Grundlagenartikel
Was ist USB?
Der Universal Serial Bus, kurz USB, ist ein standardisierter serieller I/O-Bus für Computer und Peripheriegeräte. Die Schnittstelle wurde entwickelt, um verschiedene frühere serielle und parallele Anschlüsse in einem vielseitig nutzbaren System zusammenzuführen.
Über USB lassen sich beispielsweise Drucker, Mäuse, Tastaturen, Scanner, Kameras, Speichergeräte und Smartphones anschließen. Neben der Datenübertragung kann USB angeschlossene Geräte auch mit Energie versorgen.
Die verschiedenen USB-Versionen
USB 1.0 arbeitete zunächst mit Low-Speed bei 1,5 Mbit/s und später mit Full-Speed bei 12 Mbit/s. USB 2.0 erhöhte die Datenrate im High-Speed-Modus auf bis zu 480 Mbit/s und ergänzte unter anderem den Betrieb direkt verbundener Geräte mit On-the-Go.
Mit USB 3.0 begann die SuperSpeed-Generation. Sie erreichte bis zu 5 Gbit/s und nutzte dafür eine zusätzliche Signalübertragung mit 8B/10B-Codierung. USB 3.1 verdoppelte die nominelle Datenrate auf bis zu 10 Gbit/s und wurde häufig mit dem beidseitig steckbaren USB-C-Stecker verbunden.
Die genannten Werte sind Bruttodatenraten. Im praktischen Betrieb liegen die tatsächlich nutzbaren Datenraten wegen Protokollanteilen, Geräteleistung und Übertragungsbedingungen darunter.
Stecker und Stromversorgung
Im Lauf der Entwicklung entstanden verschiedene Steckerformen: der klassische USB-Stecker Typ A, Mini-USB, Micro-USB und USB-C. Die Form des Steckers bestimmt jedoch nicht allein die unterstützte Geschwindigkeit oder Ladeleistung; dafür sind auch Kabel, Gerät und verwendeter Standard entscheidend.
Ein typisches USB-Kabel enthält Datenleitungen für die differentielle Übertragung sowie Leitungen für die Versorgung. USB Power Delivery erweitert die Aushandlung von Spannung und Leistung zwischen kompatiblen Geräten. Dadurch können etwa mobile Geräte, Speicherlösungen und Computer über dasselbe Verbindungssystem geladen werden.
Wie USB Daten überträgt
USB ist als Plug-and-Play-Schnittstelle ausgelegt. Geräte können während des Betriebs angeschlossen und nach der Erkennung durch das Hostsystem verwendet werden. Ein Computer oder USB-Hub verwaltet die angeschlossenen Geräte und steuert den Paketverkehr.
Die Übertragung erfolgt paketorientiert. Rahmenmarkierungen unterstützen die zeitliche Einordnung und Synchronisation; Kennungen und Prüfsummen helfen bei der Geräteadressierung und Fehlererkennung. Je nach USB-Generation unterscheiden sich Codierung, Leitungspaare und Protokolldetails.
Wofür wird USB eingesetzt?
USB findet sich an Computern, Dockingstationen, Ladegeräten, Messgeräten, Kameras, Eingabegeräten und externen Speichern. USB-Hubs erweitern die Zahl verfügbarer Anschlüsse. USB-Sticks und externe Festplatten nutzen die Schnittstelle für den mobilen Datenaustausch.
Für die Auswahl sind drei Fragen besonders wichtig: Welche USB-Version unterstützt das Gerät? Welcher Steckertyp wird benötigt? Und welche Datenrate beziehungsweise Ladeleistung ist für die Anwendung tatsächlich vorgesehen?