USB-Schnittstellen

Inhaltsverzeichnis

Was ist USB und wofür wir er genutzt

Die Entstehung

Fähigkeiten

Technische Betrachtung
Stecker und Kabel
Die Geschwindigkeiten
Die Normen
Der Hub
Die Topologie
Das Bus-Management
USB vs. FireWire/RS232/Parallel

Betriebssystem-Unterstützung

Geräte

Nachteile

Fazit

Glossar

Quellenangaben

Was ist USB und wofür wird er genutzt

USB ist die Abkürzung für den englischen Begriff „ U niversal S erial B us“. Der USB ist eine Anschlussnorm, die den Anschluss externer PC-Komponenten ermöglichen soll. Hierzu zählen im Wesentlichen folgende Gruppen:

- Ausgabegeräte (Drucker/Monitor/Lautsprecher)
- Eingabegeräte (Tastatur/Maus/Barcodeleser)
- Externe Speichermedien (Stick, HD-Drive, Brenner)
- Multimedia (Sound/Video/Fotokamera/Scanner)
- Schnittstellen/Adapter (Modem/WLAN/RS232 Konverter).

Bisher wurden alle Geräte an den Schnittstellen des Mainbords (RS232, Parallel oder PS/2) angeschlossen. Besondere Geräte erhielten auch separate Schnittstellen, die an dem PCI-Bus mittels Steckkarte eingesteckt und so von außen zur Verwendung sichtbar wurden (z.B. ältere Scanner mit SCSI- Schnittstellenkarte).

Auf Dauer war es jedoch keine gute Lösung, wenn sich beispielsweise vier oder mehr Geräte (Zipp-Drive, Kamera, Scanner, Drucker) per Umschaltbox an einem einzigen Druckerport befanden.

Beim USB handelt es sich um eine standardisierte Schnittstelle in zwei Versionen (1.1 und 2.0), die es ermöglicht, bis zu 127 Geräte an einem Computer anzuschließen.

Man erkennt USB Geräte am folgenden Zeichen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Entstehung

1994 wurde die erste Spezifikation des USB Standards von den führenden Firmen Intel, IBM, Microsoft, Compaq, Northern Telecom, NEC und DEC entwickelt, da es bis zu diesem Zeitpunkt keine einheitlichen Schnittstellen gab. In erster Linie haben sich die sieben Unternehmen zusammengefunden, um über eine bessere Technik zu beraten, wie E/A-Geräte an einen Computer angeschlossen werden können. Schon 1995 wurde „USB 1.0“ auf der Comdex in Las Vegas vorgestellt. Es folgte die Gründung des USB-Implementers-Forums (USB-IF), an dem sich viele weitere Gerätehersteller beteiligten. Mit dem USB-Projekt verfolgten die Mitglieder des „USB-IF“ unter anderem folgende Ziele:

- Benutzer sollen das Gehäuse nicht zur Installation neuer E/A Geräte öffnen müssen
- Es soll nur eine Kabelart für den Anschluss aller Geräte verwendet werden
- E/A Geräte sollen über das Kabel mit Strom versorgt werden
- An einem einzigen Computer sollen sich mehr als 23 Geräte anschließen lassen
- Das System soll Echtzeitgeräte (z.B. Sound, Modem) unterstützen
- Geräte sollen bei laufendem Computer installiert werden können
- Der neue Bus und seine E/A Geräte sollen preisgünstig gefertigt werden können.

1996 kam es zur Freigabe des Standards USB.

Seit 1997 wurden auf allen ATX Mainboards mindestens zwei USB Schnittstellen installiert. Da es zu Beginn so gut wie keine USB-Geräte gab, war dies nur möglich, weil Intel die Mainboardhersteller „zwang“, die neue Schnittstelle zu implementieren. Durch die anfänglich sehr hohen Kosten der USB-Geräte sah es fast schon so aus, als ob dieser Bus keine Chance haben würde. Erst als Apple im Jahre 1999 seinen I-Mac vorstellte, der ganz und gar auf herkömmliche Schnittstellen verzichtete und ausschließlich USB zur Verfügung stellte, waren die

Peripherie-Hersteller in Zugzwang und mussten USB-konforme Geräte auf den Markt bringen - und dies zu erschwinglichen Preisen.

Fähigkeiten

Wie bereits im Kapitel „Die Entstehung“ erwähnt, wurde vom „USB-IF“ eine Reihe von Anforderungen an die neue Schnittstelle gestellt. Die Fähigkeiten im Einzelnen:

- free plugging (freie Wahl der Steckplätze)
- hot plugging (Möglichkeit, während des Betriebs Geräte hinzuzufügen oder abzutrennen)
- „plug and play“ Funktion (neu installierte Geräte werden automatisch
konfiguriert)
- Erkennung von USB Geräten (Beim Anschluss eines Endgeräts werden die Informationen über dieses Gerät von der USB-System-Software veröffentlicht.)
- self-powered (Kleinere Geräte wie z.B. Tastatur, Maus und Speicher-Stick können ihren Strom über den USB Anschluss beziehen. Größere Geräte brauchen dagegen eine eigene Stromzufuhr.)
- bidirektional ( gleichzeitige Übertragung von Daten und Informationen in beide Richtungen möglich.)
- rein digital (USB ist eine rein digitale Schnittstelle, so dass keine analoge/digitale Umwandlung erforderlich ist.)
- relativ schnell (bis zu 480 Mbit/s)
- skalierbar (Damit die Daten mit unterschiedlicher Geschwindigkeit übertragen werden können, ist der USB-Anschluss auch skalierbar.)
- auf- und abwärtskompatibel (USB-Versionen 1.1 und 2.0 sind in beide

Richtungen kompatibel.)

Ein weiterer Vorteil des USB ist, dass über ihn die automatische Steuerung von Stromspar-Funktionen möglich ist.

Technische Betrachtung Stecker und Kabel

Der USB-Steckverbinder in Richtung Hub ist immer vom Typ A, Richtung Gerät vom Typ B. Damit wird ein Aufbau einer Ringverbindung verhindert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Zur Verbindung der Geräte dient ein vieradriges Kabel. Zwei Adern sind verdrillt und übertragen das Datensignal in einem 3,3-Volt-System. Für die Stromversorgung der Peripheriegeräte (5 V) kommt das andere Drahtpaar (unverdrillt) zum Einsatz.¹

Wegen der Punkt-zu-Punkt-Topologie entfallen externe Abschlusswiderstände (Terminatoren). Diese sind bereits fest in den Geräten eingebaut. Die Belastung der Datenleitungen durch die Widerstände dient zudem der automatischen Erkennung von im laufenden Betrieb neu hinzugekommenen oder entfernten Geräten.

Die Geschwindigkeiten

Derzeit gibt es drei Geschwindigkeiten, die zum einen von der USB Version, gleichermaßen aber auch von der Kabellänge und der Kabelart abhängen. Es gibt z.B. eine Kabelvariante mit unverdrillten Datenadern für den langsamen Unterkanal mit bis zu 1,5 MBit/s. Das Protokoll sorgt dafür, dass schnelle Signale nicht

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

über diese ungeschirmten Kabel laufen. Um in den Genuss von USB (High Rate)

[...]

¹ Die Anschlusspins der Stromversorgung in den USB-Steckern sind gegenüber den Datenpins etwas länger, damit diese beim Einstecken zuerst Kontakt finden und so das Potential des angeschlossenen Geräts auf das gleiche Niveau bringen wie der Hub, bevor die sensiblen Datenströme Anschluss finden.