Vi dekoder USB-standardene fra 1.0 til 4.0

(Bildekilde: Same Sky)

Universal Serial Bus, bedre kjent som USB, er uten tvil den mest anerkjente sammenkoblingsstandarden på markedet i dag. Mange mennesker, spesielt de utenfor ingeniørmiljøet, vil kanskje ikke tenke på hva USB faktisk innebærer. For å si det enkelt, er en «buss» en måte å overføre data eller strøm på i et elektronisk system mellom forskjellige komponenter, mens uttrykket «seriell» betyr at dataene overføres en bit om gangen over samme ledning (eller noen få ledninger). USB tilbyr en teknisk standard som etablerer «universelle» spesifikasjoner for kontaktene og kablene som brukes til å koble sammen de forskjellige enhetene i et elektronisk system.

USB er en enkel og praktisk måte for sammenkobling og datakommunikasjon mellom enheter, og teknologien har utviklet seg til å gjøre mye mer siden debuten i 1996. Før den ble introdusert på 1990-tallet, var landskapet for sammenkoblinger et område med mye kompleksitet og langsom dataoverføring. Takket være mer enn 25 år med jevnlige forbedringer og endringer, har USB og USB Implementers Forum (USB-IF) utviklet sammenkoblingsmuligheter utover det man opprinnelig trodde var mulig med de stadig økende datahastighetene, strømoverføring, med mer. Med disse kontinuerlige forbedringene har det imidlertid kommet nye standarder, oppdateringer av eksisterende standarder og en rekke navnekonvensjoner. Som et resultat kan det være utfordrende å prøve å holde tritt med de nyeste USB-standardene, og kan møtes med både forvirringer og motsetninger. Denne artikkelen har som mål å gi en detaljert historie om USB-standardene, og samtidig klarlegge de siste USB-navnekonvensjonene.

Sammenkobling før USB

Som nevnt ovenfor, var landskapet før USB et landskap der langsom dataoverføring var normen, ofte fra 100 kilobyte (kB) per sekund for parallell til 450 kilobit (kb) per sekund for seriell. Datamaskinprodusentene brukte både serielle og parallelle porter, og det var også en rekke proprietære plugger, kontakter og kabler som ofte krevde dedikerte drivere og kort. I tillegg var utskiftning under drift (hot-swapping) eller inn-/utplugging under drift (hot-plugging) begrenset, noe som gjorde det nødvendig å slå av maskinvaren før enheter ble koblet til, for så å slå på maskinvaren igjen.

USB-IF begynte utviklingen av USB-standarden i 1994, der flere forhåndsutgivelser (USB 0.8 og 0.9) ble annonsert, men disse ble aldri kommersielt tilgjengelige. I 1995 avsluttet USB 0.99 listen over forhåndsutgitte standarder, og denne ble heller ikke gjort kommersielt tilgjengelig.

USB 1.0 og 1.1

USB 1.0 markerte den første store utgivelsen av USB-standardene i 1996, og den tilbyr dataoverføringshastigheter på 1,5 megabit per sekund (Mb/s) ved lav hastighet og 12 Mb/s ved full hastighet. Selv om USB 1.0 tilbød bekvemmeligheten av hot-swapping og selvkonfigurasjon, ble den ikke tatt i bruk som den første kommersielt tilgjengelige versjonen av USB.

To år senere, i 1998, ble USB 1.1 introdusert. Selv om dataoverføringsmulighetene kunne jamføres med USB 1.0, kunne den også operere med lavere hastigheter for enheter med lavere båndbredde. Gitt merkevaren Full Speed (full hastighet), ble USB 1.1 som kjent tatt i bruk av Apples iMac G3, som avsluttet bruken av serielle og parallelle porter. Dette banet vei for bredere bruk av USB-standarder fremover. USB 1.0 og 1.1 spesifiserte også bruken av fysiske USB-kontaktstandarder, Type A og Type B.

Figur 1: Kontaktstandardene USB Type A og Type B. (Bildekilde: Same Sky)

USB 2.0

Starten på 21^st århundre førte med seg et økende behov for høyere dataoverføringshastigheter på grunn av den økende aksepten av PC-er og deres forskjellige periferiutstyr. Derfor kom USB 2.0 på markedet i april 2000. Denne standarden kom med dataoverføringsmuligheter på 480 Mb/s, men begrensningene til bussen reduserte dette til 280 Mb/s. USB 2.0 fikk merkevaren High Speed (høy hastighet) og var bakoverkompatibel med de tidligere standardene og hastighetene deres på 1,5 eller 12 Mb/s. På dette tidspunktet begynte bruken av USB som strømkilde å bli mer vanlig, og de elektriske standardene tilbød opptil 500 mA strøm ved 5 V.

USB 2.0 introduserte også USB On-the-Go, som gjorde det mulig for to enheter å samhandle uten noen separat USB-vert. Frem til dette tidspunktet var USB-tilkoblinger alltid mellom en vert (en datamaskin) og en periferienhet (en mus, et tastatur, en musikkenhet osv.).

Når det gjelder fysiske kontaktstandarder, er USB 2.0 kompatibel med USB Type A-, B- og C-kontakter samt Mini og Micro A og B. De fysiske kontaktene til Micro A og B og Type C ble imidlertid introdusert mange år senere, henholdsvis 2007 og 2014.

USB 3.0

Det er utover USB 3.0 hvor USB-standardene har gått gjennom flere iterasjoner og endringer i navnekonvensjoner. For å forhåpentligvis begrense forvirringen, henviser vi til standardene med deres opprinnelige navn før vi klarlegger de nyeste navnekonvensjonene nærmere.

USB 3.0 ble utgitt i 2008 og støttet dataoverføringer på opptil 5 gigabit per sekund (Gb/s), men oppnådde hastigheter på nærmere 3 Gb/s. USB 3.0, som har varemerket SuperSpeedUSB, doblet de fire tilkoblingslinjene i USB 2.0-maskinvaren til åtte og muliggjorde toveis dataoverføring, samtidig som den var bakoverkompatibel med USB 2.0. Standarden økte også strømkapasiteten til 900 mA ved 5 V. Det er også viktig å være oppmerksom på at USB 3.0-spesifikk maskinvare, for eksempel USB 3.0 Type A- og B-kontakter, er farget blå for å indikere kompatibilitet.

Takket være introduksjonen av USB 3.2-navnekonvensjoner, er USB 3.0 nå kjent som USB 3.2 Gen 1.

USB 3.1

USB 3.1 er identisk med USB 3.0, og var en midlertidig standard som ble lansert i 2013 og som rett og slett doblet datahastighetene til opptil 10 Gb/s. Den fikk merkevaren SuperSpeed+ og hadde på et tidspunkt en todelt navnekonvensjon: USB 3.1 Gen 1 (USB 3.0) og USB 3.1 Gen 2. Takket være introduksjonen av USB 3.2-navnekonvensjoner, er USB 3.0 nå kjent som USB 3.2 Gen 2.

USB 3.2

USB 3.2-standarden ble introdusert i september 2017 og erstattet de standard USB 3.0- og 3.1-navnekonvensjonene, samtidig som den la til et tredje nivå av datakapasitet på opptil 20 Gb/s. Denne standarden, som kalles USB 3.2 Gen 2x2, bruker de doble filoverføringskanalene til USB Type-C®-kontakten fullt ut, som kan overføre 10 Gb/s i hver retning over to ledningspar. Det er også vanlig å se de to nederste nivåene av USB 3.2-standarden angitt som USB 3.2 Gen 1x1 eller USB 3.2 Gen 2x1, som ganske enkelt gir ekstra kontekst til antall datalinjer som brukes.

For ytterligere avklaring har USB-IF gitt oppdatert merkevare for hvert nivå, og denne består av den velkjente SuperSpeed USB-merkevaren etterfulgt av dataoverføringsgrensen. Som vist i tabell 1 nedenfor, er disse alternative navnene som følger: SuperSpeed USB 5 Gbps, SuperSpeed USB 10 Gbps og SuperSpeed USB 20 Gbps.

Tabell 1: USB 3.2-navnekonvensjoner definert. (Bildekilde: Same Sky)

USB 4.0

USB 4.0 er basert på Thunderbolt 3-protokollen, og ble lansert i august 2019 med dataoverføringshastigheter på opptil 40 Gb/s og en dedikert videooverføringsmetode. Power Delivery 3.1-standarden økte også strømkapasiteten for USB til opptil 240 W. Selv om Power Delivery-standardene og USB 4.0 teknisk sett er separate, ble de utviklet parallelt og er ofte å finne sammen. Begge de nyere standardene kan kun utnyttes fullt ut gjennom maskinvareegenskapene til den fysiske USB Type C-kontakten.

USB-IF har også forbedret USB 4.0-navnekonvensjonene. De er nå endret til USB4 med følgende to nivåer:

• USB4 20 Gbps (datahastigheten samsvarer med navnet)
• USB4 40 Gbps (datahastigheten samsvarer med navnet)

Hvert av nivåene for USB4, samt USB 3.2 nevnt tidligere, har en ny logo som brukes på produkter i håp om at eventuell forbrukerforvirring på markedet tydeliggjøres. Navnevariasjonen til USB-standardene har imidlertid bydd på flere utfordringer ettersom enheter fortsatt ofte omtales under det gamle navnesystemet.

Tabell 2: Nåværende USB-navnekonvensjoner og tilknyttede logoer (Bildekilde: Same Sky)

Framtiden for USB

Forhåpentligvis har denne artikkelen bidratt til å rydde opp i noe av forvirringen rundt USB-standardene, og samtidig gi et innblikk i den raskt utviklende historien rundt de stadig forbedrede mulighetene og egenskapene. Det kan være fort gjort å ta for gitt denne lille, kostnadseffektive og enkle måten å koble til periferiutstyr på i smarttelefoner, mobile enheter og til og med industrielle konstruksjoner. USB-kontakter som utelukkende brukes til lading (USB Type C utviklet for konstruksjoner utelukkende for strøm) og som ikke har noe funksjonalitet for dataoverføring, er i ferd med å bli vanlig. Det virker logisk at USB vil fortsette å finne nye bruksområder og muligheter langt inn i fremtiden, og Same Sky har teknikere som har tilgang til en rekke USB-kontakter og USB-kabler i ulike formater utviklet for å oppfylle flere USB-standarder.