Universal Serial Bus

Universal Serial Bus
"Logotipo do USB"
Tipo	Barramento
Histórico de produção
Empresas inventoras	Compaq; DEC; IBM; Intel; Microsoft; Nortel e NEC
Inventado em	Janeiro de 1996
Produzido desde	Maio de 1996
Substituiu	Porta Serial; Porta Paralela; PS/2; entre outras
Dados
Largura	1 bit
Taxa de bits	De 1,5 Mbit/s à 10 Gbit/s, dependendo da versão
Protocolo	Serial

Cabo USB

Universal Serial Bus (USB) é um tipo de conexão "ligar e usar" que permite a fácil conexão de periféricos sem a necessidade de desligar o computador.

Antigamente, instalar periféricos em um computador obrigava o usuário a abrir a máquina; para a maioria das pessoas, esta era uma tarefa quase impossível, devido à quantidade de conexões internas que requeriam a configuração de jumpers e interrupções IRQs, tarefa dificultosa até para profissionais da área tecnológica.

O surgimento do padrão PnP (Plug and Play ou ligar e usar) diminuiu toda a complicação existente na configuração desses dispositivos. O objetivo do padrão PnP foi tornar o usuário sem experiência capaz de instalar um novo periférico e usá-lo imediatamente sem mais delongas. Mas esse padrão ainda era suscetível a falhas, o que causava dificuldades para alguns usuários.

O USB Implementers Forum foi concebido na óptica do conceito de Plug and Play, revolucionário na altura da expansão dos computadores pessoais, feito sobre um barramento que adota um tipo de conector que deve ser comum a todos os aparelhos que o usarem, assim tornando fácil a instalação de periféricos que adotassem essa tecnologia, e diminuiu o esforço de concepção de periféricos, no que diz respeito ao suporte por parte dos sistemas operacionais (SO) e hardware. Assim, surgiu um padrão que permite ao SO e à placa-mãe diferenciar, transparentemente:

• A classe do equipamento (dispositivo de armazenamento, placa de rede, placa de som, etc);
• As necessidades de alimentação elétrica do dispositivo a uma distância de ate 5 metros sem a necessidade de outro equipamento, caso este não disponha de alimentação própria;
• As necessidades de largura de banda (para um dispositivo de vídeo, serão muito superiores às de um teclado, por exemplo);
• As necessidades de latência máxima;
• Eventuais modos de operação internos ao dispositivo (por exemplo, máquina digital pode operar, geralmente, como uma webcam ou como um dispositivo de armazenamento - para transferir as imagens).

Ainda, foi projetado de maneira que possam ser ligados vários periféricos pelo mesmo canal (i.e., porta USB). Assim, mediante uma topologia em árvore, é possível ligar até 127 dispositivos a uma única porta do computador, utilizando, para a derivação, hubs especialmente concebidos, ou se, por exemplo, as impressoras ou outro periféricos existentes hoje tivessem uma entrada e saida USB, poderíamos ligar estes como uma corrente de até 127 dispositivos, um ligado ao outro, os quais o computador gerenciaria sem nenhum problema, levando em conta o tráfego requerido e velocidade das informações solicitadas pelo sistema. Estes dispositivos especiais (os hubs anteriormente citados) - estes também dispositivos USB, com classe específica -, são responsáveis pela gestão da sua subárvore e cooperação com os nós acima (o computador ou outros hubs). Esta funcionalidade foi adaptada da vasta experiência em redes de bus, como o Ethernet - o computador apenas encaminhará os pacotes USB (unidade de comunicação do protocolo, ou URB, do inglês Uniform Request Block) para uma das portas, e o pacote transitará pelo bus até ao destino, encaminhado pelos hubs intermediários.

Concepção

O tridente, o símbolo do USB

O padrão USB foi desenvolvido por um consórcio de empresas, entre as quais destacam-se: Microsoft, NEC, Intel, Compaq, DEC, IBM, Nortel e NEC.

Foi muito difícil para estas empresas encontrar um consenso sobre a abordagem do controlador. Dividiram-se, então, as opiniões, formando dois grupos distintos:

• UHCI, Universal Host Controller Interface, apoiado majoritariamente pela Intel, que transferia parte do processamento do protocolo para o software (driver), simplificando o controlador eletrônico;
• OHCI, Open Host Controller Interface, apoiado pela Compaq, Microsoft e National Semiconductor, que transferia a maior parte do esforço para o controlador eletrônico, simplificando o controlador lógico (driver).

Isto gerou algumas incompatibilidades e lançou a ameaça de dispersão do padrão. Pela experiência anterior em casos de adaptação de padrões (como o caso das extensões individualistas do HTML da Microsoft e da Netscape à versão 3 deste protocolo que, frequentemente, quebrava a compatibilidade entre sites), agora podia-se confirmar a desvantagem de não se conseguir a universalização. Porém, traria novas conclusões para a versão 2.0 deste protocolo, desta vez unidos sob o modelo EHCI, Enhanced Host Controller Interface, permitindo colmatar as falhas e reunir as qualidades dos dois modelos anteriores; mas sem dúvida, o avanço notável desta versão seria o aumento da largura de banda disponível - tornava-se agora possível, com um único driver, transferir som, vídeo e ainda assim usar a impressora, tudo isso pelo mesmo canal - até um total de 480 Megabit/s no usb 2.0, e 5 Gigabit/s no usb 3.0.

História das Versões

Tabela contendo informações superficiais sobre as versões do USB

Nome da versão	Data de criação	Taxa de transferência	Mudanças, novidades e notas
USB 0.8	Dezembro de 1994 (não lançado)	-
USB 0.9	Abril de 1995 (não lançado)	-
USB 0.99	Agosto de 1995 (não lançado)	-
USB 1.0	Janeiro de 1996	1,5 Mbit/s - 12 Mbit/s	USB criado e funcional, usado por alguns dispositivos.
USB 1.1	Agosto de 1998		USB com compatibilidade melhorada e alguns erros corrigidos em relação à versão anterior.
USB 2.0	Abril de 2000	480 Mbit/s	Um salto enorme na qualidade, velocidade, compatibilidade e utilização do padrão USB. Este modelo substituiu qualquer outro padrão e foi usado largamente na indústria tecnológica, sendo popular até os dias de hoje.
USB 3.0	Novembro de 2008	5 Gbit/s	Velocidade largamente melhorada, mesmo sendo muito mais recente e de melhor qualidade que o padrão 2.0, ainda é menos comum que o mesmo, devido ao alto custo e a ausência desse padrão na maioria dos computadores e outros dispositivos. É comum ver esse padrão em laptops e desktops (mesmo de baixa qualidade) e em periféricos de alta qualidade (gamers, principalmente). É possível conectar um padrão 2.0 na porta fêmea do padrão 3.0.
USB 3.1	Julho de 2013	10 Gbit/s	Velocidade aumentada. É extremamente raro ver este padrão em qualquer dispositivo atualmente, nem mesmo nos mais modernos e avançados (não deve ser confundido com o padrão Thunderbolt).

USB 1.1

O padrão 1.1 foi lançado em 1998 para corrigir problemas encontrados no padrão 1.0. Ao ser lançado o padrão USB 1.1 trouxe uma série de vantagens pois graças a uma interface única, a tarefa de conectar diversos tipos de aparelho ao computador tornou-se mais fácil, e aumentou o diversificação de tipos de periféricos, porém tinha como um grande ponto fraco a baixa velocidade na transição de dados (1,5 a 12 Mbps), elevado em consideração as portas seriais, mas muito deficiente em relação a outros tipos de barramentos como o SCSI (80 a 160 Mbps) e o FireWire, principal concorrente cujo maior desenvolvedor era a Apple Inc.. Até então, a baixa transição não era um agravante para as aplicações da época, mas à medida que o uso crescia aumentava a necessidade de taxas maiores na transferência de dados entre um dispositivo e o computador, prejudicando o uso de equipamentos como HDs removíveis, gravadores de DVDs externos, e scanner de alta resolução tornando-se nesse necessário o upgrade do padrão.

USB 2.0

O padrão USB 2.0 foi lançado em abril de 2000 com a velocidade de 480 Mbps, o equivalente a cerca de 60 MB por segundo. O conector continuou sendo o mesmo da versão anterior, totalmente compatível com dispositivos que funcionam com o USB 1.1, mas nesse caso com a mesma velocidade de transferência reduzida do padrão 1.1. Isso ocorre porque o barramento USB 2.0 tentará se comunicar à velocidade de 480 Mbps. Se não conseguir, tentará a velocidades mais baixas até obter êxito.

Uma outra novidade importante é que, a partir dessa versão, os fabricantes poderiam adotar o padrão em seus produtos sem a obrigatoriedade de pagar uma licença de uso da tecnologia. Esse foi um fator importante para a ampliação de novos periféricos que usam a tecnologia e o barateamento desses periféricos.

O lançamento do USB 2.0 também trouxe outra vantagem: o padrão FireWire foi padronizado principalmente para trabalhar com aplicações que envolvem vídeo e áudio, mas como a velocidade do USB 2.0 supera a velocidade das primeiras implementações do FireWire, ele também se tornou uma opção viável para aplicações multimídia, o que aumentou seu leque de utilidades.

USB 3.0

O USB 3.0 chegou ao mercado em 2009, com a mesma praticidade do USB 2.0, sua designação comercial é USB SuperSpeed.

Caracteriza-se principalmente por um aumento da velocidade de transferência que chega a 5 Gigabits por segundo, o equivalente a mais ou menos 614.4 MB/segundo. Devido a mais conexões dentro do próprio USB 3.0, que antes no modelo 2.0, eram 4, no 3.0 chegam a 9, permitindo ser full-duplex, transferindo dados bidirecionalmente, podendo receber e enviar dados ao mesmo tempo.

Encontram-se disponíveis as especificações da versão 3.0. Exemplo do Primeiro HD com USB 3.0.

PCI_Express.2_x1, para adaptadoras USB_3.0, acima

Placas Mãe com conexões USB 2.0 podem usar os benefícios do USB 3.0 com a conexão de placas adaptadoras PCI Express USB 3.0; em especial no caso Placas Mãe que com conexões(portas) PCI-Express x1 geração 2 ou seja PCIe2 x1. Existem também placas adaptadoras para Notebook com saidas USB 3.0.

Especulações USB 3.5 e 4.0

Devido ao lançamento do Thunderbolt, já utilizado em aparelhos MacBook Pro da Apple, como uma substituição do USB padrão, que chegam a taxas de transferências de 20 Gigabits por segundo, existem especulações da entrada do USB 3.5 ao mercado que sairia em 2014, na qual seria um "tapa buraco" entre a versão 3.0 e 4.0 (ainda não lançado), suas taxas de transferências chegariam a 10 Gigabits por segundo.

USB x Thunderbolt

Thunderbolt (também conhecida como Light Peak) veio ao mercado com o intuito de substituir o antigo e recentemente atualizado USB, desenvolvido pela Intel com colaboração da Apple, possuí altas taxas de transferências, até 20 Gbit/s, combinando transferência de dados, áudio, vídeo (em alta definição) e energia em um único cabo. A tecnologia ainda é nova, mas pretende ao longo do tempo, substituir o USB, grandes fabricantes já anunciaram incluir a tecnologia em seus produtos. Mas ainda há um grande caminho, devido ao fato que praticamente os aparelhos USB ainda dominam o mercado.

Conectores

Diferentes conectores USB.

Existem vários tipos de conectores, sendo os tipo A, B e C os padronizados e mais usados na indústria, variando de tamanhos padrão, mini e micro. O mais recente conector, o tipo C (USB-C), esta vindo com a promessa de revolucionar os aparelhos pois com o mesmo conector é possível transferir dados, video, audio e energia (não apenas a pequena quantidade dos conectores anteriores, mas até 100W).

Classes de dispositivos

USB define códigos de classe usadas para identificar a funcionalidade de um dispositivo e para carregar um driver de dispositivo com base naquela funcionalidade. Isso permite que cada codificador de driver de dispositivo suporte dispositivos de diferentes fabricantes que cumprem com um código de determinada classe.

Alguns dispositivos

Entre os mais conhecidos dispositivos que utilizam-se da interface USB estão:

• Impressora
• Scanner
• Webcam
• Teclado
• Mouse
• Unidades de armazenamento (HD, Pendrive, CD-ROM)
• Joystick
• Gamepad
• PDA
• Câmera digital
• Placa-de-Som
• Modem
• MP3 Player
• Tablet
• Celular (em geral)
• Alguns dispositivos usam apenas a alimentação eléctrica da USB sem nenhuma função de comunicação ou controle. São exemplos: pequenas luminárias e ventiladores.
• Adaptadores Bluetooth

Entre os sistemas operacionais que oferecem suporte nativo à interface USB, podemos citar:

• BeOS
• FreeBSD
• Linux
• Mac OS
• Mac OS X
• Microsoft Windows 95 OSR 2.0, 2.1, 2.5 (apenas para a versão 1.1)
• Microsoft Windows 98, 98 SE (Second Edition)
• Microsoft Windows ME
• Microsoft Windows 2000
• Microsoft Windows XP
• Microsoft Windows 2003
• Microsoft Windows Vista
• Microsoft Windows 7
• Microsoft Windows 8
• Microsoft Windows 10
• Solaris
• Windows Phone
• Android

Ver também

• USB Flashdisk
• FireWire
• On-The-Go
• Readyboost
• Superfetch
• Keylogger
• Vigilância de Computadores e Redes

Ligações externas

• USB in a Nutshell(explicação do protocolo)
• USB.org(Site de referência para o protocolo USB)

• Versão 1.1 - Especificações
• Versão 2.0 - Especificações
• Versão 3.0 - Especificações

• USB.org - SuperSpeed USB- USB 3.0 Promotores
• Funções dos pinos USB (em inglês)
• USB News (em inglês)
• [1]
• USB 3.0: teoria e prática
• USB 3.0 - Placas-mãe e barramentos