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Semiconductor/스마트 Tip

[반이아빠의 장난감 속 반도체] 뽀로로컴퓨터 10편, Port 6편


드디어 포트의 마지막 편인 USB까지 왔습니다! 어찌 보면, USB 포트의 활용도와 중요성을 소개하기 위해 앞서 다른 포트들을 소개했다고 해도 과언이 아닐 정도입니다. USB는 Universal Serial Bus의 약자로, 주변 기기들을 좀 더 쉽게 이용하기 위해 범용으로 만들어진 포트를 말합니다.


그림1) USB 포트

사진출처 : https://pixabay.com


컴퓨터와 주변 기기를 연결할 때 사용하는 포트의 종류는 여태껏 소개해 온 표준 포트만 보아도 여덟 가지나 됩니다. 1990년대 이전에는 인터페이스들의 종류가 더 많았고, 연결 방법도 각각 달랐습니다. 그래서 어떤 케이블을 써서 어떤 포트에 꽂아야 하는지, 연결한 후에는 어떤 설정을 어떻게 해야 하는지 알기 힘들었습니다. (지금도 PC나 전자기기에 익숙하지 않은 부모님 세대분들은 키보드나 마우스, 스피커, 프린터 등을 연결하기가 쉽지 않으시지요!)

이러한 불편함을 해소하기 위해 연결방식의 호환성, 포트 하나에 허브를 연결하여 여러 개의 장치를 연결할 수 있는 확장성, 그리고 전원공급이 가능하면서 고속으로 데이터를 전송할 수 있는 연결방식 등의 장점을 가진 포트가 필요하게 되었습니다. 그래서 마이크로소프트, 인텔, IBM, Compaq, DEC, NEC, Nortel 등이 공동 개발에 돌입, 1996년 최초의 USB가 탄생했습니다.

이 포트는 다수의 대형 컴퓨터 관련 업체들이 개발에 참여했기에 비교적 쉽게 업계 표준으로 인정받게 되었습니다. 아울러 특허 사용료가 무료여서, 규모가 작은 업체에서도 저렴하게 USB 관련 기기를 제조할 수 있는 장점도 갖게 되었습니다.

최초 개발된 USB 1.0은 초당 최대 12M의 데이터를 주고받을 수 있었습니다. 이후 2.0 버전에서는 최대 480M bps를 지원하였습니다. USB 2.0으로 들어서면서는 조금 변화가 생겼습니다. 그중 하나는 아래 그림과 같이 연결 플러그의 디자인이 다양화되었다는 점입니다. 우리가 가장 흔하게 사용하는 것은 Standard type-A이며 프린터나 스캐너 등에 사용하는 Standard type-B, 크기가 조금 작은 장치(메모리카드 리더기 등)에서 사용하는 mini type, 그리고 스마트폰에 연결하는 micro type 등으로 세분되기 시작했습니다.



그림2-1) (왼쪽부터) 마이크로 USB type-B, 미니 USB 8핀 type-A, 미니 USB 5핀 type-B,

일반 USB type-A, 일반 USB type-A, 일반 USB type-B
사진출처 : https://ko.wikipedia.org


그림2-2) 다양한 USB 2.0 디자인
사진출처 : https://ko.wikipedia.org/wiki/USB


USB 2.0부터 스마트폰 등의 배터리 충전에 대한 규격도 생겼습니다. ‘Battery Charging Specification 1.1’ 규격이 2007년 발표된 것입니다. 그 덕분에 스마트폰 연결에 사용하는 micro type-B를 사용하여 PC와 data를 주고받고 충전도 가능하게 되었습니다. USB 2.0은 개발 당시에 속도는 물론 호환성도 중요한 요소였기 때문에 USB 1.1과 같은 케이블로 연결하여 사용할 수 있었습니다.

2008년 11월에 정식으로 발표된 아래와 같은 USB 3.0은 USB 2.0보다 무려 12배나 빠른 5G bps를 지원합니다. 그런데 USB 2.0의 Standard type-A을 제외한 다른 type들은 극성 개수의 증가로 인하여 디자인을 조금씩 변경하여 호환할 수밖에 없었고, mini type은 없어졌습니다. 포트는 파란색이어서 기존 USB 2.0과 구분이 됩니다만, USB 2.0과 호환은 가능하기 때문에 USB 2.0 장치를 USB 3.0 포트와 연결해도 동작합니다. (단, 속도는 USB 2.0 기준으로 떨어집니다)


그림3) USB 3.0

사진출처 : 네이버사전 https://terms.naver.com


그리고 또 하나의 큰 변화 중 하나는 전원공급인데, USB 2.0에서 500mA의 전류를 공급할 수 있었던 것에 비해 USB 3.0에서는 900mA, 이후 ‘Battery Charging Specification 1.2’가 발표된 후부터는 최대 1.5A까지 공급할 수 있게 되었습니다. 우리가 충전기 어댑터를 통해서가 아닌 PC에서 USB로 충전할 때 상대적으로 충전 속도가 느렸던 이유가 바로 이것 때문입니다. 요즘 스마트폰들은 고속 충전을 지원하고, 보통 1.8A~2A 정도를 요구하며 이만큼의 전류는 충전기 어댑터를 통해서만 공급할 수 있습니다.

한편, USB 3.0은 2013년 3.1 버전으로 업그레이드되었는데요, 전송속도는 USB 3.0의 두 배인 10G bps까지 올라갔습니다. 그리고 USB 3.1은 새로운 규격을 사용하게 되는데, USB 2.0 때의 다양한 디자인을 통일하여 아래와 같은 type-C를 개발하게 됩니다. 이 규격은 소형화된 모바일 디바이스 및 향후 확장까지 고려된 것이며, 아래 사진처럼 위아래 구분이 없어서 쉽게 연결할 수 있습니다. 그리고 상향된 데이터 전송속도뿐만 아니라 전력공급도 100W까지 가능하도록 개발되어 어지간한 소형장치는 별도 전원공급 없이 USB 단자만으로 구동할 수 있게 하였습니다.


그림4) USB type-C

사진출처 : https://ko.wikipedia.org


그림5) 위아래 구분이 없는 USB 3.1 C type

사진출처 : http://www.usbgear.com


아시다시피 USB는 아래 사진과 같이 메모리 형태로 우리 생활에서 아주 흔하게 쓰입니다. 2000년 이스라엘의 IT 업체인 M시스템(M-System)에서 8MB와 16MB, 그리고 32MB 용량의 제품을 내놓으면서 처음으로 시장에 모습을 드러낸 USB 메모리는 이전까지 이동용 저장장치의 주류를 이루던 3.5인치 플로피디스크(1.44MB)에 비하면 상당히 넉넉한 용량을 갖추고 있었으며, 물리적인 구동이 필요한 디스크가 아닌 반도체 플래시 메모리를 저장 매체로 사용하기 때문에 제품의 내구력 역시 우수하였습니다.

또한, 데이터 기록을 하기 위해 별도의 소프트웨어가 필요한 CD나 DVD와 같은 광디스크보다 훨씬 간편하게 사용할 수 있어서 호평을 받았으며, USB 버스를 이용하면서 언제나 자유롭게 탈착할 수 있고, 플래시 메모리를 사용하여 전원이 끊어지더라도 저장된 데이터가 지워지지 않아 누구라도 유용하게 사용할 수 있어 널리 퍼지게 되었습니다. 현재 512GB의 저장용량 정도까지 상용화되어 구할 수 있으나, 가격이 고가라 그 정도의 저장 용량이 필요한 경우 USB로 연결하는 외장하드를 사용하는 것이 가격 면에서 유리합니다.

USB는 사용이 편하고 유용하다는 장점이 있지만, 특히 보안 측면에서 보았을 때 분실의 위험이 크고, 누구나(특수한 경우를 제외하고는) 아무 PC에서나 꽂아도 작동하고, 감염된 시스템으로부터 바이러스 감염이 쉬운 우려 등으로 인해 공공장소 등 외부에서 사용할 때에는 주의해야 합니다.

그림6) USB memory

사진출처: 네이버사전 https://terms.naver.com


이로써 뽀로로컴퓨터의 마우스 연결 단자로부터 시작한 포트 이야기는 PC 뒷면의 다양한 포트까지로 긴 소개를 마쳤습니다. 앞으로는 어떤 포트들이 개발될지 모르겠지만, 더 쉽고 편한 포트들이 나와서 누구나 쉽게 선 한두 개만 연결하면 되는 세상이 왔으면 좋겠습니다.



WRITTEN BY 양원모

초등학교 때 꿈은 과학자가 아니면 야구선수였고 중학교 때 꿈은 작가였다. 고교에서는 전자과를, 대학에서는 문예창작학과를 졸업했다. 지금은 연구소 실험실에 근무하면서 주말에는 사회인야구를 하고 이제 사보에 기고하게 되었으니 어지간히 꿈을 이루고 사는 편이다.