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USB

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목차

1. 개요

USB(Universal Serial Bus)는 PC에 주변 장치를 연결하기 위해 1990년대에 개발된 직렬 통신 인터페이스이다. 1994년 컴팩, DEC, IBM, 인텔, 마이크로소프트, NEC, 노텔 등 7개 회사에서 개발을 시작했으며, PC 연결 편의성, 기존 인터페이스 문제 해결, 외부 장치 데이터 속도 증가를 목표로 했다. USB는 1.0부터 4까지 여러 버전으로 발전하며 전송 속도가 향상되었으며, 2010년대 후반부터 USB-C 타입 포트가 표준으로 자리 잡았다. USB는 트리 구조를 가지며 최대 127개의 장치를 연결할 수 있고, 핫 스와핑을 지원한다. USB는 데이터 전송을 위한 두 개의 핀과 전원 공급을 위한 두 개의 핀으로 구성되며, USB 2.0까지는 A, B, 미니 USB, 마이크로 USB 등 다양한 커넥터 형태를 지원했지만, USB 3.1부터는 USB-C 타입이 주로 사용된다. USB는 전원 공급을 위한 USB Battery Charging Specification(USB BC)과 USB Power Delivery(USB PD) 규격을 지원하며, 보안 문제와 다른 연결 방식과의 비교도 이루어진다.

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USB
USB
USB, 썬더볼트 및 기타 프로토콜의 현재 커넥터인 USB-C (플러그 및 리셉터클 표시)
설계자컴팩
DEC
IBM
인텔
마이크로소프트
NEC
노텔
설계 날짜1996년 1월
생산 시작1996년 5월 이후
대체직렬 포트
병렬 포트
게임 포트
애플 데스크톱 버스
PS/2 포트
파이어와이어 (IEEE 1394)
설명연결 지향적 터널링 아키텍처로, 여러 프로토콜을 단일 물리적 인터페이스로 결합하여 USB4 패브릭의 총 속도와 성능을 동적으로 공유하도록 설계되었다.
규격
USB 4 규격 버전2.0
USB 3.2 규격 버전1.1
기술 사양
종류버스
외부 연결예
핫플러그예
최대 길이5미터
A단자 폭11.5mm
B단자 폭8.45mm
A단자 높이4.5mm
B단자 높이 (v3.0 이전)7.78mm
전압직류 5V
최대 전압5 V(±5%)
최대 전류500–900 mA @ 5V (버전에 따라 다름)
데이터 신호패킷 데이터
데이터 비트 폭1비트
데이터 대역폭1.5/12/480/5,000 Mb/s (버전에 따라 다름)
연결 가능 장치 수127
데이터 방식직렬 포트
케이블4줄, USB 3.0은 8줄
핀 수4 (전원 1, 데이터 2, 접지 1), USB 3.0은 8 (슈퍼스피드를 위해 4개 추가)
표준 USB A 단자(왼쪽) 와 B 단자 (오른쪽)
핀 122sVCC (+5V)
핀 2Data-
핀 3Data+
핀 4Ground
기타
관련 기관USB Implementers Forum
전원 공급 규격Universal Serial Bus Power Delivery Specification Revision 3.0 Version 2.0a (Released)
범용 충전 솔루션Universal Charging Solution

2. 역사

USB는 직렬 포트, 병렬 포트 등 다양한 기존의 연결 방식을 대체하기 위해 만들어졌다. 키보드, 마우스 등 다양한 기기를 연결하는 데 사용되며, 이러한 기기 연결의 대부분은 표준 연결 방식을 이용하여 이루어진다. USB는 PC를 위하여 개발되었지만, 지금은 PDA나 비디오 게임 콘솔 등에도 채택되어 사용되며, USB의 전원 공급 기능을 이용한 충전 용도로도 많이 사용된다.[198][199]

1994년 컴팩, DEC, IBM, 인텔, 마이크로소프트, NEC, 노텔 등 7개사로 이루어진 그룹에서 USB의 개발을 시작하였다.[212] 목적은 PC에 여러 단자들을 제거함으로써 외부 장치들을 PC로 연결하기 쉽게 만드는 것이었다.

USB의 규격은 비영리단체인 USB 임플리멘터스 포럼(USB Implementers Forum; USB-IF)에서 결정하며, 2010년 3월 기준으로 포럼 의장은 인텔사의 제프(Jeff Ravencraft)이다. 초기에는 인텔, 마이크로소프트, 컴팩(현: 휴렛 팩커드), DEC(현: 휴렛 팩커드), IBM, 일본전기(NEC), 노던텔레콤(현: 노키아)이 사양을 제정했지만, 2017년 9월 현재는 USB-IF가 사양 제정 및 관리 등을 담당하고 있다. USB-IF는 애플, 휴렛 팩커드, 인텔, 마이크로소프트, 르네사스 일렉트로닉스, ST마이크로일렉트로닉스 6개사가 주도 기업이며, 총 996개사로 구성된다.

USB 버전의 역사는 다음과 같다.


  • USB 0.7: 1994년
  • USB 0.8: 1994년 12월 출시
  • USB 0.9: 1995년 4월 출시
  • USB 0.99: 1995년 8월 출시
  • USB 1.0 후보 버전: 1995년 11월 출시
  • USB 1.0: 1996년 1월 출시
  • USB 1.1: 1998년 9월 출시
  • USB 2.0: 2000년 4월 출시, 최대 전송속도는 480 Mbit/s (초당속도 60 MByte/s)


2008년 11월 17일에 SIG(Special Interest Group)에서 USB 3.0 스펙에 대한 표준안 작업이 완료되어 USB 3.0 규격(Rev. 1.0)이 발표되었고, 2010년에 출시되었다. 최대 속도는 5 Gbit/s(625 MByte/s)이다. 이전 버전과는 하위 호환성이 있다.

USB 3.2 (Super Speed Plus)은 10 Gbit/s(초당속도 1.25GByte/s)의 전송속도를 내며[213], 2013년 7월 26일에 발표되었다.

USB와 썬더볼트의 이동 속도 비교


USB는 데이터 교환과 전력 공급을 모두 위해 개인용 컴퓨터에 주변 장치를 연결하는 표준을 설정하기 위해 설계되었다. PC 시장에서 USB 장치는 USB 2.0이 등장한 2000년경부터 본격적인 보급을 시작하였다. 미국 시장조사회사 In-Stat社는 2007년 전 세계적으로 출하된 USB 포트 수가 26억 개에 달했다고 전했다.[186]

2. 1. 대한민국에서의 USB 역사

1998년, 애플이 아이맥을 출시하고, 마이크로소프트가 윈도우 98에서 공식적으로 USB를 지원하면서 대한민국에서도 USB가 급속도로 보급되기 시작했다.[186]

NEC의 PC-9821 시리즈는 타사보다 먼저 USB를 지원하는 모델을 출시했지만, USB 등장 당시 이미 PC-9821 시리즈 자체가 시장에서 쇠퇴기에 접어들었던 탓에 NEC 제품을 제외하면 호환 기기가 매우 제한적이었다. 그러나 윈도우 98 SE와 윈도우 2000에서는 많은 장치가 작동하게 되었다.

2000년경부터 USB 2.0이 등장하면서 본격적인 보급을 시작하여, 현재는 외장형 주변기기 연결용 버스의 주류 자리를 USB가 차지하고 있다. 레거시 버스를 탑재하지 않은 레거시 프리 PC도 등장하고 있으며, 특히 노트북 PC에서는 비교적 이른 시기에 특별히 드문 것이 아니었다.

가정용 게임기에서는 드림캐스트와 Xbox가 USB를 변형한 독자적인 형태의 단자를 사용하여 컨트롤러를 연결했다. 최초로 일반적인 USB 단자를 채용한 것은 플레이스테이션 2이지만, 일부 주변 기기 연결을 제외하면 적극적으로 활용되지는 않았다. Xbox 360, 플레이스테이션 3는 일반적인 USB 2.0 단자를 갖추고 있으며, 컴퓨터에 가까운 유연한 활용성을 가지고 있다.

플레이스테이션 4의 AUX 단자 및 AUX 단자에 연결하는 PlayStation Camera의 실체는 USB 3.0이며, 다른 기기와 동시 연결 시 통신 속도를 확보할 수 없을 가능성을 회피하기 위해 독자적인 형태의 단자로 되어 있다. 휴대용 게임기인 플레이스테이션 포터블과 플레이스테이션 비타는 그 자체가 USB 기기로 기능하여, 컴퓨터나 PlayStation 3에 연결하여 데이터를 주고받거나 충전 등을 한다.

2010년대 초반, USB 3.0의 등장으로 더 빠른 데이터 전송이 가능해졌다. 2009년 말부터 저장 장치 등의 채용 기기가 등장할 것으로 예상되었다.[188] 버팔로가 2009년 10월 28일에 USB 3.0 대응 외장 하드디스크 드라이브와 USB 3.0 포트를 증설하기 위한 인터페이스 카드를 발매했는데, 이는 개인이 구입할 수 있는 USB 3.0 대응 기기 및 인터페이스 카드로서는 세계 최초였다.[189]

2010년대 후반, USB-C 타입 포트가 스마트폰, 노트북 등 다양한 기기에 채택되면서 USB 연결 방식의 표준으로 자리 잡았다.

현재 대한민국은 IT 강국으로서, USB 기술의 발전과 보급에 중요한 역할을 하고 있다. 삼성전자, LG전자 등 국내 기업들은 USB 관련 제품 생산 및 기술 개발에 적극적으로 참여하고 있다.

3. 구성

USB는 직렬 포트, 병렬 포트와 같은 인터페이스를 대체하며, 다양한 장치에서 널리 사용되고 있다. USB를 통해 연결되는 주변 장치로는 컴퓨터 키보드 및 마우스, 비디오 카메라, 프린터, 휴대용 미디어 플레이어, 모바일(휴대용) 디지털 전화기, 디스크 드라이브 및 네트워크 어댑터 등이 있으며, USB 커넥터는 휴대용 장치용 충전 케이블로도 사용된다.

USB 커넥터 인터페이스는 크게 세 가지 유형으로 분류된다.


  • Type-A (업스트림)
  • Type-B (다운스트림)
  • Type-C (USB-C)


Type-A 및 Type-B 커넥터는 표준, 미니, 마이크로 크기로 제공된다. 표준 형식은 데스크톱 및 대형 주변 장비에 주로 사용되며, Mini-USB 커넥터는 모바일 장치용으로 출시되었으나 더 얇은 Micro-USB 커넥터로 대체되었다.

Type-C 커넥터는 2014년부터 기존의 여러 커넥터를 대체하기 시작했으며, USB4의 유일한 커넥터이다. Type-C는 USB 외에도 디스플레이포트, 썬더볼트 등 다른 표준에서도 사용되며, 양방향 연결이 가능하고 다양한 기능과 프로토콜을 지원한다.[200][201]

USB는 이전의 표준 또는 독점 인터페이스와 비교할 때 개인용 컴퓨터와 주변 장치 간의 인터페이스를 단순화하고 개선하기 위해 개발되었다.[209]

컴퓨터 사용자의 관점에서 USB 인터페이스는 다음과 같은 장점을 제공한다.

  • 자체 구성 기능: 사용자가 장치 설정을 조정하거나 인터럽트, 입출력 주소 등을 구성할 필요가 없다.[210]
  • 호스트에서 표준화된 단자: 모든 주변 장치가 사용 가능한 대부분의 수용 단자(receptacle)를 사용할 수 있다.
  • 주변 장치의 자체 관리: 주변 장치에 추가 처리 능력을 부여하여 자체 관리가 가능하다.
  • 핫 스와핑 지원: 호스트 컴퓨터를 종료하지 않고도 장치를 교환할 수 있다.
  • 소형 장치 전원 공급: USB 인터페이스에서 직접 전원을 공급받아 추가 전원 공급 케이블이 필요 없다.
  • 규정 준수 테스트를 통한 신뢰성 보장: USB 로고 사용은 규정 준수 테스트를 통과해야 하므로, 사용자는 장치가 예상대로 작동할 것이라는 확신을 가질 수 있다.
  • 오류 복구 프로토콜 정의: 이전 인터페이스에 비해 안정성이 향상되었다.
  • 간편한 장치 설치: 최소한의 운영자 작업만으로 장치를 설치하고 구성할 수 있다.


USB는 호스트 컨트롤러를 최상위로 하여, 허브를 통해 여러 개의 주변 기기를 나뭇가지 형태로 연결하는 트리(tree) 구조를 가진다. 하나의 호스트 컨트롤러에는 최대 127개의 장치를 연결할 수 있다. USB 장치는 대부분 핫 스와핑을 지원하며, USB 연결을 통해 약간의 전력도 함께 공급되어 외부 전원 없이도 장치를 쉽게 사용할 수 있다. USB 2.0의 정격 전류 용량은 5V 500mA이며, USB 3.2의 정격 전류 용량은 5V 900mA이다.[214]

3. 1. 연결 구성

USB는 호스트 컨트롤러를 최상위로 하여, 허브를 통해 여러 개의 주변 기기를 나뭇가지 형태로 연결하는 트리(tree) 구조를 가진다. 하나의 호스트 컨트롤러에는 최대 127개의 장치를 연결할 수 있다. USB 장치는 대부분 핫 스와핑을 지원하여 컴퓨터 작동 중에도 장치를 연결하거나 제거할 수 있다.[19] USB 연결은 항상 호스트 또는 허브의 다운스트림 포트인 'A' 형 단자와 주변 장치 또는 허브의 업스트림 포트인 'B' 형 단자 사이에 이루어진다. USB-C (Type-C)는 모든 Type-A 및 Type-B 커넥터('레거시' 커넥터)를 대체하는 단일 커넥터로, 양쪽 모두 USB-C 포트가 있는 최신 장비인 경우 어느 쪽이 '호스트'(A)이고 어느 쪽이 '장치'(B)인지 협상한다.

3. 2. 전기적 특성

연결 단자 속에 있는 4개의 핀 중에서 데이터 전송에 사용되는 2개의 핀은 짧고, 전원을 공급해주는 2개의 핀은 길게 되어 있다. 이러한 구조적 이점 때문에 연결할 때는 언제나 전원 공급용 핀 2개가 먼저 연결되고 데이터 전송용 핀 2개가 그 후에 연결되며, 연결이 해제될 때는 언제나 반대의 순서로 데이터 전송 핀들이 끊어지고 그 후에 전원 공급 핀들이 끊어진다.[214]

전원 공급과 관련한 2개의 핀 중에서 하나는 0이라는 신호에 기준이 되는 GND 핀인데, 접지가 먼저 연결되고 데이터 전송이 시작되거나 끝이 나므로, 연결이 시작되거나 끝나는 시점에 전압과 관련한 노이즈가 기계적으로 최소화된다. USB가 출시되기 전의 시리얼 케이블, 병렬 포트 기반 프린터 포트보다 전자적으로 안정화된 구조이다.

핀 배치
표준 USB 커넥터미니/마이크로 USB 커넥터
Pin기능(호스트 측)기능(기기 측)Pin기능(호스트 측)기능(기기 측)
1VBUS (4.75 - 5.25 V)VBUS (4.4 - 5.25 V)1VBUS (4.75 - 5.25 V)VBUS (4.4 - 5.25 V)
2D−2D−
3D+3D+
4GND4ID
colspan="3" |5GND


3. 3. 속도

USB 표준은 여러 차례 개선되어 최대 전송 속도가 향상되었다. USB 1.1부터 USB4까지는 상위 호환성을 가지므로, 하위 규격 장치와 상위 규격 장치를 연결해도 하위 규격의 기능 및 성능 제약 내에서 정상 작동한다.

USB의 실제 속도는 이론상 최고 속도보다 낮을 수 있으며, 주 컨트롤러에 연결된 기기들 간에 대역폭을 나누어 쓰므로 장치가 늘어날수록 속도는 현저히 떨어진다.

USB 비교
규격명 (구 명칭)규격 발표일최대 데이터 전송 속도 (실효 속도)최대 전송 거리전력 공급 (5V)
USB 1.01996년 1월반이중 12 Mbps (1.5 MB/s)5 m (USB Type-C는 4 m까지)500 mA (USB Power Delivery 지원 USB Type-C는 1.5 A 또는 3 A)
USB 1.11998년 9월
USB 2.02000년 4월반이중 480 Mbps (60 MB/s)
USB 3.2 Gen 1 (USB 3.1 Gen 1, USB 3.0)2008년 11월전이중 5 Gbps (500 MB/s)3 m (USB Type-C는 2 m까지)[135]900 mA (USB Power Delivery 지원 USB Type-C는 1.5 A 또는 3 A)
USB 3.2 Gen 2 (USB 3.1 Gen 2)2013년 8월전이중 10 Gbps (1.21 GB/s)1 m[135]1000 mA (USB Power Delivery 지원 USB Type-C는 1.5 A 또는 3 A)
USB 3.2 Gen 2x22017년 9월 25일전이중 20 Gbps (2.42 GB/s)1000 mA (USB Power Delivery 지원 시 1.5 A 또는 3 A)
USB4 Version 1.02019년 9월 3일전이중 20 Gbps (2.42 GB/s) 또는 전이중 40 Gbps (4.85 GB/s)0.8 m[135]
USB4 Version 2.02022년 11월전이중 80 Gbps (8 GB/s)|



USB 초기에는 키보드, 마우스와 같이 Low speed로 연결되는 제품들이 있었지만, 현재는 거의 사용되지 않는다. Full speed의 USB 1.0도 1.1 규격으로 업데이트된 후 USB 2.0으로 전환되었다. 2010년 초 USB 3.0을 적용한 제품들이 나오기 전에는 대부분 USB 2.0을 사용했다.

USB 표준별 사용 가능한 단자
표준USB 1.0
1996		USB 1.1
1998		USB 2.0
2000		USB 2.0
Revised		USB 3.0
2008		USB 3.1
2013		USB 3.2
2017		USB4
2019		USB4 2.0
2022
최대 속도현행 마케팅 이름Basic-SpeedHigh-SpeedUSB 5GbpsUSB 10GbpsUSB 20GbpsUSB 40GbpsUSB 80Gbps
원 표기Low-Speed & Full-SpeedSuperSpeed, or SSSuperSpeed+, or SS+SuperSpeed USB 20Gbps
운용 모드USB 3.2 Gen 1x1USB 3.2 Gen 2x1USB 3.2 Gen 2x2USB4 Gen 3x2USB4 Gen 4x2
신호 속도1.5 Mbit/s & 12 Mbit/s480 Mbit/s5 Gbit/s10 Gbit/s20 Gbit/s40 Gbit/s80 Gbit/s
단자Standard-A
--[202]colspan="2" rowspan="2"
Standard-B
x60px
x75px
--[202]
Mini-A[203]
67x67px
colspan="5" rowspan="3"
Mini-AB[204][205]
75x75px
Mini-B
67x67px
Micro-A[206] [203][208]
75x75px
117x117px
--[202]colspan="2" rowspan="3"
Micro-AB[204][207]
75x75px
117x117px
--[202]
Micro-B
75x75px
117x117px
--[202]
Type-C (USB-C)[208]
117x117px

(Enlarged to show detail)
비고:scope=col colspan=10 |


3. 4. USB 연결 단자 타입

1996USB 1.1
1998USB 2.0
2000USB 2.0
RevisedUSB 3.0
2008USB 3.1
2013USB 3.2
2017USB4
2019USB4 2.0
2022단자Standard-A--[202]colspan="2" rowspan="2" |Standard-B--[202]Mini-A[203]colspan="5" rowspan="3" |Mini-AB[204][205]Mini-BMicro-A[206] [203][208]--[202]colspan="2" rowspan="3" |Micro-AB[204][207]--[202]Micro-B--[202]Type-C
(USB-C)[208]
(확대된 그림)



USB 커넥터 인터페이스는 호스트, 허브 및 주변 장치에서 발견되는 다양한 기존의 Type-A(업스트림) 및 Type-B(다운스트림) 커넥터의 세 가지 유형으로 분류된다. 최신 Type-C(USB-C) 커넥터는 2014년부터 많은 레거시 커넥터를 대체하기 시작했으며 USB4에 적용 가능한 유일한 커넥터이다.

Type-A 및 Type-B 커넥터는 표준, 미니 및 마이크로 크기로 제공된다. 표준 형식은 가장 크며 주로 데스크톱 및 대형 주변 장비에 사용되었다. Mini-USB 커넥터(Mini-A, Mini-B, Mini-AB)는 모바일 장치용으로 출시되었지만 더 얇은 Micro-USB 커넥터(Micro-A, Micro-B, Micro-AB)로 빠르게 대체되었다. USB-C라고도 알려진 Type-C 커넥터는 USB 전용이 아니며 USB의 유일한 현재 표준이고 USB4에 필요하며 최신 디스플레이포트 및 썬더볼트를 포함한 다른 표준에서도 필요하다. 가역적이며 USB를 포함한 다양한 기능과 프로토콜을 지원할 수 있다. 하드웨어 유형(호스트, 주변 장치 또는 허브)에 따라 일부는 필수이고 대부분은 선택 사항이다.[200][201]

4. 전송 프로토콜

2017년 7월 25일, USB 3.0 프로모터 그룹은 USB 3.2 규격을 발표했고,[141] 2017년 9월 25일에 공식 출시되었다.[142]

USB 3.2는 기존의 USB 3.0 및 3.1을 통합하여 다음과 같이 정의한다 (Gen은 Generation의 약자).[143]



여기서 'x2'는 2레인을 의미한다. USB 3.2를 지원하고 양쪽 끝이 Type-C 커넥터인 케이블을 사용할 때만 2레인을 사용할 수 있으며, 20 Gbps를 지원한다.[144] 2레인 작동에는 2배의 물리 계층이 필요하지만 전송 속도를 10 Gbps로 유지하는 것은 실용성이 거의 없다.[145][146]

한쪽 끝이 Standard-A이고 다른 한쪽 끝이 Type-C인 USB 3.1 Gen 2 지원 케이블도 사용할 수 있지만, 이 경우에는 2레인을 사용할 수 없다.

4. 1. 전송 모드

12Mbit/s: 고속(FS)기본 속도로 이름 변경.USB 1.11998년 9월USB 2.02000년 4월480Mbit/s: 고속(HS)USB 3.02008년 11월5Gbit/s: 초고속(SS)USB 3.1 Gen 1[131]로 이름이 변경되었고, 나중에는 USB 3.2 Gen 1×1로 변경됨.USB 3.12013년 7월10Gbit/s: 초고속+(SS+)USB 3.1 Gen 2[131]로 이름이 변경되었고, 나중에는 USB 3.2 Gen 2×1로 변경됨.USB 3.22017년 8월20Gbit/s: 초고속+ 2레인새로운 USB 3.2 Gen 1×2 및 Gen 2×2 2레인 모드 포함.[55] 완전 기능 USB-C 필요.USB42019년 8월40Gbit/s: 2레인새로운 USB4 Gen 2×2 (64b/66b 인코딩) 및 Gen 3×2 (128b/132b 인코딩) 모드 포함하고, Thunderbolt 3 프로토콜 기반의 USB 3.2, DisplayPort 1.4a 및 PCI Express 트래픽 및 호스트 간 전송 터널링을 위한 USB4 라우팅 도입; USB4 패브릭 필요.USB4 2.02022년 9월120 ⇄ 40Gbit/s: 비대칭새로운 USB4 Gen 4×2 (PAM-3 인코딩) 모드를 포함하여 Type-C 커넥터를 통해 80 및 120Gbit/s 속도 제공.[56] USB4 패브릭 필요.



2017년에 발표된 USB 3.2 규격은[141][142] USB 3.0과 3.1을 통합하여 다음과 같이 정의한다.[143]



'''x2'''는 2레인을 의미하며, USB 3.2를 지원하는 양쪽 끝이 Type-C 커넥터인 케이블을 사용할 때만 2레인을 사용할 수 있으며, 20Gbps를 지원한다.[144] Gen 1x2는 실용성이 거의 없다.[145][146]

2019년에 발표된 USB4[147][148]는 인텔의 썬더볼트(Thunderbolt) 프로토콜 사양을 기반으로 하며, USB 2.0 및 USB 3.2와 하위 호환성을 갖는다.[149] 2레인 Type-C 커넥터를 사용하며, 대역폭은 표준 20Gbps, 옵션으로 40Gbps이다. DisplayPort, PCI Express 터널링을 지원하며, 케이블 하나로 USB 3.2의 20Gbps 데이터 전송과 DisplayPort 영상 출력을 동시에 사용할 수 있다.

2022년에는 데이터 전송 속도가 80Gbps로 향상된 USB4 Version 2.0이 공개되었다.

4. 2. USB Attached SCSI Protocol (UASP)

USB 부착 SCSI 프로토콜(약칭: UASP)은 USB의 확장 사양으로, 통신 프로토콜의 하나이다.

일반적으로 보조 기억 장치와의 통신에는 벌크 전송이 사용되는데, 전송 효율이 저하되어 통신 속도가 느려지는 문제가 있었다. UASP는 SCSI 장치에서 사용되던 통신 프로토콜을 응용하여 이러한 문제를 해결하고 통신 속도를 개선한다.

UASP를 사용하려면 컴퓨터, 연결 장치, 그리고 이들을 제어하는 운영 체제(OS) 모두 UASP를 지원해야 한다.

5. 장치 클래스

USB에서는 주변 기기의 기능에 따라 그룹화된 '디바이스 클래스'라는 사양 집합이 정의되어 있다. 각 클래스 사양(클래스 사양에 따라서는 서브클래스 사양)에 따라 제작된 디바이스에는 통일된 제어 인터페이스가 준비되어 있으며, 클래스 사양에 준수하는 기기류는 '클래스 드라이버'라는 공통의 장치 드라이버 소프트웨어로 작동시킬 수 있다.[150] 예를 들어, 많은 USB 메모리는 '매스 스토리지 클래스'라는 클래스에 속하며, OS 측에서 매스 스토리지 클래스 대응 클래스 드라이버를 준비하고 있다면 USB 메모리가 클래스 사양에 준수하는 한, 새로 드라이버를 설치할 필요 없이 처음 연결해도 바로 작동한다.

2009년 11월 현재, USB.org에서 정의하고 있는 디바이스 클래스는 다음과 같다.

클래스 ID사용하는 디스크립터클래스 명용도
00hDevice(미정의)[151]디바이스 클래스가 미정의임을 나타낸다. 이 경우, 인터페이스 디스크립터에 따라 사용하는 드라이버가 특정된다.
01hInterface오디오스피커, 마이크, 사운드 카드, MIDI 기기
02hBothUSB communications device class (Communications and CDC Control)이더넷 카드, 모뎀
03hInterfaceUSB human interface device class(휴먼 인터페이스 디바이스(HID))키보드, 마우스, 조이스틱
05hPhysical Interface Device (PID)포스 피드백 조이스틱
06h이미지웹캠, 이미지 스캐너
07h프린터프린터, CNC
08hUSB mass-storage device class(매스 스토리지)USB 메모리, 메모리 카드 리더 라이터, 디지털 오디오 플레이어, 디지털 스틸 카메라, 외장 저장 장치
09hDeviceUSB hubUSB 허브
0AhInterfaceCDC-Data클래스 코드 02h의 Communications and CDC Control과 함께 사용된다.
0BhSmart CardUSB IC 카드 리더
0DhContent security지문 인식기
0EhUSB video device class(비디오)웹캠
0FhPersonal Healthcare맥박 측정기(맥박 측정기가 달린 시계)
DChBothDiagnostic DeviceUSB 컴플라이언스 테스트용 디바이스
E0hInterface무선 컨트롤러Wi-Fi 어댑터, 블루투스 어댑터
EFhBoth기타Microsoft ActiveSync 디바이스
FEhInterface애플리케이션 정의IrDA 브리지, Test & Measurement Class (USBTMC)[152], USB DFU (Direct Firmware update)[153]
FFhBoth벤더 정의벤더 정의 드라이버를 사용함을 나타낸다.


6. 호스트 컨트롤러 종류

USB 규격에서는 호스트 컨트롤러 규격을 정의하지 않으며, 다음의 호스트 컨트롤러 규격은 USB 사양 외부에 있다. 여러 호스트 컨트롤러 규격이 있으며, 제어 방식이 다르기 때문에 각각 다른 드라이버가 필요하다. 하지만 동일한 호스트 컨트롤러 규격 내에서는 일반적으로 공통적인 것을 사용할 수 있다.[145][146]

7. 전원 공급

USB는 기본적으로 신호 케이블로 설계되었지만, 편의성을 위해 저전력 장치에 전원을 공급하는 '버스 전원 방식'(Bus-powered)을 지원한다.

USB 전원 공급 규격
규격전류전압전력
USB 1.x 및 2.0500 mA5 V2.5 W
USB 3.x900 mA4.5 W



USB 전원 공급은 원래 PC/AT 호환 기기의 PS/2 커넥터를 대체하여 마우스나 키보드에 탑재되는 저전력 반도체 논리 회로 구동을 전제로 설계되었다. 고전력 장치도 논리 회로보다 더 많은 전력을 필요로 할 것으로 예상되었지만, 모터 구동이나 기기 충전 등의 고전력 사용은 예상하지 않았다. 따라서 일부 소형 노트북 컴퓨터처럼 공급 전류를 제한하는 경우, 500mA에 가까운 전류로 작동하는 USB 연결 기기가 불안정하거나 작동하지 않을 수 있다.

규격 이상의 전력을 요구하는 디스크 드라이브 등 모터 구동식 기기나 대규모 집적 회로를 포함하여 전력을 소비하는 영상용 캡처 기기는 USB 버스를 신호 버스로만 사용하고, 전력은 기기 측에서 준비하는 "셀프 파워" 연결 방식을 사용하도록 규정되었다.

버스 전원 방식 장치를 여러 개 연결하거나, 버스 전원 방식 허브를 다단으로 연결하면 전원 공급 능력을 초과하므로, 포트에는 전원 공급 차단 기능이 탑재되어 있다. 과도한 돼지꼬리 전원 코드 연결을 방지하기 위해 시판되는 버스 전원 구동 USB 허브는 대부분 4포트 이하로 구성되어 있다.

USB 포트나 버스 전원 방식 허브에서 전원 공급 능력을 크게 초과하는 연결은 지원하지 않으며, 최악의 경우 허브나 PC 측 인터페이스 카드나 버스, 전원 회로 등의 보호 회로가 작동하거나 기기가 손상될 수 있다.

하지만 USB 보급과 함께 휴대용 하드 디스크 드라이브나 소비 전력이 큰 DVD-R 쓰기 드라이브 등의 모터 구동 매체, 휴대전화나 PHS 등의 배터리 충전용 전원으로 USB 전력을 활용하는 사례가 늘기 시작했다.

한 개의 케이블로 기기를 연결하고 싶다는 사용자의 요구에 따라 USB 전력 공급 능력을 증강하기 위한 'PlusPower' 확장도 검토되었으나, 안전성 및 호환성 문제로 공식 사양에는 포함되지 않았다.

이 문제를 해결하기 위해 IBM에서 USB 2.0 포트를 확장한 '''PoweredUSB''' 규격이 등장했다.[172][173] 공급 전압은 5V, 12V, 24V이며 최대 전류는 6A이다. PoweredUSB를 지원하는 연결 케이블이 필요하다. 그러나 2012년 11월 현재, 이 규격은 USB-IF로부터 공식적인 승인을 받지 못했다.

장치로 인식시키지 않고 전원만 공급하는 주변 기기도 존재한다. 한 대의 기기에 두 개의 호스트 커넥터에서 두 대 분의 버스 전원을 공급하기 위한 특수한 이중 케이블 등이 해당한다.

PC나 셀프 파워형 허브의 USB 포트에서 콘센트처럼 전력을 얻을 수 있는 점을 이용하여 USB를 전원 공급에만 사용하는 주변 기기가 등장하기 시작했다. 모바일 기기뿐만 아니라 휴대용 게임기, 디지털 오디오 플레이어 등 휴대 기기용 충전기·충전 케이블이나, 소형 선풍기, 전등과 같은 기기로 인식되지 않는 주변 기기, 심지어 USB에서 전원을 얻는 이점이 거의 찾아볼 수 없는 것들도 상품화되었다. 연말의 탁상 크리스마스 트리나 여름의 선풍기 등은 이미 풍물시와 같다. USB 버스 전원 30개 분량(병렬 연결 시 15암페어, 총 75와트)을 전원으로 사용하는 "구이판"을 직접 제작한 사람도 있다.[179] 이러한 상품 중에는 전력 회로 설계가 부실하여 연결하기만 해도 PC나 스마트폰의 USB 포트를 물리적으로 파손시키는 사례도 있었다.[180]

"전원 공급 전용 포트로서의 USB" 타입 주변 기기의 확산에 따라 전원 공급에만 한정된 전력 공급 기능을 가진 USB 포트와 동일한 형태의 커넥터를 가진 AC 어댑터나 충전식 배터리 또는 건전지 등을 사용한 전원 공급 유닛 등도 판매되고 있다. 이러한 제품을 사용하면 외출 시 기기별로 AC 어댑터를 휴대하지 않고도 충전이 가능하며, 여러 기기를 단일 AC 어댑터로 사용할 수 있다. 또한 국가별로 다른 콘센트의 형태나 주파수·전압 등에 대해 기기 쪽에서 대응하는 것이 아니라 각국에서 시판되는 USB 어댑터 쪽에서 대응할 수 있으므로 제조업체로서는 수출 기기 설계가 용이해진다. 벽면 콘센트 박스에 매립하여 전원 공급용 USB 포트를 제공하는 USB 콘센트도 시판되고 있다.

하지만 제조업체가 보증하는 일부 기종을 제외하고는 이러한 "전력 공급 전용 USB 포트 관련 제품"을 사용하여 충전하는 것은 기기 제조업체의 보증 대상에서 제외된다.

"전원 공급 전용 포트로서의 USB" 타입 주변 기기와 일반 인터페이스로서의 USB 포트를 연결하는 경우에도 대부분 작동 보증 대상에서 제외된다(애초에 호스트 측의 허가를 받지 않고 타겟이 임의로 "전력을 빼앗는" 구현은 USB 규격 위반이다).

최근에는 고성능 USB 전원 공급 능력을 자랑하는 마더보드도 판매되고 있다.

2010년대 이후 스마트폰과 USB 충전을 지원하는 무선 헤드폰의 등장과 함께 USB AC 어댑터가 보급되었다. 하지만 그 이전인 2000년대에도 현재와는 형태가 다른 USB AC 어댑터가 제조 및 사용된 적이 있다.

스마트폰용으로는 일반적으로 USB Type-A 포트를 가진 USB AC 어댑터가 등장했지만, 스마트폰이 USB-C 포트를 지원하게 되면서 USB Type-C 포트를 가진 USB AC 어댑터도 등장했다.[182] 2019년경부터 질화갈륨 기술을 채용함으로써 소형·경량화가 진행되어, 여러 개의 포트를 탑재하고 동시에 2대 이상의 기기를 충전할 수 있는 제품도 등장하고 있다.[183]

일본 국내 사용을 가정하여 USB AC 어댑터를 구입할 때는, 특정 전기용품 PSE 마크, 제조 사업자 등의 명칭, 정격 전압, 정격 소비 전력 등의 표시가 있는 기기를 선택하는 것이 좋다.[184] 그 밖에, 제조업체가 신뢰할 수 있는지, 위조 브랜드품이 아닌지 등을 유의하고, 구입한 기억이 없는 기기나 출처가 불분명한 기기는 사용하지 않는 것이 바람직하다.

7. 1. USB Battery Charging Specification (USB BC)

USB IF(USB Implementers Forum)는 2007년에 Revision 1.1, 2010년에 Revision 1.2를 발표하여 USB 전원 공급 규격을 확장했다.[165] 이 규격은 기존의 USB 2.0 포트를 Standard Downstream Port (SDP)로 정의하고[166], 충전 포트라고 불리는 두 가지 종류를 표준화했다.

USB 전원 공급 규격
규격전류전압전력
USB 1.x 및 2.0500 mA5 V2.5 W
USB 3.x900 mA4.5 W
USB 배터리 충전
Revision 1.2		0.5 - 1.5 A2.5 - 7.5 W
USB Type-C1.5 A7.5 W
3 A15 W
USB 전력 공급
Revision 1.0		2 A10 W
1.5 A12 V18 W
3 A36 W
5 A60 W
3 A20 V
5 A100 W



2007년 4월에는 USB를 통한 충전 시간을 단축하기 위한 규격인 "Battery Charging Revision 1.0"이 제정되었다.[175]

7. 2. USB Power Delivery (USB PD)

2012년 7월, USB 3.0 프로모터 그룹은 USB 전력 공급(USB Power Delivery, USB PD) 규격화를 완료했다고 발표했다.[167] USB PD는 최대 240W까지 전원 공급이 가능하며, 5V, 9V, 15V, 20V, 28V, 36V, 48V의 다양한 전압을 지원한다. USB PD는 USB-C 커넥터를 통해 전원 공급과 데이터 통신을 동시에 수행할 수 있다.

USB 전원 공급 규격
규격전류전압전력
USB 1.x 및 2.0500 mA5 V2.5W
USB 3.x900 mA4.5W
USB 배터리 충전
Revision 1.2		0.5 - 1.5 A2.5W - 7.5W
USB Type-C1.5 A7.5W
3 A15W
USB 전력 공급
Revision 1.0		2 A10W
1.5 A12 V18W
3 A36W
5 A60W
3 A20 V
5 A100W



USB 전력 공급 Revision 3.0 전력 규칙[162]
전원 출력 전력 (W)전류 (A)
+5 V+9 V+15 V+20 V
0.5–150.1–3.0rowspan=2rowspan=3
15–273.0
(15 W)		1.7–3.0
27–453.0
(27 W)		1.8–3.0
45–603.0
(45 W)		2.25–3.0
60–1003.0–5.0



2014년에는 USB 3.1의 일부로 USB 전력 공급 Revision 2.0 Version 1.0이 출시되어 USB-C 케이블을 지원하게 되었다.

2016년에 출시된 USB 전력 공급 Revision 2.0 Version 1.2와 USB 전력 공급 Revision 3.0 Version 1.0에서는 5가지 전력 프로파일 대신 전력 규칙(Power Rules)이라는 전력 공급 사양으로 변경되었다. USB 전력 공급 Revision 2.0과의 하위 호환성을 갖는다. 5V, 9V, 15V, 20V의 전압 사양이 있으며, 공급 측은 3A에서 최대 공급 전력 이하의 모든 전압을 지원해야 한다. 전력 규칙 이외의 전압 및 전류도 선택적으로 허용된다.[168] 공식적으로 USB Type-C 전용 전력 공급 규격이 되었으며, USB A/B 커넥터에서의 PD는 보급되지 않고 규격에서 삭제되었다.

USB 전력 공급 Revision 3.0 Version 1.0에는 전압을 가변적으로 조절하여 충전 시 과도한 발열을 줄이고 전력 사용 효율을 높일 수 있는 프로그래머블 전력 공급(Programmable Power Supply; PPS) 기능(선택 사항)이 있다.[170] 일부 스마트폰 등에서 사용되고 있다.[171]

또한 USB 전력 공급 Revision 3.0 Version 1.0에는 0.15밀리초 이내에 전력 공급과 수신 역할을 바꿀 수 있는 고속 역할 전환(Fast Role Swap; FRS) 기능(선택 사항)이 있다.[170]

2021년에는 USB 전력 공급 Revision 3.1이 출시되어 28V, 36V, 48V 전압이 추가되었고 최대 240W까지 전력 공급이 가능해졌다.

8. 보안 문제

USB는 원래 데이터 통신용으로 설계되었기 때문에, 전원 공급용으로만 보이는 USB 포트나 케이블을 통해 데이터 유출이나 악성코드 감염이 발생할 수 있다. 따라서 공공장소에서 제공되는 USB 전원 공급 포트나 케이블 사용 시 주의가 필요하며, 가급적 개인 충전기나 보조 배터리를 사용하는 것이 컴퓨터 보안상 안전하다.

2010년대 초반부터 카페, 호텔, 공항, 항공기, 철도 및 장거리 버스, 택시 차량 내부에서 이용자의 스마트폰 충전 및 노트북 사용 편의를 위해 전원을 제공하는 사례가 증가하고 있다.

대부분 상용 전원을 제공하지만, 상용 전원 플러그의 형태와 전압은 국가 및 지역에 따라 다르므로 해외 여행객이 가지고 있는 AC 어댑터를 사용할 수 없는 경우를 고려하여 벽면 USB 콘센트를 사용한 USB 전원 제공이나 USB-AC 어댑터 대여를 하는 경우도 있다.

하지만 USB는 원래 데이터 통신용 연결 규격으로 제정된 것이며, 전력 공급 전용으로 사용하도록 고안된 규격이 아니다. 전력 공급 전용으로 보이는 기기나 커넥터라도, 그것이 연결된 기기로부터 데이터를 빼내거나 컴퓨터 프로그램을 보낼 수 없다고 보장하기는 어렵다. 일부 USB 충전기는 충전 전용임을 명시하기 위해 USB 커넥터의 수지 부품 부분에 적색, 녹색, 황색 등으로 색상 구분을 하고 있지만(청색은 USB 3.x를 의미하며, 전력 공급용이 아님), 통일된 규격이 아니며, 불법 기기가 위장을 위해 이러한 색상이 있는 커넥터를 사용하는 것도 용이하다.

정보 기기로부터 데이터 유출 및 컴퓨터 바이러스 감염을 예방한다는 관점에서, 집과 같은 신뢰할 수 있는 장소 이외의 시설에서는, 전력 공급용 USB 포트가 제공되는 경우라도, 이러한 USB(USB-C, 마이크로 USB, 라이트닝 등 데이터 통신이 가능한 케이블이 연결된 것, 대여받은 USB-AC 어댑터도 마찬가지)를 사용하지 않고, 스마트폰이나 태블릿 등의 정보 기기를 자체 어댑터를 준비하여 상용 전원 콘센트에서 충전하는 것이 바람직하다.

2023년4월 6일에는 미국 미국 연방수사국 (FBI)(Federal Bureau of Investigation)도 유사한 주의 사항을 트윗으로 공지했다.[181]

9. 다른 연결 방식과의 비교

USB는 개인용 컴퓨터와 주변 장치를 연결하는 표준으로 설계되어, 직렬 포트, 병렬 포트와 같은 인터페이스를 대체하며 널리 사용되고 있다.[10][11] USB를 통해 키보드, 마우스, 비디오 카메라, 프린터, 휴대용 미디어 플레이어, 휴대용 디지털 전화, 디스크 드라이브, 네트워크 어댑터 등을 연결할 수 있다. USB 커넥터는 휴대용 기기의 충전 케이블로도 많이 사용된다.

USB 인터페이스는 자동 구성되므로 사용자가 장치 설정을 조정하거나 인터럽트 등을 구성할 필요가 없다.[20] USB 커넥터는 호스트에서 표준화되어 있어 대부분의 주변 장치에서 사용 가능하다. 소형 장치는 USB 인터페이스를 통해 직접 전원을 공급받을 수 있어 편리하며, 핫스왑 기능도 지원한다.[19] USB 로고 사용은 적합성 테스트를 통과해야 하므로, 사용자는 USB 장치가 안정적으로 작동할 것이라는 신뢰를 가질 수 있다.

9. 1. FireWire (IEEE 1394)

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9. 2. 이더넷

이더넷 표준은 네트워크 장치(컴퓨터, 전화 등)와 네트워크 케이블 사이에 60초 동안 최대 1500V AC 또는 2250V DC의 전기적 절연을 요구한다.[118] USB는 이러한 요구 사항이 없으며, 주변 장치와 호스트 접지를 연결한다. 이는 특정 고장 조건에서 위험한 전압을 가질 수 있는 외부 배선에 연결된 케이블 및 DSL 모뎀과 같은 주변 장치를 사용하는 경우 이더넷이 USB보다 안전하다는 것을 보여준다.[119][120]

9. 3. MIDI

USB MIDI 장치 클래스 정의는 USB를 통해 MIDI(Musical Instrument Digital Interface) 음악 데이터를 전송한다.[121] MIDI 기능은 최대 16개의 동시 가상 MIDI 케이블을 허용하도록 확장되었으며, 각 케이블은 일반적인 MIDI 16채널과 클럭을 전송할 수 있다.

USB는 저렴하고 물리적으로 인접한 장치에 유리하다. 하지만, PoE(Power over Ethernet)와 MIDI 플러그 표준은 긴 케이블을 사용할 수 있는 하이엔드 장치에서 장점을 가지고 있다. USB는 양쪽 트랜시버의 접지 기준을 연결하기 때문에 장비 간 접지 루프(ground loop) 문제를 일으킬 수 있다. 반대로, MIDI 플러그 표준과 이더넷은 500V 이상의 절연 기능을 가지고 있다.

9. 4. eSATA/eSATAp

eSATA 커넥터는 외부 하드 드라이브 및 SSD 연결을 위해 고안된 더욱 견고한 SATA 커넥터이다. eSATA의 전송 속도(최대 6 Gbit/s)는 USB 3.0(최대 5 Gbit/s) 및 USB 3.1(최대 10 Gbit/s)과 유사하다. eSATA로 연결된 장치는 일반적인 SATA 장치로 인식되어 내부 드라이브와 동일한 성능과 호환성을 제공한다.

eSATA는 외부 장치에 전원을 공급하지 않는데, 이는 USB와 비교해 점점 더 큰 단점이 되고 있다. USB 3.0의 4.5W는 외부 하드 드라이브에 전원을 공급하기에 부족한 경우가 있지만, 기술이 발전함에 따라 외부 드라이브는 점차 더 적은 전력을 필요로 하여 eSATA의 장점이 줄어들고 있다. eSATAp (eSATA 전원 공급, ESATA/USB)는 2009년에 도입된 커넥터로, 새로운 하위 호환 가능한 커넥터를 사용하여 연결된 장치에 전원을 공급한다. 노트북의 eSATAp는 일반적으로 2.5인치 HDD/SSD에 전원을 공급하기 위해 5V만 공급하며, 데스크톱 워크스테이션에서는 3.5인치 HDD/SSD 및 5.25인치 광학 드라이브를 포함한 더 큰 장치에 전원을 공급하기 위해 추가적으로 12V를 공급할 수 있다.

데스크톱 컴퓨터에는 마더보드 SATA, 전원 및 USB 리소스를 연결하는 브래킷 형태로 eSATAp 지원을 추가할 수 있다.

eSATA는 USB와 마찬가지로 핫 플러깅을 지원하지만, 이는 운영 체제 드라이버 및 장치 펌웨어에 따라 제한될 수 있다.

9. 5. 썬더볼트

썬더볼트는 PCI 익스프레스와 디스플레이포트를 결합한 새로운 직렬 데이터 인터페이스이다. 초기 썬더볼트 구현 방식은 각각 10 Gbit/s의 전송 속도를 가진 두 개의 채널을 사용하여 총 20 Gbit/s의 단방향 대역폭을 제공했다.[122]

썬더볼트 2는 링크 집계를 사용하여 두 개의 10 Gbit/s 채널을 하나의 20 Gbit/s 양방향 채널로 결합한다.[123]

썬더볼트 3 및 썬더볼트 4는 USB-C를 사용한다.[124][125][126] 썬더볼트 3는 20 Gbit/s의 양방향 채널 두 개를 물리적으로 사용하며, 이를 하나의 논리적 40 Gbit/s 양방향 채널로 집계하여 표시한다. 썬더볼트 3 컨트롤러는 USB 3.1 Gen 2 컨트롤러를 통합하여 USB 장치와의 호환성을 제공할 수 있다. 또한 DisplayPort Alternate Mode와 DisplayPort over USB4 Fabric을 제공할 수 있으므로 썬더볼트 3 포트의 기능은 USB 3.1 Gen 2 포트의 기능의 상위 집합이 된다.

DisplayPort Alternate Mode 2.0: USB4(USB-C 필요)는 허브가 USB-C Alternate Mode를 통해 DisplayPort 2.0을 지원해야 함을 요구한다. DisplayPort 2.0은 HDR10 색상으로 60 Hz에서 8K 해상도를 지원할 수 있다.[127] DisplayPort 2.0은 최대 80 Gbit/s를 사용할 수 있는데, 이는 USB 데이터에 사용 가능한 양의 두 배이며, 모든 데이터를 한 방향(모니터로)으로 전송하므로 8개의 데이터 와이어를 모두 한 번에 사용할 수 있기 때문이다.[127]

썬더볼트 프로토콜에 대한 사양이 로열티 없이 제공되고 인텔에서 USB 이행 포럼으로 관리권이 이전된 후, 썬더볼트 3은 USB4 사양에 효과적으로 구현되었다. USB4 제품에 대한 썬더볼트 3과의 호환성은 선택 사항이지만 권장된다.[128]

참조

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[12] 문서 Limited to max speed at 10 Gbit/s, since only one-lane (×1) operation mode is possible.
[13] 문서 Backward compatibility given.
[14] 문서 Only as receptacle.
[15] 문서 Accepts both Mini-A and Mini-B plugs.
[16] 문서 Only as plug.
[17] 문서 Accepts both Micro-A and Micro-B plugs.
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