especificação da versão 3.0 foi concluída e fez a transição para o USB Implementers Forum (USB-IF), o corpo administrativo das especificações USB.[16] Este movimento efetivamente abriu a especificação para desenvolvedores de hardware para implementação em produtos futuros.
Os primeiros produtos de consumo USB 3.0 foram anunciados e enviados pela Buffalo Technology em novembro de 2009, enquanto os primeiros produtos de consumo USB 3.0 certificados foram anunciados em 5 de janeiro de 2010, no Las Vegas Consumer Electronics Show (CES), incluindo duas placas-mãe da Asus e da Gigabyte Technology.[17][18]
Os fabricantes de controladores de host USB 3.0 incluem, entre outros, Renesas Electronics, Fresco Logic, ASMedia, Etron, VIA Technologies, Texas Instruments, NEC e Nvidia. Em novembro de 2010, Renesas e Fresco Logic[19] passaram pela certificação USB-IF. Placas-mãe para processadores Sandy Bridge da Intel também foram vistas com controladores de host Asmedia e Etron. Em 28 de outubro de 2010, a Hewlett-Packard lançou o HP Envy 17 3D apresentando um controlador de host Renesas USB 3.0 vários meses antes de alguns de seus concorrentes. AMD trabalhou com a Renesas para adicionar sua implementação USB 3.0 em seus chipsets para suas plataformas de 2011.[carece de fontes] Na CES2011, a Toshiba apresentou um laptop chamado "Toshiba Qosmio X500" que incluía USB 3.0 e Bluetooth 3.0, e a Sony lançou uma nova série de laptops Sony VAIO que incluiria USB 3.0. Em abril de 2011, as séries Inspiron e Dell XPS estavam disponíveis com portas USB 3.0 e, em maio de 2012, a série de laptops Dell Latitude também; ainda assim, os hosts raiz USB falharam ao funcionar em SuperSpeed ​​no Windows 8.
Adicionando ao equipamento existente
Um controlador USB 3.0 na forma de uma placa de expansão PCI Express
Conectores laterais em um computador portátil. Da esquerda para a direita: host USB 3.0, conector VGA, conector DisplayPort, host USB 2.0. Observe os pinos adicionais na parte superior da porta USB 3.0.
A energia adicional para várias portas em um laptop pode ser obtida das seguintes maneiras:
· Alguns adaptadores ExpressCard para USB 3.0 podem ser conectados por um cabo a uma porta USB 2.0 adicional no computador, que fornece energia adicional.
· O ExpressCard pode ter um soquete para uma fonte de alimentação externa.
· Se o dispositivo externo tiver um conector apropriado, ele pode ser alimentado por uma fonte de alimentação externa.
· A porta USB 3.0 fornecida por um adaptador ExpressCard para USB 3.0 pode ser conectada a um hub USB 3.0 alimentado separadamente, com dispositivos externos conectados a esse hubUSB 3.0.
Nas placas-mãe de PCs desktop que possuem slots PCI Express (PCIe) (ou o padrão PCI mais antigo), o suporte a USB 3.0 pode ser adicionado como uma placa de expansão PCI Express. Além de um slot PCIe vazio na placa-mãe, muitas placas de expansão "PCI Express to USB 3.0" devem ser conectadas a uma fonte de alimentação, como um adaptador Molex ou fonte de alimentação externa, para alimentar muitos dispositivos USB 3.0, como telefones celulares, ou discos rígidos externos que não tenham outra fonte de energia além de USB; a partir de 2011, isso é frequentemente usado para fornecer de duas a quatro portas USB 3.0 com 0,9 A (4,5 W) de potência total de que cada porta USB 3.0 é capaz (ao mesmo tempo em que transmite dados), enquanto o próprio slot PCI Express não pode fornecer a quantidade necessária de energia.
Se conexões mais rápidas para dispositivos de armazenamento são o motivo para considerar o USB 3.0, uma alternativa é usar eSATAp, possivelmente adicionando um suporte de slot de expansão barato que fornece uma porta eSATAp; algumas unidades de disco rígido externas fornecem interfaces USB (2.0 ou 3.0) e eSATAp.[18] Para garantir a compatibilidade entre placas-mãe e periféricos, todos os dispositivos certificados para USB devem ser aprovados pelo USB Implementers Forum (USB-IF). Pelo menos um sistema de teste de ponta a ponta completo para designers de USB 3.0 está disponível no mercado.[20]
Adoção
O USB Promoter Group anunciou o lançamento do USB 3.0 em novembro de 2008. Em 5 de janeiro de 2010, o USB-IF anunciou as duas primeiras placas-mãe USB 3.0 certificadas, uma da ASUS e outra da Giga-Byte Technology.[18][21] Anúncios anteriores incluíram a lista da Gigabyte de outubro de 2009 de sete placas-mãe USB 3.0 com chipset P55,[22] e uma placa-mãe Asus que foi cancelada antes da produção.[23]
Esperava-se que os controladores comerciais entrassem em produção em volume no primeiro trimestre de 2010.[24] Em 14 de setembro de 2009, a Freecom anunciou um disco rígido externo USB 3.0.[25] Em 4 de janeiro de 2010, a Seagate anunciou um pequeno HDD portátil empacotado com um USB 3.0 ExpressCard adicional, direcionado para laptops (ou desktops com adição de slot ExpressCard) na CES em Las Vegas, Nevada.[26][27]
A linha principal do kernel Linux contém suporte para USB 3.0 desde a versão 2.6.31, lançada em setembro de 2009.[28][29][30]
O FreeBSD suporta USB 3.0 desde a versão 8.2, lançada em fevereiro de 2011.[31]
O Windows 8 foi o primeiro sistema operacional da Microsoft a oferecer suporte integrado para USB 3.0.[32] No Windows 7, o suporte não foi incluído na versão inicial do sistema operacional.[33] No entanto, os drivers que permitem suporte para o Windows 7 estão disponíveis em sites de fabricantes de hardware.
A Intel lançou seu primeiro chipset com portas USB 3.0 integradas em 2012 com o lançamento do chipset Panther Point. Alguns analistas da indústria afirmaram que a Intel demorou a integrar o USB 3.0 no chipset, diminuindo assim a adoção do mainstream.[34] Esses atrasos podem ser devido a problemas no processo de fabricação do CMOS,[35] um foco para avançar a plataforma Nehalem,[36] uma espera para amadurecer todos os padrões de conexões 3.0 (USB 3.0, PCIe 3.0, SATA 3.0) antes desenvolvendo um novo chipset,[37][38] ou uma tática da Intel para favorecer sua nova interface Thunderbolt.[39] A Apple, Inc. anunciou laptops com portas USB 3.0 em 11 de junho de 2012, quase quatro anos após a finalização do USB 3.0.
A AMD começou a oferecer suporte a USB 3.0 com seus Fusion Controller Hubs em 2011. A Samsung Electronics anunciou o suporte a USB 3.0 com sua plataforma Exynos 5 Dual baseada em ARM destinada a dispositivos portáteis.