Bus sèrie universal

De Viquipèdia

USB Universal Serial Bus
Connector mascle USB tipus A
Any d'invenció:	Gener 1996
Amplada:	1 bits
Nombre de dispositius:	127 per servidor
Velocitat:	480 Mbit/s aprox.
Estil:	Sèrie
Hotplugging?	Sí
Extern?	Sí

El bus sèrie universal (o USB, sigles de universal serial bus en anglès), és una norma de bus sèrie per a dispositius que es connecten, normalment, a un ordinador, però amb la popularitat que ha adquirit també es fa servir per a altres dispositius com ara consoles de jocs, ordinadors de butxaca, DVD portàtils, sistemes d'àudio o vídeo, telèfon mòbils, memòries USB... Hi ha dos tipus d'USB, l'A i el B.

Taula de continguts 1 Història 1.1 Creació 1.2 USB On-The-Go 1.3 Wireless USB 2 Funcionament 3 Transmissió 3.1 Transmissió serial 3.2 Transmissió asincrònica 3.3 Transmissió sincrònica 3.4 Transmissió isocrònica 3.5 Transmissió bulk 3.6 Transmissió de control 3.7 Transmissió d'interrupció 4 Característiques 4.1 Disseny 4.2 Accessibilitat 4.3 Estructura 4.4 Estandardització 4.5 Senyalització USB 4.5.1 Mini-USB 5 Tipus de connectors 6 Usos dels USB 6.1 USB estrafolaris 7 Referències 8 Vegeu també 9 Enllaços externs

[edita] Història

[edita] Creació

Amb l'arribada del sistema operatiu Windows 95 molta gent es va "aproximar" als ordinadors amb la confiança de que amb el nou sistema operatiu gràfic era més senzill. Si bé era cert, el maquinari seguia sent un dels problemes principals. Un usuari poc avançat no podia configurar el maquinari del seu ordinador tot sol i normalment necessitava l'ajuda d'un expert. Els primers en "buscar" aquesta simplicitat van ser alguns connectors bus com el PCI, l'ISA P&P i el PCMCIA, però encara algunes targetes gràfiques, targetes de xarxa, o qualsevol targeta basada en l'arquitectura ISA eren inaccessibles per el públic en general, al donar més importància a abaratir costos.

La solució ideal va semblar ser el bus SCSI: es podien connectar 7 dispositius en cadena i 15 amb l'Ultra Wide SCSI-2 i tenia una alta velocitat i capacitat de transferència. Però tenia un cost massa elevat per fer-se popular, i la major part de les empreses el van desestimar permeten així la creació tant de l'USB com del FireWire. A més tenia alguns problemes de configuració que no l'haguessin fet tant accessible com l'USB.

Veient aquest problema 7 empreses; relacionades amb el món del maquinari, de la informàtica i de les telecomunicacions; van crear l'USB: IBM, Intel, Northern Telecom, Compaq, Microsoft, Digital Equipment Corporation i NEC. L'USB es va crear cap a l'any 1994 però no va ser fins el 1996 quan es va llençar la versió 1.0, la que es considera com la primera versió "popular" del sistema.

Els primers dispositius USB van ser:

• USB 0.7: Realitzat el novembre de 1994.
• USB 0.8: Realitzat el desembre de 1994.
• USB 0.9: Realitzat l'abril de 1995.
• USB 0.99: Realitzat l'agost de 1995.
• USB 1.0 Release Candidate: Realitzat el novembre de 1995.
• USB 1.0: Realitzat el gener de 1996.
  Velocitat de 1.5 megabit per segon (Low-Speed, Baixa velocitat) per teclats, ratolins, joysticks, etc. i 12 Mbps (Full-Speed, Alta Velocitat) que representava la velocitat completa. Actualment hi ha molts pocs USB 1.0 al mercat.
• USB 1.1: Realitzat el setembre de 1998.
  L'objectiu principal va ser sol·lucionar bugs de la versió 1.0.
• USB 2.0: Realitzat l'abril de 2000.
  Afegia la velocitat màxima de 480 Mbps (anomenada actualment com a Hi-Speed) que fan que pugui competir directament amb FireWire. És la versió més emprada a l'actualitat. Va ser creat pel Grup Promotor d'USB 2.0 format per les empreses Compaq, Hewlett-Packard (més coneguda com a HP), Intel, Lucent, Microsoft, NEC, i Philips; que van demostrar que es podia augmentar la velocitat sense que això provoqués uns costos superiors.

L'any 2000 l'USB va entrar, també al món dels Mac. L'arquitectura de l'USB és molt tancada i fins fa pocs anys només servia per a PC, finalment Apple i Macintosh van crear l'IMAC que permetia fer funcionar USB també a Mac.

• USB 2.0: Revisat el desembre del 2002.

Els fabricants de petits aparells van desenvolupar petits connectors que no ocupaven tant d'espai. Això va provocar que hi hagués al mercat moltes connexions diferents, algunes de baixa qualitat, i que quasi cada producte tingués la seva pròpia connexió característica.

Actualment quasi tothom ha connectat o desconnectat un aparell USB del seu ordinador.

[edita] USB On-The-Go

L'USB On-The-Go o USB OTG és un suplement pel l'USB 2.0 que permet que dos USB es transmetin dades entre ells mateixos sense necessitar un ordinador. Per exemple una PDA a l'hora de connectar-se a un PC com a dispositiu i a l'hora de connectar-se amb un teclat i un ratolí ho faria com a servidor. Amb els USB On-The-Go es van crear dos connectors més petits: el mini-A i el mini-B amb l'esperança de detenir la creació desmesurada de connectors petits.

• USB On-The-Go Supplement 1.0: Realitzat el desembre de 2001.
• USB On-The-Go Supplement 1.0a: Realitzat el juny de 2003.
• USB On-The-Go Supplement 1.2: Realitzat l'abril de 2006. La versió utilitzada actualment és aquesta.

[edita] Wireless USB

Realitzat el 12 de maig de 2005^[1]. Els Wireless USB utilitza la tecnologia de ràdio UWB (Ultra Wide Band, Banda Ultraàmplia en català)^[2]. Això permet que un USB funcioni sense cables.

[edita] Funcionament

Quan connectem un dispositiu USB a un ordinador cada element desenvoluparà una funció: l'ordinador farà de "servidor USB" ("host USB") i el perifèric connectat passarà a anomenar-se "Funció USB": per tant qualsevol aparell que puguem connectar a un USB femella que no sigui un concentrador USB (un perifèric especial també conegut com a hub USB o semblant als Hubs de xarxes Ethernet que té la tasca de multiplicar el nombre de connectors) serà una Funció USB.

Dins del servidor USB hi ha el controlador d'USB del servidor, un Firmware, que com qualsevol altre té la missió de enllaçar les ordres externes de l'ordinador rebudes, per tant del perifèric USB, amb l'ordinador i viceversa.

El controlador té diferents funcions:

• Detectar els dispositius connectats amb USB al servidor, reconèixer-ne el tipus, enumerar-los i configurar-los.
• Controlar i administrar el flux de dades (informació varia) i de control (informació per mantenir l'ordre entre els elements del sistema) que hi ha entre el servidor i la Funció o viceversa.
• Subministrar i administrar energia a la Funció, només els dispositius que ho necessitin.
• Rebre i presentar la informació de l'activitat i l'estat dels elements del sistema.
• Administrar i controlar les transferències asincròniques i isocròniques d'informació.

Un cop l'USB mascle i l'USB femella entren en contacte el controlar d'USB del Servidor fa de manera automàtica i tenint en compte les dades que obté de la Funció (el perifèric) un procés per crear una configuració pel dispositiu determinant els recursos necessaris, l'ample de banda que requerirà, el tipus de perifèric... i en qüestió de segons o menys l'usuari pot començar a utilitzar la Funció USB.

Actualment la major part de dispositius USB no requereixen l'ús de cap CD per funcionar amb els sistemes operatius més moderns. Tot i això, a l'hora de connectar una Funció USB en un sistema operatiu mitjanament antic com el Windows 95 o el 98 segurament un assistent demanarà la inserció d'un CD amb els controladors.

El nombre màxim de dispositius USB que poden estar connectats en un mateix moment és de 127 (normalment amb l'ús de concentradors USB). El cable pot tenir una llargada de fins a 5 metres entre cada dispositiu, per tant si es disposa d'un dispositiu USB i un concentrador la distància passar a ser de 10 metres i així successivament, fins el punt que si fos necessari emprant diverses connexions es podria situar un dispositiu USB a uns 635 metres de distància respecte l'ordinador.

[edita] Transmissió

La transmissió d'informació és força complexa. Podem distingir-ne 7 tipus. L'asincrònica rep aquest nom perquè la sincronització no es troba al senyal sinó que són els equips els que posseeixen els rellotges necessaris, per tant la sincronització o asincronització es considera respecte el senyal i no respecte els equips de recepció i transmissió; així la transmisssió sincrònica té la sincronització directament al senyal.

[edita] Transmissió serial

La transmissió serial està està pensada perquè el receptor rebi la informació igual com l'ha enviat el transmissor. Ambdós (transmissor i receptor) han de posseir rellotges que funcionin amb la mateixa freqüència.

[edita] Transmissió asincrònica

Per facilitar les coses va aparèixer la transmissió asincrònica, la qual funciona de la següent manera: cada vegada que s'ha de trametre una informació el transmissor prepara un grup de bits que rebrà el receptor, el primer d'ells, el bit d'arrancada que porta la informació al receptor sobre quina informació rebrà, el bits que ocuparà...; posteriorment vénen els bits de dades pròpiament, són uns 7 o 8 depenent dels casos; després un BIT de paritat verifica que no hi hagi hagut errors; i finalment un bit o dos de parada.

[edita] Transmissió sincrònica

Com ja s'ha dit la transmissió sincrònica té al seu senyal la sincronització, això li permet assolir distàncies molt més elevades. D'altra banda la transmissió sincrònica és més productiva que la asincrònica: mentre l'asincrònica enviava 10 bits i només 7 eren de dades, la transmissió sincrònica envia 128 bytes, 1024 bytes o més depenent de la qualitat del canal de comunicació.

Per exemple el canal telefònic utilitza aquest tipus de transmissió.

[edita] Transmissió isocrònica

És utilitzada sobretot per a transmetre dades multimèdia com àudio o vídeo. El seu nom prové de iso (algun) i de cronos (temps)

Els caràcters individuals només estan separats per un nombre sencer d'intervals mitjos a partir de la duració dels bits. A diferència de la transmissió asincrònica aquí els caràcters no poden estar separats per intervals aleatoris.

[edita] Transmissió bulk

Requereix tot l'ample de banda possible amb la particularitat de que pot esperar fins que aquest estigui lliure. Normalment s'utilitza per transmetre grans arxius de vídeo i àudio.

[edita] Transmissió de control

Aquesta transmissió es produeix entre el dispositiu i el servidor i permet configurar el primer. Els seus paquets de dades són de 8, 16, 32 o 64 bytes, depenent de la velocitat del dispositiu que es vol controlar.

[edita] Transmissió d'interrupció

És unidireccional, del dispositiu al host, per notificar o sol·licitar alguna informació. S'utilitza per a dispositius que envien poca informació i poc freqüentment. Igual que la transmissió de control, els paquets de dades ocupen 8, 16, 32 o 64 bytes.

[edita] Característiques

[edita] Disseny

El disseny del connector i del cable no depèn del dispositiu que es connecti, per tant tots els connectors seran iguals siguin del perifèric que siguin.

Un cable USB està format, realment, per 4 fils més petits: dos per a transmetre dades i dos més per a l'electricitat, tant en el tipus A com en el tipus B. Aquest fet permet estalviar molt d'espai i és molt més ordenat que altres sistemes de connexió.

El cable finalitza al dos extrems amb connectors USB o amb un connector i un dispositiu. Alguns dispositius que es connecten per USB no porten cable, sinó que s'"enganxen" directament, per exemple les memòries USB. El connector USB mascle és de forma rectangular, més accentuada en el tipus A que en el B, que quasi sembla de forma quadrada.

[edita] Accessibilitat

Una de les característiques que realment han fet accessible l'USB a tanta gent és la seva facilitat d'ús.

A diferència d'altres connexions, l'USB permet que al connectar un aparell no s'hagi de configurar res: ho fa sol de manera automàtica i de manera transparent a l'usuari: l'usuari en pocs segons i sense haver vist ni fet res ja pot utilitzar el dispositiu connectat. D'això se'n diu Plug&Play.

A més a més, en connectar o desconnectar un maquinari a l'ordinador no cal reiniciar el computador, la connexió es fa a l'instant i no es perd gens de temps. Es pot desconnectar el dispositiu mentre l'ordinador està en marxa sense cap problema. Això és la "connexió en calent" o Hot-Plugging, en anglès.

Actualment han guanyat molta importància perquè molts ordinadors personals incorporen ports de connexió USB a la part frontal de la caixa del disc dur, per tal de fer-ho de més fàcil accés, i s'han posat "de moda" els concentradors d'USB (o Hub USB en anglès) que permeten que d'una entrada d'USB se'n faci'n moltes més i que normalment es posen a prop de l'usuari (sobre la taula molts cops) per evitar que aquest s'hagi d'ajupir.

La connexió d'un USB és molt senzilla, només cal ajuntar el mascle amb la femella en la posició correcta. I gràcies a l'estandardització, aparells de diferents empreses funcionen perfectament entre ells. A més a més, la major part dels dispositius USB no necessiten connectar-se a cap font de corrent addicional ja que el cable USB ja pot transmetre electricitat.

El darrer avantatge és que gràcies a la popularitat adquirida una gran quantitat d'aparells s'han sumat a aquest estàndard i actualment és molt difícil de fer una llista de tots els tipus de dispositius que utilitzin alguna connexió USB. L'USB, a més, permet establir connexió amb perifèrics multifunció com pot ser una impressora-escàner-fotocopiadora, que només ocupa un USB.

[edita] Estructura

L'USB organitza el bus en una estructura d'arbre descendent: diversos dispositius connectats a un mateix bus, en el que els concentradors USB enruten les senyals des del servidor al dispositiu o a l'inrevés.

El concentrador permet unificar diverses connexions diferents en un sol cable. Per tant, a un concentrador s'hi pot connectar un altre concentrador, multiplicant així el nombre màxim de dispositius que es poden connectar a una màquina.

El controlador del bus és l'interfície entre el bus USB i el bus de l'ordinador. D'ell hi pengen els dispositius USB.

[edita] Estandardització

Tots els dispositius que fan ús d'una connexió USB han de seguir uns estàndards per poder funcionar perfectament. Cada dispositiu es classifica gràcies als controladors per poder diferenciar-se d'altres dispositius que també utilitzin USB però no siguin del mateix tipus (per exemple una memòria USB i una impressora). Depenent d'aquesta classificació estandarditzada els dispositiu funciona d'un o altra manera complint els estàndards.

Aquest fet permet que tots els dispositius es classifiquin de la mateixa manera fent més fàcil de gestionar els recursos que necessita cada un i millorant així el funcionament general de l'ordinador. A més així un driver pot servir per més d'un maquinari a la vegada.

L'estandardització la porta a terme la Universal serial bus - Implementers Forum (USB-IF, Fòrum d'Implementadors de l'USB), entitat que incorpora centenars d'empreses algunes tant destacades com Apple Computer, Hewlett-Packard, NEC, Microsoft, Intel, i Agere; a aquest fòrum sense ànim de lucre s'hi han decidit totes les característiques d'aquest bus i s'hi han fixat polítiques de mercat.

Algunes empreses conjuntament van proposar millorar les dades de transferència de la versió 1.1, així les empreses Compaq, Hewlett-Packard, Intel, Lucent, Microsoft, NEC, i Philips van llançar l'abril del 2000 l'USB 2.0, reconegut per la USB-IF a finals de 2001. Qualsevol dispositiu d'USB d'alguna versió funciona amb qualsevol altre dispositiu d'una versió anterior, per tant un dispositiu 2.0 es pot connectar amb un 1.0, per exemple. A partir del 2006 la versió estàndard és la 2.0 amb revisions.

Aquesta estandardització ha permès que aparells de diferents marques puguin funcionar sense cap problema entre ells. Les empreses no han de fixar un protocols previs per garantir la compatibilitat sinó que al complir els estàndards ja són plenament compatibles.

Cal recordar, també, que la tecnologia USB no és de cap empresa ni està patentada per ningú: és doncs, una tecnologia oberta i els fabricants no han de pagar per adherir-s'hi.

[edita] Senyalització USB

Pins^[3]

Pin		Funció
	1	VBUS (4.75–5.25 volts)
	2	D−
	3	D+
	4	GND
	Shell	Protegit

Els senyals USB es transmeten en dos cables entrellaçats de dades, el D+ i el D- (2 i 3 a la taula); ambdós cables quasi sempre operen junts. Utilitzen un sistema dúplex, bidireccional, per combatre els efectes del soroll electromagnètic produït en línies llargues.

Es poden assolir 3 velocitats diferents que ja s'han mencionat a l'apartat d'història.

• A Low Speed uns 1.5 Mbit/s (187.5 kB/s) utilitza quasi sempre per teclats, ratolins, joysticks, etc.
• A Full Speed uns 12 Mbit/s (1.5 MB/s).
• A Hi-Speed uns 480 Mbit/s (60 MB/s).

Cal tenir en compte que, tot i que usualment, se sol dir que un USB Hi-Speed és un USB 2.0 això no és cert. Un USB hauria de posar una etiqueta a la seva caixa sobre quina velocitat emprarà, perquè així l'usuari pugui tenir la informació a l'hora de comprar el producte. La USB-IF otorga etiquetes als dispositius que informen sobre quina velocitat utilitza el dispositiu. Per tant un USB 2.0 actual pot tenir una velocitat baixa i per tant no ser Hi-Speed.

[edita] Mini-USB

Pins del Mini-USB

Pin	Funció
1	VBUS (4.4–5.25 V)
2	D−
3	D+
4	ID
5	Terra

Els connectors Mini-USB són els mateixos que els d'un USB estàndard excepte el pin 4. El pin 4 és el pin anomenat "ID" (identificació). Al connector Mini-A està connectat a terra i el connector Mini-B no està connectat. Això fa que sigui compatible amb l'USB On-The-Go.

[edita] Tipus de connectors

Hi ha dos tipus de connectors USB a part dels estàndard i els mini. Hi ha els connectors del Tipus A (o Sèrie A) i els connectors del Tipus B (o Sèrie B).

Els connectors del Tipus A s'utilitzen sobretot per a perifèrics que s'han de connectar a un ordinador. On el perifèric incorpora un cable acabat amb el connector.

Alguns dispositius no incorporen cables de connexió i és en aquests casos on els connectors d'USB del Tipus B són més usuals.

A les següents fotografies es poden apreciar les diferències a simple vista: el connector del Tipus B és més petit que el del Tipus A. Mentre el connector A té una forma rectangular el del tipus B la té d'una forma més aviat quadrada.

Connector USB Tipus A

Connector USB Tipus B

Diagrama comparatiu dels dos tipus de connector

[edita] Usos dels USB

Les connexions bus USB serveixen per a connectar una immensa varietat de dispositius.

Al connectar un perifèric a un ordinador, l'USB és una de les millors solucions això és una llista dels més importants:

• Teclats i ratolins: Molts teclats d'ordinador i ratolins van connectats a la caixa del disc dur a través de l'USB. Ambdós dispositius no requereixen una velocitat alta i per tant amb la coneguda "Low-Speed" poden funcionar perfectament, requerint així menys recursos.
• Memòries USB o Pen-Drive.
• Telèfons mòbils: Amb l'arribada de la tercera generació de mòbils, cada cop més aparells d'aquest incloïen un cable que els permetia connectar-se amb l'ordinador.
• Sistemes d'àudio: MP3, iPod, MP4... són alguns dels sistemes d'àudio que requereixen una connexió amb l'ordinador per transmetre dades, aquesta connexió es fa per USB.
• Sistemes de vídeo: iPod, MP4, reproductors portàtils de DVD, etc. requereixen una connexió amb l'ordinador per poder-se transmetre vídeos.
• Ordinadors de butxaca, PDA.
• Discs durs.
• DVD-ROM i CD-ROM d'alta velocitat.
• Impressores, escàners, fotocopiadores: Perifèrics com la impressora i l'escàner siguin multifunció o no poden anar connectats a l'ordinador a través d'un USB.
• Càmeres de fotos i de vídeo digitals: Amb l'arribada de les càmeres fotogràfiques i de vídeo digitals la necessitat de connectar aquests dispositius amb un ordinador s'han fet molt importants, l'USB n'és una solució.
• Alguns televisors es connecten mitjançant USB als ordinadors.
• Altres dispositius: Un llarg etcètera de dispositius com ara els GPS necessiten connectar-se mitjançant USB a l'ordinador per actualitzar bases de dades o fer altres funcions.

Tot i això l'ús dels USB no s'acaba amb les connexions dels perifèrics amb els ordinadors:

• Bateries: Algunes bateries de diferents aparells amb l'ús d'un cable USB i un conversor poden carregar la bateria directament des d'un endoll sense haver d'emprar un ordinador.
• Consoles de joc: Algunes consoles de joc utilitzen connexions USB.

També s'utilitzen connexions USB entre dos aparells d'un a l'altre com dos telèfons mòbils connectats entre ells, dues PDA, etc.

[edita] USB estrafolaris

Aprofitant que a través de l'USB es pot transmetre electricitat, s'ha creat per exemple l'iGrill, una sandvitxera que funciona connectant-la a un port USB^[4]; llums de nadal^[5]; torradores^[6]...

[edita] Referències

1. ↑ Data Wireless USB [1]
2. ↑ Tecnologia Wireless USB UWB
3. ↑ Universal Serial Bus Specification Revision 2.0 — 6.5.2 USB Connector Termination Data
4. ↑ Sandvitxera USB [2]
5. ↑ Llums de Nadal USB [3]
6. ↑ Torradora USB [4]

• USB del Rincón del Vago (castellà)
• Tegnologia USB del Rincón del Vago (castellà)
• USB de Monografías.com (castellà)

[edita] Vegeu també

• Catux-USB
• Memòria USB

[edita] Enllaços externs

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Bus sèrie universal

• USB.org Pàgina oficial de l'USB (anglès)
• Bus sèrie universal al YouTube.