USB

USB (engl. Universal Serial Bus) on sarjaväyläarkkitehtuuri oheislaitteiden liittämiseksi tietokoneeseen. Kotikäyttäjälle näkyvin hyöty on saman liitännän sopiminen useisiin eri laitteisiin; ennen USB-väylää esimerkiksi hiiren ja näppäimistön saattoi kytkeä ristiin, ja tulostimilla oli omanlaisensa liitäntätapa. Väylä tukee kytke ja käytä -tekniikkaa (engl. Plug and Play), jolloin esimerkiksi tulostin kertoo tietokoneelle mallinsa, ja tietokone voi tämän perusteella asentaa automaattisesti oikean ohjelmiston. Aiemmin käyttäjän piti kertoa käyttöjärjestelmälle asennetun tulostimen merkki ja malli.

USB
USB-liitin (tyyppi A).
USB-liitin (tyyppi A).
Tyyppi sarjaväylä
Julkaisu tammikuussa 1996
Kehittäjä
Käyttötarkoitus tiedonsiirto ja tehonsiirto
Yht. kontakteja
  • 4: positiivinen jännite, 2 data, 1 maa
  • 5 (On-The-Go)
  • 9 (SuperSpeed)
  • 11 (Powered-B SuperSpeed)
  • 24 (USB-C)

Vuonna 1995 johtavat laite- ja ohjelmistovalmistajat (mm. Intel, Microsoft, NEC ja Compaq) perustivat USB Implementers Forumin. Liitäntä eri versioineen on laajasti käytetty pienistä akkukäyttöistä laitteista kuten matkapuhelimista ja MP3-soittimista lähtien.

USB-C-liitäntä tukee käyttöä myös virtalähteen kytkemiseen sekä videokuvan siirtämiseen (näytöt).[1]

USB-arkkitehtuuri

USB-arkkitehtuurissa keskenään kytketyt laitteet noudattavat isäntä/laite-jakoa (engl. host/device). Aiemmin tietokone oli aina isäntä (master) ja siihen kytkettävät laitteet sille alisteisia (slave). Nykyisin isäntinä voi olla myös muunlaisia laitteita, kuten tulostimia ja äänentoistolaitteita.

USB-standardit ja yhteensopivuus

USB-standardeja ovat: USB 1.0–1.1, USB 2.0, USB 3.0 ja USB4.

USB OTG (On-The-Go) on USB-standardiin tehty lisäys, jossa sama laite voi olla sekä isäntä että laite riippuen siitä, kuinka käyttäjä sitä käyttää. USB OTG:ssa laite on joko USB-A tai USB-B laite riippuen siitä, miten päin kaapeli kytketään laitteiden välille. USB-A on oletuksena isäntä ja riippumatta siitä, onko se isäntä vai laite, se syöttää USB-väylälle virtaa.

WUSB on USB 1.1:n ja 2.0:n kanssa yhteensopiva langaton liitäntä. [2]

USB Power Delivery (USB PD) on noin vuodesta 2012 lähtien mukana ollut määrittely, jonka mukaan USB-väylä voi välittää virtaa jopa 240 wattia (5 ampeeria) esimerkiksi kannettavalle tietokoneelle.[3] USB PD on lisätty samaan aikaan USB-C liittimen kanssa ja siitä on julkaistu vuoteen 2022 mennessä kolme versiota (1.0, 2.0 ja 3.0).[3] USB PD 3.1 vuonna 2021 lisäsi uusia kiinteitä jännitteitä ja virtamääriä standardiin.[4]

Alternate Mode -moodin kautta väylä voi kuljettaa eri protokollia kuten DisplayPortia.[1] Eri protokollien käyttöä USB-väylän välityksellä on kehitetty pitkään.[5]

USB-kaapelin sähköinen rakenne

Datajohtopari on usein vihreä ja valkoinen. Lisäksi USB-kaapelin sisällä on käyttöjännitettä varten punainen +5 V johto ja musta maajohto.

USB-kaapelissa datasignaalit muodostavat pareja, joista toisella on vastakkainen suunta. Vastaanottopäässä käänteisvaiheinen signaali käännetään takaisin ja signaalit summataan, jolloin matkan aikana syntynyt häiriö kumoutuu.

USB käyttää linjakoodauksessa NRZI-koodausta.

Standardin mukainen virransyöttö (esimerkiksi tietokoneesta) on 500 mA versioon USB 2.0 saakka[6] ja 900 mA USB 3.0 -liittimen kautta[7].

Liittimet

USB-kaapeleissa on käytetty useita erilaisia liittimiä, jotka jatkossa korvaa USB-C -liitin.[8] Micro-USB on ollut yleinen muun muassa älypuhelimien lataukseen.

USB-C eli USB Type-C on 24-nastainen datan ja energian siirtoon käytettävä USB-liitin. Se julkaistiin vuonna 2013 korvaamaan aiemmat USB-liittimet. Aiemmista versioista poiketen USB-C sopii liitäntään kummin päin tahansa.

Myös Intelin kehittämä Thunderbolt 3 käyttää USB-C-liitintä.

Liittimet USB standardiversioissa
Standardi USB 1.0
1996		 USB 1.1
1998		 USB 2.0
2001		 USB 2.0
päivitetty		 USB 3.0
2008		 USB 3.1
2013		 USB 3.2
2017		 USB4
2019
Maksimisiirtonopeus 12 Mbps 480 Mbps 5 Gbps 10 Gbps 20 Gbps 40 Gbps
Type A -liitin vanhentunut
Type B -liitin vanhentunut
Type C -liitin Vain taaksepäin yhteensopivuus
(Suurennettu yksityiskohtien esittämiseksi)
Mini-A -liitin — vanhentunut
Mini-B -liitin — vanhentunut
Mini-AB -liitin — vanhentunut
Micro-A -liitin — vanhentunut
Micro-B -liitin — vanhentunut
Micro-AB -liitin — vanhentunut

Standardiversiot

USB 1.x

Tammikuussa 1996 julkaistiin USB:n ensimmäinen valmis versio 1.0. Se tukee 1,5 Mb/s (Low Speed) ja 12 Mb/s (Full Speed) nopeuksia. [9] Ensimmäinen laajalti käyttöön otettu versio, USB 1.1, julkaistiin elokuussa 1998. [10]

USB 2.0

Huhtikuussa 2000 julkaistu USB 2.0 tukee nopeampaa tiedonsiirtotilaa High Speed, joka kasvattaa väylän maksiminopeuden 480 megabittiin sekunnissa.[11]

Hi-Speed USB 2.0 logo

Tähän USB-määrittelyyn on myöhemmin tehty muutamia muutoksia, joista tärkeimmät on jälkeenpäin otettu osaksi USB 2.0 -standardia:

  • Mini-A ja Mini-B -liittimet
  • Mikro-USB kaapelit ja liittimet, versio 1.01
  • Mikropiirien väliseen tiedonsiirtoon tarkoitettu InterChip USB
  • USB On-The-Go (OTG) mahdollistaa kahden laitteen välisen tiedonsiirron ilman erillistä isäntää[12]
  • Tuki dedikoiduille latureille[13]
  • Mahdollisuus jopa 1,5 A latausvirtaan yhtä aikaa nopean tiedonsiirron kanssa. Mahdollistaa 5 A maksimivirran.[14]
  • Väylän lepotila virran säästämiseksi[11]

USB 3.0
Pääartikkeli: USB 3.0

Vuonna 2008 julkaistu USB 3.0 mahdollistaa USB 2.0:n verrattuna jopa yli kymmenen kertaa nopeamman tiedonsiirron. USB 3.0:n erottaa USB 2.0:sta sinisestä väristä tai liittimessä olevasta SS-merkinnästä. Lisäksi USB 3.0:ssa on kaksi tiedonsiirtokanavaa, kun taas aiemmissa versioissa on vain yksi.[15]

USB 3.0-versiossa (SuperSpeed) siirtonopeus on 5, 10 tai 20 gigabittiä sekunnissa sukupolvesta riippuen.[16]

Uudemmat määrittelyversiot ovat USB 3.1 ja USB 3.2.

USB4

USB4-määrittely on julkaistu 3. syyskuuta 2019.[17][18] USB4 on taaksepäin yhteensopiva USB 3.2:n, USB 2.0:n ja Thunderbolt 3:n kanssa.[17]

USB4 käyttää USB-C -liitintä.[19] Määrittely tukee 10, 20 ja 40 Gbps nopeuksia.[19]

USB4 Version 2.0 on syyskuussa 2022 julkaistu versio, joka päivittää standardia 80 Gbps nopeudelle ja yhteensopivaksi muiden standardien uudempien versioiden kanssa (DisplayPort ja PCI Express).[20][21]

Ohjelmistotuki

Windows 95 OSR 2.1 ja sitä uudemmat Windows-käyttöjärjestelmät tukevat USB:tä. Linux on tukenut USB:tä versiosta 2.2.18 alkaen. Myös Mac OS 9 ja macOS tukevat USB:tä.

Laitteistotuki

Lähes kaikki tietokonevalmistajat varustavat uudet konemallinsa USB-liitännöillä. USB-liittimellä varustetaan myös osa näytöistä.

Xbox-konsolin ohjaimissa käytetään USB-liitäntää, mutta liitin on muotoiltu siten, että se ei sovi tavallisiin tietokoneisiin. PlayStation 2:ssa ja PlayStation 3:ssa on lisälaitteiden liittämiseksi USB-portteja: PS2:ssa niitä on kaksi ja PS3:ssa 2-4 konsolin mallista riippuen. Microsoftin Xbox 360 -konsoli käyttää USB-portteja, joten ohjaimet voidaan kytkeä myös tietokoneeseen; langattomat Xbox 360 -ohjaimet voi liittää konsoliin tai tietokoneeseen USB-kaapelilla, mutta ohjaimissa itsessään on epästandardi B-liitäntä ja liittäminen vaatii erikoiskaapelin. Xbox One käyttää puolestaan ohjaimissa standardinmukaista USB micro-B -liitintä, joten ne voidaan liittää konsoliin tai tietokoneeseen tavallisella kaapelilla. PlayStation Portablessa on käytettävissä tiedonsiirtoon USB-kaapeli ja Nintendon Wii-konsolissa on kaksi USB-porttia.

Osassa digibokseista on USB-liitäntä kuvien sekä musiikin siirtämiseen tietokoneen ja digiboksin välillä. Erilaiset kannettavat musiikkisoittimet varustetaan lähes aina USB-liitännällä. Liitäntä on myös useissa televisioissa sekä autoradioissa.

USB-portin etuja
  • Plug and Play: Automaattinen asennus ja USB-ajurien asennus.
  • Hot-Plug-ominaisuus: Laitteen voi milloin tahansa kytkeä toimivaan tietokoneeseen eikä uudelleenkäynnistystä tarvita.
  • Samaan USB-porttiin voi kytkeä jopa 127 laitetta samaan aikaan.
  • Suuri nopeus verrattuna perinteiseen sarjaporttiin.

Vaikutus

USB on korvannut useita muita tietokoneissa aiemmin käytettyjä liitäntöjä:[22]

2000-luvulla USB-korvasi muuta tekniikkaa, esimerkiksi levykeasemat jäivät pois USB-muistien yleistyessä.[22] USB:stä tuli myös keino kytkeä muita ulkoisia oheislaitteita kuten Wi-Fi-sovittimia.[22]

FireWire (IEEE 1394) oli USB:n alkuaikana nopeampi, mutta se oli myös kalliimpi toteuttaa sekä nimen käyttö vaati lisenssimaksun maksamista Applelle.[22] Tästä johtuen standardi hajaantui ja eri ratkaisut tarvitsivat eri kaapeleita.[22]

eSATA (External SATA) oli SATA-väylän laajennus ulkoisille kiintolevyille.[23] Käytännössä USB-väylän nopeutumisen vuoksi se ei ikinä yleistynyt.

Katso myös

Lähteet
  1. Brian Nadel: USB-C explained: How to get the most from it (and why it still keeps getting better) computerworld.com. 29.3.2022. Viitattu 2.9.2022. (englanniksi)
  2. Wireless USB Specification Revision 1.1 9.9.2010. USB Implementers Forum. Arkistoitu 28.5.2012. (englanniksi)
  3. Robert Triggs: USB Power Delivery explained: What you need to know about ubiquitous charging androidauthority.com. 25.4.2022. Viitattu 2.9.2022. (englanniksi)
  4. USB Charger (USB Power Delivery) usb.org. Viitattu 2.9.2022. (englanniksi)
  5. Bill Gatliff: Linux-based USB Devices embedded.com. 17.12.2002. Viitattu 2.9.2022. (englanniksi)
  6. http://www.usb.org/developers/whitepapers/power_delivery_motherboards.pdf (Arkistoitu – Internet Archive)
  7. http://www.usb.org/developers/devclass_docs/CabConn_3_0_Compliance_Document_v1.02_2011-10-04.pdf (Arkistoitu – Internet Archive)
  8. Mundy, Jon: USB-C: everything you need to know TrustedReviews. 1.2.2017. Viitattu 20.2.2017. (englanniksi)
  9. Universal Serial Bus Specification (PDF) fl.hw.cz. Arkistoitu 30.1.2018. (englanniksi)
  10. "The PC follows iMac's lead" Business Week. 1999. Arkistoitu 29.7.2012. Viitattu 9.1.2021. (englanniksi)
  11. USB 2.0 Specification ja sen laajennukset USB Implementers Forum. Arkistoitu 28.12.2017. (englanniksi)
  12. OTG and Embedded Host Supplement - Revision 2.0 USB Implementers Forum. Arkistoitu 5.5.2012. (englanniksi)
  13. Arkistoitu kopioBattery Charging v1.1 Spec and Adopters Agreement 15.4.2009. USB Implementers Forum. Arkistoitu 11.1.2021. Viitattu 9.1.2021. (englanniksi)
  14. Battery Charging v1.2 Spec and Adopters Agreement 11.12.2019. USB Implementers Forum. (englanniksi)
  15. Universal Serial Bus 3.0 Specification (ZIP) 12.11.2008. USB Implementers Forum. Arkistoitu 19.5.2014. (englanniksi)
  16. SuperSpeed USB usb.org. Viitattu 30.8.2022. (englanniksi)
  17. USB 4.0 "USB4" Specification Published phoronix.com. 3.9.2019. Viitattu 30.1.2020. (englanniksi)
  18. spec announcement_FINAL.pdf USB-IF Announces Publication of USB4 Specification (PDF) usb.org. 3.9.2019. Viitattu 30.1.2020. (englanniksi)[vanhentunut linkki]
  19. USB4 is coming soon and will (mostly) unify USB and Thunderbolt 6.9.2019. Ars Technica. Viitattu 30.1.2020. (englanniksi)
  20. Petrus Laine: USB Promoter Group esitteli USB4 Version 2.0 -standardin io-tech.fi. 1.9.2022. Viitattu 2.9.2022. (englanniksi)
  21. USB Promoter Group Announces USB4 Version 2.0 businesswire.com. 1.9.2022. Viitattu 2.9.2022. (englanniksi)
  22. Andrew Cunningham: A brief history of USB, what it replaced, and what has failed to replace it arstechnica.com. 18.8.2014. Viitattu 4.9.2022. (englanniksi)
  23. https://www.lifewire.com/external-sata-esata-833450

    Kirjallisuutta
    • Lähteinen, Olavi & Pietikäinen, Ville & Kosonen, Harri: Uusi PC-tekniikan käsikirja, s. 284–289. 6. painos. Helsinki Media Erikoislehdet, 2000 (1997). ISBN 951-832-015-9.

    Aiheesta muualla

     

    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.