Хоть современные «умные» технологии во многом полагаются на беспроводные интерфейсы, для их подключения все равно еще нужны провода: USB, HDMI, DisplayPort и Thunderbolt. В статье разбираемся в их разнообразии.
USB
USB — популярный интерфейс для передачи данных. Он развивался на протяжении многих лет и сейчас широко используется для подключения различных устройств: смартфонов, внешних жестких дисков, принтеров, камер и пр.
USB-кабели отличаются по структуре. Версии 1.0, 1.1 и 2.0 совместимы друг с другом. Внутри кабеля находятся четыре провода: два используются для передачи данных, а два других — для питания и заземления. Мини-версии разъемов имеют дополнительный контакт, который позволяет переключаться между режимами хоста и устройства. Это особенно полезно для реализации режима USB On-The-Go на смартфонах и планшетах.
По умолчанию через USB-устройства передается мощность до 2,5 Вт. Однако современные кабели, особенно предназначенные для зарядки смартфонов, способны на большее. Скорость передачи данных для USB 1.0 и 1.1 составляет 12 Мбит/с, в то время как USB 2.0 может передавать данные со скоростью до 480 Мбит/с. Важно отметить, что фактическая скорость передачи данных ниже из-за используемой схемы кодирования 8/10 бит. Поэтому версии 1.0 и 1.1 имеют реальную скорость передачи данных до 8 Мбит/с (1,2 МБ/с), а 2.0 могут достигать 384 Мбит/с (48 МБ/с).
Что касается третьей версии, то известно три варианта:
- USB 3.0 или USB 3.1 Gen 1, USB 3.2 Gen 1, SuperSpeed и SuperSpeed 5. Скорость интерфейса — 5 Гбит/с, с учетом схемы кодирования — 4 Гбит/с или 500 МБ/с.
- USB 3.1 Gen 2 или USB 3.2 Gen 2, SuperSpeed+ и SuperSpeed 10. Скорость интерфейса составляет 10 Гбит/с, с учетом кодирования — 9,6 Гбит/с или 1,2 ГБ/с.
- USB 3.2 Gen 2×2 или SuperSpeed++ и SuperSpeed 20. Эта версия имеет скорость интерфейса до 20 Гбит/с (19,2 Гбит/с или 2,4 ГБ/с).
Кабели USB со скоростями 5 Гбит/с и 10 Гбит/с совместимы друг с другом и имеют внутри девять проводов. Четыре из них унаследованы от USB 2.0, что делает их обратно совместимыми. Дополнительные пять проводов предназначены для USB 3.x, причем пятый провод служит в качестве заземления. Стандарт допускает передачу мощности до 4,5 Вт.
Кабели 20 Гбит/с состоят из 24 проводов. Как и у предшественника, два канала интерфейса по 12 проводов дублируют друг друга. Каждый канал способен передавать данные со скоростью 10 Гбит/с, а при объединении двух каналов достигается общая скорость в 20 Гбит/с. К обычным девяти проводам для передачи данных в кабель добавлены еще три: один для дополнительного канала передачи данных, другой — для согласования режима, а третий — для питания.
Структура кабеля в стандарте USB 4.0 такая же, как и у его предшественника, что делает его обратно совместимым. Однако главное отличие заключается в самом интерфейсе. В USB 4.0 каждый канал способен передавать данные со скоростью 20 Гбит/с, в результате чего общая пропускная способность составляет 40 Гбит/с. Эффективная пропускная способность составляет 38,4 Гбит/с или 4,8 ГБ/с.
VGA
Самый старый интерфейс для подключения мониторов — VGA (Video Graphics Array), который был разработан в 1987 году. Он до сих пор встречается в современных бюджетных моделях. Несмотря на то, что он аналоговый, VGA поддерживает разрешение до 2048×1536 пикселей при частоте 85 Гц. Это возможно благодаря раздельной передаче каждого из трех основных цветов (красного, зеленого и синего) и наличию сигналов горизонтальной и вертикальной синхронизации.
Среди современных моделей мониторов такое разрешение встречаются не часто. Однако VGA по-прежнему считается хорошим вариантом для обычных офисных мониторов с разрешением Full HD (1920×1080).
DVI
Первый интерфейс, который имеет возможность передавать как цифровые, так и аналоговые данные. Хотя мониторы с поддержкой DVI сегодня не так распространены, их все еще можно иногда встретить. Существуют различные типы кабелей DVI в зависимости от типа передаваемых данных: аналоговый DVI-A, цифровые DVI-D и Dual-link DVI-D, а также комбинированные DVI-I и Dual-link DVI-I.
- DVI-A — это просто тип передачи сигнала VGA через новый разъем. Чтобы он работал, оба устройства на каждом конце кабеля должны поддерживать передачу и прием аналогового сигнала. Разъем DVI-A можно отличить по отсутствию большинства контактов, встречающихся в других версиях DVI. Всего 12 основных и пять дополнительных контактов. Вместо второго разъема на другом конце кабеля может находиться разъем VGA.
- DVI-D представляет собой цифровую передачу видео. Он заменяет три аналоговых канала тремя цифровыми. Передача осуществляется по протоколу TDMS с тактовой частотой 165 МГц. Теоретическая пропускная способность интерфейса составляет 4,95 Гбит/с, но из-за схемы кодирования 8/10 бит эффективная пропускная способность передачи данных составляет 3,96 Гбит/с. DVI-D поддерживает разрешения до 1920×1080 при частоте до 75 Гц.
- В режиме Dual-Link DVI-D используют три дополнительных канала передачи данных, что приводит к удвоению пропускной способности интерфейса. Это позволяет увеличить частоту обновления до 120 Гц при том же разрешении или передавать более высокое разрешение 2560×1440 при 60 Гц. Разъем Dual-Link DVI имеет дополнительные контакты в середине, в отличие от обычного разъема DVI-D, который имеет 18 основных контактов и один дополнительный. Dual-Link DVI использует все 24 основных контакта в разъеме.
- DVI-I — это разъем, объединяющий в себе DVI-A и DVI-D. С ним можно передавать как аналоговые, так и цифровые изображения. Он имеет максимум 24 основных и 5 вспомогательных контактов. В прошлом его обычно использовали на видеокартах. Однако на современных моделях иногда можно встретить цифровой разъем DVI-D, а устройства с аналоговыми разъемами DVI-A к ним подключить невозможно. К разъемам DVI-I можно подключать кабели как DVI-A, так и DVI-D.
HDMI
Самый популярный интерфейс передачи изображения — HDMI (High-Definition Multimedia Interface). Его обычно применяют для подключения компьютеров, ноутбуков, тюнеров, игровых приставок и других устройств к мониторам и телевизорам. Кабели HDMI имеют 19 жил и поставляются с различными типами разъемов: полноразмерный HDMI, miniHDMI или microHDMI.
HDMI — усовершенствованный цифровой интерфейс, основанный на стандарте DVI (Digital Visual Interface). Он поддерживает не только видео, но и аудио, а также команды управления через протокол CEC (Consumer Electronics Control). Ранние версии HDMI, такие как HDMI 1.0, 1.1, 1.2 и 1.2a, имеют ту же тактовую частоту и три канала передачи, что и DVI. Их пропускная способность — 3,96 Гбит/с, разрешение — до 1920×1080 при 75 Гц.
Такого разрешения можно достичь с помощью кабеля DVI-HDMI, поскольку стандарты совместимы. Однако важно отметить, что звук не может быть передан через это соединение, так как DVI не поддерживает его.
В HDMI версии 1.3 была введена более высокая тактовая частота — 340 МГц, что увеличило эффективную скорость передачи данных до 8,16 Гбит/с. Также это позволило удвоить частоту кадров при том же разрешении или передавать изображение более высокого разрешения 2560×1440 точек при 60 Гц. Кроме того, была добавлена поддержка 30-битной, 36-битной и 48-битной глубины цвета. Для использования этих функций требуется кабель с любым разъемом HDMI на обоих концах, поскольку кабель DVI-HDMI не поддерживает новые функции.
В версии 1.4 добавлена поддержка разрешения 4K (3840×2160 пикселей) с частотой до 30 Гц, а также поддержка 3D-изображений.
В HDMI версии 2.0 тактовая частота была увеличена до 600 МГц, в результате чего эффективная пропускная способность кабеля составила 14,4 Гбит/с. Это позволило обеспечить частоту обновления экрана 60 Гц при разрешении 4K. В версии 2.0a появилась поддержка технологии HDR, а в версии 2.0b — поддержка более совершенной HDR10.
В последней версии HDMI 2.1 устаревший протокол TDMS был заменен на протокол FRL, а количество каналов передачи данных было увеличено до четырех. Сами кабели и разъемы не претерпели никаких изменений.
Несмотря на различия в пропускной способности разных версий стандарта HDMI, физические компоненты кабеля, разъемов и коннекторов не изменились со времен первой версии. Единственное различие заключается в качестве их внутренних и внешних материалов, а также в сертификации.
DisplayPort
DisplayPort — это цифровой интерфейс вывода изображений. Он имеет более высокую пропускную способность, чем HDMI, но менее распространен в телевизорах. Состоит из четырех первичных линий передачи данных и одной вторичной, каждая из которых использует две жилы кабеля. Одной из особенностей DisplayPort является дифференциальная передача данных, что несовместимо с HDMI и DVI. Он также имеет более низкое напряжение питания. DisplayPort может передавать как изображение, так и звук. Кабель, используемый для DisplayPort, имеет 20 жил и может быть оснащен либо полноразмерным разъемом DisplayPort, либо меньшим — mini DisplayPort.
Первые версии DisplayPort, 1.0, 1.1 и 1.1a способны передавать данные со скоростью 10,8 Гбит/с. В них используется схема кодирования 8/10 бит, в результате чего эффективная пропускная способность составляет 8,64 Гбит/с. Этот режим передачи называется HBR. Версии поддерживают передачу изображения с разрешением до 2560×1440 пикселей при частоте обновления 75 Гц.
В версии 1.2 представлен новый режим HBR2 с увеличенной эффективной пропускной способностью 17,28 Гбит/с. Это позволяет передавать максимальное разрешение 4K (3840×2160 точек) при частоте обновления 60 Гц. Также добавляется возможность передачи 3D-изображений, поддержка 30-битного цвета и технология Multi-Stream Transport (возможность подключать несколько мониторов к одному кабелю с помощью специальных концентраторов). Версия 1.2a добавляет опциональную поддержку адаптивной кадровой синхронизации.
DisplayPort 1.3 может похвастаться увеличенной эффективной пропускной способностью до 25,92 Гбит/с благодаря новому режиму HBR3. Он поддерживает частоту кадров 120 Гц в 4K, а также 5K (5120 × 2880 точек) при 60 Гц и 8K (7680 × 4320 точек) при 30 Гц.
Обновленная версия 1.4 имеет поддержку технологии сжатия DSC. Это позволяет передавать изображение 4K при 240 Гц, 5K при 120 Гц и 8K при 60 Гц.
В DisplayPort 2.0 значительно увеличена пропускная способность, скорость передачи данных достигает 80 Гбит/с. Представлены три новых режима передачи данных: UHBR10, UHBR13.5 с уменьшенной пропускной способностью и UHBR20 с использованием полного канала. DisplayPort 2.0 стандартно поддерживает сверхвысокие разрешения 16K (15360 × 8640) и 10K (10240 × 5760) при 60 Гц. Он также поддерживает 8K при 120 Гц и 4K при 240 Гц.
DisplayPort 2.1 сохраняет предыдущие режимы, но вводит новые сертификации кабелей. Провода, способные работать в режиме UHBR10, теперь маркируются как DP40, а в режиме UHBR20 — DP80.
Кабель, разъемы и коннекторы для всех версий DisplayPort одинаковы. Подобно HDMI, разные версии кабелей отличаются только качеством материалов и сертификацией.
Thunderbolt
Интерфейс Thunderbolt был разработан совместно компаниями Intel и Apple, а первым устройством, оснащенным им, стал ноутбук MacBook Pro 2011 года. Хотя Thunderbolt встречается в компьютерах и ноутбуках других производителей, он не так распространен.
Интерфейс объединяет протоколы PCI-Express и DisplayPort в один кабель, по которому также передается питание на подключенные устройства. Поддерживает два режима работы: прямое соединение для передачи данных и альтернативный режим DisplayPort для вывода изображения. Среди потребительского оборудования кабели Thunderbolt используются для подключения к док-станциям, внешним видеокартам, мониторам и некоторым моделям быстрых внешних SSD.
Первая и вторая версии Thunderbolt используют соединение со скоростью 20 Гбит/с и оснащены 20-жильным кабелем, который взаимозаменяем между двумя версиями. Порты Thunderbolt 3 и 4 по умолчанию способны передавать до 15 Вт электроэнергии, но могут поддерживать до 100 Вт через Power Delivery. Обе версии также поддерживают соединение со скоростью 40 Гбит/с.