του Νίκου Αδαμόπουλου, εκπαιδευτικού ΠΕ19
Υπεύθυνου ΚΕ.ΠΛΗ.ΝΕ.Τ. ΔΔΕ Ηλείας

Το Universal Serial Bus (Ενιαίος Σειριακός Δίαυλος), ή απλά USB, είναι ένα σύστημα διασύνδεσης για την επικοινωνία των υπολογιστών με περιφερειακές συσκευές. Σχεδιάστηκε με σκοπό την αντικατάσταση των πολλών τύπων θυρών, όπως π.χ. είναι η σειριακή και η παράλληλη. Χρησιμοποιείται σε ποντίκια, πληκτρολόγια, PDAs, σαρωτές, εκτυπωτές, flash drives, ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές και βιντεοκάμερες, συσκευές MP3, κ.ά.

Η έκδοση USB 1.0 παρουσιάστηκε το Νοέμβριο του 1995 και η έκδοση 1.1 το Σεπτέμβριο του 1998 για να αποκαταστήσει τα προβλήματα της αρχικής έκδοσης. Η έκδοση 2.0 παρουσιάστηκε τον Απρίλιο του 2000. Η τελευταία έκδοση 3.0 παρουσιάστηκε το Νοέμβριο του 2008 και σύντομα θα αρχίσει να χρησιμοποιείται.

Χαρακτηριστικά

Το σύστημα USB έχει ασύμμετρο σχεδιασμό που αποτελείται από έναν ελεγκτή USB (host) και πολλούς αποδέκτες USB. Οι αποδέκτες USB μπορεί να είναι είτε κατανεμητές USB (hubs) είτε συσκευές USB.

Τα USB hubs είναι συσκευές που παρέχουν πρόσθετα σημεία σύνδεσης για άλλες συσκευές USB. Κάθε σύστημα USB έχει ένα root hub που συνδέεται στον ελεγκτή και πάνω στις υποδοχές του συνδέονται οι συσκευές. Πρόσθετα USB hubs μπορούν να χρησιμοποιηθούν αυξάνοντας το πλήθος των διαθέσιμων υποδοχών. Πολλές συσκευές έχουν ενσωματωμένο USB hub έτσι ώστε να μπορούν να συνδεθούν σε μορφή αλυσίδας πολλές συσκευές χωρίς την παρουσία πολλών hubs.

Το σύστημα USB μπορεί να έχει πολλαπλούς ελεγκτές. Μέχρι 127 συσκευές, συμπεριλαμβανομένων των συσκευών ελέγχου, μπορούν να συνδεθούν σε έναν ενιαίο ελεγκτή θυρών.

Με τη χρήση του USB οι περιφερειακές συσκευές μπορούν να συνδέονται και να αποσυνδέονται εν θερμώ, ενώ τα χαρακτηριστικά τους μπορούν να αναγνωρίζονται αυτόματα από το λειτουργικό σύστημα του υπολογιστή που μπορεί να εφαρμόζει τις απαραίτητες ρυθμίσεις χωρίς να χρειάζεται επανεκκίνηση.

Το σύστημα USB και οι συσκευές μπορούν να επικοινωνήσουν μεταξύ τους σε όποια έκδοση και αν έχουν υλοποιηθεί (1.0, 1.1, 2.0) χρησιμοποιώντας τη μέγιστη κοινά αποδεκτή ταχύτητα.

Παροχή ηλεκτρικής ισχύος

Οι USB συνδέσεις περιλαμβάνουν και παροχή ηλεκτρικής ισχύος με τάση 5 volt ώστε οι συσκευές να λειτουργούν χωρίς την ανάγκη εξωτερικής τροφοδοσίας. Εκμεταλλευόμενες την παροχή αυτή έχουν κυκλοφορήσει και διάφορες άλλες συσκευές, όπως φορτιστές, επαναφορτιζόμενες USB μπαταρίες, κ.ά.

Στο USB 2.0 το φορτίο μονάδας (unit load) έχει οριστεί στα 100mA, με 5 το πολύ συνδεμένες συσκευές ανά θύρα μέσω παθητικού hub (max 500mA ανά θύρα). Για σύγκριση, στο USB 3.0 το φορτίο μονάδας έχει οριστεί στα 150mA, με 6 το πολύ συνδεμένες συσκευές ανά θύρα (max 900mA ανά θύρα).

Οι συσκευές USB χαρακτηρίζονται ως χαμηλής κατανάλωσης (low-power) αν μπορούν να λειτουργήσουν με το φορτίο μονάδας που έχει οριστεί, π.χ. τα πληκτρολόγια, τα ποντίκια, οι web κάμερες, τα flash drives, κ.ά. Χαρακτηρίζονται ως υψηλής κατανάλωσης (high-power) αν ξεπερνούν το φορτίο μονάδας αλλά όχι και το μέγιστο ρεύμα ανά θύρα. Σε αυτήν την περίπτωση δεσμεύουν αυτό το μέγιστο ρεύμα.

Όμως, σε συσκευές μεγαλύτερης κατανάλωσης, π.χ. σαρωτές, εκτυπωτές, κ.ά., απαιτείται ξεχωριστή τροφοδοσία για τη λειτουργία τους.

Προσοχή χρειάζεται σε φορητούς σκληρούς δίσκους που, ενώ δεν διαθέτουν καλώδιο εξωτερικής τροφοδοσίας και λειτουργούν κανονικά αν συνδεθούν σε USB 2.0 υποδοχή, μπορεί να μη λειτουργούν αν συνδεθούν σε USB 1.1. Στην περίπτωση αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί ειδικό καλώδιο (adaptor) που «υποκλέπτει» ηλεκτρική ισχύ από κάποια άλλη USB υποδοχή.

Ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων

Οι πρώτες εκδόσεις USB 1.0 και 1.1 υποστηρίζουν ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων:

• 1.5 Mbps (low speed)
• 12 Mbps (full speed)

Η έκδοση USB 2.0 υποστηρίζει ταχύτητα έως:

• 480 Mbps (high speed)

Η έκδοση USB 3.0 υποστηρίζει ταχύτητα έως:

• 5 Gbps (super speed)

Τύποι διασυνδέσεων

Οι διασυνδέσεις πραγματοποιούνται με διάφορους τύπους βυσμάτων που χαρακτηρίζονται ως «Α» για σύνδεση στην πλευρά του host και ως «Β» για σύνδεση στην πλευρά των συσκευών USB.

Στις αρχικές προδιαγραφές καθορίστηκαν τα βύσματα Type-A και Type-B και οι αντίστοιχες υποδοχές. Το βύσμα Type-A έχει διαστάσεις περίπου 4 x 12 mm και το Type-Β περίπου 7 x 8 mm. Το μήκος του καλωδίου μπορεί να είναι μέχρι 5 m. Περιλαμβάνει τέσσερα καλώδια, όπου τα δύο είναι για την τροφοδοσία και τα άλλα δύο για τη σειριακή μεταφορά των δεδομένων.

Βύσματα από αριστερά προς τα δεξιά: 1) Type-A 2) Type-A υποδοχέας 3) Type-B 4) Μini-Β

Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε μια παραλλαγή, αποκαλούμενη Mini-USB, με μικρότερα βύσματα Mini-A και Mini-B και αντίστοιχες υποδοχές, για χρήση σε μικρότερες συσκευές όπως PDAs, κινητά τηλέφωνα, ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές και βιντεοκάμερες, κ.ά.

Πρόσφατα παρουσιάστηκε μια νέα προδιαγραφή μικρότερων βυσμάτων και αντίστοιχων υποδοχών, αποκαλούμενη Micro-USB, η οποία θα αντικαταστήσει το Mini-USB. Τα βύσματα Micro-A και Micro-B είναι περίπου 2 x 7 mm και εκτιμάται ότι λειτουργούν κανονικά για 10.000 συνδέσεις-αποσυνδέσεις. Αντίστοιχα έχουν προδιαγραφεί υποδοχές Micro-A, Micro-B και Micro-AΒ. Επίσης, τo group OMTP που αποτελείται από διάφορους φορείς, επικύρωσε το Micro-USB ως τον τυποποιημένο σύνδεσμο για τα δεδομένα και την ηλεκτρική τροφοδότηση στις κινητές συσκευές.

USB On-The-Go / Wireless USB

Το USB On-The-Go είναι μία επέκταση που επιτρέπει σε μία μονάδα να λειτουργεί είτε ως USB host είτε ως USB συσκευή. Αυτό καθορίζεται από τον τύπο (Α ή Β) της άκρης του καλωδίου που συνδέεται στην υποδοχή Micro-AB της μονάδας. Αυτή η δυνατότητα στοχεύει σε μονάδες όπως PDAs, όπου ως USB συσκευή μπορεί να συνδεθεί με ένα PC, ή ως USB host μπορεί να συνδεθεί με ένα USB πληκτρολόγιο ή ποντίκι.

Το ασύρματο USB είναι μια νέα επέκταση που επιτρέπει τη μεταφορά των δεδομένων χωρίς τη χρήση καλωδίου και υποστηρίζει ταχύτητες μέχρι 480 Mbps.

URLs:
http://el.wikipedia.org/wiki/USB
http://en.wikipedia.org/wiki/USB
http://www.usb.org