Сучасна «розумна» техніка з року в рік обзаводиться новими версіями бездротових інтерфейсів. Незважаючи на це, їй досі не обійтися без дротів для з’єднань між собою. USB, HDMI, DisplayPort, Thunderbolt… І в кожного ще по купі версій, які працюють із різною швидкістю. Які інтерфейси і дроти для них бувають? І як не заплутатися в дротах, у прямому і переносному сенсі? Розповімо в нашому матеріалі.
USB
Першими в нашому списку дроти, з якими звичайні користувачі стикаються найчастіше — USB. Інтерфейс Universal Side Bus цього року відзначає своє повноліття, оновлюючись кожні кілька років, а його використання для передачі даних за цей час давно стало повсюдним. Немає нічого дивного в тому, що саме для USB існує найбільше різноманітних видів дротів — їх використовують смартфони, зовнішні жорсткі диски і SSD, принтери, фото- і відеокамери, а також величезна кількість іншої техніки.
На відміну від багатьох інших інтерфейсів, дроти USB відрізняються не тільки версіями, а й внутрішньою будовою. Кабелі версій 1.0, 1.1 і 2.0 сумісні між собою. Усередині них розташовано чотири жили, дві з яких відповідають за передачу даних. Дві інші передають живлення і заземлення. У міні-версій конекторів є додатковий контакт, що відповідає за перемикання режиму хост/пристрій. Він використовується для реалізації режиму USB On-The-Go на смартфонах і планшетах.
За замовчуванням стандарт передбачає передачу пристрою до 2.5 Вт потужності. Але сучасні кабелі, особливо призначені для зарядки смартфонів, розраховані на набагато більшу. Швидкість передачі даних USB 1.0 і 1.1 — 12 Мбіт/c. USB 2.0 передає дані зі швидкістю до 480 Мбіт/c. У стандарті застосовується схема кодування 8/10 bit, внаслідок чого реальні швидкості передавання інформації на ділі менші — до 8 Мбіт (1.2 МБ/c) у разі перших версій, і до 384 Мбіт/c (48 МБ/c) у другій.
У випадку з третьою версією інтерфейсу все трохи заплутаніше. Інтерфейси серії USB 3.x пережили багато перейменувань, тому на їхніх проводах і роз’ємах можна зустріти різні позначення однієї і тієї ж версії. До того ж, нові версії отримали більш ефективну схему кодування 128/132 bit. Якщо коротко, то на ринку присутні три справжні версії USB 3.x:
- USB 3.0 . Він же USB 3.1 Gen 1, USB 3.2. Gen1, SuperSpeed і SuperSpeed 5. Швидкість інтерфейсу 5 Гбіт/c. Стеля швидкості обміну даними з урахуванням схеми кодування — 4 Гбіт/c, або 500 МБ/c.
- USB 3.1 Gen 2 . Він же USB 3.2 Gen 2, SuperSpeed+ і SuperSpeed 10. Швидкість інтерфейсу 10 Гбіт/c. Стеля швидкості обміну даними з урахуванням схеми кодування — 9.6 Гбіт/c, або 1.2 ГБ/c.
- USB 3.2 Gen 2×2 . Він же SuperSpeed++ і SuperSpeed 20. Швидкість інтерфейсу до 20 Гбіт/c. Стеля швидкості обміну даними з урахуванням схеми кодування — 19.2 Гбіт/c, або 2.4 ГБ/c.
Кабелі USB зі швидкістю роботи 5 і 10 Гбіт/c сумісні між собою. Усередині них міститься дев’ять жил. Чотири дісталися у спадок від USB 2.0, внаслідок чого такі кабелі мають зворотну сумісність із минулою версією стандарту. Додаткові п’ять жил призначаються для передачі сигналу USB 3.x. Точніше, чотири з них. П’ятий контакт — це заземлення. Стандарт передбачає передачу живлення потужністю до 4.5 Вт.
Кабелі зі швидкістю роботи 20 Гбіт/c містять 24 жили. Два канали інтерфейсу по 12 жил дублюють один одного. Кожен канал передає дані на швидкості 10 Гбіт/c, подвоєна швидкість виходить за допомогою їх об’єднання. Передавання даних відбувається за тим самим принципом, що й у попередника, але до звичних дев’яти жил було додано ще три — для додаткового каналу даних, для узгодження режиму передавання і ще одну для живлення.
У кабелю новітнього стандарту USB 4.0 аналогічна будова, внаслідок чого він зворотно сумісний з попередником. Відмінності в самому інтерфейсі — у четвертій версії кожен канал передає дані зі швидкістю 20 Гбіт/c, що дає загальну пропускну здатність 40 Гбіт/c. Ефективна перебуває на рівні 38.4 Гбіт/c, або 4.8 ГБ/c. Через підвищені вимоги до пропускної здатності не всі фізично сумісні кабелі здатні досягати таких швидкостей, тому для цієї мети краще застосовувати сертифіковані дроти з позначкою «USB 4.0».
Стандарт передбачає альтернативні режими роботи, коли за допомогою Type-C замість USB передається інший інтерфейс — HDMI, DisplayPort або Thunderbolt. Стандарт USB 4.0 додає ще один альтернативний режим — передачу ліній інтерфейсу PCI-E . Кабелі, призначені для реалізації HDMI і DisplayPort за допомогою альтернативного режиму, мають на одному кінці штекери власних інтерфейсів, а на іншому — USB Type C. Під час їх купівлі варто пам’ятати, що робота альтернативного режиму цілком і повністю залежить від роботи контролера того порту USB, куди буде підключатися кабель. Якщо у контролера підтримки альтернативного режиму немає, такий дріт не працюватиме.
Із самими проводами USB розібралися — їх усього три види. А ось різних конекторів для USB безліч: тип A, тип B, тип C, а також зменшені похідні перших двох видів.
Які види конекторів бувають на кожному з видів дротів, і яким значком ці дроти зазвичай позначаються, можна побачити на наступній ілюстрації:
Окремо варто згадати стандарт USB Power Delivery , завдяки якому кабелем можна передати до 100 Вт завдяки збільшеній напрузі і струмів. Версія інтерфейсу тут ролі не відіграє — стандарт розрахований на конектори Type-C, які можна зустріти у пристроїв з USB 2.0 і вище. Якщо кабель USB купується для зарядки або живлення пристрою, крім його швидкісних характеристик варто звернути увагу на максимальні значення потужності, на які він розрахований.
VGA
Найстаріший інтерфейс для під’єднання моніторів, який досі трапляється у їхніх сучасних бюджетних моделей. VGA був розроблений у далекому 1987 році і є єдиним аналоговим відеоінтерфейсом зі списку. Незважаючи на це, завдяки окремій передачі кожного з трьох основних кольорів і наявності горизонтальної та вертикальної синхронізації, інтерфейс підтримує роздільну здатність аж до 2048×1536 пікселів при частоті 85 Гц.
Серед сучасних моделей моніторів такої «квадратної» роздільної здатності не зустріти, але VGA досі непогано справляється зі звичайними офісними моніторами з роздільною здатністю FullHD (1920×1080). Звісно, якщо у монітора є один із цифрових входів, від аналогового інтерфейсу краще відмовитися — з «цифрою» картинка буде чіткішою. Однак у використанні досі багато бюджетних моделей з одним-єдиним входом VGA — до них інший кабель просто не підключиш.
Оскільки інтерфейс аналоговий, він найбільше схильний до впливу зовнішніх перешкод. Хоча внутрішньо всі кабелі однакові, для передавання картинки по VGA бажано брати дріт невеликої довжини з наявністю феритових кілець, які захищають від перешкод. Що якісніший і коротший кабель, то кращою буде картинка на моніторі.
Багато сучасних бюджетних материнських плат досі мають VGA-вихід для вбудованої графіки. Але на сучасних відеокартах виходу VGA вже давно не знайти. Підключити до них монітор з даним інтерфейсом можна тільки за допомогою зовнішнього конвертера.
DVI
Роз’єм першого цифрового інтерфейсу під’єднання моніторів здатний поєднати в собі цифрову й аналогову передачу даних. На сьогодні монітори з підтримкою DVI рідкісні, але все ж іноді трапляються. Кабелі DVI відповідно до даних, що передаються, бувають декількох типів: аналоговий DVI-A, цифрові DVI-D і Dual-link DVI-D, і комбіновані DVI-I і Dual-link DVI-I.
- DVI-A — це не що інше, як передача сигналу VGA за допомогою нового роз’єму. Для його роботи на обох кінцях кабелю повинні бути пристрої, що підтримують передачу і прийом аналогового сигналу. Роз’єм і конектор кабелю DVI-A можна відрізнити за відсутністю більшої частини контактів, наявних у інших версій DVI — у нього лише 12 основних і п’ять додаткових контактів. Замість другого роз’єму на іншому кінці такого кабелю може бути і роз’єм VGA.
- DVI-D — це цифрова передача відеосигналу. На зміну трьом аналоговим каналам прийшли три цифрові. Передавання здійснюється за допомогою протоколу TDMS із частотою синхронізації 165 МГц. Теоретична пропускна здатність інтерфейсу 4.95 Гбіт/c. Використовується схема кодування 8/10 bit, внаслідок чого ефективна смуга передачі даних менша — 3.96 Гбіт/c. Підтримується роздільна здатність до 1920×1080 при частоті до 75 Гц.
- Альтернативний цифровий режим Dual-Link вирізняється задіянням трьох додаткових каналів для передавання даних, унаслідок чого пропускна здатність інтерфейсу зростає вдвічі. Можливе збільшення частоти оновлення до 120 Гц за тієї самої роздільної здатності, або передавання вищої роздільної здатності 2560×1440 за 60 Гц. Конектор і роз’єм Dual-link DVI мають додаткові контакти посередині — на відміну від 18 основних і одного додаткового контакту у звичайного DVI-D, Dual-link задіє всі 24 основні контакти, присутні в роз’ємі.
- DVI-I комбінує в собі роз’єми DVI-A і DVI-D, даючи змогу передавати як аналогову, так і цифрову картинку. У цьому роз’ємі максимальна кількість контактів — 24 основних і 5 додаткових. Раніше ним оснащувалися багато відеокарт. На сучасних моделях зрідка можна зустріти цифровий DVI-D — пристрої з аналоговим DVI-A до них не підключиш. До роз’ємів DVI-I можна підключати обидва види кабелів — і DVI-A, і DVI-D.
HDMI
HDMI — найпопулярніший сучасний інтерфейс для передачі зображення на сьогоднішній день. Виведення зображення з комп’ютерів, ноутбуків, тюнерів, ігрових приставок на монітори і телевізори здійснюється насамперед за допомогою нього. Кабелі мають 19 жил і оснащуються конектором одного з різновидів — повнорозмірним HDMI , зменшеним miniHDMI або наймініатюрнішим microHDMI .
HDMI являє собою доопрацьований і поліпшений цифровий інтерфейс на базі DVI з підтримкою передавання звуку і команд керування технікою за допомогою протоколу CEC. Перші версії інтерфейсу — HDMI 1.0, 1.1, 1.2 і 1.2a — використовують аналогічну з DVI частоту синхронізації і три канали передачі. Вони мають пропускну здатність у 3.96 Гбіт/c і підтримують роздільну здатність до 1920×1080 при 75 Гц. Такий режим можна отримати і з кабелем DVI-HDMI — на електричному рівні ці стандарти сумісні. Щоправда, у цьому разі звук може і не передаватися — його надсилання в загальному потоці у стандарту DVI не передбачено, хоча і зустрічається у деяких відеокарт.
Починаючи з версії 1.3 , HDMI використовує більш високу частоту синхронізації 340 МГц. Це підвищує ефективну швидкість передавання до 8.16 Гбіт/c, що дає змогу подвоїти кадрову частоту за незмінної роздільної здатності, або передавати картинку з вищою роздільною здатністю 2560х1440 пікселів за 60 Гц. Додалася підтримка кольорів із глибиною 30, 36 і 48 біт. Під час використання кабелю DVI-HDMI нова функціональність недоступна, тому для використання можливостей версії 1.3 і вище потрібен виключно кабель із будь-яким різновидом конектора HDMI на обох кінцях.
У версії 1.4 з’явилася підтримка роздільної здатності 4K (3840х2160 пікселів) при частоті до 30 Гц, а також додалася підтримка 3D-зображення. Версії 1.4a і 1.4b отримали безліч поліпшень, пов’язаних із роботою 3D-режиму. Частота синхронізації і пропускна здатність кабелю залишилася на колишньому рівні.
Інтерфейс HDMI версії 2.0 отримав вищу частоту синхронізації 600 МГц, що дало змогу збільшити ефективну пропускну здатність кабелю до 14.4 Гбіт/c. Внаслідок цього за роздільної здатності 4K частота оновлення екрана може досягати 60 Гц. Оновлення версії 2.0a принесло підтримку технології HDR, а 2.0b — більш просунутої HDR10.
В останній на даний момент версії 2.1 було вирішено відмовитися від застарілого TDMS, замінивши його на протокол FRL, попутно збільшивши кількість каналів передачі до чотирьох. Це досягається завдяки використанню для четвертого каналу двох контактів, раніше призначених для передачі тактової частоти TDMS. Тому цього самі кабелі та конектори не зазнали змін.
Теоретична пропускна здатність інтерфейсу HDMI 2.1 зросла до 48 Гбіт/c. Нова схема кодування даних 16/18 bit забезпечує менші втрати, внаслідок чого ефективна смуга передачі даних становить 42.6 Гбіт/c. Крім того, новий стандарт підтримує технологію стиснення DSC . З її використанням інтерфейс нового покоління може передавати зображення роздільною здатністю до 10240×4320 пікселів за 120 Гц.
Незважаючи на величезні відмінності за пропускною спроможністю між різними версіями стандарту HDMI, фізично кабель, роз’єми і конектори не змінювалися з найпершої версії. Різні кабелі відрізняються лише якістю внутрішніх і зовнішніх матеріалів, а також сертифікацією — тобто гарантією того, що обраний кабель працюватиме за максимальної роздільної здатності та частоти оновлення, зазначеної в специфікації для його версії.
На практиці можливо, що кабель старішої версії працюватиме у швидкіснішому режимі. Однак цього ніхто не гарантує, і в низці випадків можливі проблеми із зображенням — воно може «розсипатися», «моргати», або взагалі не показувати в такому режимі. Тому купівлі кабелів, не сертифікованих для роботи необхідного режиму, краще уникати.
DisplayPort
DisplayPort є другим стандартом сучасних цифрових інтерфейсів виведення зображення. Незважаючи на вищу пропускну здатність порівняно з конкуруючим HDMI, у моніторах він зустрічається рідше за конкурента, а в телевізорів найчастіше зовсім відсутній.
Інтерфейс має чотири основні та одну додаткову лінію передачі даних, кожна з яких використовує дві жили кабелю. Особливістю DisplayPort є диференціальна передача даних, несумісна з реалізаціями HDMI і DVI, а також більш низька напруга живлення. Разом із зображенням передається і звук. Кабель має 20 жил і може оснащуватися одним із різновидів конектора: повнорозмірним DisplayPort або його мініатюрною версією mini DisplayPort .
Перші версії 1.0, 1.1 і 1.1a здатні передавати дані на швидкості 10.8 Гбіт/c. Як і у випадку з HDMI, використовується схема кодування 8/10 bit, внаслідок чого ефективна пропускна здатність становить 8.64 Гбіт/c. Такий режим передачі отримав назву HBR. Підтримується передача зображення з роздільною здатністю до 2560х1440 пікселів при частоті оновлення 75 Гц.
У версії 1.2 вводиться новий режим HBR2 зі збільшеною до 17.28 Гбіт/c ефективною пропускною здатністю. Це дало змогу збільшити максимальну роздільну здатність до 4K (3840х2160 пікселів) за частоти 60 Гц. Також додалася можливість передавання 3D-зображення, підтримка 30-бітного кольору і технології Multi-Stream Transport, яка дає змогу під’єднати до одного кабелю кілька моніторів за допомогою спеціальних хабів. У версії 1.2a з’явилася опціональна підтримка адаптивної синхронізації кадрів.
DisplayPort 1.3 може похвалитися збільшеною до 25.92 Гбіт/c ефективною пропускною здатністю. Доступна вона завдяки новому режиму HBR3. Частота кадрів у 4К подвоєна до 120 Гц. Додатково підтримуються роздільні здатності 5K (5120 × 2880 пікселів) при 60 Гц і 8К (7680 x 4320 пікселів) при 30 Гц. Оновлена версія 1.4 не отримала збільшення пропускної здатності, зате обзавелася підтримкою технології стиснення DSC. Завдяки цьому стало можливим передати зображення 4K при частоті оновлення 240 Гц, 5К — при 120 Гц, 8К — при 60 Гц.
DisplayPort 2.0 отримав значне зростання пропускної здатності. Інтерфейс передає дані зі швидкістю до 80 Гбіт/c. З його введенням з’являється три нові режими передачі даних — UHBR10 і UHBR13.5 зі зменшеною пропускною спроможністю, і UHBR20, що використовує весь канал. Задіюється значно «економніша» схема кодування 128/132 bit, внаслідок чого близька до теоретичного значення й ефективна пропускна здатність — до 77.32 Гбіт/c у режимі UHBR20. За допомогою DisplayPort 2.0 відкривається шлях до надвисокої роздільної здатності 16К (15360 × 8640) і 10К (10240 × 5760) за стандартної частоти 60 Гц. 8K доступний при 120 Гц, а «найскромніший» 4К — при 240 Гц.
DisplayPort 2.1 зберіг колишні режими, отримавши нові сертифікати для кабелів. Дроти, здатні працювати в режимі UHBR10, тепер мають маркуватися як DP40. Для режиму UHBR20 передбачено маркування DP80. Нова версія інтерфейсу отримала внутрішні поліпшення, що дають змогу більш ефективно витрачати пропускну спроможність у режимі комбінованої передачі відеосигналу разом із даними. Це поліпшення призначене для альтернативного режиму інтерфейсу USB 4.0.
Кабель, роз’єми і конектори у всіх версій DisplayPort однакові. Як і у випадку з HDMI, різні версії кабелів відрізняються лише якістю матеріалів і сертифікацією. Вона гарантує, що кабель працюватиме в режимі, зазначеному на упаковці. У разі використання кабелів старішої версії гарантії безпроблемної роботи в старших режимах немає.
Thunderbolt
Інтерфейс Thunderbolt був розроблений Intel спільно з Apple. Першим пристроєм, який отримав його, став ноутбук MacBook Pro 2011 року випуску, і до сих пір ним оснащується в основному техніка Apple. Thunderbolt зустрічається у комп’ютерів і ноутбуків інших виробників, але серед них він не такий поширений.
Інтерфейс об’єднує протоколи PCI-Express і DisplayPort в одному кабелі. По одному дроту з цими пристроями передається електроживлення. Спочатку підтримується два режими роботи — пряме з’єднання для передачі даних і альтернативний режим DisplayPort для виведення зображення. Серед споживчої техніки кабель Thunderbolt використовується для з’єднання з док-станціями, зовнішніми відеокартами, моніторами і деякими швидкими моделями зовнішніх SSD.
Thunderbolt першої та другої версії використовує з’єднання зі швидкістю 20 Гбіт/c. Обидві версії використовують кабель із 20 жилами, внаслідок чого взаємозамінні. Вісім із них відповідають за високошвидкісний режим передавання даних, дві — за низькошвидкісний режим, і ще одна — за сигнал «гарячого» підключення. Крім цього, кабель має один контакт живлення і вісім контактів заземлення. Кабелі, роз’єми і конектори перших двох версій фізично аналогічні mini DisplayPort. Схоже і розташування контактів — за основними лініями працює високошвидкісний режим, за додатковими — низькошвидкісний.
Звичайний кабель із мідними жилами за стандартом може передавати до 10 Вт електричної потужності. Існує й оптична версія кабелю для інтерфейсу без передачі живлення. Однак вона досить рідкісна, і сумісна не з усіма пристроями. Дроти Thunderbolt третьої і четвертої версії мають 24 жили. В якості роз’ємів і конекторів використовуються USB Type-C. Аналогічно і розташування контактів. Завдяки цьому і сумісному режиму контролера, порти Thunderbolt 3 і 4 підтримують і звичайні USB-пристрої. Тобто будь-який порт Thunderbolt — це ще й порт USB, але не навпаки.
Thunderbolt 3 і 4 за замовчуванням дозволяється передавати до 15 Вт електричної потужності. Але, як і у випадку з USB, доступне задіяння протоколу Power Delivery, завдяки якому можна передавати до 100 Вт. Обидві версії підтримують з’єднання швидкістю 40 Гбіт/c. На відміну від USB, для Thunderbolt підтримка альтернативних режимів роботи обов’язкова. Тобто будь-який порт Thunderbolt зобов’язаний працювати в альтернативному режимі PCI-E або DisplayPort, а починаючи з версії Thunderbolt 3 — ще й у режимах USB і HDMI. Внаслідок цього купівля несумісного з пристроєм кабелю альтернативного режиму неможлива.
Як і в попередників, для Thunderbolt третьої і четвертої версії доступні і мідні, і оптичні версії кабелів. Останні також сумісні не з усіма пристроями, оскільки не передають живлення. Кабелі з мідними жилами аналогічні кабелям USB 3.2 Gen 2×2/4.0, тому їх можна використовувати і як їхню заміну.
Дійсно і зворотне: кабелі USB 3.2 Gen 2×2/4.0 можна використовувати для Thunderbolt, але режим передавання 40 Гбіт/с буде недоступний на занадто довгих кабелях, або працюватиме зі збоями. Тому для таких цілей краще купувати сертифіковані дроти із зазначенням підтримки цього режиму.
Для застосування в парі з пристроями, які використовують для свого живлення Power Delivery, потрібно також звернути увагу на значення струму і потужності, на які розрахований кабель