Bus powered 5-Volt Versorgungsspannung auf dem Bus

Transkript

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2 Der Universal Serial Bus im Überblick Geschichte und Entwicklung Das USB Kabel 1.0/1.1/ Überbrückung von Längen Varianten/Typen Kompatibilität Übertragungstechnik / Spezifikation Stromspannung Datenraten Übertragungstechnik Endpunkte Übertragungsmodi Unterstützung in Betriebssystemen USB 3.1 USB und 2.0 Geschichte Typen USB Stecker A Aufbau Stecker Stecker Buchsen Buchsen Aufbau USB Stecker B Stecker Buchsen Aufbau USB Stecker Mini-A/B Micro B Stecker Buchsen Aufbau USB Stecker Micro-A,B Micro-A/B Aufbau Stecker Stecker Buchsen Buchsen Aufbau USB Stecker Micro A,B Aufbau Stecker Buchsen

3 Der Universal Serial Bus (USB) ist ein serielles Bussystem, zur Verbindung eines Computers mit externen Geräten. Hot Swapping (englisch für heißes Tauschen) Bus powered 5-Volt Versorgungsspannung auf dem Bus

4 -USB eignet sich für viele Geräte wie Massenspeicher (etwa Festplatte Diskette, DVD), Drucker, Scanner, Webcams, Maus, Tastatur Lautsprecher Grafikkarten und Monitore. -Einige Geräte, zum Beispiel USB Speicherstick, sind überhaupt erst mit USB entstanden. -USB kann für Geräte mit geringem Stromverbrauch wie Mäuse, Telefone, Tastaturen, aber auch einige Scanner. Den Strom bedarf komplett decken.

5 USB 1.0 Entwickelt von Intel Zum Anschluss von Peripheriegeräten. Idee: Nur noch einen Anschluss im austausch einer ganze Reihe. Fast jeder Gerätetyp hatte seine eigene Schnittstelle. Serielle Parallele Audio-Anschlüsse: PS/1 : Maus Schnittstelle: Mikrofon,Lautsprecher PS/2 1: Drucker/Scanner Maus/Modem : Tastatur Serielle Game-Port: Schnittstelle Joystick 2: Modem SCSI (extern): Scanner, externe Laufwerke

6 USB 1.1 Ende 1998 folgte die überarbeitete Spezifikation USB 1.1. Fehler und Unklarheiten wurden behob und der Interrupt Out Transfer hinzufügt. Nachteile: Die Übertragungsgeschwindigkeit! Massenspeicher bei einer Datenrate von 12 Mbit/s schlecht einsetzbar. Der Konkurrent 1995 Appels FierWiere-Standard (IEEE 1394), mit 400 Mbit/s.

7 USB wurde USB 2.0 spezifiziert Auf dem Markt erst ab 2002 Hauptsächliche Neuheit: Die Datenrate von 480 Mbit/s und so den Anschluss von Festplatten oder Videogeräten über USB 2.0 möglich.

8 Kurze Zusammenfassung bevor wir zu USB 3.0 kommen! Eigenschaften USB LowSpeed Modus mit 1,5 MBit/s für z.b. Maus und Tastatur -FullSpeed Modus mit 12 MBit/s für Geräte mit mittleren Übertragungsraten, wie Audio oder ISDN -Integrierte Stromversorgung bis 500mA je Port -Geräte können bei laufendem Betrieb angeschlossen werden ("hot-plug") und werden automatisch erkannt. -Durch USB-Hubs und entsprechende Kaskadierung können bis zu 127 Geräte angeschlossen werden. -Maximale Kabellänge 5m Eigenschaften USB 2.0 -HighSpeed Modus mit 480 MBit/s -Architektur und Programmiermodell von USB 2.0 entsprechen dem von USB 1.1 -Ideal für Video, externe Festplatten und CD-Brenner

9 USB 3.0 Das USB Implementers Forum, dem unter anderem die Unternehmen HP, Microsoft und Intel angehören, stellt 2008 die Spezifikation für USB 3.0 vor. -Zusätzliche Pins bei USB 3.0 -bis zu 640 MB/s sprich ca. zehnmal so schnell wie USB 2.0 -Zum teil Abwärtskompatible

10 -Abschirmung jäh nach Kabellänge und Geschwindigkeit. -Vier Adern -Spannung von 5V -Kabel die der Spezifikation Low Speed entsprechen, dürfen über keinen Stecker verfügen! -Ihr geringe Abschirmung und die dadurch entstehende Flexibilität eigenen sich ideal für Maus und Tastatur.

11 Name Beschreibung 9. SSTX+ Datenübertragung vom Host zum Gerät 8. SSTX mit SSTX+ verdrillt 4. GND Masse 6. SSRX+ Datenübertragung vom Gerät zum Host 5. SSRX mit SSRX+ verdrillt Vorteil: Wesentlich höherer Datensatz Nachteil: Viel Ummantelung Kabel nicht mehr so beweglich

12 - Die Länge der USB-Kabel ist gemäß USB-Spezifikation auf 5 Meter begrenzt, auch wenn 7 Meter bei Mäusen in der Regel kein Problem ist. -Allgemein: Jäh mehr wir über eine schicken Ob Strom oder Daten, desto schwieriger sind lange Strecken fehlerfrei zu bewältigen. Wie also Größere Strecken bewältigen: 1.Mittels aktiver USB-Verlängerungskabel(max. 5m) mal max. 5 Kabel hintereinander. 2.USB-Line-Extender-Bestandteile: Einem Base-Modul, das an den Computer angeschlossen wird, und einem Remote-Modul für den Anschluss des USB-Gerätes. Verbindung über Ethernet.

13 Der Universal Serial Bus im Überblick Geschichte und Entwicklung Das USB Kabel 1.0/1.1/ Überbrückung von Längen Varianten/Typen Kompatibilität Übertragungstechnik / Spezifikation Stromspannung Datenraten Übertragungstechnik Endpunkte Übertragungsmodi Unterstützung in Betriebssystemen USB 3.1 USB 1.0 und 2.0 Geschichte Typen USB Stecker A Stecker Buchsen Aufbau USB Stecker B Stecker Buchsen Aufbau USB Stecker Mini-A/B Stecker Buchsen Aufbau USB Stecker Micro-A/B Stecker Buchsen Aufbau USB Stecker Micro A,B Aufbau Stecker Buchsen

14 USB Stecker Varianten Die Idee -Der USB ist eine I/O-Schnittstelle, die mit dem Steckerwirrwarr der unterschiedlichsten Peripheriegeräte Schluss macht. -Neben Tastatur, Maus, Modem, Drucker, Mikrofon, Lautsprecher, Kamera, Scanner bringt jede neue Peripherie eigene Anforderung an Verbindung bzw.. Schnittstelle mit sich.

15 USB 1.1 / 2.0 Type A Stecker Type A Buchse Type A (Ansicht von vorne) (+ 5 V) 2 - Data 3 + Data 4 GND

16 USB 1.1 / 2.0 Type B Stecker Type B Buchse Type B (Ansicht von vorne) (+ 5 V) 2 - Data 3 + Data 4 GND

17 USB 1.1 / 2.0 Type A und B Funktion -Bei den Steckern bzw. Buchsen unterscheidet man zwischen Downstream und Upstream. -Für den Downstream, also die Richtung vom Host zum Hub, wird das USB-Kabel über die Stecker-Buchse-Kombination Typ A angeschlossen. -Für den Upstream, also die Richtung zum Host, wird das USB-Kabel über die Stecker-Buchse-Kombination Typ B angeschlossen.

18 USB 1.1 / 2.0 Type A und B Upstream- und Downstream-Ports Als Downstream-Ports werden die Buchsen Typ A bezeichnet, die PC-seitig für den Anschluss von USB-Kabeln vorgesehen sind. Des weiteren sind Downstream-Ports an einem USB-HUB zu finden. Als Upstream-Port wird die Buchse an einem USB-Gerät bezeichnet, z.b. an einem Drucker oder Scanner. Der Upstream-Port ist vom Typ B. Die Abbildung rechts zeigt den Upstream-Port eines USB-Hubs.

19 USB 1.1 / 2.0 Type Mini B Stecker Type Mini B Buchse Type Mini B (+ 5 V) 2 - Data 3 + Data 4 ID 5 GND

20 USB 1.1 / 2.0 Type Mini A -Waren für eine gewisse Zeit Teil des USB Standards und sollten insbesondere in Verbindung mit USB On-the-Go (OTG) eine Rolle spielen, wurden jedoch im Mai 2007 offiziell zurückgezogen. -Heute in der Regel auf der Downstream-Seite bei kleinen Geräten im Einsatz. -Die Tendenz aber geht klar Richtung Mirco USB. -Pin Belegung zu Mini USB Type B Autonom.

21 USB 1.1 / 2.0 Type Micro A Stecker Type Micro A Buchse Type Mirco A (Ansicht von vorne) (+ 5 V) 2 - Data 3 + Data 4 ID 5 GND -Wesentlich robuster -Ideal für Kleinstgeräte -On The Go tauglich

22 USB 1.1 / 2.0 Type Micro B Stecker Type Micro B Buchse Type Mirco B (Ansicht von vorne) (+ 5 V) 2 - Data 3 + Data 4 ID 5 GND -Wesentlich robuster -Ideal für Kleinstgeräte -On The Go tauglich

23 USB 1.1 / 2.0 Type Micro AB Die Kombination aus Micro A und Micor B als Mirco AB wird zu On The Go Kommunikation eingesetzt.

24 USB 3.0 Type A Im Jahr 2008 wurden weitere sechs Steckverbindertypen mit zusätzlichen Kontakten definiert. Welche aber fast alle rückwärtskompatible sind und sich an die bisher bekannten Stecktypen anlehnen. Stecker Type A Buchse Type A

25 USB 3.0 Type B Stecker Type B Buchse Type B

26 USB 3.0 Type B Pin-Belegung 1 5V 2 D 3 D + 4 GND 5 SSRX 6 SSRX + 7 GND 8 SSTX 9 SSTX +

27 USB 3.0 Type Micro B

28 USB 3.0 Type Micro B 1 5V 2 D 3 D ID GND 6 SSTX 7 SSTX + 8 GND 9 SSRX 10 SSRX +

29 Kompatibilität Steckkombinationen USB Aufnahmetyp USB 3.0 Standard-A USB 2.0 Standard-A Steckertyp USB 3.0 Standard-A, USB 2.0 Standard-A USB 2.0 Standard-A, USB 3.0 Standard-A USB 3.0 Powered-B USB 3.0 Powered-B, USB 3.0 Standard-B, USB 2.0 Standard-B USB 3.0 Standard-B USB 3.0 Standard-B, USB 2.0 Standard-B USB 2.0 Standard-B USB 2.0 Standard-B (USB 2.0 Mini-AB) (USB 2.0 Mini-A, USB 2.0 Mini-B) USB 2.0 Mini-B USB 2.0 Micro-AB USB 3.0 Micro-B USB 2.0 Mini-B USB 2.0 Micro-A, USB 2.0 Micro-B USB 3.0 Micro-B, USB 2.0 Micro-B USB 2.0 Micro-B USB 2.0 Micro-B

30 Der Universal Serial Bus im Überblick Geschichte und Entwicklung Das USB Kabel 1.0/1.1/ Überbrückung von Längen Varianten/Typen Kompatibilität Übertragungstechnik / Spezifikation Stromspannung Datenraten Übertragungstechnik Endpunkte Übertragungsmodi Unterstützung in Betriebssystemen USB 3.1 USB 3.0 Geschichte Typen USB Stecker A Aufbau Stecker Buchsen USB Stecker B Stecker Buchsen Aufbau USB Stecker Micro B Stecker Buchsen Aufbau USB Stecker Micro-A,B Aufbau Stecker Buchsen

31 Stromspannung über USB -Neben dem Datenprotokoll spezifiziert der USB-Standard die bereitgestellte Spannung. Sie ist stabilisiert, liegt bei 5 V ±5 % und liefert eine Stromstärke von mindestens 100 ma. -Bis USB 3.0 lag die Max ma Leistung bei 500mA seit dem bei 900mA. -Externe Festplatten haben Anlaufströme von 600 ma bis 1100 ma. im Betrieb begnügen sie sich mit 250 ma bis 400 ma -Die kurzzeitige Überlastung des USB-Ports ist in der Regel ok.

32 Datenraten 1,5 Mbit/s (Low Speed) USB Mbit/s (Full Speed) USB Mbit/s (Hi-Speed) USB Mbit/s (SuperSpeed) USB 3.0 -Dies sind jedoch absolute Maximum Werte!

33 Übertragungstechnik -Host-Controller -Nur dieser kann Daten von einem Gerät lesen oder zu einem Gerät senden. -Ein Gerät darf nur dann Daten zum Hostcontroller senden, wenn es von diesem abgefragt wird.

34 Übertragungstechnik Die USB-Controller-Chips in den PCs halten sich an einen von vier etablierten Standards. Diese unterscheiden sich in ihrer Leistungsfähigkeit und der Implementierung von bestimmten Funktionen. Universal Host Controller Interface 1995 unterstützt Geräte: 1,5 oder 12 Mbit/s Open Host Controller Interface September 1999 gleiche Funktionen nur schneller Enhanced Host Controller Interface USB-2.0-Funktionen 480 Mbit/s Extensible Host Controller Interface Mai 2010 USB 2.0 und USB 3.0

35 Übertragungstechnik -Intern adressiert der USB-Controller die angeschlossenen Geräte mit einer sieben Bit langen Kennung, wodurch sich die 127 maximal anschließbaren Geräte ergeben. -Wenn an einem Port neue Geräte detektiert werden, schaltet der Host-Controller diesen ein und sendet dem angeschlossenen Gerät einen Reset. -Dadurch belegt das Gerät zunächst die Adresse 0. -Der Host-Controller fragt meist zuerst nach einem Device-Deskriptor, der unter anderem die Hersteller- und Produkt-ID enthält. -Mit weiteren Deskriptoren teilt das Gerät mit, welche alternativen Konfigurationen es besitzt, in die es von seinem Gerätetreiber geschaltet werden kann.

36 Endpunkte - USB Geräte verfügen über eine Anzahl von durchnummerierten Endpunkten, hardwareseitig eingebunden. - Über diese Endpunkte können voneinander unabhängige Datenströme laufen. - Geräte mit mehreren getrennten Funktionen haben mehrere Endpunkte. - Ein USB-Gerät darf maximal 31 Endpunkte haben - Endpunkt 0 verwendet immer einen Transfer Mode.

37 Übertragungsmodi Die USB Schnittstelle bietet den angeschlossenen Geräten verschiedene Übertragungsmodi an, die diese für jeden einzelnen Endpunkt festlegen können. Isochroner Transfer Interrupt Transfer Bulk Transfer Control Transfer

38 Isochroner Transfer -Garantierte Datenrate -Full-Speed- und High-Speed-Geräte -Ablauf: Definiert das sogenannte Alternate Setting einen Endpunkt mit isochronem Transfer, so reserviert der Host-Controller-Treiber die erforderliche Datenrate. -Wichtig! Steht diese Datenrate nicht zur Verfügung, so schlägt die Aktivierung des genannten Alternate Settings fehl, und es kann mit diesem Gerät keine isochrone Kommunikation aufgebaut werden.

39 Interrupt Transfer -Interrupt-Transfers dienen zur Übertragung von kleinen Datenmengen -Im Endpoint Descriptor teilt das Gerät mit, in welchen maximalen Zeitabständen es nach neuen Daten gefragt werden möchte. -Das kleinstmögliche Abfrageintervall beträgt bei Low-Speed 10 ms, bei Full- Speed 1 ms und bei High-Speed bis zu drei Abfragen in 125 µs.

40 Bulk Transfer -Bulk-Transfers sind für große Datenmengen gedacht, die jedoch nicht zeitkritisch sind. -Diese Transfers sind niedrig priorisiert. -Bulk-Transfers werden durch die Hardware bis zu dreimal wiederholt.

41 Control Transfer -Control-Transfers sind eine besondere Art von Datentransfers. -Control-Transfers werden generell in beide Richtungen bestätigt, so dass Sender und Empfänger immer sicher sein können, dass die Daten auch angekommen sind. -Daher wird der Endpunkt 0 im Control-Transfer-Modus verwendet. Control-Transfers sind zum Beispiel nach dem Detektieren des USB-Geräts und zum Austausch der ersten Kommunikation elementar wichtig.

42 Kompatible mit Betriebssystemen -Der Linux-Kernel unterstützt seit Version 2.2 USB-Controller -Mac OS unterstützt USB 1.1 ab Mac OS 8.1 -Mit Microsoft Windows 95 Kommunikation meist nicht möglich - Microsoft Windows 98 unterstützt USB 1.0, ab Windows 98 SE auch USB 1.1. USB 2.0 -Microsoft Windows NT 4.0 hat keinerlei USB-Unterstützung -Microsoft Windows 2000 (SP4), Microsoft Windows XP (ab SP1), Microsoft Windows Server 2003, Microsoft Windows Vista, Microsoft Windows Server 2008, Microsoft Windows 7 und Microsoft Windows Server 2008 R2 unterstützen USB 1.1 und USB Microsoft Windows 8 unterstützt USB 1.0, 1.1, 2.0, 3.0.

43 USB 3.1 -Im Januar 2013 kündigte die USB Promoters Group eine Geschwindigkeitsverdopplung gegenüber USB 3.0 an. -Damit sollen dann 10 Gbit/s brutto erreicht werden, wobei die gleichen Kabel weiterverwendet werden können. [20] -Ebenfalls wurde bekannt gegeben, dass sich zum ersten mal seit 17 Jahren ein neuer Anschluss namens Typ C in der Entwicklung befindet. -Der USB-Stecker vom Typ C soll Teil des bisherigen Standards für USB 3.1 werden, und auch viele bisher darin vorgesehene, aber kaum genutzte Funktionen, wie das Aufladen mit hohen Stromstärken unterstützen.

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