Universal Serial Bus

Universal Serial Bus (USB - ยูเอสบี) เป็นข้อกำหนดมาตรฐานของบัสการสื่อสารแบบอนุกรม เพื่อใช้ในการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้กับคอมพิวเตอร์ แต่สามารถใช้ได้กับอุปกรณ์อื่น เช่น เซตทอปบอกซ์ (set-top boxes), เครื่องเล่นเกม (game consoles) และพีดีเอ (PDAs).

ระบบยูเอสบีเป็นการออกแบบโดยประกอบด้วย โฮสท์คอนโทรลเลอร์ และอุปกรณ์หลาย ๆ อุปกรณ์ที่ต่อเชื่อมในรูปแบบต้นไม้โดยใช้อุปกรณ์พิเศษเรียกว่า "ฮับ (hub)" โดยมีข้อจำกัดของการต่อเชื่อมฮับได้ไม่เกิน 5 ระดับต่อ 1 คอนโทรลเลอร์ และสามารถต่อเชื่อมได้กับอุปกรณ์ 127 อุปกรณ์ต่อ 1 โฮสท์คอนโทรลเลอร์ โดยนับรวมฮับเป็นอุปกรณ์ด้วย ในคอมพิวเตอร์รุ่นใหม่ๆ จะมีโฮสท์คอนโทรลเลอร์อยู่หลายช่อง ซึ่งพอเพียงสำหรับการต่อเชื่อมอุปกรณ์จำนวนมาก ๆ การต่อเชื่อมแบบยูเอสบีไม่จำเป็นต้องมีจุดสิ้นสุด (terminator) เหมือนการต่อเชื่อมแบบ SCSI

การออกแบบของยูเอสบีมีจุดมุ่งหมายที่จะขจัดความจำเป็นในการเพิ่มการ์ดขยาย (expansion card) ในช่องการเชื่อมต่อแบบบัส ISA หรือ PCI และเพิ่มความสามารถของรูปแบบ plug-and-play โดยยอมให้อุปกรณ์ต่าง ๆ สามารถถอด สับเปลี่ยน หรือเพิ่มจากระบบโดยไม่ต้องปิดคอมพิวเตอร์หรือบูตระบบใหม่ เมื่ออุปกรณ์ใหม่ถูกต่อเชื่อมเข้าสู่บัสเป็นครั้งแรก โฮสท์จะทำการระบุอุปกรณ์ และติดตั้งตัวขับอุปกรณ์ (device driver) ที่จำเป็นในการใช้งานอุปกรณ์นั้น

ยูเอสบีสามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ต่อพ่วง (peripherals) เช่น เมาส์ แป้นพิมพ์ แพดเกม จอยสติ๊ก สแกนเนอร์ กล้องถ่ายรูปดิจิตอล เครื่องพิมพ์ ฮาร์ดดิสก์ และ อุปกรณ์เครือข่าย เป็นต้น ยูเอสบีได้กลายเป็นรูปแบบการเชื่อมต่อมาตรฐานสำหรับอุปกรณ์มัลติมีเดีย เช่น สแกนเนอร์ หรือกล้องถ่ายรูปดิจิตอล และนิยมนำไปทดแทนการเชื่อมต่อแบบเดิม เช่น การเชื่อมต่อแบบขนาน (parallel) สำหรับเครื่องพิมพ์ การเชื่อมต่อแบบอนุกรม (serial) สำหรับโมเด็ม ทั้งนี้เนื่องจากยูเอสบีช่วยลดข้อจำกัดหลาย ๆ ด้านของการเชื่อมต่อแบบเดิม เช่น การเชื่อมต่อเครื่องพิมพ์หลาย ๆ เครื่องเข้ากับคอมพิวเตอร์เครื่องเดียว ในปี 2547 มีอุปกรณ์ยูเอสบีประมาณ 1 พันล้านชิ้นถูกผลิตขึ้น และอุปกรณ์ต่อพ่วงใหม่ๆ ที่ถูกผลิตออกมาก็จะใช้รูปแบบการต่อเชื่อมแบบยูเอสบี มีเพียงอุปกรณ์ที่ต้องการความสามารถในการส่งผ่านข้อมูลมาก ๆ เท่านั้นที่ไม่สามารถใช้ยูเอสบี เช่น จอภาพแสดงผล หรือ มอนิเตอร์ และอุปกรณ์ดิจิตอลวีดีโอคุณภาพสูง เป็นต้น

การออกแบบของยูเอสบีถูกกำหนดมาตรฐานโดย USB Implementers Forum (USBIF), โดยเป็นการรวมตัวกันของผู้นำด้านอุตสาหกรรมด้านคอมพิวเตอร์และอิเล็กทรอนิกส์ เช่น แอปเปิล, เอชพี, เอ็นอีซี, ไมโครซอฟท์, อินเทล, และ Agere.

ในเดือนมกราคม 2548 ได้มีการกำหนดรายละเอียดของยูเอสบีรุ่นที่ 2.0 โดยมาตรฐานของรุ่น 2.0 ได้มีการกำหนดโดย USBIF ในตอนปลายปี 2544 รุ่นก่อนหน้าของยูเอสบีคือ 0.9, 1.0 และ 1.1 ซึ่งแต่ละรุ่นที่ออกมาใหม่จะมีความเข้ากันได้ย้อนหลัง (backward compatibility) กับรุ่นที่ออกมาก่อนหน้านี้

ปลั๊กยูเอสบีและรีเซ็พเตอร์ (receptors) ที่เรียกว่า Mini-A และ Mini-B ยังคงสามารถใช้งานได้ตามที่กำหนดโดย On-The-Go Supplement to the USB 2.0 Specification ซึ่งข้อกำหนดนี้ปัจจุบันเป็นเวอร์ชัน 1.0a

สัญญาณ USB ถูกส่งผ่านโดยสายส่งข้อมูลคู่แบบบิดเกลียว (twisted pair) แทนโดยสัญลักษณ์ D+ และ D−. สายคู่บิดเกลียวช่วยป้องกันผลกระทบของสัญญาณรบกวนทางคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยใช้หลักการหักล้างสัญญาณแบบครึ่งอัตรา (half-duplex differential signaling) ซึ่งทำให้ส่งสัญญาณในสายที่ยาวได้ดีขึ้น. ฉะนั้นสัญญาณ D+ และ D− จึงเป็นสัญญาณที่ทำงานร่วมงาน ไม่ใช่สัญญาณแบบซิมเพล็กซ์แยกขาดจากกัน.

พินของมินิ USB เหมือนกับของ USB มาตรฐาน นอกจากพิน4 เรียกว่า ID ซึ่งจะถูกต่อกับพิน5. ในกรณีของ Mini–A เพื่อใช้ระบุว่าอุปกรณ์ใดควรปฏิบัติหน้าที่เป็นโฮสในตอนเริ่มต้น, สำหรับกรณีของ ​​Mini–B พินนี้จะเป็นวงจรเปิด. นอกจากนี้หัวต่อของแบบ Mini–A ยังมีชิ้นส่วนพลาสติกสำหรับป้องกันการเสียบลงไปในอุปกรณ์ที่เป็นแบบ slave–only.
ศูนย์รวมข้อมูล USB