USB

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 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 estandaritzat per la USB Implementers Forum (USB-IF), un organisme d'estàndards de la industria que inclou les companyies líders de la 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 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 miltimedia 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 número 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 necesitar fonts d'alimentació extra. La gran majoria dels concentradors inclouen fonts d'alimentació que donen energía als dispositius que hi són connectats, però alguns dispositius consumeixen tanta energia que necesiten la seva propia 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.

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 transmisió 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.

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 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.

[modifica] 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.

• 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 de la senyal de bloqueig.

[modifica] 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

[modifica] 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.