Naar inhoud springen

Universal serial bus

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
ProcessorNorthbridgeBatterij (elektrisch)GeheugenkaartVideokaartPeripheral Component InterconnectSouthbridgeRead-only memoryVideokaart
Pc-architectuur:
CPU – FSB – Northbridge –
RAM – AGP/PCIe – Southbridge –
PCI – IDE – SATA – USB

Universal serial bus (Nederlands: universele seriële bus), meestal afgekort tot USB, is een standaard voor kabels, connectoren en communicatieprotocollen waarmee randapparatuur op computers en andere elektronische apparaten wordt aangesloten en van stroom wordt voorzien. De eerste versie werd in 1996 gepubliceerd. De standaard wordt beheerd door het USB Implementers Forum (USB-IF).[1]

USB verving geleidelijk de seriële poort, de parallelle poort en andere afzonderlijke aansluitingen op de pc. Apparaten kunnen worden aangesloten en losgekoppeld terwijl de computer aanstaat (hotplugging). De computer herkent een nieuw aangesloten apparaat en laadt automatisch het juiste stuurprogramma.[2] Via dezelfde kabel kan het aangesloten apparaat van stroom worden voorzien. Met USB Power Delivery kan dat oplopen tot 240 watt.[3]

In de Europese Unie is sinds 28 december 2024 een USB-C-laadaansluiting verplicht voor onder meer mobiele telefoons, tablets en digitale camera's, en sinds 28 april 2026 ook voor laptops.[4]

Geschiedenis

[bewerken | brontekst bewerken]

Ontstaan

[bewerken | brontekst bewerken]

USB werd halverwege de jaren negentig ontwikkeld door zeven bedrijven: Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC en Northern Telecom (later Nortel). Het doel was het aansluiten van randapparatuur op de pc te vereenvoudigen en de vele verschillende poorten te vervangen door één standaard. Bij Intel werkte Ajay Bhatt aan de eerste ontwerpen van de specificatie. Het IEEE erkende USB later als IEEE Milestone.[1]

Op 15 januari 1996 publiceerde het USB-IF revisie 1.0 van de specificatie.[1] De eerste versies kenden twee snelheden: Low Speed (1,5 Mbit/s) voor eenvoudige apparaten zoals toetsenborden en muizen, en Full Speed (12 Mbit/s).[1][2] De invoering verliep aanvankelijk traag. Intels eerste chipset met een ingebouwde USB-controller bevatte een fout, en de ondersteuning in Windows 95 was nog onstabiel. Pas met Windows 98 werd die volwassen. USB brak pas echt door met de herziene versie USB 1.1 uit 1998. In hetzelfde jaar bracht Apple de iMac G3 uit, waarop toetsenbord en muis via USB werden aangesloten.[1]

USB 2.0 en 3.x

[bewerken | brontekst bewerken]

De specificatie van USB 2.0 verscheen op 27 april 2000.[5] Deze versie voegde High Speed (480 Mbit/s) toe. Die snelheid moest USB onder meer laten concurreren met FireWire.[2]

In november 2008 werd USB 3.0 voltooid. Deze versie introduceerde SuperSpeed met 5 Gbit/s, ruim tien keer de snelheid van USB 2.0.[6] Op 31 juli 2013 volgde USB 3.1. Die versie verdubbelde de snelheid tot 10 Gbit/s, onder meer dankzij een efficiëntere datacodering.[7] USB 3.2 (2017) bereikt 20 Gbit/s door twee datakanalen van 10 Gbit/s tegelijk te gebruiken. Dat werkt alleen via een USB-C-aansluiting.[8][9]

USB4

[bewerken | brontekst bewerken]

De architectuur van USB4 (2019) is gebaseerd op het Thunderbolt-protocol, dat Intel daarvoor ter beschikking stelde. USB4 haalt tot 40 Gbit/s over daarvoor gecertificeerde USB-C-kabels. Het blijft compatibel met USB 3.2, USB 2.0 en Thunderbolt 3.[10][11]

In oktober 2022 publiceerde het USB-IF USB4 versie 2.0, met een maximale snelheid van 80 Gbit/s over USB-C.[12] Daarbij wordt PAM3-signalering gebruikt. De verbinding kan ook asymmetrisch worden ingesteld, met 120 Gbit/s in de ene en 40 Gbit/s in de andere richting, bijvoorbeeld voor beeldschermen met een hoge resolutie.[13]

Versies en naamgeving

[bewerken | brontekst bewerken]
VersieJaarMaximale snelheidOorspronkelijke naamLatere namen
USB 1.019961,5 en 12 Mbit/sLow Speed, Full Speed
USB 1.119981,5 en 12 Mbit/sLow Speed, Full Speed
USB 2.02000480 Mbit/sHigh Speed
USB 3.020085 Gbit/sSuperSpeedUSB 3.1 Gen 1, USB 3.2 Gen 1, USB 5Gbps
USB 3.1201310 Gbit/sSuperSpeed+USB 3.1 Gen 2, USB 3.2 Gen 2, USB 10Gbps
USB 3.2201720 Gbit/sUSB 3.2 Gen 2x2USB 20Gbps
USB4201940 Gbit/sUSB4USB 40Gbps
USB4 versie 2.0202280 Gbit/sUSB4 versie 2.0USB 80Gbps

De snelheden zijn theoretische maxima, die in de praktijk niet worden gehaald.

De naamgeving van de USB 3.x-versies leidde tot veel verwarring. Bij de introductie van USB 3.1 werd USB 3.0 hernoemd tot USB 3.1 Gen 1. Met USB 3.2 werden de bestaande snelheden opnieuw hernoemd: 5 Gbit/s werd USB 3.2 Gen 1, 10 Gbit/s werd USB 3.2 Gen 2 en de nieuwe 20 Gbit/s-modus kreeg de naam USB 3.2 Gen 2x2, omdat die twee kanalen van 10 Gbit/s gebruikt.[9] In 2022 voerde het USB-IF nieuwe richtlijnen voor logo's en verpakkingen in. De merknamen SuperSpeed en USB4 verdwenen daarin ten gunste van aanduidingen die alleen de snelheid noemen, zoals USB 5Gbps en USB 40Gbps.[14]

Connectoren

[bewerken | brontekst bewerken]
Vergelijking van USB-connectoren: USB 1.1–2.0 in zwart, USB 3.x in blauw, en USB-C

De oorspronkelijke specificatie kende twee connectoren. De A-stekker wijst naar de host (de computer of een hub) en de B-stekker naar het aangesloten apparaat. Omdat beide mechanisch niet uitwisselbaar zijn, kunnen niet per ongeluk twee hostpoorten met elkaar worden verbonden.[15] Voor kleine apparaten zoals mobiele telefoons werd later de mini-B-connector toegevoegd. De On-The-Go-specificatie introduceerde daarnaast mini-A en mini-AB.[15] In 2009 spraken tien fabrikanten van mobiele telefoons met de Europese Commissie af om vanaf 2010 de nog kleinere micro-B-connector als standaardlaadaansluiting te gebruiken.[16] Later nam USB-C die rol over.[4]

Voor USB 3.x kregen de connectoren extra contacten. De USB 3.x-A-stekker heeft dezelfde vorm als zijn voorganger, met vijf extra pennen, zodat oudere stekkers en poorten compatibel blijven. De USB 3.x-B-stekker is groter dan de USB 2.0-uitvoering en past daardoor niet in een oudere B-aansluiting, terwijl een USB 2.0-B-stekker wel in een USB 3.x-aansluiting past. De micro-B-stekker voor USB 3.x heeft naast het gewone micro-B-deel een extra deel met vijf pennen. USB 3.x-connectoren zijn meestal blauw.[17]

Pin-indeling van de USB-C-stekker, van voren gezien, met de contactrijen A en B

De USB-C-connector is symmetrisch en kan in beide richtingen worden ingestoken. USB 3.2 Gen 2x2 en USB4 werken uitsluitend via USB-C.[9][10] Een USB-C-aansluiting zegt echter niets over de ondersteunde snelheid of functies. Het verschilt per apparaat of bijvoorbeeld beeldoverdracht via DisplayPort of USB Power Delivery wordt ondersteund.[18]

Zie USB-C voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Stroomvoorziening

[bewerken | brontekst bewerken]

Een USB 2.0-poort levert een spanning van ongeveer 5 volt. Een apparaat mag 100 milliampère afnemen totdat de host het heeft geconfigureerd, en daarna maximaal 500 milliampère, mits het apparaat dat bij het aanmelden heeft opgegeven.[15] Bij USB 3.x is de standaardstroom 900 milliampère. Een USB-C-aansluiting kan daarnaast aangeven dat zij 1,5 of 3 ampère bij 5 volt levert.[19] Apparaten die meer vermogen nodig hebben, moeten een eigen voeding hebben of gebruikmaken van USB Power Delivery.

Met USB Power Delivery (USB PD) onderhandelen voeding en apparaat over een hogere spanning en stroom. Aanvankelijk was het maximum 100 watt. Revisie 3.1 van mei 2021 verhoogde dat tot 240 watt, zodat ook grotere laptops via USB-C kunnen worden opgeladen.[3][20] Revisie 3.2 werd in februari 2026 ook als internationale norm IEC 62680-1-2:2026 gepubliceerd.[21] De Europese richtlijn voor een gemeenschappelijke lader schrijft USB Power Delivery voor bij apparaten die met meer dan 5 volt, meer dan 3 ampère of meer dan 15 watt kunnen worden opgeladen.[22]

Techniek

[bewerken | brontekst bewerken]

Topologie

[bewerken | brontekst bewerken]

USB wordt aangestuurd door de host. Per bus is er één host, die alle gegevensoverdracht initieert en de bandbreedte verdeelt. Ondanks de naam worden apparaten niet in serie aan één gedeelde kabel gekoppeld. Ze worden via hubs in een getrapte stervorm aangesloten. Op één bus kunnen maximaal 127 apparaten tegelijk zijn aangesloten.[2] Met de On-The-Go-uitbreiding van USB 2.0 kunnen twee apparaten, zoals een telefoon en een randapparaat, onderling bepalen welk van beide als host optreedt.[2]

Signalering

[bewerken | brontekst bewerken]

Een USB 2.0-kabel bevat vier aders:[15]

PenKleurFunctie
1roodVBUS (5 V)
2witD−
3groenD+
4zwartmassa

De twee data-aders vormen een getwist paar waarover de gegevens differentieel worden verzonden. De bits worden gecodeerd met NRZI (non-return-to-zero inverted), aangevuld met bit stuffing om voldoende signaalovergangen te garanderen. Bij Low en Full Speed geldt een differentiële 1 als D+ boven 2,8 V ligt en D− onder 0,3 V; bij een 0 is dat omgekeerd. High Speed werkt met een constante stroom van 17,78 milliampère om storing te beperken.[15]

USB 3.x behoudt de vier aders van USB 2.0 en voegt aparte aderparen toe voor het zenden en ontvangen van SuperSpeed-gegevens, plus een extra massa-ader.[17]

Protocol

[bewerken | brontekst bewerken]

Bij het aansluiten van een apparaat vraagt de host gegevens op over het apparaat (enumeratie). Aan de hand van een fabrikantcode (VID) en productcode (PID) laadt het besturingssysteem het juiste stuurprogramma. De fabrikantcodes worden tegen betaling door het USB-IF uitgegeven.[2] Voor veelvoorkomende soorten apparaten bestaan aparte klassespecificaties, zoals de HID-klasse voor toetsenborden en muizen. Apparaten binnen zo'n klasse kunnen met een algemeen stuurprogramma werken.[2]

USB kent vier soorten gegevensoverdracht:[2]

  • Control: voor configuratie en besturing van het apparaat.
  • Interrupt: voor kleine hoeveelheden gegevens met een gegarandeerde maximale vertraging, zoals bij toetsenborden en muizen.
  • Bulk: voor grote hoeveelheden gegevens zonder tijdsgarantie, zoals bij opslagmedia en printers.
  • Isochroon: met gereserveerde bandbreedte en een vaste vertraging, geschikt voor audio en video.

Kabellengte

[bewerken | brontekst bewerken]

Kabels voor Low Speed-apparaten moeten vast aan het apparaat zijn bevestigd.[2] Verlengkabels met aan één kant een stekker en aan de andere kant een contrastekker zijn volgens de specificatie niet toegestaan, omdat ze de toegestane kabellengte overschrijden.[15] De specificatie noemt geen harde maximumlengte, maar in de praktijk is 5 meter de grens tussen een hub en een apparaat, of tussen twee hubs. Er mogen hooguit vijf hubs achter elkaar worden geschakeld.[23]

Beveiliging

[bewerken | brontekst bewerken]

In 2014 lieten de beveiligingsonderzoekers Karsten Nohl en Jakob Lell van SRLabs op de conferentie Black Hat zien dat de firmware van de controllerchips in USB-apparaten kan worden geherprogrammeerd. Een USB-stick kan zich zo bijvoorbeeld voordoen als toetsenbord en ongemerkt opdrachten invoeren, of andere apparaten besmetten. Deze aanval, BadUSB, is met gewone antivirussoftware niet op te sporen.[24]

Toepassingen

[bewerken | brontekst bewerken]
Een USB-adapter voor een seriële poort

Voorbeelden van apparaten die via USB worden aangesloten zijn toetsenborden, muizen, printers, scanners, externe harde schijven en SSD's, webcams, digitale camera's, audio-interfaces en smartphones. Kleine apparaten die één geheel vormen met de stekker zijn onder meer de USB-stick, bluetooth-adapters en ontvangers voor draadloze muizen en toetsenborden. Daarnaast wordt USB veel gebruikt om apparaten op te laden of van stroom te voorzien zonder dat er gegevens worden uitgewisseld.

Met adapters kunnen oudere apparaten zonder USB-aansluiting toch op een USB-poort worden aangesloten, bijvoorbeeld via de PS/2-interface, de seriële poort, de parallelle poort of een SATA-aansluiting.

Zie ook

[bewerken | brontekst bewerken]
[bewerken | brontekst bewerken]
  • (en) USB Implementers Forum
  • (en) USB in a NutShell – technische inleiding op USB
Zie de categorie USB van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.
Overgenomen van "https://nl.wikipedia.org/w/index.php?title=Universal_serial_bus&oldid=72069297"