معرفی انواع درگاه USB و کاربرد هر کدام از آن ها

کابل و درگاه USB این روزها همه‌جا دیده می‌شوند، گوشی هوشمند، تبلت، پخش‌کننده موسیقی و ساعت هوشمند؛ اما هرکدام به‌طور متفاوتی کار می‌کنند و با هدف‌های متفاوتی طراحی شده‌اند. با‌این‌حال، وجه اشتراک همه‌ی آن‌ها این است که USB هستند.

اما USB چیست و انواع USB چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟ در این مقاله قصد داریم به این پرسش پاسخ دهیم و به انواع درگاه‌های USB و کاربرد آن‌ها بپردازیم. با زومیت همراه باشید.

در دهه ۱۹۹۰ میلادی، سیستم‌های دسکتاپ در اداره‌‌ها مرسوم شده بود و همه‌جا پر از کابل‌کشی زیاد و بعضاً نامرتبی بود که در حال تبدل شدن به معضل بودند تا اینکه در سال ۱۹۹۶ میلادی نخستین نمونه از استاندارد Universal Serial Bus که به‌اختصار آن را USB می‌نامند، شرایط را تغییر داد و برخی اتصالات کامپیوتر را با درگاه USB Type-A جایگزین کرد.

برای مثال، درگاه سریال (Serial Port) و درگاه موازی (Parallel Port) قبل از ظهور USB در اکثر درگاه‌ها شرایط اتصال بین دستگاه‌ها را فراهم می‌کردند.

درحال‌حاضر، با گسترش استفاده از دستگاه‌های مختلف دارای درگاه USB که به‌صورت روزانه کاربرد دارند، درگاه USB تبدیل به رابط سیمی غالب در اکثر دستگاه‌ها شد.

به‌طور کلی اتصال USB را می‌توان از نظر ظاهری و داخلی طبقه‌بندی کرد. در طرف ظاهری می‌توان انواع اتصالات USB را قرار دارد که اشکال گوناگونی دارند و فرم‌فکتور آن‌ها در دستگاه‌های مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دسته از انواع USB را با نام‌های Type-A و Type-B و مرسوم‌ترین آن‌ها Type-C می‌شناسیم.

از سوی دیگر، جنبه‌ی داخلی آن را می‌توان همان استانداردهای USB نامید که با کمک اعداد طبقه‌بندی می‌شوند. استاندارد USB در طی چندین سال از ابتدا تاکنون مانند هر بخش دیگری از فناوری، دستخوش تکامل بوده و انواع مختلفی با کاربردهای متفاوت از آن طراحی شده است.

هرکدام از انواع USB در چگونگی اتصال، برقراری ارتباط و تأمین انرژی و توان مصرفی برای دستگاه‌های مختلف اعم از گوشی و کامپیوتر رویکرد متمایزی دارد.

آخرین نسخه از استاندارد USB، نسخه دوم USB4 است که مانند نسخه‌های قبلی شاهد تغییراتی بوده است که می‌تواند جهشی دیگر در سرعت انتقال داده، وضوح تصویر و توان را دربربگیرد.

انواع استانداردهای USB همواره با شماره‌هایی مانند USB 2 و USB 3 شناخته می‌شوند. این شماره‌ها به ویژگی‌ها و تغییرات و اصلاحات اعمال‌شده در این درگاه‌ها در گذر زمان اشاره دارند.

قبل‌ از ارائه‌ی اولین نسخه از USB چندین نسخه دیگر معرفی شدند و اولین نسخه که به‌طور تجاری در اختیار مصرف‌کنندگان قرار گرفت، USB 1.0 نام داشت و امکان نقل‌وانتقال داده با سرعت ۱۲ مگابیت‌برثانیه را فراهم می‌کرد.

استاندارد USB 1.1 نیز با کمی تغییرات و قابلیت حالت Low-Speed دو سال بعد از آن معرفی شد که سرعت نقل‌وانتقال محدودشده‌ای با ۱٫۵ مگابیت‌برثانیه داشت. نسخه پایه USB را می‌توان با درگاهی به‌ رنگ سفید تشخیص داد، هرچند این نسخه تقریباً ۱۰ سالی است که در بازار دیده نمی‌شود.

سپس، حدود دو سال پس از آن، در سال ۲۰۰۰ میلادی، نسخه USB 2.0 در اختیار کاربران قرار گرفت که در آن حالت High-Speed ارائه شد. همچنین، قابلیت سازگاری معکوس با درگاه‌های USB 1 نیز در آن تعبیه شد. این نسخه از USB سرعت نقل‌وانتقال را به ۴۸۰ مگابیت‌برثانیه رساند.

مزایای استاندارد USB 2.0 باعث شد که این استاندارد تبدیل به نخستین استاندارد مناسب برای استفاده به شکل درایوهای فلش USB و درایوهای هارد اکسترنال USB، تبدیل شود. شاید جالب باشد که بدانید فرم‌فکتور درگاه اتصال USB Type-C در دوران استاندارد USB 2.0 معرفی شد؛ اما تا زمان معرفی استاندارد USB 3.0 فراگیر نشد.

درگاه‌های دارای استاندارد USB 2.0 اغلب با رنگ مشکی متمایز می‌شدند تا به‌راحتی از رنگ سفید نسخه‌ی قبلی قابل تشخیص باشند.

مدتی بعد در پاییز سال ۲۰۰۸ میلادی شاهد معرفی USB 3.0 و در ادامه نیز شاهد معرفی USB 3.1 و 3.2 بودیم که با عنوان «SuperSpeed USB» تبلیغ می‌شدند و به‌ ترتیب امکان انتقال اطلاعات با سرعت‌های ۵ و ۱۰ گیگابیت بر ثانیه را فراهم می‌کردند.

این نسل از استاندارد یو‌اس‌بی، نسل‌های مختلفی داشت که دیگر ویژگی خاص آن‌ها فراهم‌کردن امکان شارژ سریع به‌حساب می‌آید. از سوی دیگر، با اینکه فرم‌فکتور یو‌اس‌بی Type-C به‌صورت فنی با استاندارد یو‌اس‌بی 3.0 معرفی نشد؛ اما اولین نسخه از استاندارد مذکور که با این فرم‌فکتور بازار را قبضه کرد، USB Type-C بود.

علاوه‌براین، از زمان ورود درگاه USB Type-C به بازار با استاندارد USB 3.0، این درگاه به‌عنوان اصلی‌ترین ورژن USB شناخته می‌شود و طراحی بهتر آن به‌همراه سرعت خوبی که دارد باعث شده است تقریباً استفاده از درگاه‌های Mini و Micro را کنار بزند.

همچنین، با معرفی استانداردهای USB 3.2 و USB 4، درگاه USB Type-C توانسته است جایگزین مناسبی برای درگاه‌ها و اتصالات USB Type-A نیز باشد.

سرعت انتقال داده در نسخه 3.1 به ۱۰ گیگابیت‌برثانیه می‌رسد و نسخه 3.2 می‌تواند این مقدار را با استفاده از قابلیت دو-مسیره به دوبرابر برساند و به‌راحتی سقف ۲۰ گیگابیت‌برثانیه را پر کند. این در حالی است که این سرعت بالا همچنان دربرابر رقیب USB یعنی درگاه تاندربولت (Thunderbolt) کم به‌نظر می‌رسد.

برای تشخیص درگاه‌های سازگار با استاندارد USB 3.0 و 3.1 و 3.2 می‌توان به رنگ آبی و قرمز به‌کار‌رفته در آن‌ها توجه داشت. البته، این رنگ‌ها بیشتر در نوع درگاه Type-A به‌کار می‌رود و درگاه‌های Type-C اغلب از رنگبندی تبعیت نمی‌کنند.

این نسخه از استاندارد یو‌اس‌بی در حالت دو-مسیره سرعت انتقال داده را به ۴ گیگابیت‌برثانیه می‌رساند و پشتیبانی بهبودیافته‌ای برای سیگنال‌های DisplayPort و PCI Express ارائه می‌کند. علاوه‌براین، ویژگی‌های انتقال برق USB 3.X را بهبود می‌بخشد.

نکته‌ی مهم درباره نسخه 4.0 یو‌اس‌بی این است که سرعت نقل و انتقال داده در آن با سرعت تاندربولت ۳ برابری می‌کند. این در حالی است که نسل دوم این استاندارد یعنی USB 4.2 سرعت انتقال داده را به ۸۰ گیگابیت‌برثانیه می‌رساند. افزون‌براین، افزایش پهنای باند و بهبود انتقال برق نیز در آن مورد توجه قرار می‌گیرد.

در هر نسخه از USB، سرعت انتقال اطلاعات و میزان نیروی انتقالی (جهت شارژ دستگاه‌ها و...) افزایش یافته است. همچنین در نسخه‌های مختلف USB شاهد تغییراتی در ظاهر این درگاه‌ها نیز بوده‌ایم. باوجوداین، به‌کمک انواع مختلف آداپتورها، هاب‌ها و دانگل‌ها امکان تطبیق درگاه‌ها و کانکتورهای متفاوت با یکدیگر فراهم شده است.

منظور از انواع درگاه‌های یو‌اس‌بی جدای از نسخه استاندارد آن‌ها از نظر نرم‌افزاری، به طراحی و فرم‌فکتور آن‌ها اشاره دارد که در ادامه به آن‌ها خواهیم پرداخت.

درگاه‌های USB دارای اشکال و ابعاد مختلفی هستند. اولین شکل درگاه‌های USB به‌ نام USB-A یا USB Standard-A شناخته می‌شد که امروزه نام USB Type-A بیشتر به‌ کار می‌رود.

این فرم‌فکتور مستطیل‌شکل آشنا را که حداقل سه‌بار باید آن را امتحان کنیم تا متصل شود، مدت زیادی است که مورد استفاده قرار گرفته‌اند. درگاه‌های Type-A در طیف وسیعی از وسایل و ابزارها از جمله کامپیوترهای شخصی و لپ‌ تاپ‌ ها استفاده می‌شوند؛ احتمالاً ماوس و صفحه‌کلیدی که هم اکنون استفاده می‌کنید نیز از چنین درگاهی استفاده می‌کنند.

بنابراین، می‌توانیم USB Type-A را به‌عنوان فرم‌فکتور پیش‌فرض به‌حساب آوریم، زیرا تقریباً بین تمام انواع درگاه‌های USB، در بین نسل‌های مختلف شناخته‌شده‌تر است و بیشتر افراد با شنیدن نام USB شکل آن به‌ ذهنشان می‌آید.

با‌این‌حال، بعد از فراگیر شدن نسخه USB 3.1 روی USB Type-C، نوع A درگاه یو‌اس‌بی دیگر به‌عنوان نسخه اصلی شناخته نمی‌شود و رفته‌رفته کاربرد آن کمتر می‌شود.

USB-B که با نام‌های USB Standard-B یا USB Type-B نیز شناخته می‌شود، دارای شکلی چهارگوشه با لبه‌های اریب در قسمت بالا است. این نوع یو‌اس‌بی در نمونه‌های Mini و Micro نیز طراحی شد.

در حالی که اغلب رایانه‌ها و کامپیوتر‌های شخصی به درگاه USB-A مجهز هستند، دستگاه‌هایی که به آن‌ها وصل می‌شوند نظیر چاپگر‌ها و اسکنرها، معمولاً از درگاه USB-B استفاده می‌کنند.

علاوه‌براین، اکثر گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها (به‌جز محصولات اپل) در گذشته از نوعی از درگاه USB-B که به‌نام USB Micro-B یا Micro-USB شناخته می‌شوند، استفاده می‌کردند و برخی دستگاه‌ها نظیر دوربین‌های GoPro نیز قبلاً درگاه‌هایی موسوم به USB Mini-B داشتند.

از بین سایر دستگاه‌هایی که شاید امروزه همچنان از اتصال USB Type-B بهره‌مند باشند، می‌توان به برخی مدل‌های درایوهای حافظه اکسترنال اشاره داشت.

نمونه‌های مینی و مایکرو انواع USB Type-A و Type-B نیز با توجه به نوع طراحی برای دستگاه‌های کوچک‌تر طراحی شدند و از نظر مشخصات و ویژگی‌های براساس نسخه استاندارد USB می‌توان آن‌ها را طبقه‌بندی کرد.

اتصال USb Type-C کوچک و باریک‌تر از فرم فکتورهای قبلی است و ظاهری بیضی‌شکل دارد و یکی از نقاط قوت در طراحی آن امکان اتصال از هر طرفی است. بنابراین، نیاز نیست حتماً آن را از یک طرف صحیح وارد درگاه کنید و از هر طرف که باشد اتصال برقرار خواهد شد.

می‌توان گفت حرف C در نام این درگاه تا حدی به شکل ظاهری آن اشاره دارد که گوشه‌های گرد (شبیه به حرف C) دارد. یکی از برتری‌های USB-C نسبت به نمونه‌های قبلی، امکان اتصال درگاه به‌صورت رو به بالا و رو به پایین است.

یو‌اس‌بی Type-C با استانداردهای ۲، ۳، ۳.۱ و ۳.۲ سازگاری دارد. این اتصال با کابل‌های ۲۴ پین همراه می‌شود و می‌تواند ویدئو و داده را به‌راحتی با سرعت ۱۰ گیگابیت‌برثانیه ردوبدل کند و انتقال نیرو تا ۱۰۰ وات را به ثبت برساند؛ بنابراین، می‌توان از این اتصال برای انتقال داده و شارژ با توان بالا استفاده کرد. چنین نیرویی حتی برای شارژ یک لپ تاپ با مصرف بالا نیز کافی‌ است.

Thunderbolt نوعی فناوری جهت انتقال اطلاعات با سرعت بالا است. این استاندارد نیز نسخه‌های مختلفی دارد و آخرین نسخه‌ی آن به‌عنوان Thunderbolt 4 شناخته می‌شود که در رویداد CES 2020 معرفی شد.

حداکثر سرعت انتقال اطلاعات در نسخه‌ی اولیه‌ی تاندربولت معادل ۱۰ گیگابیت‌بر‌ثانیه بود که در نسخه‌های دوم و سوم این سرعت‌ها به‌ترتیب به ۲۰ و ۴۰ گیگابیت‌بر‌ثانیه افزایش یافت. در حالی که نسخه‌های اول و دوم فناوری تاندربولت از درگاه‌های Mini Display استفاده می‌کردند، تاندربولت ۳ و ۴ از همان درگاه USB-C استفاده می‌کنند.

برای درک تفاوت میان USB و Thunderbolt، می‌توان تاندربولت را همچون راننده‌ای حرفه‌ای قلمداد کرد که خودش ماشین ندارد اما از ماشین شخص دیگری برای رانندگی با سرعت‌های بالا استفاده می‌کند. پس هر زمان که این راننده‌ی حرفه‌ای پشت فرمان نباشد، امکان رانندگی با سرعت‌های بالا نیز وجود ندارد.

می‌توان از کابل‌های تاندربولت ۳ و ۴ به‌عنوان کابل USB-C عادی استفاده کرد و بالعکس، اما برای دستیابی به سرعت ۴۰ گیگابیت‌برثانیه، دستگاه شما باید به تراشه مخصوص تاندربولت ۳ یا ۴ مجهز باشد. پس اگر صرفاً یک درگاه USB-C عادی و یک کابل USB-C در اختیار دارید، نمی‌توانید انتظار دستیابی به حداکثر سرعت را داشته باشید.

درحالی که، حداکثر سرعت انتقال اطلاعات در استاندارد USB 3.1 معادل ۱۰ گیگابیت‌برثانیه است، با استفاده از فناوری تاندربولت ۳ یا ۴، این سرعت تا چهار برابر افزایش می‌یابد.

اتصال USB-C درگاهی است که امکان انتقال اطلاعات با سرعت ۱۰ تا ۴۰ گیگابیت‌بر‌ثانیه و انتقال نیرو با حداکثر توان ۱۰۰ وات را فراهم می‌آورد و امروزه درحال تبدیل‌شدن به معیار جهانی برای استفاده در تمامی دستگاه‌های دیجیتالی است.

از آنجا که امکان اتصال کابل‌های USB-C به درگاه مربوطه به‌صورت رو به بالا و رو به پایین وجود دارد، اتصال آن آسان‌تر از نسل‌های قبلی USB است. علاوه‌براین، با وجود تفاوت میان فناوری تاندربولت و USB-C کابل‌های این دو اتصال با یکدیگر سازگاری دارند، هرچند ممکن است نتوانند به حداکثر سرعتی که باید دست پیدا کنند.