Universal Serial Bus

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In elettronica l'Universal Serial Bus (USB) (IPA /ˌjuːnɪˈvɜ(ɹ)ːsɫ ˈsɪɹiəɫ bʌs/) è uno standard di comunicazione seriale che consente di collegare diverse periferiche a un computer. È stato progettato per consentire a più periferiche di essere connesse usando una sola interfaccia standardizzata e un solo tipo di connettore e per migliorare la funzionalità plug and play consentendo di collegare o scollegare i dispositivi senza dover riavviare il computer (hot swap).

Informazioni tecniche[modifica | modifica sorgente]

Simbolo dell’USB
Connettore maschio di tipo A (2.0)
Connettore maschio di tipo B (2.0)
Connettori mini-A e mini-B
Hub USB
Adattatori USB-PS/2

Il sistema USB è asimmetrico: consiste in un singolo gestore e molte periferiche collegate ad albero, attraverso dei dispositivi chiamati hub (concentratori). Supporta fino a un massimo di 127 periferiche per gestore, ma nel computo vanno inclusi anche gli hub e il gestore stesso, quindi, in realtà, il numero totale di dispositivi collegabili è sensibilmente inferiore. La lunghezza massima che può avere un cavo USB senza che il segnale diventi troppo debole è pari a 5 m; oltre questo limite, è necessario ricorrere a uno o più hub attivi che amplifichino il segnale. Le specifiche prevedono il collegamento consecutivo d'un massimo di 5 hub.

Lo standard prevede che il connettore porti anche un cavo (chiamato VBUS) per alimentare le periferiche a basso consumo. Le periferiche che hanno richieste energetiche elevate devono essere alimentate a parte. I limiti energetici dello standard vanno seguiti scrupolosamente, pena il probabile danneggiamento del gestore, dato che lo standard USB non prevede nelle specifiche minime la sconnessione in caso di sovraccarico.

Il disegno dell'USB è stato pensato per consentire un semplice inserimento e rimozione. Lo standard è stato progettato in modo da consentire un semplice aggiornamento dei sistemi sprovvisti di USB attraverso una scheda PCI ISA o PC Card. Le porte USB sono dotate del supporto del Plug and play e supportano i dispositivi hot swap: se il sistema operativo lo consente, supportano la rimozione "a caldo" delle periferiche e il reinserimento senza dover riavviare il computer.

L'USB può collegare periferiche quali mouse, tastiere, memoria di massa a stato solido e a disco rigido, scanner per immagini, macchine fotografiche digitali, stampanti, casse acustiche, microfoni, navigatori satellitari, televisori, dispositivi audio, cellulari, smartphone e altre. Per i componenti multimediali, ormai, lo standard USB è il metodo di collegamento più utilizzato, mentre nelle stampanti sopravvivono ancora pochi modelli dotati anche di porta parallela per questioni di compatibilità.

Da alcuni anni, anche i veicoli (in primis le automobili) hanno connessioni USB per l'impianto stereo o per quello di navigazione GPS o, per i modelli di lusso, gli impianti video/TV. In alcune situazioni, tramite chiavetta USB si può aggiornare il firmware di alcuni moduli dell'automobile, ad esempio il bluetooth. In questo modo la compatibilità dei driver tra dispositivi interconnessi è costantemente assicurata.

In aggiunta al tradizionale settore elettronico-informatico-telematico, appaiono costantemente sul mercato tutta una serie di dispositivi o accessori alimentati tramite presa USB[1] e qualsiasi elencazione correrebbe il rischio di essere obsoleta quanto prima.

Lo standard 1.0 dell'USB (gennaio 1996) supporta collegamenti a solo 1,5 Mbit/s, velocità adeguata solo per mouse, tastiere e altri dispositivi lenti. La versione 1.1 (settembre 1998) aggiunge la modalità full speed, che innalza la velocità a 12 Mbit/s.

La maggior novità dello standard USB versione 2.0 (aprile 2000) è l'innalzamento della velocità teorica di trasferimento a 480 Mbit/s. Questa velocità consente all'USB di essere competitivo con lo standard Firewire 400 (IEEE 1394), che ha una velocità di trasferimento di 400 Mbit/s, benché agli effetti pratici quest'ultimo risulti più veloce e stabile del primo, soprattutto con dispositivi che manipolano flussi video.

La versione 3.0 raggiunge invece la velocità di 4,8 Gbit/s.

Le specifiche dell'USB stabiliscono due tipi di connettori per collegare i dispositivi: il connettore A e il connettore B. Alcuni produttori hanno introdotto delle varianti del connettore per i loro dispositivi miniaturizzati. Questi dispositivi rispettano comunque lo standard di comunicazione USB a tutti gli effetti, con l'unica differenza che il connettore è fisicamente diverso. Essi sono chiamati micro-USB o mini-USB di tipo A e B.

Un'estensione dell'USB, chiamata USB-On-The-Go (OTG), consente a una singola porta di fungere sia da dispositivo sia da controllore. Ciò consente una più semplice connessione di alcuni dispositivi, come i PDA, che a volte devono fungere da dispositivo e a volte devono comandarne. Per evitare una proliferazione dei connettori proprietari, USB-On-The-Go ha definito anche due connettori chiamati mini-A e mini-B, che sono connettori molto più piccoli dei connettori precedenti; questo rimuove la principale motivazione dei produttori a ignorare lo standard, cioè risparmiare spazio.

Tipi di connettori USB[modifica | modifica sorgente]

Connettore maschio Micro-B

Riassumendo vi sono attualmente 6 tipi di connettori USB ufficiali:

I connettori mini-USB sono utilizzati per dispositivi di dimensioni medie (dischi esterni, palmari, navigatori satellitari, lettori audio (cd, mp3), lettori ottici, ecc); le porte per connettori micro-USB, invece, si trovano solitamente su dispositivi di dimensioni più ridotte (cellulari e piccoli smartphone ad esempio). In realtà esistono altre versioni di connettori non standard per il collegamento USB di dispositivi con presa "proprietaria" di vario tipo (ad esempio lettori mp3, modem UMTS, telefoni cellulari, macchine fotografiche digitali, videocamere, ecc.).

Caricabatterie universale per cellulari[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi micro-USB.
Un caricabatterie micro-USB per un cellulare Nokia. Dal 2011 questo connettore è utilizzato su tutti i telefoni cellulari.
Mini ventilatori alimentati tramite prese USB

Il connettore micro-USB è stato scelto da alcune delle maggiori aziende di telefonia cellulare del mondo (Nokia, LG, Motorola, Samsung, BlackBerry (ex RIM), Sony Mobile Communications, NEC, Qualcomm, Texas Instruments) per diventare il connettore standard che dal 2011 sarà presente su tutti i telefoni cellulari del mondo. È stata l'Unione europea a chiederlo al fine di ridurre l'inquinamento elettronico (l'esistenza di decine di caricatori diversi obbliga chi intende cambiare cellulare a buttare via anche il relativo caricabatterie, essendo nella maggior parte dei casi incompatibile con il nuovo telefono)[2], senza contare però che ogni caricabatteria dà tensioni e correnti differenti in uscita.

Apple, inizialmente restia all'introduzione del nuovo connettore, ha in seguito acconsentito all'introduzione dello standard Micro-USB anche sui suoi terminali. Ma l'uscita sul mercato dei telefoni cellulari iPhone 4 (2010) e iPhone 4S (2011) hanno dimostrato che Apple, malgrado avesse dichiarato il contrario, abbia deciso di non introdurre sui suoi prodotti il connettore micro-USB. Negli anni successivi (2012 e 2013) la presa proprietaria di Apple cambia, e diventa più sottile (prende il nome di connettore Lightning) ma rimane uno standard proprietario montato solo sui dispositivi Apple (iPhone 5, 5C e 5S, iPod, iPad, iPad Mini, iPad Air)

Piedinatura[modifica | modifica sorgente]

  • Piedinatura del connettore USB:
Pin Nome segnale Colore filo
1 VBUS ROSSO
2 D- BIANCO
3 D+ VERDE
4 GND NERO
Pin Nome segnale Colore filo Note
1 VBUS ROSSO + 5 V
2 D- BIANCO Data −
3 D+ VERDE Data +
4 ID FUCSIA Interconnessione Mini/Micro A e B (Tipo A connesso a GND, tipo B non connesso)
5 GND NERO GND
Connettore maschio di tipo B (3.0)
Rappresentazione schematica dei connettori USB di tipo A e B

Il livello di tensione per il VBUS è di circa +5 V con una corrente massima di 500 mA. Con i segnali D+ e D- si intendono le due linee di comunicazione dati (pseudo) differenziali. Per tutti i connettori la protezione metallica esterna è connessa a terra.

USB 3.0[modifica | modifica sorgente]

Il 18 settembre 2007 la nuova versione viene presentata al pubblico e ai media da Pat Gelsinger, CEO della Intel, che effettua una prima dimostrazione di funzionamento di USB 3.0 all'Intel Developer Forum. USB 3.0 è in grado di trasferire dati dieci volte più velocemente di USB 2.0 con una velocità di trasferimento di 4,8 Gbit/s (l'equivalente di circa 600 MB/s), contro gli attuali 480 Mbit/s, utilizzando due coppie intrecciate ad alta velocità per la modalità "Superspeed" e il supporto di connessioni ottiche.[3][4]

Le specifiche USB 3.0 sono state rese note il 13 agosto 2008[5] mentre i primi prodotti commerciali sono usciti a cavallo tra il 2009 e il 2010.[6] Come avvenuto in precedenza, la versione 3.0 ha mantenuto la retrocompatibilità con USB 2.0 e 1.0.[3] Infatti i nuovi connettori (con un maggior numero di piedini) permettono l'inserzione in una parte dei suoi piedini dei connettori USB 2.0.

Nella prima metà di ottobre 2008 Intel, una delle aziende che hanno definito il protocollo USB, ha fornito le specifiche tecniche per la nuova interfaccia USB 3.0, retrocompatibile con l'USB 2.0.

Una nuova caratteristica è il bus "SuperSpeed", che fornisce una quarta modalità di trasferimento dati a 4,8 Gbit/s, con la quale la specifica ritiene ragionevole ottenere almeno 3,2 Gbit/s al netto dell'overhead di protocollo, corrispondenti a 400 MB/s. Per ospitare i piedini supplementari per la modalità SuperSpeed, i fattori di forma fisica per USB 3.0 spine e i contenitori sono stati modificati. Il contatto femmina standard-A è più profondo per accettare questi nuovi connettori. Un cavo standard legacy di A-a-B lavorerà come progettato e non entrerà mai in contatto con i connettori SuperSpeed, garantendo la compatibilità con le versioni precedenti. La spina SuperSpeed standard A si adatterà correttamente alle prese, ma il SuperSpeed standard B non è adatto alle prese B standard vecchio stile (quindi un nuovo cavo può essere utilizzato per la connessione di un nuovo dispositivo a un vecchio host, ma non per collegare un nuovo host a un vecchio dispositivo, e sarà necessario un cavo standard legacy A-a-B). USB 3.0 estende il tipo di trasferimento di massa in SuperSpeed. Questa estensione consente a un host e a un dispositivo di creare e trasferire più flussi di dati attraverso un singolo supporto. Nuove funzioni di gestione dell'alimentazione includono il supporto di inattività, stand by e sospensione dello stato. USB 3.0 non definisce le lunghezze dei cavi, in teoria può essere usata qualsiasi lunghezza, purché soddisfi tutti i requisiti definiti nella specifica. Tuttavia alcune stime indicano una limitazione di m usando SuperSpeed.[7]

Le porte e i connettori USB 3.0 si riconoscono subito in quanto hanno il supporto interno dei contatti (interfaccia) di colore blu.

Tipo Prestazioni teoriche Prestazioni reali
USB 1.0 1,5 Mbit/s (0,1875 MB/s)
USB 1.1 12 Mbit/s (1,5 MB/s)
USB 2.0 480 Mbit/s (60 MB/s) ~280 Mbit/s (~35 MB/s)
USB 3.0 4,8 Gbit/s (600 MB/s) 3,2 Gbit/s (400 MB/s)[8]

Evoluzioni future[modifica | modifica sorgente]

L'evoluzione dello standard USB si concentra su due strade, la prima prevede un innalzamento della velocità massima di trasferimento mentre la seconda strada chiamata wireless USB prevede l'abbandono dei cavi per la comunicazione tramite onde radio. Una prima specifica wireless USB è già stata standardizzata e alcuni dispositivi sono in commercio.

Nel 2013, la versione principalmente in uso è la 2.0, ma i nuovi dispositivi in commercio sono dotati per la maggior parte della versione 3.0.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Ovviamente, devono essere apparecchi a basso consumo di energia
  2. ^ UE: caricabatterie unico, c'è l'accordo, 29 giugno 2009. URL consultato il 20 dicembre 2009.
  3. ^ a b (EN) Faster USB 3.0 Is Coming, PC World, 24 settembre 2007. URL consultato il 4 luglio 2008.
  4. ^ (EN) Revealed: USB 3.0 jacks and sockets, RegHardware.co.uk, 9 gennaio 2008. URL consultato il 22 gennaio 2008.
  5. ^ (EN) Intel USB 3.0 update resolves dispute with Nvidia, AMD
  6. ^ (EN) Stephen Shankland, USB 3.0 brings optical connection in 2008, cnet.com, 18 settembre 2007. URL consultato il 4 luglio 2008.
  7. ^ USB 3.0: i primi dispositivi al debutto pctuner.net
  8. ^ Universal Serial Bus Revision 3.0 Specification. URL consultato il 31 gennaio 2013.

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

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Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]

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