Usuari:Mcapdevila/Bus sèrie universal

Universal Serial Bus
Connector mascle USB tipus A
Tipus	Bus
Història de producció
Dissenyador	Ajay Bhatt, Intel
Data de disseny	gener 1996
Fabricant	IBM, Intel, Northern Telecom, Compaq, Microsoft, Digital Equipment Corporation i NEC
Substitueix	Port sèrie, port paral·lel, port de jocs, Apple Desktop Bus, PS/2
Sustituit per	Universal Serial Bus High Speed
Especificacions
Longitud	5 metres (màxim)
Amplada	11,5 mm (connector A), 8,45 mm (connector B)
Alçada	4,5 mm (connector A), 7,78 mm (connector B, abans de v3.0)
Connectable en calent	Sí
Extern	Sí
Elèctric	5 volts CC
	Voltatge màxim	5 volt s
	Corrent màxim	500-900 mA (depèn de la versió)
Senyal de dades	Paquet de dades, definit per les especificacions
	Ample	1 bit
	Amplada de banda	1,5/12/480/5.000 Mbit/s (depèn de la versió)
	Nombre màxim de dispositius	127
	Protocol	Serial
Cable	4 fils en parell trenat, 8 en USB 3.0
Pins	4 (1 alimentació, 2 dades, 1 massa)
Connector	Únic
Patillatge
Connectors tipus A (esquerra) i B (dreta)
Pin 1		V CC (+5 V)
Pin 2		Data-
Pin 3		Data+
Pin 4		Terra

L'Universal Serial Bus (bus universal en sèrie) o Conductor Universal en Sèrie (CUS), abreujat comunament USB, és un port que serveix per connectar perifèrics a un ordinador. Va ser creat el 1996 per set empreses (que actualment en formen el consell directiu): IBM, Intel, Northern Telecom, Compaq, Microsoft, Digital Equipment Corporation i NEC.

El disseny de l'USB tenia en ment eliminar la necessitat d'adquirir targetes separades per posar en els ports bus ISA o PCI, i millorar les capacitats plug-and-play permetent a aquests dispositius ser connectats o desconnectats al sistema sense necessitat de reiniciar. No obstant això, en aplicacions on es necessita ample de banda per grans transferències de dades, o si es necessita una latència baixa, els busos PCI o PCIe hi surten guanyant. El mateix succeeix si l'aplicació requereix robustesa industrial. A favor del bus USB, cal dir que quan es connecta un nou dispositiu, el servidor l'enumera i agrega el programari necessari perquè pugui funcionar (això dependrà certament del sistema operatiu que estigui utilitzant l'ordinador).

El disseny de l'USB va ser estandarditzat per la USB Implementers Forum (USB-IF), un organisme d'estàndards de la industria que inclou les companyies líders de l'electrònica i els ordinadors. Per impressores, l'USB ha crescut tant en popularitat que ha desplaçat a un segon pla els ports paral·lels perquè l'USB fa molt més senzill el fet de poder agregar més d'una impressora a un ordinador.

L'USB pot connectar molts tipus de perifèrics: ratolí, teclats, escàners, càmeres digitals tant de foto com de vídeo, telèfons mòbils, entre altres exemples. Per dispositius multimèdia com escàners i càmeres digitals, l'USB s'ha convertit en el mètode estàndard de connexió. L'USB quasi ha reemplaçat completament el PS/2 als teclats i ratolins, fins al punt de que un ampli nombre de plaques base modernes no tenen port PS/2 o solament en tenen un de vàlid per als dos perifèrics. Val a dir que no pot connectar-los entre ells perquè només pot ser dirigit pel "driver" central.

Alguns dispositius requereixen una potència mínima, així que se'n poden connectar més d'un sense necessitar fonts d'alimentació extra. La gran majoria dels concentradors inclouen fonts d'alimentació que donen energia als dispositius que hi són connectats, però alguns dispositius consumeixen tanta energia que necessiten la seva pròpia font d'alimentació. Els concentradors amb font d'alimentació poden proporcionar corrent elèctric a altres dispositius sense treure corrent a la resta de la connexió (dins d'uns límits).

En el cas dels discs durs, és poc probable que l'USB reemplaci completament els busos (l'ATA (IDE) i l'SCSI), ja que l'USB té un rendiment més lent que aquests altres estàndards. No obstant això, l'USB té un important avantatge en la seva habilitat de poder instal·lar i desinstal·lar dispositius sense haver d'obrir el sistema, la qual cosa és útil per a dispositius d'emmagatzematge extern. Avui en dia, una gran part dels fabricants ofereix dispositius USB portàtils que ofereixen un rendiment quasi indistingible en comparació amb els ATA (IDE). Per contra, el nou estàndard Serial ATA permet taxes de transferència de fins a aproximadament 150/300 MB per segon, i existeix també la possibilitat d'extracció en calent i fins i tot una especificació per la connexió de discos externs anomenada eSATA.

Història

Creació

Microsoft és una de les empreses més importants creadores de l'USB.

Amb l'arribada del sistema operatiu Windows 95 molta gent es va "aproximar" als ordinadors amb la confiança de què amb el nou sistema operatiu gràfic era més senzill. Si bé era cert, el maquinari seguia sent un dels problemes principals. Un usuari poc avançat no podia configurar el maquinari del seu ordinador tot sol i normalment necessitava l'ajuda d'un expert. Els primers en "buscar" aquesta simplicitat van ser alguns connectors bus com el PCI, l'ISA P&P i el PCMCIA, però encara algunes targetes gràfiques, targetes de xarxa, o qualsevol targeta basada en l'arquitectura ISA eren inaccessibles pel públic en general, al donar més importància a abaratir costos.

La solució ideal va semblar ser el bus SCSI: es podien connectar 7 dispositius en cadena i 15 amb l'Ultra Wide SCSI-2 i tenia una alta velocitat i capacitat de transferència. Però tenia un cost massa elevat per fer-se popular, i la major part de les empreses el van desestimar permetent així la creació tant de l'USB com del FireWire. A més tenia alguns problemes de configuració que no l'haguessin fet tant accessible com l'USB.

Veient aquest problema 7 empreses, relacionades amb el món del maquinari, de la informàtica i de les telecomunicacions, van crear l'USB: IBM, Intel, Northern Telecom, Compaq, Microsoft, Digital Equipment Corporation i NEC. L'USB es va crear cap a l'any 1994 però no va ser fins el 1996 quan es va llençar la versió 1.0, la que es considera com la primera versió "popular" del sistema.

Els primers dispositius USB van ser:

• USB 0.7: Realitzat el novembre de 1994.
• USB 0.8: Realitzat el desembre de 1994.
• USB 0.9: Realitzat l'abril de 1995.
• USB 0.99: Realitzat l'agost de 1995.
• USB 1.0 Release Candidate: Realitzat el novembre de 1995.
• USB 1.0: Realitzat el gener de 1996.
  Velocitat de 1.5 megabit per segon (Low-Speed, Baixa velocitat) per a teclats, ratolins, joysticks, etc. i 12 Mbps (Full-Speed, Alta Velocitat) que representava la velocitat completa. Actualment hi ha molts pocs USB 1.0 al mercat.
• USB 1.1: Realitzat el setembre de 1998.
  L'objectiu principal va ser solucionar bugs de la versió 1.0. L'USB 1.1, és un bus extern que suporta taxes de transferència de dades de 12 Mbps. Un sol port USB es pot utilitzar per connectar fins a 127 dispositius perifèrics, com els ratolins, mòdems i teclats. L'USB suporta la instal·lació de Plug-and-play i el hot plugging.
• USB 2.0: Realitzat l'abril de 2000.
  Afegia la velocitat màxima de 480 Mbps (anomenada actualment com a Hi-Speed) que fan que pugui competir directament amb FireWire. És la versió més emprada en l'actualitat. Va ser creat pel Grup Promotor d'USB 2.0 format per les empreses Compaq, Hewlett-Packard (més coneguda com a HP), Intel, Lucent, Microsoft, NEC, i Philips, que van demostrar que es podia augmentar la velocitat sense que això provoqués uns costos superiors.

L'any 2000 l'USB va entrar, també, al món dels Mac. L'arquitectura de l'USB és molt tancada i fins fa pocs anys només servia per a PC, finalment Apple i Macintosh van crear l'IMAC que permetia fer funcionar USB també a Mac.

• USB 2.0: Revisat el desembre del 2002.

Els fabricants de petits aparells van desenvolupar petits connectors que no ocupaven tant d'espai. Això va provocar que hi hagués al mercat moltes connexions diferents, algunes de baixa qualitat, i que gairebé cada producte tingués la seva pròpia connexió característica.

Actualment quasi tothom ha connectat o desconnectat un aparell USB del seu ordinador.

• USB 3.0: L'USB 3.0 és el nou protocol de transferència de dades que pot arribar als 5 Gbits/s. La primera especificació del protocol va ser alliberada el 17 de novembre del 2008. El protocol es va començar a distribuir en productes comercials l'any 2010. La primera placa base amb ports USB 3.0 va ser fabricada per ASUS tot i que no es va arribar a comercialitzar. Els dispositius amb USB 3.0 solen ser compatibles amb ports USB antics, tot i que no s'aprofita al màxim el seu rendiment si no es connecten en ports USB 3.0.

Disseny de sistemes

Un sistema USB té un disseny asimètric, que consisteix en un host o ordinador principal, una gran quantitat de ports USB i múltiples dispositius perifèrics connectats en una topologia d'estrella. Es poden afegir concentradors USB addicionals cada braç de l'estrella, cosa que permet la ramificació en una estructura d'arbre amb un màxim de cinc nivells de ramificació. Un host USB pot tenir diversos controladors d'ordinador principal, cada un dels quals pot proporcionar un o més ports USB. Fins a 127 dispositius, incloent els concentradors si n'hi ha, poden ser connectat a un controlador de host únic.

Els dispositius USB estan vinculats en sèrie a través de concentradors. Sempre n'hi ha un anomenat concentrador d'arrel, que està integrat en el controlador de host. És el cas dels centres de distribució de trucades, que permeten a diversos equips accedir a dispositius perifèrics, i gestionen el canvi d'accés entre PC, ja sigui automàtica o manualment. centres d'intercanvi són molt populars en entorns de petita oficina. En termes de xarxa, que convergeixen en comptes de branques divergents.

Un dispositiu USB físic pot consistir en diverses sub-dispositius lògics que es coneixen com les funcions del dispositiu. Un sol dispositiu pot proporcionar diverses funcions, per exemple, una càmera web (la funció del dispositiu de vídeo) amb un micròfon incorporat (la funció del dispositiu d'àudio). Aquest tipus de dispositiu s'anomena dispositiu compost, en el qual el host assigna una adreça distintiva a cada dispositiu lògic i tots els dispositius lògics estan connectats a un concentrador integrat al qual es connecta el cable físic USB. Un host assigna una i només una adreça de dispositiu a una funció.

USB On-The-Go

L'USB On-The-Go o USB OTG és un suplement per a l'USB 2.0 que permet que dos USB es transmetin dades entre ells sense necessitar un ordinador. Per exemple una PDA es connectaria a un PC com a perifèric i al connectar-se amb un teclat o un ratolí ho faria com a servidor. Amb els USB On-The-Go es van crear dos connectors més petits: el mini-A i el mini-B amb l'esperança d'aturar la creació desmesurada de connectors petits.

• USB On-The-Go Supplement 1.0: Realitzat el desembre de 2001.
• USB On-The-Go Supplement 1.0a: Realitzat el juny de 2003.
• USB On-The-Go Supplement 1.2: Realitzat l'abril de 2006. La versió utilitzada actualment és aquesta.

Wireless USB

Wireless USB (normalment abreujat W-USB o WUSB) és un protocol de comunicació sense fil per ràdio amb gran ample de banda que combina la senzillesa d'ús de USB amb la versatilitat de les xarxes sense fil. Utilitza com base de ràdio la plataforma Ultra-WideBand desenvolupada per WiMedia Alliance, que pot assolir taxes de transmissió de fins a 480 Mbps (igual que USB 2.0) en rangs de tres metres i 110 en rangs de deu metres i opera en els rangs de freqüència de 3,1 a 10,6 GHz. Actualment s'està en plena transició i encara no existeixen molts dispositius que incorporin aquest protocol, tant clients com amfitrions. Mentre duri aquest procés, mitjançant els adaptadors i/o cables adequats es pot convertir un equip WUSB en un USB i viceversa.

W-USB vs. Bluetooth

Wireless USB i Bluetooth són dos protocols diferents que tenen objectius completament diferents. W-USB és un protocol sense fil amb un ample de banda elevat i un rang operatiu menor que el de WiFi (així com menys ample de banda i un perfil de consum energètic molt reduït), però amb taxes de transferència més grans que les de Bluetooth, encara que tots dos comparteixen rangs similars i poden utilitzar el mateix maquinari (la capa física) de manera semblant als dispositius combinats Bluetooth + WiFi. En teoria pot construir una ràdio a 2,4 GHz que sigui compatible amb els tres protocols alhora, realitzant la codificació i descodificació per software.

Funcionament

Quan connectem un dispositiu USB a un ordinador cada element desenvoluparà una funció: l'ordinador farà de "servidor USB" ("host USB") i el perifèric connectat passarà a anomenar-se "Funció USB": per tant qualsevol aparell que puguem connectar a un USB femella que no sigui un concentrador USB (un perifèric especial també conegut com a hub USB o semblant als Hubs de xarxes Ethernet que té la tasca de multiplicar el nombre de connectors) serà una Funció USB.

Dins del servidor USB hi ha el controlador d'USB del servidor, un Firmware que, com qualsevol altre, té la missió d'enllaçar les ordres externes rebudes per l'ordinador, procedents del perifèric USB, amb l'ordinador i viceversa.

El controlador té diferents funcions:

• Detectar els dispositius connectats amb USB al servidor, reconèixer-ne el tipus, enumerar-los i configurar-los.
• Controlar i administrar el flux de dades (informació diversa) i de control (informació per mantenir l'ordre entre els elements del sistema) que hi ha entre el servidor i la Funció o viceversa.
• Subministrar i administrar energia a la Funció, només en el cas dels dispositius que ho necessitin.
• Rebre i presentar la informació de l'activitat i l'estat dels elements del sistema.
• Administrar i controlar les transferències asincròniques i isocròniques d'informació.

Un cop l'USB mascle i l'USB femella entren en contacte el controlador d'USB del Servidor executa, de manera automàtica i tenint en compte les dades que obté de la Funció (el perifèric), un procés per crear una configuració pel dispositiu determinant els recursos necessaris, l'ample de banda que requerirà, el tipus de perifèric... i en qüestió de segons o menys l'usuari pot començar a utilitzar la Funció USB.

Actualment la major part de dispositius USB no requereixen l'ús de cap CD per funcionar amb els sistemes operatius més moderns. Tot i això, a l'hora de connectar una Funció USB amb un sistema operatiu mitjanament antic com el Windows 95 o el 98 segurament un assistent demanarà la inserció d'un CD amb els controladors.

El nombre màxim de dispositius USB que poden estar connectats en un mateix moment és de 127 (normalment amb l'ús de concentradors USB). El cable pot tenir una llargada de fins a 5 metres entre cada dispositiu, per tant si es disposa d'un dispositiu USB i un concentrador la distància màxima passarà a ser de 10 metres i així successivament, fins el punt que emprant diverses connexions es podria situar un dispositiu USB a uns 635 metres de distància de l'ordinador.

L'USB treballa com a pont per a la transmissió de dades i distribució d'energia, i ha sigut introduït en el mercat de PC's i perifèrics per millorar les lentes interfases sèrie (RS-232) i paral·lel. Aquesta interfase de 4 fils, 12 Mbps i "plug and play" distribueix 5V per alimentació, transmet dades i està essent adoptada ràpidament per la indústria informàtica.

Velocitat de transmissió

Pin	Nom	Color del cable	Descripció
1	VCC	Vermell	+5v
2	D−	Blanc	Data −
3	D+	Verd	Data +
4	GND	Negre	Terra

Els dispositius USB es classifiquen en quatre tipus segon la seva velocitat de transferència de dades:

• Baixa velocitat (1.0): Taxa de transferència de fins 1,5 Mbps (192 KB/s). Utilitzat sobre tot en dispositius de interfase humana Human interface device) com els teclats, els ratolins, les càmeres web, etc.
• Velocitat completa (1.1): Taxa de transferència de fins 12 Mbps (1,5 MB/s) segons l'estàndard, tot i que es diu en fonts independents que caldria mesurar-la novament. Aquesta va ser la mes ràpida abans de les especificacions de l'USB 2.0, i molt dispositius fabricats en l'actualitat treballen a aquesta velocitat. Aquests dispositius reparteixen l'ampla de banda de les connexions USB entre elles, basant-se en un algorisme d'impedàncies LIFO.
• Alta velocitat (2.0): Taxa de transferència de fins 480 Mbps (60 MB/s) però en general de fins 125Mbps (16MB/s). Està present a gairebé el 99% dels ordinadors actuals. El cable USB 2.0 disposa de quatre línies, un parell per a dades, una de corrent i una de presa de terra. La taxa teòrica màxima de les dades en l'USB 2.0 és de 480 Mbit/s (60 MB/s) per controlador i es comparteix entre tots els dispositius connectats. Alguns fabricants de chipset sobrepassen aquest coll d'ampolla proporcionant múltiples controladors USB 2.0 al SouthBridge. En connectar múltiples dispositius USB de banda ampla (com ara recintes de disc) en diferents controladors es poden obtenir guanys molt significatius (120 MB/s i 180 MB/s, amb dos i tres controladors, respectivament).
• Súper alta velocitat (3.0): Té una taxa de transferència de fins 4.8 Gbps (600 MB/s). Aquesta especificació és deu vegades més ràpida que l'anterior 2.0 i es va llançar a mitjans de 2009 per Intel, segons s'estima, o potser per un altra companya de Hardware, d'acord amb la informació consultada a Internet. Qualsevol distribució GNU/Linux suportava el nou estàndard abans de que hi hagués hardware disponible. La velocitat del bus és deu vegades mes ràpida que la de l'USB 2.0, degut a que s'hi han inclòs 5 connectors extra, desestimant el connector de fibra òptica proposat inicialment, i serà compatible amb els estàndards anteriors. S'espera que els productes fabricats amb aquesta tecnologia arribin al consumidor entre 2009 i 2015..

Els senyals de l'USB es transmeten en un cable de parell trenat amb impedància característica de 90 Ω ± 15%, els fils de la qual s'anomenen D+ y D-. Els dos fils utilitzen col·lectivament senyalització diferencial per combatre els efectes del soroll electromagnètic en línies llargues. Ho fan en half dúplex excepte l'USB 3.0 que ho fa en full dúplex gràcies a la introducció de dos parell de fils addicionals que permeten també l'augment de la taxa de transferència). D+ i D- solen operar en conjunt i no són connexions simples. Els nivells de transmissió del senyal varien de 0 a 0,3 V per baixos (ceros) i de 2,8 a 3,6 V per alts (uns) en les versions 1.0 y 1.1, i en ±400 mV en alta velocitat (2.0). En les primeres versions, els filferros dels cables no estan connectats a massa, però en el mode d'alta velocitat tenen una terminació de 45 Ω a terra o un diferencial de 90 Ω per acoplar la impedància del cable. Aquest port només admet la connexió de dispositius de baix consum, es a dir, que tinguin un consumo màxim de 100 mA per cada port; en cas de que estigues connectat un dispositiu que permetés 4 ports per cada sortida USB (extensions de màxim 4 ports), llavors l'energia de l'USB s'assignarà en unitats de 100 mA fins un màxim de 500 mA per port.

Transmissió

La transmissió d'informació és força complexa. Podem distingir-ne 7 tipus. L'asincrònica rep aquest nom perquè la sincronització no es troba al senyal sinó que són els equips els que posseeixen els rellotges necessaris, per tant la sincronització o asincronització es considera respecte el senyal i no respecte els equips de recepció i transmissió; així la transmissió sincrònica té la sincronització directament al senyal.

Transmissió sèrie

La transmissió sèrie està pensada perquè el receptor rebi la informació igual com l'ha enviat el transmissor. Ambdós (transmissor i receptor) han de posseir rellotges que funcionin amb la mateixa freqüència.

Transmissió asíncrona

Per facilitar les coses va aparèixer la transmissió asíncrona, la qual funciona de la següent manera: cada vegada que s'ha de trametre una informació el transmissor prepara un grup de bits que rebrà el receptor, el primer d'ells, el bit d'arrancada que prepara al receptor per a rebre la informació, quan començarà el 1er bit de dades..; posteriorment vénen els bits de dades pròpiament dits, són uns 7 o 8 depenent dels casos; després un BIT de paritat verifica que no hi hagi hagut errors; i finalment un bit o dos d'aturada.

Transmissió síncrona

Com ja s'ha dit la transmissió síncrona té un senyal de sincronització, això li permet assolir distàncies molt més elevades. D'altra banda la transmissió síncrona és més productiva que l'asíncrona : mentre l'asíncrona envia 10 bits i només 7 ó 8 són de dades, la transmissió síncrona pot enviar 128 bytes, 1024 bytes o més depenent de la qualitat del canal de comunicació.

Per exemple els canals telefònics utilitzen aquest tipus de transmissió.

Transmissió isòcrona

És utilitzada sobretot per a transmetre dades multimèdia com àudio o vídeo. El seu nom prové de iso (algun) i de cronos (temps)

Els caràcters individuals només estan separats per un nombre sencer d'intervals mitjos a partir de la duració dels bits. A diferència de la transmissió asíncrona aquí els caràcters no poden estar separats per intervals aleatoris.

Transmissió bulk

Requereix tot l'ample de banda possible amb la particularitat de què pot esperar fins que aquest estigui lliure. Normalment s'utilitza per transmetre grans arxius de vídeo i àudio.

Transmissió de control

Aquesta transmissió es produeix entre el dispositiu i el servidor i permet configurar el primer. Els seus paquets de dades són de 8, 16, 32 o 64 bytes, depenent de la velocitat del dispositiu que es vol controlar.

Transmissió d'interrupció

És unidireccional, del dispositiu al host, per notificar o sol·licitar alguna informació. S'utilitza per a dispositius que envien poca informació i poc freqüentment. Igual que la transmissió de control, els paquets de dades ocupen 8, 16, 32 o 64 bytes.

Característiques

Disseny

Cable USB.

El disseny del connector i del cable no depèn del dispositiu que es connecti, per tant tots els connectors seran iguals siguin del perifèric que siguin.

Un cable USB està format, realment, per 4 fils més petits: dos per a transmetre dades i dos més per a l'electricitat, tant en el tipus A com en el tipus B. Aquest fet permet estalviar molt d'espai i és molt més ordenat que altres sistemes de connexió.

El logotip de l'USB representa el seu disseny interior.

EL connector de Wi-Fi de la Nintendo DS es connecta mitjançant USB però sense cable.

El cable finalitza al dos extrems amb connectors USB o amb un connector i un dispositiu. Alguns dispositius que es connecten per USB no porten cable, sinó que s'"enganxen" directament, per exemple les memòries USB. El connector USB mascle és de forma rectangular, més accentuada en el tipus A que en el B, que quasi sembla de forma quadrada.

Accessibilitat

Una de les característiques que realment han fet accessible l'USB a tanta gent és la seva facilitat d'ús.

A diferència d'altres connexions, l'USB permet que al connectar un aparell no s'hagi de configurar res: ho fa sol de manera automàtica i de manera transparent a l'usuari: l'usuari en pocs segons i sense haver vist ni fet res ja pot utilitzar el dispositiu connectat. D'això se'n diu Plug&Play.

A més a més, en connectar o desconnectar un maquinari a l'ordinador no cal reiniciar el computador, la connexió es fa a l'instant i no es perd gens de temps. Es pot desconnectar el dispositiu mentre l'ordinador està en marxa sense cap problema. Això és la "connexió en calent" o Hot-Plugging, en anglès.

Actualment han guanyat molta importància perquè molts ordinadors personals incorporen ports de connexió USB a la part frontal de la caixa del disc dur, per tal de fer-ho de més fàcil accés, i s'han posat "de moda" els concentradors d'USB (o Hub USB en anglès) que permeten que d'una entrada d'USB se'n faci'n moltes més i que normalment es posen a prop de l'usuari (sobre la taula molts cops) per evitar que aquest s'hagi d'ajupir.

La connexió d'un USB és molt senzilla, només cal ajuntar el mascle amb la femella en la posició correcta. I gràcies a l'estandardització, aparells de diferents empreses funcionen perfectament entre ells. A més a més, la major part dels dispositius USB no necessiten connectar-se a cap font de corrent addicional ja que el cable USB ja pot transmetre electricitat.

El darrer avantatge és que gràcies a la popularitat adquirida una gran quantitat d'aparells s'han sumat a aquest estàndard i actualment és molt difícil de fer una llista de tots els tipus de dispositius que utilitzin alguna connexió USB. L'USB, a més, permet establir connexió amb perifèrics multifunció com pot ser una impressora-escàner-fotocopiadora, que només ocupa un USB.

Estructura

Concentrador USB o hubs USB.

L'USB organitza el bus en una estructura d'arbre descendent: diversos dispositius connectats a un mateix bus, en el que els concentradors USB enruten els senyals des del servidor al dispositiu o a l'inrevés.

El concentrador permet unificar diverses connexions diferents en un sol cable. Per tant, a un concentrador s'hi pot connectar un altre concentrador, multiplicant així el nombre màxim de dispositius que es poden connectar a una màquina.

El controlador del bus és la interfície entre el bus USB i el bus de l'ordinador. D'ell hi pengen els dispositius USB.

Estandardització

Tots els dispositius que fan ús d'una connexió USB han de seguir uns estàndards per poder funcionar perfectament. Cada dispositiu es classifica gràcies als controladors per poder diferenciar-se d'altres dispositius que també utilitzin USB però no siguin del mateix tipus (per exemple una memòria USB i una impressora). Depenent d'aquesta classificació estandarditzada els dispositiu funciona d'un o altra manera complint els estàndards.

Aquest fet permet que tots els dispositius es classifiquin de la mateixa manera fent més fàcil de gestionar els recursos que necessita cada un i millorant així el funcionament general de l'ordinador. A més així un driver pot servir per més d'un maquinari a la vegada.

L'estandardització la porta a terme la Universal serial bus - Implementers Forum (USB-IF, Fòrum d'Implementadors de l'USB), entitat que incorpora centenars d'empreses algunes tant destacades com Apple Computer, Hewlett-Packard, NEC, Microsoft, Intel, i Agere; a aquest fòrum sense ànim de lucre s'hi han decidit totes les característiques d'aquest bus i s'hi han fixat polítiques de mercat.

Algunes empreses conjuntament van proposar millorar les dades de transferència de la versió 1.1, així les empreses Compaq, Hewlett-Packard, Intel, Lucent, Microsoft, NEC, i Philips van llançar l'abril del 2000 l'USB 2.0, reconegut per la USB-IF a finals de 2001. Qualsevol dispositiu d'USB d'alguna versió funciona amb qualsevol altre dispositiu d'una versió anterior, per tant un dispositiu 2.0 es pot connectar amb un 1.0, per exemple. A partir del 2006 la versió estàndard és la 2.0 amb revisions.

Aquesta estandardització ha permès que aparells de diferents marques puguin funcionar sense cap problema entre ells. Les empreses no han de fixar un protocols previs per garantir la compatibilitat sinó que al complir els estàndards ja són plenament compatibles.

Cal recordar, també, que la tecnologia USB no és de cap empresa ni està patentada per ningú: és doncs, una tecnologia oberta i els fabricants no han de pagar per adherir-s'hi.

Senyals del bus USB

Pins

Pin		Funció
	1	VBUS (4.75–5.25 volts)
	2	D−
	3	D+
	4	GND
	Shell	Protegit

Els senyals USB es transmeten en dos cables entrellaçats de dades, el D+ i el D- (2 i 3 a la taula); ambdós cables quasi sempre operen junts. Utilitzen un sistema dúplex, bidireccional, per combatre els efectes del soroll electromagnètic produït en línies llargues.

Un USB estàndard i un Mini USB (A part els USB es poden classificar com Tipus A o Tipus B).

Es poden assolir 3 velocitats diferents que ja s'han mencionat a l'apartat d'història.

• A Low Speed uns 1.5 Mbit/s (187.5 kB/s) utilitza quasi sempre per teclats, ratolins, joysticks, etc.
• A Full Speed uns 12 Mbit/s (1.5 MB/s). Aquesta fou la més rápida abans de l'especificació USB 2.0, i molts dispositius fabricats en l'actualitat treballen a aquesta velocitat. Aquests dispositius divideixen l'ample de banda de la connexió USB entre ells, basats en un algorisme d'impedancies LIFO.
• A Hi-Speed uns 480 Mbit/s (60 MB/s).
• A Super Hi-Speed uns 600 MB/s. Actualment es troba en fase experimental. Aquesta especificació serà deu vegades més veloç que l'anterior 2.0 i serà llançada a mitjans de 2009 per Intel o una altre empresa, d'acord amb informació recabada d'Internet; Tot i que actualment qualsevol distribució GNU/Linux és capaç, en teoria, de suportar el nou estàndard tot i que, encara no hi ha hardware disponible. La velocitat del bus serà deu vegades més rápida que la de l'USB 2.0, degut a que han inclós 5 connectors extra, descartant el connector de fibra óptica proposat inicialment, i serà compatible amb els estàndards anteriors. S'espera que els productes fabricats amb aquesta tecnología arribin al consumidor entre 2009 y 2015

Cal tenir en compte que, tot i que usualment, se sol dir que un USB Hi-Speed és un USB 2.0 això no és cert. Un USB hauria de posar una etiqueta a la seva caixa sobre quina velocitat emprarà, perquè així l'usuari pugui tenir la informació a l'hora de comprar el producte. La USB-IF otorga etiquetes als dispositius que informen sobre quina velocitat utilitza el dispositiu. Per tant un USB 2.0 actual pot tenir una velocitat baixa i per tant no ser Hi-Speed.

Tipus de connectors

Std-USB

Pins del Std-USB

Pin	Funció
1	VBUS (4.4–5.25 V)
2	D−
3	D+
4	Massa

Hi ha dos tipus de connectors USB estàndard. El de Tipus A (o Sèrie A) i el de Tipus B (o Sèrie B). Els connectors del Tipus A s'utilitzen sobretot per a perifèrics que s'han de connectar a un ordinador. On el perifèric incorpora un cable acabat amb el connector.

Alguns dispositius no incorporen cables de connexió i és en aquests casos on els connectors d'USB del Tipus B són més usuals.

A les imatges es poden apreciar les diferències a simple vista: el connector del Tipus B és més petit que el del Tipus A. Mentre el connector A té una forma rectangular el del tipus B la té d'una forma més aviat quadrada.

• 
  Connector USB Tipus A
• 
  Connector USB Tipus B
• 
  Diagrama comparatiu dels dos tipus de connector

Mini-USB

Cable amb connectors Mini A (esquerra) i Mini B (dreta), un a cada extrem

Pins del Mini-USB

Pin	Funció
1	VBUS (4.4–5.25 V)
2	D−
3	D+
4	ID
5	Massa

Els connectors Mini-USB són els mateixos que els d'un USB estàndard excepte el pin 4. El pin 4 és el pin anomenat "ID" (identificació). Al connector Mini-A està connectat a terra i en el connector Mini-B no hi està connectat. Això fa que sigui compatible amb l'USB On-The-Go.

Micro-USB

Pins del Micro-USB

Pin	Funció
1	VBUS (4.4–5.25 V)
2	D−
3	D+
4	ID
5	Massa

Els connectors Micro-USB són els mateixos que els d'un USB estàndard excepte el pin 4. El pin 4 és el pin anomenat "ID" (identificació). Al connector Micro-A està connectat a massa i en el connector Micro-B no hi està connectat. Això fa que sigui compatible amb l'USB On-The-Go.

Historial de versions

Predecessors

• USB 0.7: Llançament al novembre de 1994.
• USB 0,8: Data de llançament el desembre de 1994.
• USB 0,9: Llançat l'abril de 1995.
• USB 0,99: Llançament a l'agost de 1995.
• USB 1.0 Release Candidate: Llançament al novembre de 1995.

USB 1.0

USB 1.0: Llançat el gener de 1996. De dades especificades taxes de 1,5 Mbit / s (baixa velocitat) i 12 Mbit / s (Full-Speed). No permet que els cables d'extensió o de pas a través dels monitors (a causa dels terminis i les limitacions de potència). Pocs dispositius d'aquesta classe realment arribat al mercat. USB 1.1: Llançat el setembre de 1998. Corregits els problemes identificats en 1.0, en la seva majoria relacionades amb els nusos. Revisió abans de ser àmpliament adoptada.

USB 2.0

USB 2.0: Llançat l'abril de 2000 Alta velocitat màxima més alta de 480 Mbit / s (ara es diu Hi-Speed). Altres modificacions de l'especificació USB s'han fet a través d'avisos de canvis d'enginyeria (REC). El més important d'aquests eqns s'inclouen en el paquet de l'especificació USB 2.0 disponibles a USB.org

La compatibilitat entre USB 1.0, 1.1 i 2.0 està garantida. Tot i així, el ús d'un dispositiu USB 2.0 en un port USB de baixa velocitat (és a dir 1.0 o 1.1) limitarà la velocitat a un màxim de 12 Mbit/s. A més, és probable que el sistema operatiu mostri un missatge que indiqui que la velocitat serà restringida.

USB 3.0

El 18 de setembre de 2007, Pat Gelsinger demostrar USB 3.0 a l'Intel Developer Forum. L'USB 3.0 Promotor Group va anunciar el 17 de novembre de 2008, que la versió 3.0 del plec de condicions havia estat completada i que la transició a la USB Implementers Forum (USB-IF), l'organisme de gestió de les especificacions USB. Aquest moviment obert la especificacions per als desenvolupadors de maquinari per a la seva aplicació en futurs productes. Els primers ports USB 3.0 van aparèixer a la placa base P6X58 Asus, però aquesta placa va ser cancelada abans de la producció.

Característiques

• Una característica nova i important és l'autobús SuperSpeed, que proporciona una manera de transferència de quart en el 4,8 Gbit / s. El rendiment brut és de 4 Gbit / s, i l'especificació considera raonable, per a arribar a 3,2 Gbit / s (0,4 GByte / s, 400 Mbytes / s) o més després de despeses generals de protocol.
• En operar en mode SuperSpeed, dúplex de senyalització es produeix més de 2 parelles per separat, diferenciat dels no-SuperSpeed parell diferencial. Això es tradueix en els cables USB 3.0 amb 2 fils de poder i de sòl, 2 cables per a dades no SuperSpeed, i 4 cables per dades SuperSpeed i un escut (no es requereix en les especificacions anteriors).
• Per donar cabuda als pins addicionals per al mode SuperSpeed, els factors de forma física per a USB 3.0 taps i els recipients han estat modificats dels utilitzats en les versions anteriors. Standard-A cables s'han estès els caps en els connectors SuperSpeed s'estenen més enllà i lleugerament per sobre dels connectors de llegat. De la mateixa manera, la norma-un recipient és més profund a acceptar aquests nous connectors. Un llegat estàndard un cable funcionarà segons el previst i mai va a interactuar amb els connectors SuperSpeed, assegurant compatibilitat amb versions anteriors. L'Standard-B modificacions no es podia fer amb tanta elegància, la connectors SuperSpeed va haver de ser col locat en la part superior del factor de forma actual, fent llegat Estándar-B taps viable sobre SuperSpeed Estándar-B recipients, però no viceversa.
• SuperSpeed estableix una canonada de comunicació entre el host i cada dispositiu, en una sèrie dirigida pel protocol. En contrast, USB 2.0 de les emissions del trànsit de paquets a tots els dispositius.
• USB 3.0 amplia el tipus de transferència a granel en SuperSpeed amb els fluxos. Aquesta extensió permet a un dispositiu d'acollida i de crear i transmetre múltiples fluxos de dades a través d'un tub gruixut únic.
• Noves característiques de gestió d'energia inclouen el suport de repòs, el somni i la suspensió dels Estats, així com Link-,-dispositiu i funció de gestió de nivell de potència.
• L'especificació d'energia del bus s'ha incrementat de manera que una unitat de càrrega és de 150 mA (+50% respecte a mínim amb USB 2.0). Un dispositiu sense configurar encara pot rebre només 1 unitat de càrrega, sinó un dispositiu configurat pot treure fins a 6 unitats de càrrega (900 mA, un augment del 80% a través d'USB 2.0 en un màxim registrat de 500 mA). Mínima de treball del dispositiu de tensió es va reduir de 4,4 V a 4 V.
• USB 3.0 no defineix la longitud de cable de l'Assemblea, excepte que pot ser de qualsevol durada, sempre que compleixi tots els requisits definits en el plec de condicions. No obstant això, els cables electronicdesign.com estimacions es limitarà a 3 m en SuperSpeed.
• La tecnologia és similar a un sol canal (1x) de PCI Express 2.0 (5 Gbit / s). Utilitza la codificació 8B/10B, registre de desplaçament lineal de vots (LFSR) de codificació de dades i d'espectre estès. Obliga els receptors d'ús de freqüències baixes diari de senyalització (LFPS), equalització dinàmica, i les seqüències de formació que garanteixi la rapidesa del senyal de bloqueig.

Disponibilitat

Els productes de consum s'espera que estiguin disponibles en 2010. controladors comercials es preveu que entrarà en producció en volum, com a molt tard el primer trimestre de 2010. NEC és l'objectiu de produir el primer controlador USB 3.0 el juny de 2009, inicialment amb els preus als EUA de $ 15.00. La producció mensual del controlador de NEC Electronics μPD720200 d'acollida s'espera que arribi aproximadament 1.000.000 d'unitats en setembre de 2009. El 24 setembre 2009 LaCie ha anunciat un disc dur extern USB 3.0.

El 27 octubre 2009 Gigabyte anunciar 7 plaques base P55 nous xips que inclouen a bord d'USB 3.0, SATA 6GB / s, i triple poder a tots els ports USB.

El 29 octubre 2009 Asus anuncia el llançament al novembre de la seva primera placa USB 3.0, el "P7P55D-E Premium", així com una targeta PCI-Express x1 targeta addicional per a les plaques base existents per USB 3.0 i SATA suport 6Gbps

Els conductors estan en fase de desenvolupament de Windows 7, però el suport no serà inclòs amb la versió inicial del sistema operatiu. El kernel de Linux suporta USB 3.0 des de la versió 2.6.31, que va ser llançat el setembre de 2009.

Intel no disposarà del suport d'USB 3-2.011. el que retardarà el seu ús generalitzat. Actuals plans de treball d'AMD indiquen que el southbridge nous productes en el començament de 2010 no compatible amb USB 3. Aquests retards poden ser degut a problemes en el procés de fabricació CMOS un enfocament per avançar en la plataforma Nehalem o una tàctica d'Intel per impulsar el seu pròxim Light interfície pic. Investigador de mercat In-Stat no prediu una quota de mercat de referència de USB 3-2.011

Usos dels USB

Les connexions bus USB serveixen per a connectar una immensa varietat de dispositius.

Al connectar un perifèric a un ordinador, l'USB és una de les millors solucions això és una llista dels més importants:

• Teclats i ratolins: Molts teclats d'ordinador i ratolins van connectats a la caixa del disc dur a través de l'USB. Ambdós dispositius no requereixen una velocitat alta i per tant amb la coneguda "Low-Speed" poden funcionar perfectament, requerint així menys recursos.
• Memòries USB o Pen-Drive.
• Telèfons mòbils: Amb l'arribada de la tercera generació de mòbils, cada cop més aparells d'aquest incloïen un cable que els permetia connectar-se amb l'ordinador.
• Sistemes d'àudio: MP3, iPod, MP4... són alguns dels sistemes d'àudio que requereixen una connexió amb l'ordinador per transmetre dades, aquesta connexió es fa per USB.
• Sistemes de vídeo: iPod, MP4, reproductors portàtils de DVD, etc. requereixen una connexió amb l'ordinador per poder-se transmetre vídeos.
• Ordinadors de butxaca, PDA.
• Discs durs.
• DVD-ROM i CD-ROM d'alta velocitat.
• Impressores, escàners, fotocopiadores: Perifèrics com la impressora i l'escàner siguin multifunció o no poden anar connectats a l'ordinador a través d'un USB.
• Càmeres de fotos i de vídeo digitals: Amb l'arribada de les càmeres fotogràfiques i de vídeo digitals la necessitat de connectar aquests dispositius amb un ordinador s'han fet molt importants, l'USB n'és una solució.
• Alguns televisors es connecten mitjançant USB als ordinadors.
• Altres dispositius: Un llarg etcètera de dispositius com ara els GPS necessiten connectar-se mitjançant USB a l'ordinador per actualitzar bases de dades o fer altres funcions.

Tot i això l'ús dels USB no s'acaba amb les connexions dels perifèrics amb els ordinadors:

• Bateries: Algunes bateries de diferents aparells amb l'ús d'un cable USB i un conversor poden carregar la bateria directament des d'un endoll sense haver d'emprar un ordinador.
• Consoles de joc: Algunes consoles de joc utilitzen connexions USB.

També s'utilitzen connexions USB entre dos aparells d'un a l'altre com dos telèfons mòbils connectats entre ells, dues PDA, etc.

Cal dir que la connexió USB no pot connectar els perifèrics, ja que només pot ser dirigit pel drive central. D'aquí que apareixen aquestes nombroses aplicacions de connexió per a instruments com els que s'han nombrat: ratolins, teclats, escàners, càmeres digitals, telèfons mòbils, reproductors multimèdia, impressores, discs durs externs, targetes de so, sistemes d'adquisició de dades i components de xarxa. Per a dispositius multimèdia com a escàners i càmeres digitals, l'USB s'ha convertit en el mètode estàndard de connexió. Altrament cal dir que en el món de les impressores s'ha fet tant popular que ha acabat desplaçant a un segon pla als ports paral·lels, ja que l'USB fa molt més senzill el fet de poder agregar més d'una impressora a un ordinador.

USB estrafolaris

Aprofitant que a través de l'USB es pot transmetre electricitat, s'ha creat per exemple l'iGrill, una sandvitxera que funciona connectant-la a un port USB; llums de nadal; torradores.

PRE "packet"

En aparells d'amplada de banda baixa es dóna suport amb un valor de PID especial, PRE. Això marca el començament d'un paquet d'amplada de banda, i és utilitzat per botons que normalment no envien paquets d'amplada de banda completa als aparells d'amplada de banda baixa. Ja que tots els bytes de PID inclouen quatre 0 bits, deixen l'autobús en l'estat K d'amplada de banda completa, que és el mateix que l'estat J d'amplada de banda baixa. És seguit per una pausa breu durant la qual els botons permeten les sortides d'amplada de banda baixa, ja gandulejant en l'estat J, llavors un paquet d'amplada de banda baixa segueix, començant amb una seqüència de sync i byte de PID, i acabant amb un període breu de SE0. Aparells d'amplada de banda completa uns altres que els botons poden simplement ignorar el PRE paquet i la seva amplada de banda baixa acontenta, fins que la final SE0 indiqui que segueixi un paquet nou.

Referències

• USB del Rincón del Vago (castellà)
• Tegnologia USB del Rincón del Vago (castellà)
• USB de Monografías.com (castellà)

Vegeu també

• Catux-USB
• Memòria USB
• USB On-The-Go

Enllaços externs

• USB.org Pàgina oficial de l'USB (anglès)