Gut zu wissen: Was ist USB?

27.09.2018

Nachdem wir vor zwei Wochen die Schnittstellen-Reihe mit dem „Was ist LAN?“-Artikel eingeläutet haben, geht es heute mit dem nächsten im Bunde weiter. Der USB-Port ist für jeden von uns alltäglich: Ob Kabel- oder Wireless Maus, beim Aufladen des Smartphones, oder ganz einfach beim Verbinden des USB-Stick mit dem Computer. Was genau verbirgt sich hinter dem allgegenwärtigen USB? Worin liegen die Unterschiede der verschiedenen Spezifikationen wie USB 2.0 und USB 3.0 Gen 2? Wir verraten es euch!

Universal Serial Bus – USB

Die bekannte Abkürzung USB steht für Universal Serial Bus und beschreibt ein serielles Bussystem, welches vom Zusammenschluss einiger Firmen – darunter NEC und Microsoft – für den Anschluss von Peripheriegeräten an PCs entwickelt wurde. Ein Computer mit USB-Anschluss, aber auch USB-Sticks, können im laufenden Betrieb miteinander verbunden werden, wobei das externe Gerät und dessen Eigenschaften automatisch erkannt werden. Dieser Prozess wird als Hot Plugging bezeichnet.

Vom USB 1.0 zum USB 3.1 SuperSpeed – Die Entwicklung der Schnittstelle

Im Jahr 1996 wurde die erste Spezifikation USB 1.0 mit einer Datenrate von 12 Mbit/s auf den Markt gebracht. Mit der Einführung von USB 2.0 im Jahr 2000 konnten dank einer Datenrate von bis zu 480 Mbit/s nun auch Festplatten und Videogeräte angeschlossen werden.

Vor zehn Jahren wurden dann die neuen Spezifikationen für USB 3.0 SuperSpeed – auch USB 3.1 Gen. 1 genannt – mit einer Datenrate von 5 Gbit/s vorgestellt. Zeitgleich wurden auch neue Kabel, Stecker und Buchsen eingeführt. 2013 wurde der USB 3.1 – bekannt als USB 3.1 Gen. 2 – der die Geschwindigkeit des Vorgängers auf 10 Gbit/s verdoppelte, fertiggestellt. Die allerneueste Spezifikation USB 3.2 mit einer Datenrate von bis zu 20 Gbit/s wurde erst 2017 veröffentlicht.

Übrigens: Jedes System der spo-comm Mini-PCs ist mit mindestens einem USB 3.0-Port ausgestattet!

Übertragungstechniken des USB

Durch einen Host-Controller, der im Regelfall auf dem Mainboard verbaut ist, wird die Kommunikation bei USB gesteuert. Nur dieser Controller kann die Daten eines Geräts lesen oder Daten zum Gerät senden. Das Gerät darf jedoch nur Daten senden, wenn dies vom Host-Controller abgefragt wird.

Es gibt vier etablierte Standards, an die sich die USB-Controller-Chips halten und die sich in ihrer Leistungsfähigkeit und der Implementierung von Funktionen unterscheiden:

Universal Host Controller Interface (UHCI): Wurde 1995 von Intel spezifiziert und bietet Datenraten von 1,5 bis 12Mbit/s.

Open Host Controller Interface (OHCI): Von einem Firmenkonsortium entwickelt und nur marginal schneller als sein Pendant UHCI.

Enhanced Host Controller Interface (EHCI): Stellt USB 2.0 Funktionen bereit und ist für den Hi-Speed-Modus (480 Mbit/s) konzipiert. Bei Übertragung zu einem USB 1.0/1.1 Gerät muss weiterhin OHCI & UHCI unterstützt werden.

Extensible Host Controller Interface (xHCI): xHCI wurde 2010 von Intel veröffentlicht, bietet USB 3.0 Funktionen und stellt den SuperSpeed-Modus mit 4,0 Gbit/s bereit – bei USB 3.1 sogar 9,7Gbit/s.

Die verschiedenen Steckertypen eines USB

Der Universal Serial Bus kennt diverse Stecker und Buchsen, die sich unter anderem in ihren Maßen, aber auch in den möglichen Datenübertragungsgeschwindigkeiten unterscheiden.

Der aktuellste unter ihnen ist der universelle USB Typ C Anschluss, der wegen seiner niedrigen Bauhöhe und –breite unter anderem auch in Smartphones eingesetzt wird. Hier sind Datenraten von bis zu 10 Gbit/s bzw. 1,25Gb/s möglich, da USB 3.1 Gen 2 unterstützt wird. Die USBC-Schnittstelle ist dafür geeignet Audio- und Videodaten parallel zu USB-Daten zu übertragen und unterstützt außerdem auch DisplayPort, PCIe & Thunderbolt.

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