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:
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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.
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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
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über diese ungeschirmten Kabel laufen. Um in den Genuss von USB (High Rate)
[...]
Häufig gestellte Fragen
Was ist USB und wofür wird es genutzt?
USB steht für Universal Serial Bus. Es ist eine Anschlussnorm, die es ermöglicht, externe PC-Komponenten wie Ausgabegeräte (Drucker, Monitore, Lautsprecher), Eingabegeräte (Tastaturen, Mäuse, Barcodeleser), externe Speichermedien (Sticks, HD-Drives, Brenner), Multimedia-Geräte (Sound, Video, Fotokameras, Scanner) und Schnittstellen/Adapter (Modem, WLAN, RS232 Konverter) anzuschließen.
Was waren die Ziele bei der Entwicklung von USB?
Die Ziele des USB-Implementers-Forums (USB-IF) waren unter anderem: Benutzer sollen das Gehäuse nicht zur Installation neuer Geräte öffnen müssen, es soll nur eine Kabelart für alle Geräte verwendet werden, Geräte sollen über das Kabel mit Strom versorgt werden, mehr als 23 Geräte sollen an einen Computer anschließbar sein, das System soll Echtzeitgeräte unterstützen, Geräte sollen bei laufendem Computer installierbar sein, und der Bus und seine Geräte sollen preisgünstig sein.
Welche Fähigkeiten bietet USB?
USB bietet Free Plugging (freie Wahl der Steckplätze), Hot Plugging (Möglichkeit, Geräte während des Betriebs hinzuzufügen oder zu entfernen), Plug and Play Funktion (automatische Konfiguration neu installierter Geräte), Erkennung von USB Geräten, Self-Powered Funktion (Kleinere Geräte können Strom über USB beziehen), bidirektionale Datenübertragung, ist rein digital, relativ schnell (bis zu 480 Mbit/s), skalierbar und auf- und abwärtskompatibel.
Welche Arten von USB-Steckern gibt es?
Es gibt USB-Stecker vom Typ A (in Richtung Hub) und Typ B (in Richtung Gerät). Dies verhindert eine Ringverbindung.
Welche Geschwindigkeiten werden von USB unterstützt?
Derzeit gibt es verschiedene Geschwindigkeiten, die von der USB-Version, der Kabellänge und der Kabelart abhängen. Es gibt z.B. Kabelvarianten mit unverdrillten Datenadern für langsamere Übertragungen.
Was ist der Vorteil der längeren Stromversorgungs-Pins im USB-Stecker?
Die Anschlusspins der Stromversorgung in den USB-Steckern sind etwas länger als die Datenpins, damit diese beim Einstecken zuerst Kontakt finden. Dadurch wird das Potential des angeschlossenen Geräts auf das gleiche Niveau wie der Hub gebracht, bevor die Datenübertragung beginnt.
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- Jörg Eisbach (Author), 2004, USB-Schnittstellen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/109051
