USB

USB () on sarjaväyläarkkitehtuuri oheislaitteiden liittämiseksi tietokoneeseen. Kotikäyttäjälle näkyvin hyöty on saman liitännän sopiminen useisiin eri laitteisiin; ennen USB-väylää esimerkiksi hiiren ja näppäimistön saattoi kytkeä ristiin, ja tulostimilla oli omanlaisensa liitäntätapa. Väylä tukee kytke ja käytä -tekniikkaa (), jolloin esimerkiksi tulostin kertoo tietokoneelle mallinsa, ja tietokone voi tämän perusteella asentaa automaattisesti oikean ohjelmiston. Aiemmin käyttäjän piti kertoa käyttöjärjestelmälle asennetun tulostimen merkki ja malli.

Vuonna 1995 johtavat laite- ja ohjelmistovalmistajat (mm. Intel, Microsoft, NEC ja Compaq) perustivat USB Implementers Forumin. Liitäntä eri versioineen on laajasti käytetty pienistä akkukäyttöistä laitteista kuten matkapuhelimista ja MP3-soittimista lähtien.

USB-C-liitäntä tukee käyttöä myös virtalähteen kytkemiseen sekä videokuvan siirtämiseen (näytöt).

USB-arkkitehtuuri 
USB-arkkitehtuurissa keskenään kytketyt laitteet noudattavat isäntä/laite-jakoa (). Aiemmin tietokone oli aina isäntä (master) ja siihen kytkettävät laitteet sille alisteisia (slave). Nykyisin isäntinä voi olla myös muunlaisia laitteita, kuten tulostimia ja äänentoistolaitteita.

USB-standardit ja yhteensopivuus 

USB-standardeja ovat: USB 1.0–1.1, USB 2.0, USB 3.0 ja USB4. 

USB OTG (On-The-Go) on USB-standardiin tehty lisäys, jossa sama laite voi olla sekä isäntä että laite riippuen siitä, kuinka käyttäjä sitä käyttää. USB OTG:ssa laite on joko USB-A tai USB-B laite riippuen siitä, miten päin kaapeli kytketään laitteiden välille. USB-A on oletuksena isäntä ja riippumatta siitä, onko se isäntä vai laite, se syöttää USB-väylälle virtaa.

WUSB on USB 1.1:n ja 2.0:n kanssa yhteensopiva langaton liitäntä.

USB Power Delivery (USB PD) on noin vuodesta 2012 lähtien mukana ollut määrittely, jonka mukaan USB-väylä voi välittää virtaa jopa 240 wattia (5 ampeeria) esimerkiksi kannettavalle tietokoneelle. USB PD on lisätty samaan aikaan USB-C liittimen kanssa ja siitä on julkaistu vuoteen 2022 mennessä kolme versiota (1.0, 2.0 ja 3.0). USB PD 3.1 vuonna 2021 lisäsi uusia kiinteitä jännitteitä ja virtamääriä standardiin.

Alternate Mode -moodin kautta väylä voi kuljettaa eri protokollia kuten DisplayPortia.
Eri protokollien käyttöä USB-väylän välityksellä on kehitetty pitkään.

USB-kaapelin sähköinen rakenne
Datajohtopari on usein vihreä ja valkoinen. Lisäksi USB-kaapelin sisällä on käyttöjännitettä varten punainen +5 V johto ja musta maajohto.

USB-kaapelissa datasignaalit muodostavat pareja, joista toisella on vastakkainen suunta. Vastaanottopäässä käänteisvaiheinen signaali käännetään takaisin ja signaalit summataan, jolloin matkan aikana syntynyt häiriö kumoutuu.

USB käyttää linjakoodauksessa NRZI-koodausta.

Standardin mukainen virransyöttö (esimerkiksi tietokoneesta) on 500 mA versioon USB 2.0 saakka ja 900 mA USB 3.0 -liittimen kautta.

Liittimet 
USB-kaapeleissa on käytetty useita erilaisia liittimiä, jotka jatkossa korvaa USB-C -liitin.
Micro-USB on ollut yleinen muun muassa älypuhelimien lataukseen.

USB-C eli USB Type-C on 24-nastainen datan ja energian siirtoon käytettävä USB-liitin. Se julkaistiin vuonna 2013 korvaamaan aiemmat USB-liittimet. Aiemmista versioista poiketen USB-C sopii liitäntään kummin päin tahansa.

Myös Intelin kehittämä Thunderbolt 3 käyttää USB-C-liitintä.

Standardiversiot

USB 1.x 
Tammikuussa 1996 julkaistiin USB:n ensimmäinen valmis versio 1.0. Se tukee 1,5 Mb/s (Low Speed) ja 12 Mb/s (Full Speed) nopeuksia.

Ensimmäinen laajalti käyttöön otettu versio, USB 1.1, julkaistiin elokuussa 1998.

USB 2.0 
Huhtikuussa 2000 julkaistu USB 2.0 tukee nopeampaa tiedonsiirtotilaa High Speed, joka kasvattaa väylän maksiminopeuden 480 megabittiin sekunnissa.

Tähän USB-määrittelyyn on myöhemmin tehty muutamia muutoksia, joista tärkeimmät on jälkeenpäin otettu osaksi USB 2.0 -standardia:

 Mini-A ja Mini-B -liittimet
 Mikro-USB kaapelit ja liittimet, versio 1.01
 Mikropiirien väliseen tiedonsiirtoon tarkoitettu InterChip USB
 USB On-The-Go (OTG) mahdollistaa kahden laitteen välisen tiedonsiirron ilman erillistä isäntää
 Tuki dedikoiduille latureille
 Mahdollisuus jopa 1,5 A latausvirtaan yhtä aikaa nopean tiedonsiirron kanssa. Mahdollistaa 5 A maksimivirran.
 Väylän lepotila virran säästämiseksi

USB 3.0 

Vuonna 2008 julkaistu USB 3.0 mahdollistaa USB 2.0:n verrattuna jopa yli kymmenen kertaa nopeamman tiedonsiirron. USB 3.0:n erottaa USB 2.0:sta sinisestä väristä tai liittimessä olevasta SS-merkinnästä. Lisäksi USB 3.0:ssa on kaksi tiedonsiirtokanavaa, kun taas aiemmissa versioissa on vain yksi.

USB 3.0-versiossa (SuperSpeed) siirtonopeus on 5, 10 tai 20 gigabittiä sekunnissa sukupolvesta riippuen.

Uudemmat määrittelyversiot ovat USB 3.1 ja USB 3.2.

USB4 
USB4-määrittely on julkaistu 3. syyskuuta 2019. USB4 on taaksepäin yhteensopiva USB 3.2:n, USB 2.0:n ja Thunderbolt 3:n kanssa.

USB4 käyttää USB-C -liitintä. Määrittely tukee 10, 20 ja 40 Gbps nopeuksia.

USB4 Version 2.0 on syyskuussa 2022 julkaistu versio, joka päivittää standardia 80 Gbps nopeudelle ja yhteensopivaksi muiden standardien uudempien versioiden kanssa (DisplayPort ja PCI Express).

Ohjelmistotuki 
Windows 95 OSR 2.1 ja sitä uudemmat Windows-käyttöjärjestelmät tukevat USB:tä. Linux on tukenut USB:tä versiosta 2.2.18 alkaen. Myös Mac OS 9 ja macOS tukevat USB:tä.

Laitteistotuki 
Lähes kaikki tietokonevalmistajat varustavat uudet konemallinsa USB-liitännöillä. USB-liittimellä varustetaan myös osa näytöistä.

Xbox-konsolin ohjaimissa käytetään USB-liitäntää, mutta liitin on muotoiltu siten, että se ei sovi tavallisiin tietokoneisiin. PlayStation 2:ssa ja PlayStation 3:ssa on lisälaitteiden liittämiseksi USB-portteja: PS2:ssa niitä on kaksi ja PS3:ssa 2-4 konsolin mallista riippuen. Microsoftin Xbox 360 -konsoli käyttää USB-portteja, joten ohjaimet voidaan kytkeä myös tietokoneeseen; langattomat Xbox 360 -ohjaimet voi liittää konsoliin tai tietokoneeseen USB-kaapelilla, mutta ohjaimissa itsessään on epästandardi B-liitäntä ja liittäminen vaatii erikoiskaapelin. Xbox One käyttää puolestaan ohjaimissa standardinmukaista USB micro-B -liitintä, joten ne voidaan liittää konsoliin tai tietokoneeseen tavallisella kaapelilla. PlayStation Portablessa on käytettävissä tiedonsiirtoon USB-kaapeli ja Nintendon Wii-konsolissa on kaksi USB-porttia.

Osassa digibokseista on USB-liitäntä kuvien sekä musiikin siirtämiseen tietokoneen ja digiboksin välillä. Erilaiset kannettavat musiikkisoittimet varustetaan lähes aina USB-liitännällä. Liitäntä on myös useissa televisioissa sekä autoradioissa.

USB-portin etuja 
 Plug and Play: Automaattinen asennus ja USB-ajurien asennus.
 Hot-Plug-ominaisuus: Laitteen voi milloin tahansa kytkeä toimivaan tietokoneeseen eikä uudelleenkäynnistystä tarvita.
 Samaan USB-porttiin voi kytkeä jopa 127 laitetta samaan aikaan.
 Suuri nopeus verrattuna perinteiseen sarjaporttiin.

Vaikutus 
USB on korvannut useita muita tietokoneissa aiemmin käytettyjä liitäntöjä:
 sarjaportti
 rinnakkaisliitäntä
 peliportti
 PS/2-liitin
 Apple Desktop Bus
 FireWire (IEEE 1394)

2000-luvulla USB-korvasi muuta tekniikkaa, esimerkiksi levykeasemat jäivät pois USB-muistien yleistyessä. USB:stä tuli myös keino kytkeä muita ulkoisia oheislaitteita kuten Wi-Fi-sovittimia.

FireWire (IEEE 1394) oli USB:n alkuaikana nopeampi, mutta se oli myös kalliimpi toteuttaa sekä nimen käyttö vaati lisenssimaksun maksamista Applelle. Tästä johtuen standardi hajaantui ja eri ratkaisut tarvitsivat eri kaapeleita.

eSATA (External SATA) oli SATA-väylän laajennus ulkoisille kiintolevyille. Käytännössä USB-väylän nopeutumisen vuoksi se ei ikinä yleistynyt.

Katso myös 
 USB-keskitin
 WUSB
 Oheislaiteliitännät

Lähteet

Kirjallisuutta

Aiheesta muualla 

 Uski, Juho: Usb monena versiona, MikroPC 8/2006, s. 50–52 

Tietoliikenneprotokollat
Väylät ja liitännät
Seulonnan keskeiset artikkelit