Universal Serial Bus
In elettronica l'Universal Serial Bus (USB) (IPA /ˌjuːnɪˈvɜːsl ˈsɪɹiəl bʌs/) è uno standard di comunicazione seriale che consente di collegare diverse periferiche ad un computer. È stato progettato per consentire a più periferiche di essere connesse usando una sola interfaccia standardizzata ed 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).
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[modifica] Informazioni tecniche
Il sistema USB è asimmetrico, consiste in un singolo gestore e molte periferiche collegate da una struttura ad albero attraverso dei dispositivi chiamati hub (concentratori). Supporta fino ad un massimo di 127 periferiche per gestore: nel computo vanno però 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 il cavo senza che il segnale diventi troppo debole è pari a 5 m; oltre questo limite è necessario ricorrere ad uno o più hub attivi che amplifichino il segnale. Le specifiche prevedono il collegamento consecutivo al 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 vanno 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 quindi se il sistema operativo lo consente supportano la rimozione a caldo e il reinserimento delle periferiche senza dover riavviare il computer (questo per i dispositivi a basso consumo: verificare sul manuale della periferica che si desidera collegare se è consentito l'hot swap).
USB può collegare periferiche quali mouse, tastiere, memoria di massa a stato solido e a disco rigido, scanner d'immagini, macchine fotografiche digitali, stampanti, casse acustiche, microfoni e altro ancora. Per i componenti multimediali ormai lo standard USB è il metodo di collegamento più utilizzato mentre nelle stampanti sopravvivono ancora molti modelli dotati anche di porta parallela per questioni di compatibilità.
All'interno del computer, l'USB non ha rimpiazzato gli standard ATA o SCSI per via della sua lentezza. Il nuovo standard serial ATA per esempio consente trasferimenti dell'ordine di 150 Mbyte per secondo, una velocità molto più elevata dello standard USB, che nella versione 2.0 raggiunge un massimo di 60 Mbyte per secondo (480 Mbits/s). L'USB viene molto usato negli hard disk esterni dove si preferisce privilegiare la praticità di poter collegare e scollegare a caldo il componente rispetto alla velocità di una connessione tipo ATA. La versione 3.0 raggiunge la velocità di 4800 Mbits/s.
USB non ha ancora totalmente rimpiazzato il connettore PS/2 della tastiera, molti costruttori preferiscono mantenerlo per consentire agli utenti di poter utilizzare le economiche tastiere PS/2.
Lo standard 1.0 dell'USB (gennaio 1996) supporta collegamenti a solo 1,5 Mbit/s, velocità adeguata per mouse, tastiere e 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 di trasferimento a 480 Mbit/s. Questa velocità consente all'USB di essere, teoricamente, competitivo con lo standard Firewire 400 (IEEE 1394) che ha una velocità di trasferimento di 400 Mbits/s, benché agli effetti pratici quest'ultimo risulti più veloce del primo. Lo standard USB ha tuttavia delle limitazioni di carattere tecnico che ne sconsigliano l'utilizzo su telecamere e dispositivi che manipolano flussi video.
Le specifiche dell'USB stabiliscono due tipi di connettori per collegare i dispositivi, il connettore A e B. Negli ultimi anni alcuni produttori hanno introdotto delle varianti del connettore per i loro dispositivi miniaturizzati. Molti produttori cercando di ridurre le dimensioni dei dispositivi hanno deciso di creare connettori più piccoli di quelli standard. Questi dispositivi rispettano lo standard di comunicazione USB a tutti gli effetti, l'unica differenza è il connettore che è fisicamente diverso, sono chiamati: micro-USB, mini USB di tipo A e B.
Una estensione del USB chiamata USB-On-The-Go consente ad una singola porta di fungere sia da dispositivo che da controllore. Ciò consente una più semplice connessione di dispositivi tipo i PDA che a volte devono fare da dispositivo ed a volte devono comandare dei dispositivi. 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 ad ignorare lo standard e cioè risparmiare spazio.
L'USB è una porta facilmente installabile anche nei computer di vecchia generazione che ne sono sprovvisti: una scheda USB 2.0 per slot PCI, da installare all'interno del case nella scheda madre, può costare dai 10 ai 30 €.
[modifica] Tipi di connettori USB
Riassumendo vi sono attualmente 6 tipi di connettori USB ufficiali:
- USB di tipo A
- USB di tipo B
- Mini USB di tipo A
- Mini USB di tipo B
- Micro USB di tipo A
- Micro USB di tipo B
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.).
[modifica] Caricabatterie universale per cellulari
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Per approfondire, vedi la voce micro USB. |
Il connettore micro USB è stato scelto da alcune delle maggiori aziende di telefonia cellulare del mondo (Nokia, LG, Motorola, Samsung, RIM, Sony Ericsson, 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)[1][2], senza contare però che ogni caricabatteria dà tensioni ed amperaggi differenti in uscita. Apple inizialmente era restia all'introduzione del nuovo connettore, in quanto quello in uso con l'iPod e l'iPhone è protetto da brevetti e l'uso da parte di altre aziende comporta il pagamento ad Apple di salati costi di licenza.[3][4] Il telefono cellulare iPhone 4 e iPhone 4S di Apple (uscito sul mercato nel 2010 e 2011) lascia intendere che Apple, malgrado avesse dichiarato il contrario, abbia deciso per il momento di non introdurre sui suoi prodotti il connettore micro-usb (infatti l'iPhone 4 ne è privo e mantiene la classica presa "Apple" per la ricarica e la connessione al computer). Il cavo dato in dotazione al telefono ne permette comunque la ricarica tramite una qualsiasi presa USB, senza necessità di connettori ulteriori.
[modifica] Piedinatura
- Piedinatura del connettore USB:
| Pin | Nome segnale | Colore filo |
|---|---|---|
| 1 | VBUS | ROSSO |
| 2 | D- | BIANCO |
| 3 | D+ | VERDE |
| 4 | GND | NERO |
- Pinout dei connettori mini USB:
| 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 |
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.
[modifica] USB 3.0
Il 18 settembre 2007 la nuova versione viene presentata al pubblico ed 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 Gb/s (l'equivalente di circa 600 MB/s, contro gli attuali 480 Mb/s - 60 MB/s - dell'USB 2.0) utilizzando due coppie intrecciate ad alta velocità per la modalità "Superspeed" e il supporto di connessioni ottiche.[5][6]
Le specifiche USB 3.0 sono state rese note il 13 agosto 2008[7] mentre i primi prodotti commerciali sono usciti a cavallo tra il 2009 e il 2010.[8] Come avvenuto in precedenza, la versione 3.0 ha mantenuto la retrocompatibilità con USB 2.0 e 1.0.[5]. Infatti i nuovi connettori (con un maggior numero di piedini) permettono l'inserzione in una parte dei suoi piedini dei connettori USB 2.
Nella prima metà di ottobre 2008 Intel, una delle aziende che ha 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 Gb/s. La velocità teorica è di 4 Gb/s e la specifica ritiene ragionevole ottenere 3,2 Gb/s (ovvero 0,4 GB/s o 400 MB/s) o più al netto dell'overhead di protocollo. 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 in 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 3 m usando SuperSpeed.[9]
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[modifica] Evoluzioni future
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. Attualmente, nel 2011, la versione principalmente in uso è la 2.0, ma già esistono dispositivi compatibili con la prossima 3.0.
[modifica] Note
- ^ Arriva il caricabatterie unico per i telefonini. 1 luglio 2009. URL consultato il 20 dicembre 2009.
- ^ UE: caricabatterie unico, c'è l'accordo. 29 giugno 2009. URL consultato il 20 dicembre 2009.
- ^ Ad Apple non piace il caricabatterie universale. 18 febbraio 2009. URL consultato il 20 dicembre 2009.
- ^ Apple cede alla UE: sì al caricabatterie unico micro-USB. 29 giugno 2009. URL consultato il 20 dicembre 2009.
- ^ a b (EN)Faster USB 3.0 Is Coming. PC World, 24 settembre 2007. URL consultato il 4 luglio 2008.
- ^ (EN)Revealed: USB 3.0 jacks and sockets. RegHardware.co.uk, 9 gennaio 2008. URL consultato il 22 gennaio 2008.
- ^ (EN)Intel USB 3.0 update resolves dispute with Nvidia, AMD
- ^ (EN)Stephen Shankland. USB 3.0 brings optical connection in 2008. cnet.com, 18 settembre 2007. URL consultato il 4 luglio 2008.
- ^ USB 3.0: i primi dispositivi al debutto pctuner.net
[modifica] Voci correlate
[modifica] Altri progetti
Wikimedia Commons contiene file multimediali su Universal Serial Bus
[modifica] Collegamenti esterni
- USB - Universal serial bus
- USB per DOS
- UHCI-OHCI per DOS
- USB 3.0 da 600MB/s
- Configurare una connessione modem usb con cellulari/smartphone
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