Der USB (Universal Serial Bus)

  • Heute mal etwas mehr zu einer Schnittstelle, die eigentlich nicht mehr wegzudenken ist. Der USB ist eine I/O-Schnittstelle, die mit dem Steckerwirrwarr der unterschiedlichsten Peripheriegeräte Schluss macht. Diese Schnittstelle kann allerdings nur benutzt werden, wenn auch das richtige Betriebssystem vorhanden ist. Wer versucht, mit Windows 95a oder Windows NT4 auf USB zuzugreifen hat schlechte Karten. Neuere Betriebssysteme ab Windows 98 (2. Ausgabe) bieten volle Unterstützung. Selbst Linux in neuer Version hat keine Probleme mehr mit dem USB. Eines ist allerdings zu beachten! Der richtige Treiber für den Chipsatz sollte installiert sein. Dann klappt es auch mit USB. Es gibt heute einiges an USB-Geräten wie z. B. : Tastatur / Maus / ISDN-Adapter / Kamera / Modem / Scanner / Drucker / Lautsprecher / USB-Parallelport-Adapter / USB-Speichersticks. Es werden mit Sicherheit noch mehr Geräte für diese Schnittstelle kommen, da sie leistungsfähiger als die bisherigen Schnittstellen ist. Der Hauptvorteil liegt sicherlich zum einen in der Geschwindigkeit und zum anderen in ihrem Anschlussverhalten. Allerdings geht in einigen Bereichen der Trend schon zu FIRE-WIRE (noch ein wenig schneller). Neben Tastatur, Maus, Modem, Drucker oder Scanner bringt jedes neue Peripheriegerät eine eigene Schnittstelle mit. Der USB kennt nur einen Steckertyp für alle Geräte, so dass Verwechslungen ausgeschlossen werden können. Die Identifikation der Geräte wird vom USB-Hostadapter im PC durchgeführt, der auch die Grundkonfiguration vornimmt. Der USB ist besonders anwenderfreundlich, da er automatisch das Laden gerätespezifischer Treiber veranlasst. Es sind keine besonderen Einstellungen notwendig. Die USB-Spezifikation sieht das Zufügen und Entfernen der Peripherie-Geräte im laufenden Betrieb vor. Man spricht dabei von Hot-Plugging. Aufbau und Verkabelung: Obwohl der USB von der Namensgebung her ein Bus sein müsste, ist er als kombinierte Stern-Bus-Struktur ausgelegt. An der Spitze steht der USB-Hostadapter im PC. An diesem können bis zu 127 Geräte angeschlossen werden. An den Ausgängen des Hostadapters können einzelne Geräte oder USB-Hubs angeschlossen werden. Spätestens bei mehr als zwei bzw. vier USB-Geräten (je nach Ausstattung des Computers) ist ein solcher Hub als Verteiler notwendig. Neben der Stromverteilung sorgen die Hubs auch dafür, dass immer nur ein USB-Gerät seine Daten zum Hostcontroller schickt. Beim Anschaffen größerer USB-Geräte, wie Drucker oder Scanner, sollte darauf geachtet werden, dass diese einen integrierten USB-Hub besitzen. Dann kann man auf die Anschaffung eines zusätzlichen Hubs für Kleinst-USB-Geräte verzichten. Alle Daten werden über ein bidirektionales Leitungspaar geführt. Dazu kommt noch eine Masseleitung, sowie eine Versorgungsspannungsleitung (+5V). Die Daten werden differentiell Übertragen, wodurch sich der USB als sehr robust erweist. Übertragungsgeschwindigkeit: Um langsame Geräte wie Tastatur und Maus als auch schnelle Geräte wie Modems oder Videokameras über ein und denselben Bus zu führen, wurde die Übertragung über den USB in Kanäle unterteilt. Es gibt einen Low-Speed-Kanal mit bis 1,5 MBit/s (Maus, Tastatur) und einen Medium-Speed-Kanal mit 12 MBit/s (ISDN, Audio), die über dieselbe Schnittstelle geführt werden. Ein High-Speed-Kanal mit 500 MBit/s (Video, Speichermedien) ist auch vorgesehen. Unabhängig welcher Geschwindigkeitskategorie ein Gerät angehört, wird immer der gleiche vierpolige Stecker verwendet. Unterschiede gibt es nur beim Anschlusskabel. High-Speed-Geräte benötigen ein geschirmtes und verdrilltes Kabel. Bei Low-speed-Geräten kann ein ungeschirmtes und unverdrilltes Kabel verwendet werden. Neben der Geschwindigkeitskategorie gibt es auch unterschiedliche Prioritäten bei der Übertragung. Die höchste Priorität haben Geräte, die Daten in Echtzeit liefern und bei denen der Datenfluss nicht unterbrochen werden darf. Die mittlere Priorität ist für Interrupt-Übertragungen, wenn z. B. ein Gerät die Aufmerksamkeit des Prozessors erhalten will. Die niedrigste Priorität haben Massentransfer-Geräte. Die Übertragung der Daten ist meist nicht besonders dringend.

    USB 2.0: Der USB hat sich für Drucker, Scanner, Tastaturen, Mäuse, Modems, Netzwerk- und ISDN-Adapter als Schnittstelle zum Computer durchgesetzt. Neue Anwendungen verlangen allerdings nach höheren Datenübertragungsraten. Externe Festplatten, CD-/DVD-Brenner und andere Peripheriegeräte benötigen deutlich höhere Datenraten. Die wesentlichen Neuerungen der zweiten Auflage ist die vierzigmal schnellere Datenübertragung als bei Version 1.1. USB 2.0 ist trotzdem vollständig abwärts kompatibel zum bestehenden Standard. Vorhandene Kabel und Geräte können weiterhin genutzt werden. Beim Einstecken eines USB-Gerätes schaltet der USB-2.0-Controller automatisch auf die jeweils geforderte Übertragungsgeschwindigkeit um. Dank der Abwärtskompatibilität können sämtliche Datenraten ohne Geschwindigkeitsverlust gleichzeitig genutzt werden. Ein USB-2.0-Gerät, angeschlossen an einem USB-1.1-Controller, kann allerdings nur die maximale Übertragungsrate von 12 MBit/s nutzen. Die USB-On-the-Go-Spezifikation. Über die USB-On-the-Go-Funktion können zwei Endgeräte ihre Daten direkt miteinander austauschen. Normalerweise können USB-Geräte nur als Slaves von einem Host-Rechner angesprochen werden. Mit USB-On-The-Go kann zum Beispiel eine Digitalkamera Daten ohne zwischengeschalteten Computer an einen Drucker schicken. Allerdings werden die Host-Fähigkeiten der On-the-Go-Geräte im Punkt-zu-Punkt-Betrieb nur auf das notwendigste beschränkt sein. Dadurch kann nicht jedes USB-Device mit jedem beliebigen anderen autark kommunizieren.