USB - Was ist das ?


Der Universal Serial Bus (USB) ist ein serielles Bussystem zur Verbindung eines Computers mit externen Geräten. Mit USB ausgestattete Geräte oder Speichermedien, wie etwa USB-Speichersticks oder Docking-Stationen, können im laufenden Betrieb miteinander verbunden (Hot Plugging) und angeschlossene Geräte sowie deren Eigenschaften werden automatisch erkannt und integriert. Etwaige fehlende Treiber weden automatisch installiert.

Versions-Geschichte und Entwicklung (übernommen von Wikipedia)


USB 1.0
Der universelle serielle Bus (USB 1.0) wurde von einem Konsortium aus den Unternehmen Compaq, DEC, Intel, IBM, Microsoft, NEC und Nortel entwickelt und 1996 eingeführt. Wichtige Beiträge leistete das Entwicklungsteam um Ajay Bhatt bei Intel. USB ersetzt viele bisherige PC-Schnittstellen und vereinheitlichte den Anschluss für Tastaturen und Peripheriegeräte wie Drucker, Scanner und externe Massenspeicher.

Als einer der ersten Chipsätze unterstützte 1996 der für den Pentium Pro entwickelte und auch mit dem Pentium II verwendete 440FX das USB-Protokoll, was vor Einführung der ATX-Mainboards jedoch kaum beworben wurde. Ein Grund war die geringe USB-Unterstützung durch die Betriebssysteme Windows 95 und Windows NT 4.0. Auch fehlte es anfangs an USB-Geräten.

USB 1.1
Die Spezifikation USB 1.1 behob 1998 Fehler und Unklarheiten der 1.0-Spezifikation und fügte den Interrupt Out Transfer hinzu. USB 1.x war keine Konkurrenz zu Apples FireWire-Standard (IEEE 1394), der ab 1995 bereits 400 Mbit/s übertrug und 2003 auf 800 Mbit/s beschleunigt wurde. Dennoch setzte Apple die Schnittstelle in der Revision USB 1.1 im 1998 veröffentlichten iMac G3 ein und ersetzte damit den ADB.

USB 2.0
Im Jahr 2000 wurde USB 2.0 spezifiziert. Damit wurde eine Datenrate von 480 Mbit/s möglich. Diese nutzten Produkte wie Festplatten und Videogeräte ab 2002. Unterstützt wird USB 2.0 ab Windows XP Service Pack 1 und ab Windows 2000 Service Pack 4.

USB 3.0
2008 folgte die Spezifikation für USB 3.0 SuperSpeed. Hier werden 5 Gbit/s übertragen. Das ist die Datenrate des verwendeten Leitungscodes 8b10b, mit dem je 8 Nutzdatenbits zur Übertragung in 10 Kanalbits kodiert werden. Daher ergibt sich eine maximale Brutto-Datentransferrate von 4 Gbit/s. Die mögliche Netto-Datenrate liegt etwas unter der Brutto-Datenrate. Dafür wurden neue Stecker, Kabel und Buchsen eingeführt, die teilweise mit den alten kompatibel sind.

Ab Juli 2011 wurde USB 3.0 von AMD in den Chipsatz A75 integriert, sodass keine Zusatzchips auf den Mainboards mehr nötig waren. Zusätzliche Chips steigern die Kosten und den Aufwand für Mainboard-Hersteller, sodass die Integration in den Chipsatz entscheidend zur Verbreitung von USB 3.0 beigetragen hat. Etwa ein Jahr später hat auch Intel USB 3.0 in die 7er-Chipsätze integriert.

USB 3.1
Die im Juli 2013 verabschiedete USB-3.1-Spezifikation verdoppelte die Übertragungsgeschwindigkeit gegenüber USB 3.0 auf 10 Gbit/s brutto. Der mit 128b132b effizientere Leitungscode ermöglichte rechnerisch 1,2 GB/s. Dies führte zu einer Umbenennung. Die USB-3.0-Spezifikation ging in der USB-3.1-Spezifikation auf und heißt nun USB 3.1 Gen 1. Der schnellere SuperSpeed+-Standard wird auch USB 3.1 Gen 2 genannt.

USB 3.2
USB 3.2 verdoppelt die Datenrate auf bis zu 20 Gbit/s bei je einem USB-C-Stecker an jedem Kabelende. Dabei wird ein in vollbeschalteten USB-C-Kabeln vorhandenes zweites Adernpaar parallel verwendet. Die Benennung unterscheidet USB 3.2 Gen 1 bzw. SuperSpeed USB (5 Gbit/s), USB 3.2 Gen 2 bzw. SuperSpeed USB 10Gbps (10 Gbit/s) und USB 3.2 Gen 2×2 bzw. SuperSpeed USB 20Gbps (20 Gbit/s). Bei den Geschwindigkeiten 5 und 10 Gbit/s ist das nur eine neue Benennung; technisch gibt es keinen Unterschied zu den mit USB 3.1 benutzten Protokollen.

USB 4
Die Spezifikation für USB4 wurde 2019 veröffentlicht. USB4 ist der gemeinsame Nachfolger von USB 3.2 und Thunderbolt 3. Die Thunderbolt-Spezifikation wurde dazu Anfang 2019 dem USB-IF übergeben. Diese unterstützt nun baumartig verzweigende Strukturen (Hub-Topologie), wie es bei USB mittels Hubs seit jeher möglich ist. Verpflichtend wurde damit auch der USB-C-Port. Es ist keine höhere Geschwindigkeitsstufe vorgesehen als bei Thunderbolt 3 (40 Gbit/s). Neu ist USB4 Gen 3x2 mit ebenfalls einer Geschwindigkeit von 40 Gbit/s. Zudem ist diese Geschwindigkeit nur optional; mindestens sind nur 20 Gbit/s notwendig. Auch die bekannte Unterstützung von PCI Express bei Thunderbolt 3 ist optional, ebenso USB-PD. Lediglich die USB4-Hubs müssen alle Features beherrschen und sind damit voll kompatibel zu Thunderbolt 3.

Die Video Electronics Standards Association (VESA) gab den Bildübertragungsstandard DisplayPort 2.0 (bzw. DisplayPort Alt Mode 2.0) mit USB4 frei – mit einer Übertragungsrate von bis zu 77,37 GBit/s über ein USB-C-Kabel. Das genügt ohne Komprimierung für 8-K-Videodaten (7680 × 4320 Pixel) bei 10 Bit je Farbkanal und 60 Hertz Wiederholrate. Mit Datenstromkomprimierung (Display Stream Compression, DSC) genügt es für 16-K-Bilder (15360 × 8460) bei 10 Bit und 60 Hertz.

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