Sau 25 năm phát triển, chuẩn kết nối USB đã khác xưa như thế nào?

Phiên bản đầu tiên của USB (Universal Serial Bus) chính thức phát hành tháng 1/1996. Sau 25 năm, từ chuẩn kết nối tốc độ 12 Mbit/s của phiên bản 1.0 đã được cập nhật lên tốc độ 40 Gbit/s của USB 4. Chuẩn kết nối USB đã chinh phục thế giới như thế nào?

Câu chuyện quá khứ: vật lộn với hàng chục loại cổng kết nối

Đầu những năm 1990, kết nối thiết bị ngoại vi với máy tính cá nhân vẫn còn là một mớ hỗn độn. Muốn thiết lập máy tính, bạn phải đối mặt với hàng chục loại cổng và đầu nối khác nhau. Thời đó, máy tính thường có mọt cổng kết nối bàn phím, cổng nối RS-232 với 9 hoặc 25 chân và một cổng song song 25 chân. Ngoài ra, bộ điều khiển trò chơi trên máy tính còn sử dụng cổng kết nối 15 chân riêng còn chuột thì lại được cắm vào cổng nối tiếp hoặc độc quyền.

Chính vì thế, các nhà sản xuất bắt đầu cảm thấy bị giới hạn về tốc độ truyền dữ liệu trong các cổng được sử dụng cho thiết bị ngoại vi trên PC thời đó. Trong khi nhu cầu về ứng dụng điện thoại, video và âm thanh ngày càng tăng. Các nhà cung cấp đã giới thiệu các loại cổng độc quyền mới để tránh những hạn chế trên, nhưng tất cả chỉ làm tăng chi phí và ngày càng hạn chế vấn đề tương thích giữa các thiết bị.

Dần dần việc thêm một thiết bị ngoại vi trên máy tính trở thành một việc vô cùng khó khăn. Nhà sản xuất phải định cấu hình các chi tiết kỹ thuật như cài đặt IRQ, kênh DMA và địa chỉ I/O để chúng không xung đột với các thiết bị khác trên hệ thống. Mọi thứ ngày càng hỗn loạn hơn, đòi hỏi một giải pháp đồng bộ để mọi thứ trở nên nhất quán hơn.

Chuẩn kết nối USB ra đời

USB chính là chuẩn kết nối mà cả giới công nghệ vào thời điểm đó đều mong chờ. Thiết bị này bắt đầu từ được lên ý tưởng từ năm 1994, trong một dự án hợp tác giữa 8 hãng công nghệ nổi tiếng: Intel, Microsoft, IBM, Compaq, Digital Equipment Corporation, NEC và Northern Telecom.

Sau khi định hình và phát triển trong 1,5 năm sau đó, nhóm nghiên cứu đã công bố thông số kỹ thuật của USB 1.0 vào ngày 15/1/1996.

USB sử dụng đầu nối 4 chân đơn giản, chắc chắn và rẻ tiền, cho phép kết nối tối đa 12 Mbit/giây (đủ sử dụng cho các ứng dụng mạng thời đó) và có thể phục vụ tới 127 thiết bị trên cùng một bus nếu kết nối với nhau qua hub trung tâm.

Đặc biệt, USB có chơ chế plug-and-play (cắm và chạy), các thiết bị sẽ tự động định cấu hình (hoặc tìm kiếm trình điều khiển (driver) thích hợp) khi được cắm vào máy. Người dùng không còn phải vật lộn với IRQ (kênh yêu cầu ngắt) nữa.

Khác với những tiêu chuẩn trước, USB hỗ trợ tính năng hot-swap, nghĩa là có thể cắm và rút thiết bị ngoại vi trong khi máy tính đang chạy: không cần khởi động lại máy khi cần thay đổi kết nối.

Khi ấy cũng có một số tiêu chuẩn khác canh tranh với USB như Firewire (IEEE 1394), Apple GeoPort, ACCESS.bus và SCSI. Nhưng chính sự đơn giản và linh hoạt đã giúp USB chiến thắng, nhất là khi các nhà cung cấp chứng minh họ có thể tạo ra chipset USB chi phí thấp cho các trung tâm và thiết bị ngoại vi.

USB giải quyết được những vấn đề gì?

Ban đầu, ngành công nghiệp máy tính phải mất rất nhiều thời gian để chấp nhận USB. Phải trải qua nhiều lần nâng cấp, chuẩn kết nối này mới được áp dụng rộng rãi và duy trì đến ngày nay. Microsoft bắt đầu hỗ trợ USB trong Windows 95 OSR 2.1 từ tháng 8/1997 (và trên Win NT cũng vào khoảng thời gian đó).

Theo ComputerWorld, Unisys Aquanta DX ra mắt ngày 13/5/1996 là chiếc máy tính đầu tiên được tích hợp cổng USB, dù IBM và một số nhà cung cấp khác mới là bên phát hành chuẩn kết nối này ra thị trường. Byte Magazine cho biết, phải đến hơn nửa năm sau đó, chipset USB mới phổ biến trên thị trường. Tuy nhiên, cuối năm 1996, gần chục nhà cung cấp máy tính đã tuyên bố tích hợp USB vào sản phẩm – thường là 2 cổng/máy.

Dù được hỗ trợ nhiều từ các nhà sản xuất PC nhưng USB chỉ được sử dụng rất ít, đa số PC vẫn được tích hợp những loại cổng kết nối cũ vì vậy các nhà sản xuất phải tiếp tục phát triển và những thiết bị này cho đến nửa cuối năm 1998.

Sau đó một sự kiện đã giúp USB trở nên thông dụng và được chú ý nhiều hơn. Tháng 8/1998, Apple phát hành iMac, chiếc máy “tất cả trong một” sử dụng công kết nối USB. Đây là lần đầu tiên sau hơn một thập kỷ Nhà Táo tạo ra một chiếc máy tính không có cổng SCSI, ADB hoặc những loại cổng nối tiếp khác. Động thái này đã khiến các hãng sản xuất thiết bị ngoại vi cho máy Mac buộc phải chuyển sang chuẩn kết nối USB.

Tất nhiên Apple không phải thương hiệu duy nhất giúp USB trở nên phổ biến. Nhưng bởi giới truyền thông đã tập trung nhiều nào sự thay đổi của Táo Khuyết khiến chuẩn kết nối USB trở nên phổ biến trước công chúng.

Ít lâu sau, những thiết bị ngoại vi sử dụng chuẩn USB như trên máy Mac cũng trở nên thịnh hành trên các loại máy tính cá nhân khác. Windows 98 cũng dần dần sử dụng chuẩn USB tốt hơn, chipset giá rẻ và những nâng cấp của USB khiến thị trường máy tính dần chấp nhận tiêu chuẩn này. Một thời gian sau, điện thoại di động cũng bắt đầu hỗ trợ cổng kết nối USB và sự phổ biến của tiêu chuẩn này ngày càng mở rộng.

Chuẩn kết nối USB qua các thời kỳ

Từ năm 1996 đến nay, USB đã được nâng cấp nhiều về khả năng truyền dữ liệu, hỗ trợ các loại đầu nối mới, nhỏ hơn với tốc độ ngày càng nhanh. Dưới đây là một số cột mốc về sự phát triển của USB.

• USB 1.0 (1996): Chính thức ra đời chuẩn USB với hai kiểu đầu nối Type A và Type B. Tốc độ truyền tải tối đa 12 Mbit/giây, thấp nhất là 1,5 Mbit/giây.
• USB 1.1 (1998): Bản phát hành này đã sửa một số lỗi trong tiêu chuẩn 1.0, trở thành chuẩn USB đầu tiên được chấp nhận rộng rãi. Thiết bị đã nâng cấp thành đầu nối USB Mini Type A và B.
• USB 2.0 (2001): Chế độ mới với tốc độ lên đến hơn 480 Mbit/giây, vẫn tương thích ngược với các thiết bị USB 1.1. Bản sửa đổi năm 2007 đã giới thiệu đầu nối Micro USB.
• USB 3.0 (2011): Chuẩn 3.0 giới thiệu tốc độ dữ liệu 5 Gbit/giây, được gọi là SuperSpeed. Đây là thời điểm xuất hiện các đầu nối Type A, Type B và Micro mới nhiều chân hơn, tốc độ truyền dữ liệu ngày càng cao.
• USB 3.1 (2014): Tăng tốc độ dữ liệu USB lên 10 Gbit/giây. Thời gian này ra mắt đầu nối USB-C đối xứng, có thể cắm theo cả hai cách. (Không cần phải lật USB ba lần mới có thể tìm được chiều chính xác).
• USB 3.2 (2017): Với bản cải tiến này, USB đã tăng lên 20 Gbit/giây, ngừng sử dụng Type B và Micro và thay thế bằng Type C.
• USB 4.0 (2019): Tiêu chuẩn mới tương thích với Thunderbolt 3 và hỗ trợ kết nối lên đến 40 Gbit/giây. Từ đây, khai tử tất cả các đầu nối không phải USB-C.

USB là chuẩn kết nổi của tương lai

Tính đến hiện tại, USB vẫn đang phát triển mạnh mẽ, được hỗ trợ rộng rãi. Đầy chính là tiêu chuẩn sạc pin điện thoại thông minh, máy tính bảng, bộ điều khiển trò chơi điện tử, đồ chơi trẻ em, thiết bị gia dụng thông minh và những sản phẩm công nghệ khác.

Chuẩn kết nối USB không ngừng được nâng cấp. USB 4 cho thấy ngành công nghiệp vẫn đang ưu tiên giữ tiêu chuẩn này, giữa thời điểm máy tính đang ngày càng nhanh hơn, dữ liệu truyền giữa các thiết bị cũng ngày càng lớn

Thậm chí Apple cũng đã loại bỏ cổng Lightning độc quyền và chuyển sang dùng USB-C, dù Lightning vẫn tồn tại trên iPhone và nhiều thiết bị khác của Táo Khuyết.

Bạn nghĩ sao về lịch sử hình thành và phát triển của USB? Mời để lại ý kiến dưới phần bình luận nhé!