USB (universal serial bus)
USB-Schnittstelle
Der Universal Serial Bus (USB) ist ein 4-poliger, standardisierter I/O-Bus, der als serielle Schnittstelle für Computer-Ports dient. Die USB-Schnittstelle hat mehrere der bekannten seriellen und parallelen Schnittstellen für Drucker, Maus, Modem, Tastatur, Scanner, Digitalkamera und andere Peripheriegeräte abgelöst.
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USB-Stecker, Typ A  |
Eine USB-Schnittstelle kann mit bis zu 127 Peripheriegeräten belegt werden. Die Schnittstelle USB-1.1 wird mit Full Speed bezeichnet und hat eine Übertragungsrate von 12 Mbit/s. Darunter gibt es eine Low-Speed-Version (USB 1.x) mit 1,5 Mbit/s, was für Tastaturen, Mäuse, Modems und ISDN-Karten u.a. ausreicht. Mit USB 2.0, der High-Speed-Version, die eine Datenübertragungsrate bis zu 480 Mbit/s unterstützt, wird den Anforderungen an moderne Peripherie-Einheiten wie Netzwerkkarten, externe Festplatten, Digitalkameras, Videokameras und Videokonferenz-Systemen Rechnung getragen.
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Vergleich
von Peripherieschnittstellen: ATA, USB, 1394 und SATA  |
Die USB-Schnittstelle ist als Plug-and-Play-Schnittstelle konzipiert, Peripheriegeräte können bei laufendem Betrieb angeschlossen und sofort genutzt werden. Die Verbindung erfolgt immer auf Punkt-zu-Punkt-Basis. Das Hinzufügen oder Entfernen eines Gerätes erkennt das USB-System an der Belastung bzw. Entlastung der Abschlusswiderstände. Mit der Version 2.0 wird auch die Betriebsart On-the-Go (OTG) eingeführt, mit der die Geräte untereinander, ohne Personal Computer, miteinander kommunizieren können. Die Datenübertragung innerhalb des USB-Systems erfolgt paketorientiert, wobei der Personal Computer oder ein USB-Hub die Steuerung und Verwaltung der Datenpakete übernimmt. Die Datenpakete, die den Transaktionsverkehr, den Datenverkehr zwischen USB-Schnittstelle und Peripheriegerät übernehmen, sind zeitlich begrenzt auf 1 ms. Jedes Datenpaket hat ein Start of Frame (SOF) für die Anfangskennung und ein End of Frame (EOF) für das Paketende.
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USB-Versionen  |
Das USB-Kabel ist ein vieradriges, ungeschirmtes (für 1,5 Mbit/s) oder geschirmtes Kabel, bei dem zwei verdrillte Adern in symmetrischer Form die Differenzsignale übertragen. Die beiden anderen Adern dienen der Stromversorgung der Peripheriegeräte. Der SOF-Frame wird immer gesendet und dient auch dann zur Synchronisation, wenn kein Datenverkehr stattfindet. Die Kennung der Peripheriegeräte erfolgt über eine eigene ID-Nummer, den 8 Bit langen Proprietary Identifier (PID). Darüber hinaus haben die Datenpakete zur Fehlererkennung eine 16 Bit lange CRC-Prüfsumme.
Für USB gibt es zwei unterschiedliche USB-Stecker, den breiteren Typ A und den kleineren, fast quadratischen Typ B. Der Steckverbinder Typ A kommt vorwiegend am Personal Computer zum Einsatz, Typ B hingegen an den Peripheriegeräten.
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USB-Stecker
Typ B  |
Neben der drahtgebundenen USB-Schnittstelle wurden von der Wireless USB Promoter Group Aktivitäten für die Entwicklung von Wireless-USB, einer drahtlosen USB-Technologie, ins Leben gerufen. Dieses Wireless-USB soll Daten mit bis zu einer Datenrate von 480 Mbit/s über eine Entfernung von 10 m übertragen können, basierend auf dem Funkstandard von Ultra Wideband (UWB). Daneben, ebenfalls unter der Bezeichnung WirelessUSB, gibt es eine standardisierte Drahtlos-Technologie, die für Human Interface Devices (HDI), im industriellen Bereich, in der Überwachungstechnik und in der PC-nahen Anbindung von Endgeräten eingesetzt werden kann. Dieses WirelessUSB arbeitet im ISM-Band mit einer Datenrate von 62,5 kbit/s.
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Logo der USB-Schnittstelle  |
Die Unternehmen NEC-Corp., Intel, Hewlett Packard, Microsoft, NXP und Texas Instruments haben mit der USB 3.0 Promoter Group die Weichen für eine schnellere USB-Version gestellt. Diese Promoter Group hat im November 2008 die Spezifikationen für USB 3.0, das so genannte SuperSpeed USB, vorgestellt. USB 3.0 hat eine Datenrate, die 5 Gbit/s beträgt und damit dem Zehnfachen von USB 2.0 entspricht. Bei ersten Tests wurde ein HD-Film mit 25 GB mit SuperSpeed in 70 Sekunden übertragen, dessen Transferzeit mit USB 2.0 14 Minuten beträgt. SuperSpeed USB wird voraussichtlich 2010 in Endkundenprodukten wie Flashplayer, Festplatten und Digitalkameras eingesetzt.
Neben dem klassischen USB-Stecker gibt es noch den miniaturisierten Mini-USB-Stecker und den noch kleineren Micro-USB-Stecker. Darüber wird die USB-Schnittstelle durch den USB-Hub, die USB-Box, den USB-Token und USB-Stick funktional unterstützt, wobei der USB Stick als externe Speicherkomponente genutzt werden kann.
