|
Dit artikel bevat verouderde informatie en zou bijgewerkt moeten worden. U wordt uitgenodigd om dit artikel bij te werken.
|
Pc-architectuur:
CPU
?
FSB
?
Northbridge
?
RAM
?
AGP
/
PCIe
?
Southbridge
?
PCI
?
IDE
?
SATA
?
USB
Universal serial bus
(universele seriele bus), meestal aangeduid met het
initiaalwoord
USB
, is een
standaard
voor de aansluiting van
randapparatuur
op computers, het verbinden van mobiele telefoons met opladers enz..
De USB-standaard vervangt de langzamere
parallelle
en
seriele poorten
, voornamelijk doordat de snelheid van
gegevensoverdracht
met USB veel groter is. De standaard is vastgesteld door
Intel
en protocolversie 1.0 werd in
1996
geintroduceerd. 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 een apparaat per poort aangesloten kan worden.
FireWire
is een alternatief voor USB als het gaat om het aansluiten van apparatuur die een hoge
kanaalcapaciteit
vereist, zoals externe
harddisks
en
videocamera
's.
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 een enkele standaard te vervangen.
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 acht USB-versies:
Versie
|
Snelheid
|
Naam
|
Andere naam
|
Jaar van uitkomst
|
Kleur
|
Stroom
|
USB 1.0
|
1,5 Mbit/s
|
LowSpeed
|
|
1996
|
Wit
|
500 mA
|
USB 1.1
|
12 Mbit/s
|
FullSpeed
|
Universal
|
1998
|
Wit
|
500 mA
|
USB 2.0
|
480 Mbit/s
|
HighSpeed
|
Enhanced
|
2000
|
Zwart
|
500 mA
|
USB 3.0
|
5 Gbit/s
|
SuperSpeed
|
USB 3.1 Gen 1
|
2008
|
Zwart (SS) of blauw of geel of groen
|
900 mA
|
USB 3.1
|
10 Gbit/s
|
SuperSpeed+
|
USB 3.1 Gen 2
|
2013
|
Niet vastgesteld (kan varieren per fabrikant)
[1]
|
2000 mA
|
USB 3.2
[2]
|
20 Gbit/s
[3]
|
|
USB 3.2 Gen 2x2
|
2017
|
|
2000 mA
|
USB 4.0
|
40 Gbit/s
|
|
USB 4 versie 1
|
2019
|
|
|
USB 4.0 2.0
|
80 Gbit/s
|
|
USB 4 versie 2
|
2022
|
|
5A 48V 240W PD3.1
|
Dit zijn theoretische snelheden, die in de praktijk vaak niet worden gehaald.
De USB 3.x-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.x-kabel heeft 9 aders in plaats van 4 bij de oude kabel.
[4]
Het is ook mogelijk om een USB-stekker te combineren met een
SATA
-aansluiting, daartoe bestaan 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 (6×3 meter).
[5]
- USB-apparaten kunnen worden aangesloten zonder de
computer
opnieuw te moeten opstarten en functioneren na aansluiting direct (hotpluggable/hotswappable).
- Er kunnen maximaal 127 apparaten op een USB-hostcontroller worden aangesloten. Het aanbod van USB-poorten kan worden uitgebreid met een
USB-hub
.
- Elke USB-hostcontroller kan een totale voedingsstroom van maximaal 500
mA
leveren. Als het totale stroomverbruik hoger is, is een aparte voeding noodzakelijk.
|
USB 1.x en USB 2.x
|
USB 3.x
|
Bijzonderheden
|
A-stekker
computerzijde
netvoedingsapparaat
|
|
|
|
B-stekker
printer
externe harde schijf
RS232-adapter
|
|
|
|
mini-B-stekker
scanner
muis
[6]
gps-ontvanger
e-dentifier
|
|
|
|
micro-B-stekker
powerbank
videokaart
e-reader
|
|
|
|
C-stekker
|
|
|
Zie
USB-C
voor het hoofdartikel over dit onderwerp.
|
Voorbeelden van randapparatuur die door middel van USB aangesloten kan zijn:
Kleine apparatuur die een geheel vormt met de USB-A-stekker:
Door alleen de 5V-voeding te gebruiken kunnen diverse kleine apparaatjes gebruikt worden
- leds
(vast aangesloten snoer)
- powerbanks
(micro-USB-B)
- USB-ventilatoren (vast aangesloten snoer)
- laden van
mobiele telefoon
(verschillende stekkers mogelijk)
De twee data-aders worden dan niet gebruikt. Een computer is zelfs niet nodig: er bestaan voor dit doel netstekkers met een USB-A-aansluiting, die de netspanning of de spanning van een auto-accu omzetten in 5 volt.
Een USB-adapter voor een seriele 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
seriele 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.
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;
- voor 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.
Een
moederbord
heeft meestal een of meer headers waarmee twee USB-aansluitingen (hieronder geel en roze) op het voorpaneel kunnen worden aangesloten. De volgorde van de pennen is hierbij niet gestandaardiseerd. De volgende indelingen komen voor:
V
cc
|
D-
|
D+
|
GND
|
V
cc
|
D-
|
D+
|
GND
|
|
|
V
cc
|
D-
|
D+
|
GND
|
GND
|
D+
|
D-
|
V
cc
|
|
|
V
cc
|
D-
|
D+
|
GND
|
n.c.
|
V
cc
|
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 en is compatibel met de eerste. De onderlinge afstand tussen de pennen is 1/10 inch of 2,54 mm, een zeer gebruikelijke afstand bij elektronische schakelingen. Bij alle drie indelingen is het echter nodig dat de stekker in de systeemkast dezelfde indeling gebruikt als de header op het moederbord. Het gevolg is dat veel fabrikanten van computerkasten kiezen voor acht eenpolige stekkertjes. Die eenpolige stekkertjes passen, als ze niet te dik zijn, ook op de hieronder getoonde grotere header van USB 3.0.
Voor USB 3.0 is een grotere header nodig:
D+
|
D-
|
GND
|
SSTX+
|
SSTX-
|
GND
|
SSRX+
|
SSRX-
|
V
cc
|
key
|
n.c.
|
D+
|
D-
|
GND
|
SSTX+
|
SSTX-
|
GND
|
SSRX+
|
SSRX-
|
V
cc
|
De onderlinge afstand tussen de pennen is 2 mm, dus minder dan de gebruikelijke 1/10" (2,54 mm).
- n.c. - not connected - pen heeft geen functie
- key - pen ontbreekt, dit verhindert verkeerd aansluiten
Met USB zijn er meer mogelijkheden dan met een parallelle poort of een seriele poort, terwijl er minder draden worden gebruikt. Dit wordt mogelijk gemaakt door het USB-
protocol
.
Een USB-verbinding bestaat uit vier aders:
- +5 volt (rood)
- nul (zwart)
- differential data D- (wit)
- differential data D+ (groen)
De twee data-aders worden als
getwist paar
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.
Bronnen, noten en/of referenties
|