Có một thời mặt sau máy tính là một mê cung: cổng nối tiếp cho modem, cổng song song cho máy in, cổng riêng cho bàn phím, chuột, joystick và nhiều đầu nối không thể thay thế cho nhau. Mỗi thiết bị mới có thể đồng nghĩa với việc mở thùng máy, cài trình điều khiển, chỉnh công tắc nhỏ và khởi động lại vài lần. USB ra đời để chấm dứt cảnh đó bằng một ý tưởng nghe đơn giản đến mức hiển nhiên: một cổng chung, cắm vào là máy tự nhận, vừa truyền dữ liệu vừa cấp điện cho thiết bị.

Nguồn gốc và hành trình ra đời

Đầu thập niên 1990, kỹ sư Ajay Bhatt tại Intel nhiều lần bực bội vì việc lắp thêm thiết bị cho PC quá rắc rối. Tầm nhìn của ông là một giao diện phổ quát kiểu ổ cắm điện: người dùng không cần hiểu chuyện gì xảy ra bên trong, chỉ cần cắm đúng đầu nối và sử dụng.

Intel đã lôi kéo các đối tác then chốt cùng xây dựng đặc tả. Bảy công ty gồm Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC và Nortel công bố đặc tả USB 1.0 vào tháng 1 năm 1996. Tên gọi Universal Serial Bus gói gọn ba cam kết: phổ quát cho nhiều thiết bị, truyền nối tiếp theo từng bit, và một đường trục chung do máy chủ quản lý. Tốc độ ban đầu gồm mức 1,5 Mbps cho thiết bị chậm như bàn phím, chuột và mức 12 Mbps cho thiết bị cần băng thông cao hơn.

USB không thắng ngay trong một đêm. Cần có hệ điều hành hỗ trợ tốt và thiết bị đủ nhiều để người dùng thấy lợi ích. Windows 98 cải thiện mạnh khả năng cắm là chạy, còn chiếc iMac năm 1998 gây chú ý khi loại bỏ nhiều cổng cũ và đặt cược vào USB. Từ cuối thập niên 1990, ổ lưu trữ di động, máy in, máy quét, webcam và máy ảnh số đua nhau dùng USB. Cái tên thân thuộc "ổ USB" dành cho thiết bị nhớ flash cho thấy chuẩn này đã đi vào ngôn ngữ hằng ngày.

Nguyên lý hoạt động

USB là hệ thống có máy chủ, thường là máy tính hoặc điện thoại, quản lý các thiết bị nối vào. Khi bạn cắm một thiết bị, quá trình liệt kê diễn ra trong chớp mắt: máy chủ cấp một lượng điện ban đầu, đọc thông tin mô tả để biết thiết bị là bàn phím, ổ lưu trữ, tai nghe hay camera, gán địa chỉ và chọn trình điều khiển phù hợp. Nhờ vậy người dùng không phải tự đặt địa chỉ phần cứng hay lo hai thiết bị giành nhau tài nguyên như thời cổng cũ.

Dữ liệu trên USB được chia thành các gói và truyền nối tiếp trên cặp dây tín hiệu vi sai, giúp tín hiệu chống nhiễu tốt hơn. Cáp USB truyền thống còn có dây nguồn 5 volt và dây đất. Thiết bị ít điện như chuột có thể lấy điện trực tiếp từ cổng; thiết bị lớn hơn tự dùng nguồn riêng hoặc đàm phán để xin dòng điện cao hơn.

Các thế hệ sau tăng tốc bằng cách bổ sung làn truyền tốc độ cao và cải thiện giao thức. USB 2.0 năm 2000 đạt 480 Mbps; USB 3.0 năm 2008 lên 5 Gbps; các bản tiếp theo đạt 10, 20 rồi 40 Gbps ở USB4. Đầu nối USB-C xuất hiện năm 2014 với hình dáng nhỏ, cắm được cả hai chiều và có thể mang dữ liệu, hình ảnh cùng nguồn điện công suất lớn qua USB Power Delivery.

Tác động và quá trình phát triển

Tác động lớn nhất của USB là biến khả năng tương thích thành kỳ vọng mặc định. Người dùng ngày nay thấy đương nhiên khi một ổ cứng, micro hoặc tay cầm chơi game cắm vào máy nào cũng hoạt động. Chuẩn chung làm giảm chi phí cho nhà sản xuất, tăng lựa chọn cho người mua và giúp thiết bị chuyên biệt ra đời nhanh hơn vì không phải tự phát minh cổng kết nối riêng. Từ phòng thu tại nhà đến thiết bị y tế, máy bán hàng và xe hơi, USB trở thành thứ tiếng chung của thế giới thiết bị số.

USB cũng thay đổi cách lưu trữ và di chuyển dữ liệu. Ổ flash nhỏ bằng ngón tay thay thế đĩa mềm và đĩa CD ghi trong nhiều công việc. Máy ảnh số đổ ảnh qua USB, điện thoại đồng bộ và sạc bằng USB, còn các bo mạch phát triển phần cứng đều dùng cổng này để nạp chương trình và gỡ lỗi.

Tuy vậy, thành công quá lớn cũng tạo ra rối rắm mới. Cùng một hình dáng đầu cắm có thể hỗ trợ tốc độ và công suất rất khác nhau; tên gọi các thế hệ USB 3 từng thay đổi khiến người mua khó phân biệt. USB-C giải quyết chuyện cắm ngược nhưng không tự bảo đảm mọi sợi cáp đều đạt tốc độ cao nhất.

Sự thật thú vị ít người biết

  • Đặc tả USB 1.0 được công bố tháng 1 năm 1996 bởi bảy công ty lớn, một liên minh hiếm hoi giữa nhiều đối thủ cạnh tranh trực tiếp.
  • USB hỗ trợ cắm nóng: người dùng có thể cắm và rút thiết bị khi máy đang chạy mà không cần tắt nguồn như nhiều giao diện trước đó.
  • Đầu USB-A đời đầu không cắm ngược được; trải nghiệm thử hai, ba lần mới đúng chiều đã thành trò đùa toàn cầu và là lý do USB-C đối xứng được chào đón.

Hiểu lầm thường gặp

Hiểu lầm: "USB là phát minh của riêng Ajay Bhatt." Bhatt là người khởi xướng và là gương mặt nổi bật nhất, nhưng USB thành hình nhờ nhóm kỹ sư tại Intel, liên minh bảy công ty và hàng nghìn người triển khai phần cứng, phần mềm. Không có hệ sinh thái chấp nhận, một chuẩn dù hay đến đâu cũng khó trở thành phổ quát.

Hiểu lầm: "Cứ là USB-C thì tốc độ và công suất đều như nhau." USB-C trước hết là hình dáng đầu nối. Bên trong, cáp và cổng có thể thuộc các thế hệ giao thức khác nhau, hỗ trợ hoặc không hỗ trợ sạc nhanh, xuất hình hay tốc độ 40 Gbps. Nhìn đúng đầu cắm là chưa đủ; người dùng vẫn cần kiểm tra thông số của máy, cáp và bộ sạc.

Nguồn tham khảo