Universal Serial Bus

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Processor Northbridge Batterij (elektrisch) Memory Slot Peripheral Component Interconnect Southbridge Read-only memory Onboard graphics controller
Pc-architectuur:
CPUFSBNorthbridge
RAMAGP/PCIeSouthbridge
PCIIDESATAUSB

Universal Serial Bus (Universele Seriële Bus), meestal aangeduid met het initiaalwoord USB, is een standaard voor de aansluiting van randapparatuur op computers. Het vervangt de langzamere parallelle en seriële poorten, voornamelijk doordat de snelheid van gegevensoverdracht met USB veel groter is. De standaard is uitgevonden door Intel en protocolversie 1.0 werd in 1996 geïntroduceerd. Met behulp van de gestandaardiseerde USB-poort konden hardwarefabrikanten producten maken die compatibel waren met zowel pc's als Macs. Naast randapparatuur voor computers worden verschillende typen microcontrollers voorzien van een USB-poort, bijvoorbeeld om hun toepassing binnen computers en embedded systems te vereenvoudigen.

Een bijkomend voordeel van USB is, dat deze de stroomvoorziening van de aangesloten randapparatuur kan verzorgen. Ook kan USB-apparatuur aangesloten worden zonder de computer te hoeven herstarten — dit wordt hotplugging genoemd.

Hoewel in de naam het woord bus voorkomt, is USB strikt genomen geen bus, omdat er zonder hub maar één apparaat per poort aangesloten kan worden.

FireWire is een alternatief voor USB als het gaat om het aansluiten van apparatuur die een hoge bandbreedte vereist, zoals externe harddisks en videocamera's.

Doelen[bewerken]

De ontwerpers van USB hadden zich een aantal doelen gesteld:

  • Het moest een degelijke, goedkope poort worden die ook voor goedkope randapparatuur als muizen gebruikt kon worden.
  • De kosten van de bekabeling en connectors mochten niet hoog zijn.
  • De constructie moest zo zijn, dat foutieve aansluiting uitgesloten was.
  • Er moesten veel apparaten tegelijk via USB aangesloten kunnen worden.
  • USB moest voldoende snelheid bieden om printers en andere snelle apparatuur als harde schijven aan te kunnen sluiten.

De achterliggende doelstelling is alle afzonderlijke poorten van een pc door één enkele standaard te vervangen.

Varianten[bewerken]

Via de USB-kabel kan het aangesloten apparaat van voedingsstroom worden voorzien. USB 2.0 levert maximaal 500 mA (bij 5 V) en dat is genoeg voor eenvoudige apparaten, zoals een muis. USB 3.0 en 3.1 leveren respectievelijk maximaal 900 en 2000 mA. Apparaten die meer vermogen vergen, moeten een eigen voeding hebben.

Er zijn vijf versies van USB:

Versie Snelheid Naam Datum Kleur
USB 1.0 1,5 Mbit/s LowSpeed 1996 Wit
USB 1.1 12 Mbit/s FullSpeed 1998 Wit
USB 2.0 480 Mbit/s HighSpeed 2000 Zwart
USB 3.0 4,8 Gbit/s SuperSpeed 2008 Blauw
USB 3.1 10 Gbit/s SuperSpeed+ 2013 Blauw

Dit zijn theoretische snelheden, die in de praktijk vaak niet gehaald worden.

Eigenschappen[bewerken]

De USB 3.0-variant heeft een stekker met extra aansluitingen om de hoge snelheid te kunnen halen. De extra aansluitingen zijn zodanig in de stekker verwerkt, dat ook oudere stekkers nog passen. De USB 3.0-kabel heeft 9 aders in plaats van 4 bij de oude kabel.[1]

Het is ook mogelijk om een USB-stekker te combineren met een SATA-aansluiting. In 2009 bestaan daartoe verschillende initiatieven.

Inmiddels bestaat ook de draadloze variant van USB, genaamd Wireless USB (WUSB of USB 2.1), die een radiofrequentie gebruikt om te communiceren. WUSB is bruikbaar tot een afstand van 3 tot 10 meter, met een snelheid van 480 Mbit/s bij 3 meter tot 110 Mbit/s bij 10 meter. WUSB gebruikt encryptie.

Enkele eigenschappen van USB zijn:

  • De computer is de host.
  • USB-kabels mogen maximaal 5 meter lang zijn. Deze lengte is door de tussenkomst van hubs te vergroten tot maximaal 30 meter. Voor USB-apparaten die werken volgens de USB 1.1-standaard bedraagt de maximale kabellengte 18 meter (6x3 meter).[2]
  • USB-apparaten kunnen worden aangesloten zonder de computer opnieuw te moeten opstarten en functioneren na aansluiting direct (hotpluggable/hotswappable).

Draagbare harde schijf[bewerken]

Verschillende draagbare of mobiele harde schijven in de 2,5 inch-uitvoering, zoals deze ook in laptops worden gebruikt, hebben geen extra stroomvoorziening nodig, en kunnen zo op een USB-poort aangesloten worden. De 3,5 inch-versie, die in de meeste desktops wordt gebruikt, heeft wel een externe voeding nodig. Ter bescherming worden externe schijven voorzien van een plastic of metalen (bijvoorbeeld aluminium) behuizing.

Draagbare harde schijven gebruiken vrijwel allemaal meer dan de 500 mA die de (USB-)standaard voorschrijft. Daarom wordt er soms bij de draagbare harde schijven een kabeltje meegeleverd met twee USB-stekkers. De tweede stekker dient dan om extra stroom van een tweede USB-poort te kunnen gebruiken. Bij oudere computers en bij andere apparatuur dan computers (bijvoorbeeld televisies of tablets), kan het voorkomen dat de USB-standaard strikt wordt nageleefd en de USB maximaal 500 mA levert. Een USB-schijf werkt dan niet zonder een extra USB-poort of een externe voeding. Bij veel moderne computers en laptops biedt de USB-poort al meer stroom dan de standaard, rekening houdend met externe harde schijven.

USB-sticks kennen dit euvel niet. Een USB-stick is gebaseerd op flashgeheugen. Hij heeft geen bewegende onderdelen en gebruikt veel minder stroom. Hij heeft minder opslagcapaciteit en is per bit opslagcapaciteit duurder.

Draagbare harde schijven en USB-sticks worden gebruikt

  • als back-up;
  • als extra uitbreiding van de opslagruimte;
  • als datatransport (tussen computers of bijvoorbeeld van computer naar een mediaspeler);
  • als opstartschijf om een computer op te starten met een besturingssysteem.

Al deze functies zijn te combineren.

Connectoren (stekkers)[bewerken]

A-stekker aan de computerzijde, B-stekker aan de randapparaatzijde

Toepassingen[bewerken]

Voorbeelden van randapparatuur die door middel van USB aangesloten kan zijn:

Kleine apparatuur die één geheel vormt met de USB-stekker:

Een USB-adapter voor een seriële poort

Adapters maken het mogelijk dat oude apparaten zonder USB via een verloopkabel of een adapter toch gebruikt kunnen worden. Enkele voorbeelden van USB-adapters:

  • USB-adapter voor een PS/2-interface, onder andere voor (oude) muizen en toetsenborden;
  • USB-adapter voor een seriële poort, onder andere voor modems en technische apparatuur;
  • USB-adapter voor een parallelle poort, onder andere voor (oude) printers;
  • USB-adapter voor een gamepoort, voor het aansluiten van een analoge joystick;
  • USB-adapter voor een IDE- of SATA-aansluiting, om een harde schijf aan te sluiten;
  • USB-adapter voor een FireWire-aansluiting;
  • USB-adapter om telefoons of spelcomputers te verbinden met een gewone computer;
  • USB-USB-adapter, soms ook usb-netwerk genoemd. Deze maakt het mogelijk om twee computers met elkaar te verbinden. Een van de computers gebruikt een programma waardoor hij zich voordoet alsof hij een externe harde schijf is. De andere computer kan dan de bestanden zien (en ook lezen en schrijven) op de eerste computer. Bij televisies met een USB-aansluiting kunnen met zo'n USB-USB-adapter foto's en films bekeken worden die op een computer staan. Het nadeel is dat er een speciaal programma gestart moet worden. Veelal wordt daarom liever een externe harde schijf gebruikt. Voor het afspelen van foto's en films op een televisie geeft een HDMI-verbinding een zeer goede digitale videoverbinding. Sommige televisies hebben bluetooth, waarmee nog gemakkelijker foto's en films van een computer bekeken kunnen worden.

Techniek[bewerken]

Met USB is veel meer mogelijk dan met een parallelle poort of seriële poort, terwijl er minder draden worden gebruikt. Dit wordt mogelijk gemaakt door het USB-protocol.

Een USB-verbinding bestaat uit vier aders:

  • +5 volt,
  • nul,
  • differential data (D- en D+).

De twee data-aders worden als 'twisted pair' gebruikt om differentieel data te versturen: bij een '0' wordt de spanning op de pen voor D- hoger gemaakt dan de spanning op de pen voor D+, en voor een '1' wordt de spanning op de pin voor D- lager gemaakt dan de spanning op de pen voor D+. Voor low speed (1,5 Mbit/s) en full speed (12 Mbit/s) moet de zender zorgen voor een spanning van minstens 2,5 volt tussen de D-- en D+-pennen, terwijl voor high speed (480 Mbit/s) de zender moet zorgen voor een stroom van 17,8 mA.

Deze bus wordt gebruikt om datapakketten over te sturen, niet alleen voor de daadwerkelijke dataoverdracht, maar ook voor besturingsinformatie. De host is de baas over de bus en neemt het initiatief voor alle dataoverdracht.

Aansluiting op moederbord[bewerken]

Een moederbord heeft meestal een of meer headers waarmee twee USB-aansluitingen op het voorpaneel kunnen worden aangesloten. De volgorde van de pennen is hierbij niet gestandaardiseerd. Het gevolg is dat veel fabrikanten van computerkasten kiezen voor acht losse stekkertjes. De volgende indelingen komen voor:

Vcc D- D+ GND
Vcc D- D+ GND
  
Vcc D- D+ GND
GND D+ D- Vcc
  
Vcc D- D+ GND n.c.
Vcc D- D+ GND key

De eerste indeling geeft een eenvoudiger ontwerp van het moederbord. Bij de tweede indeling is het niet mogelijk de stekker verkeerd aan te sluiten. De derde indeling combineert beide voordelen.

Voor USB 3.0 is een grotere header nodig:

D+ D- GND SSTX+ SSTX- GND SSRX+ SSRX- Vcc key
n.c. D+ D- GND SSTX+ SSTX- GND SSRX+ SSRX- Vcc

Externe links[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. USB 3.0 Technology. Mouser Electronics, Inc. Geraadpleegd op 7 april 2013
  2. http://www.lammertbies.nl/comm/cable/nl_USB-cable-length.html