Schéma ukazuje zapojení kabelu USB s konektory A, B.

  Obsah :

• Architektúra USB
• Typy konektorov
• Protokol
• Typy prenosov USB
• USB kontra FireWire

V roku 1995 dohodou firiem Intel, Compaq, IBM, Microsoft, NEC, Digital Equipment a Northern Telecon sa začal vývoji štandardu - Univesal Serial Bus. Cieľom bolo vytvoriť jednoduché, univerzálne, ľahko používateľné, lacné a hlavne rýchle sériové rozhranie na pripojenie periférnych zariadení k počítaču . V roku 1999 sa pokračoval vývoj novej špecifikácie rozhrania USB s označením 2.0. Jeho hlavnou prednosťou je vyššia prenosová rýchlosť a spätná kompatibilita s USB 1.1.

Po implementácii USB zmiznú zo zadných panelov PC konektory na pripojenie klávesnice, paralelných a sériových portov, MIDI, rozhrania SCSI a pod. Prínosom USB je možnosť pripojovania perifétii bez nutnosti reštartovať systém, nakoľko každé periférne zariadenie može nielen komunikovať ale aj vyslať požadované identifikačné údaje, na základe ktorých bude systémom rozpoznané a bude preň nastavený príslušný ovládač (-- > krok ku správnemu Plug&Play). Ďalším prínosom je použitie dvoch prenosových rýchlostí pre pomalé (1,5 Mb/s) a pre rýchle zariadenia (12 Mb/s). USB umožňuje pripojenie až 127 zariadení hviezdicovou topologiou (cez rozbočovač - hub) s maximálnou dĺžkou individuálneho kábla 5 m (údaje sa prenášajú po zbernici sériovým spôsobom bit po bite).

  Architektúra USB

Architektúru USB možno rozdeliť do 3 častí :

1. Host hardvér a softvér - je časť uložená v počítači. Má za úlohu sprostredkovať kontakt medzi softvérom a USB perifériami tak, aby sa vstupno - výstupný systém javil ako jeden celok a aby sa softvér nemusel zaoberať konkrétnymi záležitosťami týkajúcimi sa pripojenia jednotlivých periférii.
    
2. Druhou úrovňou sú tzv. huby alebo rozbočovače. Počítače, ktoré disponujú rozhraním USB, majú obyčajne dva, pripadne viac USB konektorov. K počítaču možno však pripojiť až 127 zariadení USB. Aby to bolo realizovateľné treba zväčšiť počet prípojných miest pomocou hubov. Hub je buď samostatné zariadenie, alebo je súčasťou niektorého iného zariadenia, ako je napríklad klávesnica, tlačiareň, monitor a pod. Pripája sa na port USB a nesie spravidla 4 až 7 USB konektorov, do ktorých možno pripojiť koncové zariadenia alebo ďalšie USB huby, a to až do piatich podúrovní. Okrem rozšírenia počtu prípojných miest je úlohou hubu je aj riadiť komunikáciu pripojených zariadení - identifikovať zariadenie, prideliť mu identifikátor, pomocou ktorého následne ho oslovuje riadič USB, indikovať pripojenie a odpojenie zariadenia a distribuovať napájanie pre tie zariadenia, ktoré sú napájané z rozhrania (do 500 mA).
    
3. Na huby sú pripojené jednotlivé zariadenia USB. Tie musia preukazovať určitú inteligenciu v tom, že sa vedia identifikovať a opísať svoju konfiguráciu, aby im bolo možné priradiť správne ovládače a používať ich v aktuálnej konfigurácii. (To umožňuje pripájanie a odpájanie zariadení priamo počas behu operačného systému - hot plug and hot unplug.)

  Typy konektorov

USB je sériová zbernica, kde sa údaje prenášajú po jednotlivých bitoch. Aby sa znížil vplyv rušenia, prenášajú dátové vodiče navzájom negované signály. Napäťové úrovne sú v rozsahu 0 až 3,3V.
USB rozhranie používa dva typy konektorov, ktoré pomáhajú odlíšiť smer zapojenia. Smer od koreňového Hub-u ku koncovému zariadeniu sa nazýva downstream, opačný smer sa nazýva upstream.
Konektor typu A je vždy pre upstream.
Konektor typu B je vždy pre downstream.

Okrem týchto dvoch základných typov sa občas používajú aj ďalšie typy, väčšinou známe ako Mini-B. tieto konektory sa používajú najmä v malých zariadeniach, napr. v digitálnyh fotoaparátoch. Mini-B konektor sa vyskytuje buď ako plochý (zmenšený konektor typu A), alebo ako štvorcový (zmenšený konektor typu B).

USB zbernice používajú tri rýchlosti toku dát :

USB zbernice využívajú 4 vodiče. Po dvoch vodičoch je prenášané napájacie napätia a zem. Po ďalších dvoch sú prenášané diferenciálne vlastné dáta. V´daka tomu má USB zbernica i pri vyšších prenosových rýchlostiach značnú odolnosť voči šumu a rušeniu.

  Protokol

USB je riadená zbernica, kde všetky dátové prenosy inicializuje „host controller“.
Väčšina zbernicových prenosov dát pozostáva až z troch packetov. Každý prenos začína tým, že host controller vyšle USB packet popisujúci typ a smer prenosu, adresu zariadenia a číslo koncového bodu v zariadení. Tento packet je označený ako „token packet“. USB zariadenie, ktoré rozpozná svoju adresu, sa pripraví na prenos. Potom zdroj dát vyšle „dátový packet“ alebo oznámi, že nemá žiadne dáta na vysielanie. Prenos je ukončený tým, že príjemca vyšle „handshake packet“, ktorý potvrdí úspešný prenos.

  Typy prenosov USB :

Pre USB sú definované štyri typy prenosov údajov:

• Riadiaci prenos (Control transfer)
  - sa používa k riadeniu hardvéru, pracuje s vysokou prioritou a automatickým zabezpečením chýb; prenosová rýchlosť je vysoká a na jeden dotaz je možné preniesť až 64 bajtov.
• Prenos cez prerušenie (Interrupt-Transfer)
  - používajú zariadenia, ktoré periodicky vysielajú menšie množstvo údajov (napríklad myši alebo klávesnice). Počítač si periodicky (napríklad každých 10ms) žiada nové údaje. Typicky sa na jednu požiadavku prenesie 8 bajtov.
• Hromadný prenos (Bulk-Transfer)
  - je vhodný pre prenos veľkého množstva údajov so zabezpečením. Priorita prenosu je nízka, takže tento typ nie je vhodný pre časovo kritické operácie (typické použitie: tlačiareň, skener, externý ZIP).
• Izochrónny prenos (Isochronous-Transfer)
  je vhodný pre prenos veľkého množstva údajov s definovanou rýchlosťou (najvyššia priorita) bez zabezpečenia. Je vhodný pre systémy, kde je chyba prenosu menším zlom, ako ich výpadok (napríklad vonkajšie zvukové karty).

  USB kontra FireWire

Vysoká prenosová rýchlosť rozhrania USB 2.0 konkuruje rozhraniu IEEE 1394 - FireWire ("žeravý drôt" známe aj ako iLink), ktoré má prenosovú rýchlosť 400Mb za sekundu. Pretože USB je lacnejšim riešením, má podporu kompatibility so zariadeniami USB 1.1, už pracujúcimi.

Rozdiel medzi USB a FireWire je v topológii:

• kým USB má hviezdicovú topológiu
• FireWire má topológiu peer to peer, ktorá je výhodná pre spotrebnú elektroniku (digitálne kamery DVD a pod.)