USB

Universal Serial Bus (USB) (universell seriebuss) representerer i dag et økosystem av ulike industristandarder som forvaltes av USB Implementers Forum (USB-IF). Den første standarden ble ferdigstilt i januar 1996. Målet var å forenkle forbindelsen mellom datamaskiner og periferiutstyr. USB ble gradvis en suksess som helt eller delvis erstattet eldre standarder som serielle porter, parallellporter, ekstern SCSI og etter hvert også proprietære strømforsyninger.

I 2024 er USB mer eller mindre førstevalget for ad-hoc dataoverføring til og fra lagringsenheter, for eksempel eksterne SSD-er, minnepinner eller kortlesere. Videre er USB det vanligste grensesnittet for tilkobling av tastatur, mus, skannere, skrivere, digitale kameraer og mange andre enheter til en vertsmaskin. Sist, men ikke minst, er USB nå også dominerende til strømforsyning og opplading av alt fra lommelykter og mobiltelefoner til bærbare PC-er.

USB-IF har løpende oppdatert USB i takt med den teknologiske utviklingen. Dette gjenspeiles i blant annet ytelse og funksjonalitet. For eksempel er datahastigheten flere tusen ganger høyere nå enn i 1996.

 Standarder 
USB har utviklet seg betydelig gjennom flere årtier og omfatter i dag en rekke standarder for ulike områder eller lag. Disse er dels uavhengige, men dels bygger de også på hverandre. Alle forvaltes av USB-IF.

De offisielle USB-standardene omhandler blant annet:

 Datakommunikasjon (siste standard: USB4 2.0, lansert i 2022)
 Fysiske koblinger (siste standard: USB-C, lansert i 2013)
 Strømforsyning (USB-PD og flere andre)
 Alternate Mode (benyttes av USB-C-standarden for å gjøre den protokoll-agnostisk)
 A/V-standarder (UAC, UVC)
Det eksisterer i tillegg avhengigheter mellom USB-standarder og tredjeparts standarder, og noen av disse avhengighetene er gjensidige.

 Datakommunikasjon 
Gjennom en periode på 26 år med standardiseringer siden 1996 har hastigheten i datakommunikasjon over USB økt med mer enn 50 000 ganger så langt (2022). Signalprotokollene for dataoverføringen er beskrevet i standardene vi i dag gjerne kaller «USB-generasjonene»: USB 1.x, USB 2.0, USB 3.x og USB4. Hver ny standard, samt nye versjoner av dem, har ført med seg én eller flere slike signalprotokoller.

I tillegg til en rekke teknikaliteter om hvordan signaler overføres, definerer protokollene hastighetsmodi (Speed Modes i offisiell USB-terminologi).

 USB-generasjoner 

 USB 1.x 
USB 1.0 ble introdusert i januar 1996 med en båndbredde på 1,5 Mbit/s i hastighetsmodus Low-Speed, først og fremst myntet på periferiutstyr som krevde lav båndbredde (mus, tastatur og så videre), i tillegg til en hastighetsmodus kalt Full-Speed som hadde en båndbredde på 12 Mbit/s. I august 1998 ble USB 1.1 lansert med en rekke små forbedringer.

Fysisk brukte USB 1.x Type A- og Type B-kontakter, og kun i standard størrelse.

 USB 2.0 
USB 2.0 lansert i 2000 med High-Speed som hadde en teoretisk hastighet på 480 Mbit/s, men på grunn av overhead (data som trengs for å sende data) i dataoverføringen har hastigheten i praksis vært rundt 280 Mbit/s.

 USB 3.x 
USB 3.0 ble lansert i 2008. USB 3.0 hadde en teoretisk hastighet på 5 Gbit/s og en effektiv overføring på 4 Gbit/s.

I juli 2013 ble spesifikasjonen USB 3.1 lagt frem, med en teoretisk båndbredde på 10 Gbit/s og reell båndbredde på over 7,2 Gbit/s mellom to maskiner.Synopsys Demonstrates First USB 3.1 IP at 10G Speeds with Ellisys Protocol Analyzer USB 3.1 videreførte også muligheten for USB 3.0-hastigheter, men i stedet for å kalle dette USB 3.0 ble det bestemt at det skulle hete USB 3.1 Gen 1, mens USB 3.1 med 10 Gbit/s-hastighet skulle omtales som USB 3.1 Gen 2.

Så, i 2017, kom oppfølgeren USB 3.2 som igjen doblet den teoretiske båndbredden til 20 GBit/s. Atter en gang ble tidligere hastighetsmodi tildelt nye navn. USB 3.0-hastigheten (USB 3.1 Gen 1) fikk navnet USB 3.2 Gen 1 (offisielt 1×1). USB 3.1 Gen 2-modusen ble hetende USB 3.2 Gen 2 (offisielt 2×1). Den nye USB 3.2 med 20 Gbit/s-fart fikk betegnelsen USB 3.2 Gen 2×2.

 USB4 
Den fjerde generasjonen av USB (offisielt: USB4® Version 1.0) så dagens lys i 2019, med en båndbredde på 40 GBit/s i raskeste modus. I 2022 kom USB4 2.0 (offisielt: USB4® Version 2.0) som doblet dette igjen til 80 GBit/s, eller 120/40 Gbit/s asynkront.

USB4 er basert på Thunderbolt 3.

 Hastighetsmodi 
Tabellen under gir en oversikt over de ulike signalprotokollene. Flere av dem har skiftet navn ved introduksjonen av nye standarder eller generasjoner. USBs bakoverkompatibilitet innebærer at de nyere USB-standardene inneholder stadig flere kompatible signalprotokoller for at eldre maskinvare og programvare skal fortsette å fungere.
+HastighetsmodusIntrodusert iNominell båndbreddeOffisielt navnMarkedsføringOgså kjent somLow-SpeedBasic-SpeedLSUSB 1.01,5 Mbit/sFull-SpeedFS12 Mbit/sHigh-SpeedHi-SpeedHSUSB 2.0480 Mbit/sUSB 3.2 Gen 1×1USB 5GbpsSuperSpeed (SS)
USB 3.0
USB 3.1 Gen 1USB 3.05 Gbit/sUSB 3.2 Gen 2×1USB 10GbpsSuperSpeed+ (SS+)
USB 3.1 Gen 2USB 3.110 Gbit/sUSB 3.2 Gen 1×2–USB 3.2USB 3.2 Gen 2×2USB 20Gbps20 Gbit/sUSB4 Gen 2×1USB 10GbpsUSB410 Gbit/sUSB4 Gen 2×2USB 20Gbps20 Gbit/sUSB4 Gen 3×1USB4 Gen 3×2USB 40Gbps40 Gbit/sUSB4 Gen 4×2USB 80GbpsUSB4 2.080 Gbit/s–120/40 Gbit/s40/120 Gbit/s

 Markedsføringsnavn 
USB 3.1 og USB 3.2 veltet om på navnene i tidligere hastighetsmodi da standardene kom. Dette medførte noe begrepsforvirring. Flere aktører, som produsenter av hovedkort, begynte å bruke egne betegnelser etterfulgt av teoretisk båndbredde – for eksempel «USB 3.x 10 Gbit/s», «USB 10G» eller lignende. USB-IF har svart på dette ved å innføre egne markedsføringsnavn basert på hastighet.

Markedsføringsnavnene er:

 USB 5Gbps – gjelder USB 3.2 Gen 1×1
 USB 10Gbps – gjelder USB 3.2 Gen 2×1, USB 3.2 Gen 1×2 og USB4 Gen 2×1
 USB 20Gbps – gjelder USB 3.2 Gen 2×2, USB4 Gen 2×2 og USB4 Gen 3×1
 USB 40Gbps –  gjelder USB4 Gen 3×2
 USB 80Gbps –  gjelder USB4 Gen 4×2

Asymmetrisk USB4 med 120/40 Gbit/s og 40/120 Gbit/s har foreløpig ingen markedsføringsnavn.

 Fysiske koblinger 
Kontakter og kabler.

 USB Type-A 
USB 1, 2, 3; klassisk kontakt

 USB Type-B 
USB 1, 2, 3; Mini-USB og Micro-USB; bruksområder (gamle ladere, skrivere, skannere)

 USB Type-C 

Dette avsnittet skal utdypes med:

 Bakgrunn

 Beskrivelse av kontakter, kabler

 USB 2, 3, 4 (støtter ikke USB 1.x)
 USB-PD
 USB-C muliggjør Alternate Mode Framework
 Forutsetning for tredjeparts industristandarder

 Oversikt 
Tabell.

 Strømforsyning 
USB kan levere strøm. På den ene siden finnes «vanlig USB-strøm», som kan levere inntil 7,5 eller 15 W totalt (2,5–15 W per enhet) avhengig av USB-standard. På den andre siden kan USB-PD levere mye mer strøm (240 W) og har flere avanserte egenskaper.

En oppstrøms USB-enhet/-vert leverer som standard litt strøm til alle sine nedstrøms USB-enheter via likestrøm (DC) med en spenning på 5 V. Strømmen som tilbys utgjør én strømenhet og er på 100–250 mA, avhengig av USB-standard, og effekten blir dermed 500–1250 mW. Enheten som mottar strømmen kalles low-power dersom den klarer seg med én strømenhet. I motsatt fall kan USB-enheten be om flere strømenheter og den defineres da som high-power. USB-verten kan velge å tilby eller avslå ønsker om flere strømenheter. Maksimalt antall strømenheter totalt er 5, 6 eller 12, avhengig av USB-standard.

 USB Power Delivery 
USB Power Delivery (USB-PD) ble lansert i 2012 som et tillegg til eksisterende USB-standarder. USB-PD gjør det mulig å frakte mer strøm og høyere spenninger over sertifiserte kabler. For Type A og Type B har disse kablene enten fysisk merking eller en motstand/kondensator (gjelder Micro USB-kabler). Type C-kabler kan alltid frakte USB-PD inntil 60 W, men kan i tillegg sertifiseres for henholdsvis 100 W eller 240 W.

USB-PD bruker spenninger på 5–48 V.

 USB Battery Charging (BC) 
1.2?

 Andre USB-standarder 

 Alternate Mode Framework 
Bærer av andre protokoller; parallelle protokoller og sameksistens; avhengigheter

 USB On-The-Go 
(OTG) + 2.0 – skifte av roller host/device; direkte dataoverføring mellom ikke-vertsenheter; strømutjevning/strømdeling

 USB Audio Device Class 
(UAC) – mikrofoner, høyttalere, lydkort

 USB Video Device Class 
(UVC) – webcams, video capture

 (USB Debug Accessory Mode) 

 (Wireless USB – deprecated) 

 Tredjeparts standarder som benytter USB-C 

 Thunderbolt 

 Det spesielle forholdet mellom Thunderbolt og USB 
I jungelen av standarder kan det være vanskelig å skille mellom USB og Thunderbolt. Fra og med versjon 3 har Thunderbolt nemlig benyttet seg av USB-C. Allikevel kan data sendes raskere over Thunderbolt enn over USB i mange scenarier (på det samme utstyret og de samme kablene), selv om «alt er USB-C». Hvordan kan det ha seg?

Nøkkelen ligger i at USB ikke er én standard, men flere – og at USB-C ikke er en standard for datakommunikasjon.

USB-C angir, forenklet sett, fysiske koblinger. Selv om USB-C inneholder ordet «USB» kan infrastrukturen frakte langt flere protokoller enn bare USB-data. Faktisk kan USB-C frakte det aller meste, og attpåtil samtidig. I et tenkt eksempel kan USB-C derfor være infrastruktur både for USB-data, la oss si USB 3.0, og for Thunderbolt 3. Når USB 3.0-utstyr kobles til USB-C-porten i dette eksemplet, velger vertsmaskinen USB 3.0 som dataprotokoll. Kobles derimot Thunderbolt 3-utstyr til den samme USB-C-porten velger maskinen å bruke Thunderbolt 3 som dataprotokoll. Thunderbolt 3 kan overføre data raskere enn USB 3.0 og «paradokset» inntreffer.

USB-C er bærer av Thunderbolt 3 (samt 4 og 5). Thunderbolt 3 krever faktisk USB-C og vil ikke fungere uten. Men i dette tilfellet er USB-C bare det fysiske underlaget som Thunderbolt kjører oppå.

Forvirringen blir komplett når vi lærer at USB4 er basert på Thunderbolt 3. Dette skyldes at Thunderbolts forvalter, Intel, er et sentralt medlem av USB-IF, og da USB4-standarden skulle utformes la de frem Thunderbolt 3 som et grunnlag. Et resultat er at USB4, på lik linje med Thunderbolt 3, krever USB-C for å fungere (USB4 over Type-A og Type-B eksisterer ikke). Sagt på en annen måte: En USB-standard er avhengig av en annen USB-standard – ikke direkte – men på grunn av at en ekstern standard er blandet inn i miksen.

Man kan spørre seg hva denne konvergeringen av USB- og Thunderbolt-protokollene etter hvert vil ende i. 
Versjon 3, 4 og 5 benytter USB-C som bærer.

 DisplayPort 

 PCIe 

 HDMI 

 Mobile High-Definition Link 

 Eldre artikkelinnhold 

 Historikk 
USB ble lansert for å standardisere forbindelsen mellom datamaskiner og periferiutstyr, og har effektivt erstattet en mengde tidligere slike grensesnitt, deriblant serielle porter, parallellporter, såvel som separate batteriladere. USB benyttes idag på tastatur, datamus, skrivere, digitalkameraer, portable mediaspillere, eksterne lagringsenheter (minnepinner og harddisker), nettverkskort, smarttelefoner, personlige digitale assistenter, spillkonsoller og mange andre utstyrstyper.

 Arkitektur 
Et USB-system har et asymmetrisk design som består av en enkelt vert og et antall porter og periferienheter som kan kobles sammen i en hierarkisk struktur ved å bruke spesielle hub-enheter (knutepunkt). Opptil 127 enheter kan kobles til en enkelt vert, hub-enheter medregnet, så det totale reelle antall blir noe mindre. Det trengs ingen terminator på en USB-buss slik det for eksempel trengs for SCSI.

 Mål og muligheter 
Målet med USB var å fjerne behovet for å installere separate utvidelseskort i datamaskinens ISA- eller PCI-busser, og å forbedre plug-and-play-mulighetene ved å la enhetene bli koblet til eller fra systemet uten å måtte starte datamaskinen på nytt. Når en nye enhet blir koblet til, vil vertsmaskinen identifisere den og laste inn driveren for å kjøre den.

Det er mulig å koble til periferiutstyr som mus, tastatur, scanner, digitalt kamera, skrivere, platelager og nettverkskomponenter via USB. For multimediaenhter som scannere og digitale kamera er USB blitt standard tilkoblingsmetode. USB er også blitt populær for skrivere og har erstattet parallellporter for lokale skrivere som ikke kobles til lokalnettet.

Som standard blir det forsynt strøm til den tilkoblede enheten. Noen enheter trenger minimalt med strøm, og på den måten kan man koble sammen flere uten å trenge ekstra strømforsyning. Mange hubber har egen strømforsyning som vil gi strøm til enheter som er koblet gjennom dem, men noen enheter trekker så mye strøm at de trenger sin egen kraftforsyning. Hubber med strømforsyning gir kraft til tilknyttede enheter (innenfor visse grenser, vanligvis 500 mA) uten å trekke strøm fra sin vertsenhet.

Med USB 2.0 var hastigheten høyere enn det datidens ATA (IDE) og SCSI tilkoblinger for harddisker hadde, og ble dominerende for eksterne harddisker og  minnepenner fordi tilkobling og frakobling var så enkelt. Oppdateringer av Serial ATA, og grensesnitt som M.2, gjør at interne harddisker sjelden bruker USB.

Per 2016 hadde USB utkonkurrert FireWire Farewell, my lovely FireWireHow to cope with the end of FireWire. USB hadde også overtatt for PS/2, selv om noen hovedkort fremdeles også hadde PS/2 innganger.

I 2004 hadde de fleste hovedkort flere USB 2.0-høyhastighetsporter. I 2016 hadde praktisk talt alle nye hovedkort USB 3.0 eller USB 3.1, og USB var blitt standard for Android- og Windows-mobiltelefoner. MacBook kom i 2015 med bare én utgang, USB Type-C. 
https://support.apple.com/no-no/HT204360

 Versjoner 
Mens USB 1.0 bare støtter en dataoverføring med en hastighet på 1,5 Mbit/s for tastatur, mus, joysticker og lignende, har USB 1.1 en full speed-modus på 12 Mbit/s.

Hovedegenskapen til USB 2.0 er dets høyhastighetoverføring på 480 Mbit/s. Den retter opp også mindre tekniske feil. Ved sin høyeste fart konkurrerer den direkte med FireWire, unntatt når det gjelder overføring av video og lyd i sanntid fra digitale videokameraer, der USB har teknologiske begrensinger som gjør at den ikke er brukbar. USB blir derimot brukt når man overfører video fra kameraer i form av filer, dvs. fra kameraer som bruker minnekort eller harddisk som lagringsmedium.

Forvirrende nok har USB Forum omdøpt USB 1.1 til USB 2.0 Full Speed og USB 2.0 til USB 2.0 High Speed.

Spesifikasjonene for USB 1.0, 1.1 og 2.0 definerer to sorter kontakter for tilkobling av enheter til bussen: A og B. Men den mekaniske delen har blitt forandret i noen tilfeller. Et eksempel er IBM UltraPort som er en egendesignet USB-kontakt som sitter på toppen av IBM's notebook LCDer. Den bruker en annen mekanisk tilkobling, men bevarer signaltypen og protokollen for USB. Andre fabrikanter av mindre enheter har også utviklet sine egne små formfaktortilkoblinger, og et stort antall varianter av disse har dukket opp. For spesifikasjonsformål ble disse enhetene behandlet som om de hadde fast kabel.

Et tillegg til USB som blir kalt USB-On-The-Go, tillater en å bruke en enkelt port som enten host eller enhet – noe som bestemmes av hvilken ende av kabelen man bruker. Til og med etter at kabelen er tilkoblet og enhetene kommuniserer med hverandre, kan man bytte tilkobling under programkontroll. Målgruppen for dette er enheter som PDAer der USB-linken kan koble til en PC som en enhet i ett tilfelle, eller være host selv for et tastatur eller mus i et annet tilfelle. USB-On-The-Go har også definert to små formfaktorkontakter, mini-A og mini-B. Dette burde stoppe egendesign.

 Strøm og adaptere 

Noen USB-adaptere kan kobles til en strømkilde (strømnettet eller sigarettenner i bil/båt) for å lade for eksempel mobiltelefoner, mp3-spillere eller digitalkamera, eller for å gi strøm til små LED-lamper som gir leselys. Mikro-USB ble etter den kom standardplugg for lading av smarttelefoner, nettbrett og mye annen elektronikk . USB Type-C ser (per 2018) ut til å gradvis overta som elektronikkprodusentenes førstevalg.

Strømspesifikasjoner
 Navn på standard Dato Effekt Merknader USB Battery Charging 1.0 2007-03-08 5 V, 1.5 A USB Battery Charging 1.1 2009-04-15 USB Battery Charging 1.2 2010-12-07 5 V, 5 A USB Power Delivery revision 1.0 (version 1.0) 2012-07-05 20 V, 5 A Prioriterer FSK protokoll over effekt (V) USB Power Delivery revision 1.0 (version 1.3) 2014-03-11   USB Type-C 1.0 2014-08-11 5 V, 3 A Nye plugg- og kabel-spesifikasjoner. USB Power Delivery revision 2.0 (version 1.0) 2014-08-11 20 V, 5 A Bruker BMC protokoll via kommunikasjonskanalen på C-type kabler USB Type-C 1.1 2015-04-03 5 V, 3 A USB Power Delivery revision 2.0 (version 1.1) 2015-05-07 20 V, 5 A USB Power Delivery revision 2.0 (version 1.2) 2016-03-25 20 V, 5 A USB Power Delivery revision 3.0 (version 1.1) 2017-01-12 20 V, 5 A

 USB-plugger 
USB kom originalt med type-A- og type-B han- og hun-plugger, der type-A var ment for datamaskinen mens type-B var ment for utstyret som kobles til. Stadig mindre telefoner og annet utstyr  gjorde at det i oktober 2000 kom en standard for Mini-B plugger til USB 2.0. Det kom også mini-A og mini_AB, men disse ble faset ut fra mai 2007.

I januar 2007 kom micro-USB type-A, -B og -AB. Disse var flatere enn mini-pluggene, og ble designet for å tåle å bli plugget inn og ut mange ganger.

Med USB 3.0 kom Super Speed i type-A og -B  , der selve pluggen er kompatibel med tidligere type-A og -B, men der selve pluggen normalt er blå for å vise at utstyret er kompatibelt med USB 3.0.

I desember 2013 kom USB-C, basert på USB 2.0 og USB 3.1 . Type-C har en symmetrisk plugg. Type-C er kompatibel med tidligere typer kabler og utstyr, men er designet for strøm opp til 5 Ampere som ladekabel (3 Ampere for annet utstyr) og spenninger opp mot 20 Volt, og kan levere opp til 100 Watt. Thunderbolt 3 kom i 2015, og er kompatibel med USB-C. Alle plugger og kabler som passer til USB-C kan også brukes til Thunderbolt 3, selv om ikke alle enheter som bruker USB-C trenger å støtte Thunderbolt 3.CNet: USB Type-C and Thunderbolt 3: One port to connect them all

+ Plugger USB-A USB-A 3.0 USB-B USB-B 3.0 USB Mini-A USB Mini-B USB Micro-A USB Micro-B USB Micro-B 3.0 USB-C 75px 75px x70px 65px 75px 75px 75px x50px 120px 75px

 Se også 
 ACCESS.bus
 USB Keydrive
 USB Power Delivery, standard for strømforsyning over USB
 Trådløs: Wifi, Bluetooth
 PictBridge
 FireWire

 Referanser 

 Eksterne lenker 

 Offisiell hjemmeside, med dokumentasjon
 USB for DOS 
 Linux-USB-CD Writer HOWTO
 Aftenposten.no - Nå kommer USB-kabelen som gjør at alt du har må byttes (06.03.2015)

Kategori:Databusser
Kategori:IT-relaterte introduksjoner i 1997