USB

De Universal Serial Bus (USB) is een technologie die het mogelijk maakt om een elektronisch apparaat aan te sluiten op een computer. Het is een snelle seriële bus.

Het wordt meestal gebruikt op pc's. USB wordt ook gebruikt op andere apparaten, zoals smartphones en videogameconsoles. USB verbindt verschillende apparaten met behulp van een standaard interface.

De meeste mensen gebruiken USB voor computermuizen, toetsenborden, scanners, printers, digitale camera's en USB flash drives. Er zijn meer dan zes miljard USB-apparaten in de wereld.

De standaard is gemaakt om plug-and-play-apparaten te verbeteren. Dit betekent dat een apparaat in een vrij stopcontact kan worden gestoken en gewoon kan werken. De computer zal het apparaat opmerken. De computer installeert soms speciale software om het apparaat te gebruiken. Het apparaat kan worden verwijderd nadat het niet meer wordt gebruikt. Deze technologie wordt "hot swapping" genoemd. "Hot swapping" betekent dat het apparaat kan worden aangesloten en losgekoppeld terwijl de stroom is ingeschakeld. De computer hoeft niet te worden uitgeschakeld om de apparaten te kunnen verwisselen.

USB kan een kleine hoeveelheid stroom leveren aan het aangesloten apparaat via de USB-kabel. Apparaten die slechts een kleine hoeveelheid stroom nodig hebben, kunnen deze uit de bus halen en hebben geen aparte stroomstekker nodig. Dat maakt gadgets zoals USB-batterijladers, lampen en ventilatoren mogelijk.

Vanaf 2015 heeft USB vooral een aantal oudere standaarden vervangen. Deze omvatten de parallelle poort, de seriële poort en SCSI. Deze oude standaarden worden nog steeds gebruikt voor een paar banen waar USB ze niet kan vervangen.

Een USB-stekker van het type A
Een USB-stekker van het type A

Korte geschiedenis

De eerste versie van de Universal Serial Bus werd gecreëerd in 1995. Deze nieuwe technologie werd meteen een succes. Sinds de introductie van USB hebben mensen die elektronische apparaten maken nagedacht over hoe deze in de toekomst gebruikt zouden kunnen worden. Vandaag de dag sluit USB een computer of andere apparaten zoals laptops en MP3-spelers aan op randapparatuur.

De bus werd geïntroduceerd door zeven bedrijven die de leiders in de sector van de informatietechnologie vertegenwoordigen: Compaq, IBM, Intel, Microsoft, NEC, Northern Telecom en Digital Equipment Corporation (DEC).

Enkele jaren eerder hielden adoptanten en ontwikkelaars van USB een bijeenkomst genaamd Plugfest in een speciaal hotel in Californië om hun apparaten te testen. Ze selecteerden een hotel met kamers om te slapen en te testen. De bijeenkomst duurde drie dagen. Tijdens de bijeenkomst sloten de vertegenwoordigers van ongeveer 50 bedrijven hun USB-apparaten aan op één algemeen hostsysteem.

Het logo van het USB-apparaat heeft ook een eigen geschiedenis. Het USB-logo was enkele maanden in ontwikkeling.

  • 1994 - Zeven bedrijven hebben zich verenigd om de ontwikkeling van USB te beginnen.
  • 1995 - 340 bedrijven vormden het USB-implementatieforum.
  • 1996 - Er waren al meer dan vijfhonderd USB-producten in ontwikkeling over de hele wereld.
  • 1997 - USB-implementatieforum werd rijker met nog eens 60 bedrijven.
  • 1998 - USB wordt de meest populaire technologie op de markt van elektronica.
  • 2000 - De introductie van USB 2.0. Vandaag de dag is dit het meest gebruikte USB-apparaat.
  • 2005 - USB wordt draadloos.
  • 2008 - USB 3.0 wordt geïntroduceerd. Het is meer dan 10 keer sneller dan USB 2.0.
  • 2013 - USB 3.1 wordt geïntroduceerd. Het is ongeveer twee keer zo snel als USB 3.0.
  • 2015 - USB Type-C wordt geïntroduceerd. Het is een omkeerbare connector, wat betekent dat je het op beide manieren kunt aansluiten.
Volwaardige USB-B-stekker
Volwaardige USB-B-stekker

Verschillende normen

Momenteel worden vijf verschillende USB-standaarden gebruikt: USB 1.0, USB 1.1, USB 2.0, USB 3.0 en USB 3.1. USB 3.1 werd uitgebracht in 2016 en verdubbelde de snelheid van 3.0. Optioneel wordt een andere connector gebruikt, USB Type-C, die omkeerbaar is (wat betekent dat je hem op beide manieren kunt aansluiten). USB 1.0 wordt nu zelden gebruikt.

USB biedt vijf verschillende overdrachtssnelheden: 1,5 MBit per seconde (lage snelheid genoemd), 12 MBit per seconde (volle snelheid), 480 MBit/seconde (hoge snelheid), 5Gbit per seconde (supersnelheid genoemd), en 10 Gbit/s ("supersnelheid+"). Hi speed is alleen beschikbaar in USB 2.0 en later, en Super speed is alleen beschikbaar in USB 3.0. Deze snelheden zijn ruwe bitsnelheden (in miljoenen bits per seconde). De werkelijke datasnelheid is meestal lager vanwege de protocoloverhead.

Om de snelheidsoverdracht te kunnen gebruiken, moeten zowel de USB-controller als het aangesloten apparaat dit ondersteunen. USB is achterwaarts compatibel. Snellere en tragere USB-apparaten en -controllers kunnen worden aangesloten, maar ze zullen op de lagere snelheid draaien.

USB-hubs

Bijna alle computers die vandaag de dag worden verkocht hebben USB-poorten, en de meeste ondersteunen USB 2.0 of later. Het aantal poorten dat ze hebben is echter meestal beperkt. Tussen twee en zes poorten zijn gebruikelijk. USB maakt het mogelijk om USB-hubs aan te sluiten om meer USB-poorten toe te voegen.

De hubs zelf voldoen ook aan een van de USB-standaarden. Apparaten die zijn aangesloten op een USB 1.1-hub zullen slechts zo snel gaan als USB 1.1-tarieven. Apparaten die zijn aangesloten op een latere controller kunnen verschillende standaarden gebruiken.

USB-hubs zoals deze zijn gebruikelijk.
USB-hubs zoals deze zijn gebruikelijk.

USB-aansluitingen

USB is ontworpen om gemakkelijk te gebruiken. De ingenieurs leerden van andere connectoren voordat ze de USB-connectoren ontwierpen. Er zijn 3 connectoren.

  • Type A, vaak gebruikt aan het einde van de kabel van de computer
    • Micro-A (zeldzaam)
  • Type B, aan de periferiezijde, zeldzaam, behalve voor printers
  • Type C, aan beide uiteinden. Vanaf 2017 gebruiken veel nieuwe computers, telefoons en randapparatuur.

Bruikbaarheid

  • Het is niet mogelijk om een USB A of B connector op de verkeerde manier aan te sluiten. Ze kunnen er niet ondersteboven in, en het is duidelijk uit het uiterlijk en het kinesthetische gevoel, wanneer het er goed in gaat. Soms echter begrijpt een gebruiker niet of ziet hij niet hoe de connector gaat, dus kan het nodig zijn om beide manieren te proberen.
  • Type C USB-aansluitingen kunnen op beide manieren worden aangesloten. Het maakt niet uit op welke manier de connector wordt aangesloten.
  • Het is niet nodig om te duwen of te trekken om de stekker in het stopcontact te steken of uit het stopcontact te halen. Dit stond in de specificatie. USB-kabels en kleine USB-apparaten worden op hun plaats gehouden door de grijpkracht van het stopcontact. USB heeft geen schroeven, clips of andere bevestigingsmiddelen nodig. De kracht die nodig is om een verbinding te maken of te verbreken is klein. Hierdoor kunnen verbindingen worden gemaakt in lastige posities of door mensen met een motorische handicap.
  • Voor de komst van het type C dwongen de connectoren de gerichte topologie van een USB-netwerk af. USB ondersteunt geen cyclische netwerken, dus de connectoren van incompatibele USB-apparaten zijn zelf incompatibel. In tegenstelling tot andere communicatiesystemen (bijv. RJ-45-bekabeling) werden voor de komst van USB-On-The-Go (OTG) bijna nooit gender-wisselaars gebruikt, waardoor het moeilijk is om een cyclisch USB-netwerk te creëren.

Duurzaamheid

  • De connectoren zijn zo ontworpen dat ze stevig zijn. Vroege connectorontwerpen waren fragiel, met pinnen of andere delicate componenten die gemakkelijk konden buigen of breken, zelfs als ze voorzichtig werden behandeld. De elektrische contacten in een USB-connector worden beschermd door een plastic tong. Het geheel van de connectoren wordt meestal verder beschermd door een metalen omhulsel. Hierdoor kunnen de USB-connectoren veilig worden gehanteerd, geplaatst en verwijderd, zelfs door een klein kind.
  • De constructie van de stekkers zorgt er altijd voor dat de buitenmantel op de stekercontacten met zijn tegenhanger in het stopcontact wordt aangesloten voordat de vier stekkers in het stopcontact worden aangesloten. Deze mantel is meestal verbonden met de massa van het systeem, zodat anders schadelijke statische ladingen via deze weg veilig kunnen worden ontladen (in plaats van via gevoelige elektronische componenten). Deze manier van omhulling betekent ook dat er een (matige) mate van bescherming tegen elektromagnetische interferentie wordt geboden aan het USB-signaal terwijl het door het gekoppelde stekkerpaar reist (dit is de enige locatie waar het anders gedraaide gegevenspaar een afstand parallel moet afleggen). Ook de voeding en de gemeenschappelijke aansluitingen worden na de systeemaarde gemaakt, maar vóór de gegevensverbindingen. Dit type getrapte make-break timing maakt het mogelijk om veilig te wisselen en is gebruikt voor connectoren in de lucht- en ruimtevaartindustrie.
  • De nieuwere USB-microbussen zijn zo ontworpen dat ze tot 10.000 cycli van inbrengen en uittrekken tussen de aansluiting en de stekker mogelijk maken, vergeleken met 500 voor de standaard USB- en Mini-USB-aansluiting. Dit wordt gedaan door een vergrendeling toe te voegen en door de bladveerconnector van de aansluiting naar de stekker te verplaatsen, zodat het meest gespannen deel zich aan de kabelzijde van de aansluiting bevindt. Deze wijziging is aangebracht zodat de connector op de (relatief goedkope) kabel de meeste slijtage zou vertonen in plaats van het micro-USB-apparaat.

Compatibiliteit

  • De USB-standaard specificeert relatief grote toleranties voor compatibele USB-aansluitingen. Dit wordt gedaan om incompatibiliteiten in connectoren die door verschillende leveranciers worden geproduceerd tot een minimum te beperken (een doel dat zeer succesvol is bereikt). In tegenstelling tot de meeste andere connectorenstandaarden, definieert de USB-specificatie ook grenzen aan de grootte van een aansluitend apparaat in het gebied rond de stekker. Dit is gedaan om te voorkomen dat een apparaat de aangrenzende poorten blokkeert vanwege zijn grootte. Apparaten die aan de eisen voldoen, moeten binnen de beperkingen van de grootte passen of een verlengkabel ondersteunen die aan de eisen voldoet.
  • Tweerichtingscommunicatie is ook mogelijk. Meestal hebben de kabels alleen stekkers, en de hosts en apparaten hebben alleen aansluitingen: de hosts hebben aansluitingen van het type A en de apparaten van het type B. Type-A-stekkers sluiten alleen aan op type-A-contactdozen, en type-B op type-B. Een uitbreiding op USB genaamd USB On-The-Go maakt het echter mogelijk om een enkele poort te gebruiken als een host of als een apparaat - gekozen door welk uiteinde van de kabel in de aansluiting op het apparaat wordt gestoken. Zelfs nadat de kabel is aangesloten en de apparaten praten, kunnen de twee apparaten onder controle van het programma "verwisselen". Deze voorziening is gericht op units zoals PDA's waarbij de USB-link in het ene geval als apparaat op de hostpoort van een PC kan worden aangesloten en in het andere geval als host op een toetsenbord en muis.
Een Serie "A"-aansluiting en -contactdoos.
Een Serie "A"-aansluiting en -contactdoos.

Een USB Type-C-connector.
Een USB Type-C-connector.

USB-verlengkabel
USB-verlengkabel

Hoe USB wordt gedaan

Een USB-systeem heeft een asymmetrisch ontwerp. Het bestaat uit een host, verschillende downstream USB-poorten en meerdere randapparatuur die in een stertopologie zijn aangesloten. Extra USB-hubs kunnen worden opgenomen in de niveaus, waardoor vertakkingen in een boomstructuur met maximaal vijf niveaus mogelijk zijn.

Een USB-host kan meerdere host-controllers hebben. Elke host controller biedt een of meer USB-poorten. Er kunnen maximaal 127 apparaten, inclusief de hubapparaten, worden aangesloten op een enkele hostcontroller.

USB-apparaten zijn via hubs in serie gekoppeld. Er is altijd één hub die bekend staat als de root hub. De root hub is ingebouwd in de host controller. Er zijn speciale hubs, genaamd "sharing hubs". Deze maken het mogelijk dat meerdere computers toegang hebben tot dezelfde randapparatuur. Ze werken door de toegang tussen de PC's te wisselen, handmatig of automatisch. Ze zijn populair in kleine kantooromgevingen. In termen van het netwerk convergeren ze in plaats van divergerende takken.

Een fysiek USB-apparaat kan verschillende logische subapparaten hebben die worden aangeduid als apparaatfuncties. Een enkel apparaat kan meerdere functies hebben, bijvoorbeeld een webcam (videoapparaatfunctie) met een ingebouwde microfoon (audioapparaatfunctie).

De communicatie van het USB-apparaat is gebaseerd op buizen (logische kanalen). Pijpen zijn verbindingen van de host controller naar een logische entiteit op het apparaat met de naam van een eindpunt. De term eindpunt wordt af en toe gebruikt om ten onrechte naar de leiding te verwijzen. Een USB-apparaat kan tot 32 actieve leidingen hebben, 16 in de host controller en 16 uit de controller.

Elk eindpunt kan slechts in één richting gegevens overdragen, in of uit het apparaat, dus elke pijp is uniek. Eindpunten worden gegroepeerd in interfaces en elke interface is gekoppeld aan een enkele apparaatfunctie. Een uitzondering hierop is het eindpunt nul, dat wordt gebruikt voor de configuratie van het apparaat en dat niet is gekoppeld aan een interface.

Wanneer een USB-apparaat voor het eerst wordt aangesloten op een USB-host, wordt de USB-apparaattelling gestart. De telling begint met het versturen van een reset-signaal naar het USB-apparaat. De snelheid van het USB-apparaat wordt bepaald tijdens het resetsignaal. Na het resetten wordt de informatie van het USB-apparaat door de host gelezen en krijgt het apparaat een uniek 7-bits adres toegewezen. Als het apparaat door de host wordt ondersteund, worden de stuurprogramma's die nodig zijn voor de communicatie met het apparaat geladen en wordt het apparaat in een geconfigureerde toestand gezet. Als de USB-host opnieuw wordt gestart, wordt het opsommingsproces voor alle aangesloten apparaten herhaald.

De host controller peilt de bus voor het verkeer, meestal op een round-robin manier, zodat geen enkel USB-apparaat gegevens op de bus kan overbrengen zonder een expliciet verzoek van de host controller.

Gastheerregelaars

De computerhardware die de host controller en de root hub bevat, heeft een interface voor de programmeur. Deze wordt Host Controller Device (HCD) genoemd en is gedefinieerd door de hardware-implementator.

Voor USB 1.0 en 1.1 waren er twee verschillende HCD-implementaties, Open Host Controller Interface (OHCI) en Universal Host Controller Interface (UHCI). OHCI is ontwikkeld door Compaq, Microsoft en National Semiconductor, UHCI door Intel.


VIA Technologies heeft de UHCI-standaard van Intel in licentie gegeven; alle andere chipset-implementatoren gebruiken OHCI. UHCI is meer afhankelijk van software. Dit betekent dat UHCI iets meer processorintensief is dan OHCI, maar makkelijker en goedkoper te maken. Omdat er twee verschillende implementaties waren, moesten de leveranciers van besturingssystemen en de hardwareleveranciers beide ontwikkelen en testen. Dit verhoogde de kosten.

De USB-specificatie specificeert geen HCD-interfaces en heeft geen betrekking op deze interfaces. Met andere woorden, USB definieert het formaat van de gegevensoverdracht via de poort, maar niet het systeem waarmee de USB-hardware communiceert met de computer waarin het zit.

Tijdens de ontwerpfase van USB 2.0 stond de USB-IF erop dat er slechts één implementatie was. De USB 2.0 HCD-implementatie wordt de Enhanced Host Controller Interface (EHCI) genoemd. Alleen EHCI kan hi-speed (480 Mbit/s) overdrachten ondersteunen. De meeste op PCI gebaseerde EHCI-controllers hebben andere HCD-implementaties die 'companion host controller' worden genoemd om Full Speed (12 Mbit/s) te ondersteunen en kunnen worden gebruikt voor elk apparaat dat beweert lid te zijn van een bepaalde klasse. Een besturingssysteem wordt verondersteld alle apparaatklassen te implementeren, zodat het generieke stuurprogramma's kan leveren voor elk USB-apparaat. De apparaatklassen worden bepaald door de Device Working Group van het USB Implementers Forum.

USB-apparaatklassen

De apparaatklassen omvatten:

Klasse

Gebruik

Beschrijving

Voorbeelden

00h

Apparaat

Niet-gespecificeerde klasse 0

(Apparaatklasse is niet gespecificeerd. Interface-omschrijvingen worden gebruikt voor het bepalen van de vereiste stuurprogramma's).

01h

Interface

Audio

Luidspreker, microfoon, geluidskaart

02h

Beide

Communicatie en CDC-controle

Ethernet-adapter, modem, seriële poortadapter

03h

Interface

Menselijk Interface-apparaat (HID)

Toetsenbord, muis, joystick

05h

Interface

Fysiek Interface-apparaat (PID)

Force feedback joystick

06h

Interface

Afbeelding

Digitale camera (De meeste camera's functioneren als massa-opslag voor directe toegang tot opslagmedia).

07h

Interface

Printer

Laserprinter, inkjetprinter

08h

Interface

Massa-opslag

USB-stick, geheugenkaartlezer, digitale audiospeler, externe drives

09h

Apparaat

USB-hub

Volle snelheidsnaaf, hi-speed naaf

0Ah

Interface

CDC-gegevens

(Deze klasse wordt gebruikt in combinatie met klasse 02h - Communicatie en CDC Control).

0Bh

Interface

Smartcard

USB-smartcardlezer

0Dh

Interface

Inhoud Beveiliging

-

0Eh

Interface

Video

Webcam

0Fh

Interface

Persoonlijke Gezondheidszorg

-

DCh

Beide

Diagnostisch apparaat

USB-conformiteitstestapparaat

E0h

Interface

Draadloze controller

Wi-Fi-adapter, Bluetooth-adapter

EFh

Beide

Diversen

ActiveSync en Palm-synchronisatieapparaat

FEh

Interface

Toepassingsspecifiek

IrDA-brug

FFh

Beide

Verkopersspecifiek

(Deze klassecode geeft aan dat het apparaat leveranciersspecifieke stuurprogramma's nodig heeft).

Opmerking klasse 0: Gebruik de klasse-informatie in de Interfacedescriptoren. Deze basisklasse is gedefinieerd om te worden gebruikt in de apparaatbeschrijvingen om aan te geven dat de klasse-informatie moet worden bepaald aan de hand van de Interface-omschrijvingen in het apparaat.

USB-eindpunten bevinden zich daadwerkelijk op het aangesloten apparaat: de kanalen naar de host worden leidingen genoemd.
USB-eindpunten bevinden zich daadwerkelijk op het aangesloten apparaat: de kanalen naar de host worden leidingen genoemd.

Een typische USB-aansluiting.
Een typische USB-aansluiting.

Gerelateerde pagina's



AlegsaOnline.com - 2020 - License CC3