USB (Universal Serial Bus)

Ein USB (Universal Serial Bus) ist eine allgemeine Schnittstelle, die die Kommunikation zwischen Geräten und einem Host-Controller wie einem Personal Computer (PC) oder Smartphone ermöglicht. Er verbindet Peripheriegeräte wie Digitalkameras, Mäuse, Tastaturen, Drucker, Scanner, Mediengeräte, externe Festplatten und Flash-Laufwerke. Aufgrund seiner vielfältigen Einsatzmöglichkeiten, einschließlich der Unterstützung für elektrische Energie, hat der USB eine Vielzahl von Schnittstellen wie den parallelen und seriellen Anschluss ersetzt.

Ein USB soll das Plug-and-Play verbessern und Hot Swapping ermöglichen. Plug-and-Play ermöglicht es dem Betriebssystem (OS), ein neues Peripheriegerät spontan zu konfigurieren und zu erkennen, ohne den Computer neu starten zu müssen. Außerdem ermöglicht Hot Swapping das Entfernen und Ersetzen eines neuen Peripheriegeräts, ohne den Computer neu starten zu müssen.

Es gibt verschiedene Arten von USB-Anschlüssen. In der Vergangenheit waren die meisten USB-Kabel einer von zwei Typen, Typ A und Typ B. Der USB 2.0-Standard ist Typ A; er hat eine flache, rechteckige Schnittstelle, die in einen Hub oder USB-Host eingesteckt wird, der Daten überträgt und Strom liefert. Eine Tastatur oder Maus sind gängige Beispiele für einen USB-Anschluss vom Typ A. Ein USB-Stecker vom Typ B ist quadratisch mit abgeschrägten Außenecken. Er ist mit einem vorgeschalteten Anschluss verbunden, der ein abnehmbares Kabel wie z.B. einen Drucker verwendet. Der Anschluss vom Typ B überträgt auch Daten und liefert Strom. Einige Anschlüsse vom Typ B haben keinen Datenanschluss und werden nur als Stromanschluss verwendet.

Heute haben neuere Steckverbinder alte ersetzt, wie z.B. der Mini-USB (oder Mini-B), der zugunsten der Micro-USB- und USB-C-Kabel aufgegeben wurde. Micro-USB-Kabel werden normalerweise zum Laden und zur Datenübertragung zwischen Smartphones, Videospiel-Controllern und einigen Computer-Peripheriegeräten verwendet. Micro-USB wird langsam durch Typ-C-Stecker ersetzt, die zum neuen Standard für Android-Smartphones und -Tablets werden.

USB ist für einfache Installation, schnellere Übertragungsraten, hochwertigere Verkabelung und Hot-Swapping ausgelegt. Er hat die sperrigeren und langsameren seriellen und parallelen Anschlüsse endgültig ersetzt.

Der USB wurde von Ajay Bhatt, einem Computer-Architekten, der für Intel gearbeitet hatte, miterfunden und eingeführt. Im Jahr 1994 begannen sieben Unternehmen, darunter Intel, Compaq, Microsoft, IBM, Digital Equipment Corporation (DEC), Nortel und NEC Corporation, mit der Entwicklung des USB.

Ihr Ziel war es, den Anschluss von Peripheriegeräten an einen PC zu erleichtern und die übermäßige Anzahl von Anschlüssen zu beseitigen. Dabei ging es unter anderem um die Schaffung größerer Bandbreiten, die Rationalisierung von Software-Konfigurationen und die Lösung von Auslastungsproblemen bei aktuellen Schnittstellen.

Das USB-Design wird durch das USB Implementers Forum (USBIF) standardisiert, das aus einer Gruppe von Unternehmen besteht, die den USB unterstützen und fördern. Das USBIF vermarktet den USB nicht nur, sondern pflegt auch die Spezifikationen und hält das Compliance-Programm aufrecht. Die Spezifikationen für den USB wurden 2005 mit der Version 2.0 erstellt. Die Standards wurden 2001 von der USBIF eingeführt; dazu gehörten die älteren Versionen von 0.9, 1.0 und 1.1, die rückwärtskompatibel sind.

Eines der größten Merkmale des USB ist das Hot Swapping. Diese Funktion ermöglicht es, ein Gerät zu entfernen oder auszutauschen, ohne dass das System neu gestartet und unterbrochen werden muss. Ältere Ports erforderten, dass ein PC neu gestartet werden musste, wenn ein neues Gerät hinzugefügt oder entfernt wurde.

Der Neustart ermöglichte die Neukonfiguration des Geräts und verhinderte elektrostatische Entladung (ESD), einen unerwünschten elektrischen Strom, der empfindliche elektronische Geräte wie integrierte Schaltkreise ernsthaft beschädigen kann.

Hot Swapping ist fehlertolerant, d.h. es kann trotz eines Hardware-Fehlers weiter betrieben werden. Beim Hot-Swapping bestimmter Geräte, wie z.B. einer Kamera, ist jedoch Vorsicht geboten; es kann zu Schäden an Port, Kamera oder anderen Geräten kommen, wenn ein einzelner Pin versehentlich kurzgeschlossen wird.

Ein weiteres USB-Merkmal ist die Verwendung von Gleichstrom (DC). Tatsächlich verwenden mehrere Geräte eine USB-Stromleitung zum Anschluss an Gleichstrom und übertragen keine Daten. Beispiele für Geräte, die einen USB-Anschluss nur für Gleichstrom verwenden, sind eine Reihe von Lautsprechern, eine Audiobuchse und Stromversorgungsgeräte wie ein Miniaturkühlschrank, ein Kaffeetassenwärmer oder eine Tastaturlampe.

USB Version 1 ist für zwei Geschwindigkeiten zulässig: 1,5 Mb/s (Megabit pro Sekunde) und 12 Mb/s, was bei langsamen E/A-Geräten gut funktioniert. USB Version 2 erlaubt bis zu 480 Mb/s und ist abwärtskompatibel mit langsameren USB-Geräten. Die erste USB-Version 3 (USB 3.0 oder SuperSpeed USB) wurde 2008 veröffentlicht und erlaubte eine Geschwindigkeit von 500 Mb/s (Megabit pro Sekunde). In den Jahren 2013 und 2017 wurden zwei neue USB-Versionen 3 veröffentlicht: USB 3.1 und USB 3.2, die eine Geschwindigkeit von 1,21 Gb/s bzw. 2,42 Gb/s erlaubten.

Stand: 08.10.2020