Afkodning af USB-standarderne fra 1.0 til 4.0

(Billedkilde: Same Sky)

Universal Serial Bus, bedre kendt under den forkortede form USB, er nok den mest velkendte standard for interkonnektivitet på markedet i dag. Men mange mennesker, især dem uden for ingeniørbranchen, tænker måske ikke over, hvad USB indebærer. Enkelt sagt er "bus" en måde at overføre data eller strøm på i et elektronisk system mellem forskellige komponenter, mens udtrykket "seriel" angiver, at dataene overføres en bit ad gangen over den samme ledning (eller et par ledninger). Tilsammen udgør USB en teknisk standard, der fastlægger "universelle" specifikationer for de stik og kabler, der bruges til at forbinde de forskellige enheder i et elektronisk system.

USB er en enkel og praktisk måde at forbinde og datakommunikere mellem enheder på, men har udviklet sig til at kunne meget mere siden sin debut i 1996. Før indførelsen af denne teknologi i 1990'erne var forbindelseslandskabet præget af kompleksitet og langsomme dataoverførselshastigheder. Takket være mere end 25 års konstante forbedringer og ændringer har USB og USB Implementers Forum (USB-IF) skabt forbindelsesmuligheder, der ligger ud over det, man oprindeligt troede var muligt, med stadigt stigende datahastigheder, strømoverførsel og meget mere. Med disse løbende forbedringer er der imidlertid kommet nye standarder, opdateringer af eksisterende standarder og en række forskellige navnekonventioner. Derfor kan det at forsøge at holde sig ajour med de nyeste USB-standarder være en opgave, der kan give anledning til både forvirring og modsigelser. Denne artikel har til formål at give en detaljeret historie om USB-standarderne og samtidig afklare de seneste USB-navnekonventioner.

Forbindelse før USB

Som nævnt ovenfor var det før USB-tiden et landskab, hvor langsomme dataoverførselshastigheder var normen, ofte fra 100 kilobyte (kB) pr. sekund for parallelle til 450 kilobit (kb) pr. sekund for serielle. Computerproducenterne anvendte ikke kun både serielle og parallelle porte, men der var også en række forskellige proprietære stik, stik og kabler, som ofte krævede dedikerede drivere og kort. Desuden var hot-swapping eller hot-plugging begrænset, hvilket betød, at hardwaren skulle slukkes, før der kunne sættes en enhed i og tændes for den igen.

USB-IF begyndte udviklingen af USB-standarden i 1994 med flere forudgaver (USB 0.8 og 0.9), som blev annonceret, men aldrig blev kommercielt tilgængelige. I 1995 afsluttede USB 0.99 listen over standarder, der var blevet frigivet på forhånd, og var igen ikke kommercielt tilgængelig.

USB 1.0 og 1.1

USB 1.0 markerede den første større udgave af USB-standarderne i 1996 og tilbød dataoverførselshastigheder på 1,5 megabit pr. sekund (Mbps) ved lav hastighed og 12 Mbps ved fuld hastighed. Selv om USB 1.0 gav mulighed for hot-swapping og selvkonfigurering, blev den ikke bredt anvendt som den første kommercielt tilgængelige version af USB.

To år senere, i 1998, blev USB 1.1 introduceret. Selv om den matchede dataoverførselskapaciteterne fra USB 1.0, kunne den også fungere ved lavere hastigheder til enheder med lavere båndbredde. USB 1.1 fik betegnelsen Full Speed og blev som bekendt indført af Apples iMac G3, som afskaffede brugen af serielle og parallelle porte. Dette banede vejen for en bredere udbredelse af USB-standarderne fremadrettet. USB 1.0 og 1.1 specificerede også brugen af fysiske USB-stikstandarder, type A og type B.

Figur 1: Standarder for USB-stik af type A og type B. (Billedkilde: Same Sky)

USB 2.0

Starten af det 21. århundrede medførte et stigende behov for højere dataoverførselshastigheder på grund af den stigende accept af pc'er og deres forskellige perifere enheder. Derfor kom USB 2.0 på markedet i april 2000. Denne standard havde en dataoverførselskapacitet på 480 Mbps, men busbegrænsninger reducerede denne kapacitet til 280 Mbps. USB 2.0 fik betegnelsen High Speed og var bagudkompatibel med de tidligere standarder og deres hastigheder på 1,5 eller 12 Mbps. På dette tidspunkt begyndte brugen af USB som strømkilde at blive en mere almindelig praksis, og de elektriske standarder tilbød op til 500 mA strøm ved 5 V.

USB 2.0 introducerede også USB On-the-Go, som gjorde det muligt for to enheder at interagere uden behov for en separat USB-vært. Indtil nu har USB-forbindelser altid været mellem en host (en computer) og et perifert udstyr (mus, tastatur, musikenhed osv.).

Med hensyn til fysiske stikstandarder er USB 2.0 kompatibel med USB Type A, B og C-stik samt Mini og Micro A og B. De fysiske stik af Micro A & B og Type C blev dog indført mange år senere, i henholdsvis 2007 og 2014.

USB 3.0

USB 3.0 og senere er USB-standarderne blevet ændret flere gange og har ændret deres navnekonventioner. For forhåbentlig at begrænse forvirringen vil vi henvise til standarderne ved deres oprindelige navn, før vi forklarer de seneste navngivningskonventioner nærmere.

USB 3.0 blev lanceret i 2008 og understøttede dataoverførsel på op til 5 gigabit pr. sekund (Gbps), men opnåede hastigheder tættere på 3 Gbps. USB 3.0, der kaldes SuperSpeedUSB, fordoblede de fire forbindelseslinjer i USB 2.0-hardware til otte og muliggjorde tovejsoverførsel af data, samtidig med at den var bagudkompatibel med USB 2.0. Standarden har også øget strømkapaciteten til 900 mA ved 5 V. Det er også vigtigt at bemærke, at USB 3.0-specifik hardware, såsom USB 3.0 Type A & B-stik, er farvet blå for at angive deres kompatibilitet.

Med indførelsen af navnekonventioner for USB 3.2 er USB 3.0 nu kendt som USB 3.2 Gen 1.

USB 3.1

USB 3.1 er identisk med USB 3.0 og var en midlertidig standard, der blev frigivet i 2013, og som blot fordoblede datahastigheden til 10 Gbps. Den fik betegnelsen SuperSpeed+ og havde på et tidspunkt en todelt navngivningskonvention: USB 3.1 Gen 1 (USB 3.0) og USB 3.1 Gen 2. Med indførelsen af USB 3.2-navnekonventioner kaldes USB 3.1 Gen 2 nu for USB 3.2 Gen 2.

USB 3.2

USB 3.2-standarden, der blev introduceret i september 2017, erstattede USB 3.0- og 3.1-standardens navnekonventioner og tilføjede samtidig et tredje niveau af datakapacitet på op til 20 Gbps. Denne standard, der kaldes USB 3.2 Gen 2x2, udnytter fuldt ud USB Type-C®-stikkets dobbeltsporede dataoverførselskanaler, som kan overføre 10 Gbps i hver retning over to ledningspar. Det er også almindeligt at se de to nederste niveauer af USB 3.2-standarden anført som USB 3.2 Gen 1x1 eller USB 3.2 Gen 2x1, hvilket blot giver en ekstra kontekst for antallet af datalinjer, der anvendes.

For yderligere afklaring har USB-IF leveret en opdateret branding for hvert niveau, som består af den velkendte SuperSpeed USB-branding efterfulgt af dataoverførselsgrænsen. Som det fremgår af tabel 1 nedenfor, er disse alternative navne følgende: SuperSpeed USB 5 Gbps, SuperSpeed USB 10 Gbps og SuperSpeed USB 20 Gbps.

Tabel 1: Definition af USB 3.2-navnekonventioner. (Billedkilde: Same Sky)

USB 4.0

USB 4.0 er baseret på Thunderbolt 3-protokollen og blev frigivet i august 2019 med dataoverførsel på op til 40 Gbps og en dedikeret videooverførselsmetode. Power Delivery 3.1-standarden øgede også USB's strømkapacitet til 240 W. Teknisk set er Power Delivery-standarderne og USB 4.0 separate, men de blev udviklet parallelt og findes ofte sammen. Begge de seneste standarder udnyttes kun fuldt ud via hardwarefunktionerne i det fysiske USB Type C-stik.

USB-IF har også finpudset USB 4.0-navnekonventionerne og ændret dem til USB4 med de følgende to niveauer:

• USB4 20 Gbps (datahastighed svarer til navnet)
• USB4 40 Gbps (datahastighed svarer til navnet)

Hver af de tidligere nævnte niveauer for USB4 og USB 3.2 har et nyt logo til brug på produkterne i håb om at fjerne enhver forvirring hos forbrugerne på markedet. De mange forskellige navne for USB-standarderne har imidlertid givet flere udfordringer, da enhederne stadig ofte omtales efter det gamle navngivningsskema.

Tabel 2: Nuværende USB-navnekonventioner og tilhørende logoer (Billedkilde: Same Sky)

Fremtiden for USB

Forhåbentlig har denne artikel været med til at opklare noget af den forvirring, der hersker omkring USB-standarderne, samtidig med at den har givet et glimt af den hastigt voksende historie om deres stadigt forbedrede muligheder og funktionalitet. Det kan være let at tage denne lille, omkostningseffektive og nemme måde at forbinde periferiudstyr på, som findes i smartphones, mobile enheder og endda industrielle applikationer, for givet. USB-stik, der udelukkende bruges til opladning(USB Type C er designet til rene strømapplikationer) uden nogen form for dataoverførsel, er endog ved at blive almindelig praksis. Man kan roligt sige, at USB vil fortsætte med at finde nye anvendelser og muligheder langt ind i fremtiden, og Same Sky har dækket ingeniørerne med et udvalg af USB-stik og USB-kabler i forskellige formfaktorer, der er designet til at opfylde flere USB-standarder.