USB

Universal Serial Bus (USB) (universell seriebuss) representerer i dag et økosystem av ulike industristandarder som forvaltes av USB Implementers Forum (USB-IF). Den første standarden ble ferdigstilt i januar 1996.^[1] Målet var å forenkle forbindelsen mellom datamaskiner og periferiutstyr. USB ble gradvis en suksess som helt eller delvis erstattet eldre standarder som serielle porter, parallellporter, ekstern SCSI og etter hvert også proprietære strømforsyninger.^[2]

I 2024 er USB mer eller mindre førstevalget for ad-hoc dataoverføring til og fra lagringsenheter, for eksempel eksterne SSD-er, minnepinner eller kortlesere. Videre er USB det vanligste grensesnittet for tilkobling av tastatur, mus, skannere, skrivere, digitale kameraer og mange andre enheter til en vertsmaskin. Sist, men ikke minst, er USB nå også dominerende til strømforsyning og opplading av alt fra lommelykter og mobiltelefoner til bærbare PC-er.

USB-IF har løpende oppdatert USB i takt med den teknologiske utviklingen. Dette gjenspeiles i blant annet ytelse og funksjonalitet. For eksempel er datahastigheten flere tusen ganger høyere nå enn i 1996.

Standarder

USB har utviklet seg betydelig gjennom flere årtier og omfatter i dag en rekke standarder for ulike områder eller lag. Disse er dels uavhengige, men dels bygger de også på hverandre. Alle forvaltes av USB-IF.

De offisielle USB-standardene omhandler blant annet:

Datakommunikasjon (siste standard: USB4 2.0, lansert i 2022)
Fysiske koblinger (siste standard: USB-C, lansert i 2013)
Strømforsyning (USB-PD og flere andre)
Alternate Mode (benyttes av USB-C-standarden for å gjøre den protokoll-agnostisk)
A/V-standarder (UAC, UVC)

Det eksisterer i tillegg avhengigheter mellom USB-standarder og tredjeparts standarder, og noen av disse avhengighetene er gjensidige.

Datakommunikasjon

Gjennom en periode på 26 år med standardiseringer i årene 1996–2022 har hastigheten i datakommunikasjon over USB økt med mer enn 50 000 ganger. Protokollene for dataoverføringen er beskrevet i standardene vi i dag gjerne kaller «USB-generasjonene»: USB 1.x, USB 2.0, USB 3.x og USB4.

USB 1.x

USB 1.0 ble introdusert i januar 1996 med en båndbredde på 1,5 Mbit/s kalt Low-Speed, først og fremst myntet på periferiutstyr som krevde lav båndbredde (mus, tastatur og så videre), i tillegg til en hastighet kalt Full-Speed som hadde en båndbredde på 12 Mbit/s.^[3] I august 1998 ble USB 1.1 lansert med en rekke små forbedringer.

Fysisk brukte USB 1.x Type A- og Type B-kontakter, og kun i standard størrelse.

USB 2.0

USB 2.0 lansert i 2000 med en teoretisk hastighet på 480 Mbit/s, men grunnet tekniske begrensninger har hastigheten i praksis vært begrenset til rundt 280 Mbps.^{[trenger referanse]}

USB 3.x

USB 3.0 ble lansert i 2008.^[4] USB 3.0 hadde en teoretisk hastighet på 5 Gbit/s og en effektiv overføring på 4 Gbit/s.

I juli 2013 ble spesifikasjonen USB 3.1 lagt frem, med en teoretisk båndbredde på 10 Gbit/s og reell båndbredde på over 7,2 Gbit/s mellom to maskiner.^[5] USB 3.1 videreførte også muligheten for USB 3.0-hastigheter, men i stedet for å kalle dette USB 3.0 ble det bestemt at det skulle hete USB 3.1 Gen 1, mens USB 3.1 med 10 Gbit/s-hastighet skulle omtales som USB 3.1 Gen 2.

Så, i 2017, kom oppfølgeren USB 3.2 som igjen doblet den teoretiske båndbredden til 20 GBit/s. Atter en gang ble tidligere hastigheter tildelt nye navn. USB 3.0-hastigheten (USB 3.1 gen 1) fikk navnet USB 3.2 Gen 1 (offisielt 1×1). USB 3.1 Gen 2-hastigheten ble hetende USB 3.2 Gen 2 (offisielt 2×1). Den nye USB 3.2 med 20 Gbit/s-fart fikk betegnelsen USB 3.2 Gen 2×2.

USB4

Den fjerde generasjonen av USB (offisielt: USB4® Version 1.0) så dagens lys i 2019,^[6] med en båndbredde på 40 GBit/s. I 2022 kom USB4 2.0 (offisielt: USB4® Version 2.0) som doblet dette igjen til 80 GBit/s, eller 120/40 Gbit/s i asynkron modus.^[7]

USB4 er basert på Thunderbolt 3.^[8]

Tekniske navn

USB-IF har beholdt de tekniske navnene som ble innført under USB 3.2-standarden og videreført samme regime for USB4. I realiteten er det ikke hastigheter som er tildelt navn. De nye navnene springer ut fra antall tvunnede lederpar og bruken av modulering i signalveien.

Markedsføringsnavn

Navneendringene av «eldre» hastigheter da USB 3.1 og USB 3.2 kom medførte noe begrepsforvirring. Flere aktører, som produsenter av hovedkort, begynte å bruke egne betegnelser etterfulgt av teoretisk båndbredde – for eksempel «USB 3.x 10 Gbit/s», «USB 10G» eller lignende. USB-IF har svart på dette ved å innføre egne markedsføringsnavn basert på hastighet.^[9]

Markedsføringsnavnene er:

USB 5Gbps – gjelder USB 3.2 Gen 1×1
USB 10Gbps – gjelder USB 3.2 Gen 2×1, USB 3.2 Gen 1×2 og USB4 Gen 2×1
USB 20Gbps – gjelder USB 3.2 Gen 2×2, USB4 Gen 2×2 og USB4 Gen 3×1
USB 40Gbps – gjelder USB4 Gen 3×2
USB 80Gbps – gjelder USB4 Gen 4×2

Asymmetrisk USB4 med 120/40 Gbit/s og 40/120 Gbit/s har foreløpig ingen markedsføringsnavn.

Oversikt

Tabell.

Fysiske koblinger

Kontakter og kabler.

USB Type-A

USB 1, 2, 3; klassisk kontakt

USB Type-B

USB 1, 2, 3; Mini-USB og Micro-USB; bruksområder (gamle ladere, skrivere, skannere)

USB Type-C

Utdypende artikkel: USB-C

Dette avsnittet skal utdypes med:

Bakgrunn

Beskrivelse av kontakter, kabler

USB 2, 3, 4 (støtter ikke USB 1.x)
USB-PD
USB-C muliggjør Alternate Mode Framework
Forutsetning for tredjeparts industristandarder

Oversikt

Tabell.

Strømforsyning

USB-PD

Dette avsnittet skal utdypes med:

Bakgrunn (gammel strømforsyning)
USB-PD-versjoner (1.0, 2.0, 3.0, 3.1)
Power Negotiation
Egenskaper - volt, ampere, watt...

USB Battery Charging (BC)

1.2?

Andre USB-standarder

Alternate Mode Framework

Bærer av andre protokoller; parallelle protokoller og sameksistens; avhengigheter

USB On-The-Go

(OTG) + 2.0 – skifte av roller host/device; direkte dataoverføring mellom ikke-vertsenheter; strømutjevning/strømdeling

USB Audio Device Class

(UAC) – mikrofoner, høyttalere, lydkort

USB Video Device Class

(UVC) – webcams, video capture

(USB Debug Accessory Mode)

(Wireless USB – deprecated)

Tredjeparts standarder som benytter USB-C

Thunderbolt

Utdypende artikkel: Thunderbolt I/O

Det spesielle forholdet mellom Thunderbolt og USB

I jungelen av standarder kan det være vanskelig å skille mellom USB og Thunderbolt. Fra og med versjon 3 har Thunderbolt nemlig benyttet seg av USB-C. Allikevel kan data sendes raskere over Thunderbolt enn over USB i mange scenarier (på det samme utstyret og de samme kablene), selv om «alt er USB-C». Hvordan kan det ha seg?

Nøkkelen ligger i at USB ikke er én standard, men flere – og at USB-C ikke er en standard for datakommunikasjon.

USB-C angir, forenklet sett, fysiske koblinger. Selv om USB-C inneholder ordet «USB» kan infrastrukturen frakte langt flere protokoller enn bare USB-data. Faktisk kan USB-C frakte det aller meste, og attpåtil samtidig. I et tenkt eksempel kan USB-C derfor være infrastruktur både for USB-data, la oss si USB 3.0, og for Thunderbolt 3. Når USB 3.0-utstyr kobles til USB-C-porten i dette eksemplet, velger vertsmaskinen USB 3.0 som dataprotokoll. Kobles derimot Thunderbolt 3-utstyr til den samme USB-C-porten velger maskinen å bruke Thunderbolt 3 som dataprotokoll. Thunderbolt 3 kan overføre data raskere enn USB 3.0 og «paradokset» inntreffer.

USB-C er bærer av Thunderbolt 3 (samt 4 og 5). Thunderbolt 3 krever faktisk USB-C og vil ikke fungere uten. Men i dette tilfellet er USB-C bare det fysiske underlaget som Thunderbolt kjører oppå.

Forvirringen blir komplett når vi lærer at USB4 er basert på Thunderbolt 3.^[8] Dette skyldes at Thunderbolts forvalter, Intel, er et sentralt medlem av USB-IF, og da USB4-standarden skulle utformes la de frem Thunderbolt 3 som et grunnlag. Et resultat er at USB4, på lik linje med Thunderbolt 3, krever USB-C for å fungere (USB4 over Type-A og Type-B eksisterer ikke). Sagt på en annen måte: En USB-standard er avhengig av en annen USB-standard – ikke direkte – men på grunn av at en ekstern standard er blandet inn i miksen.

Man kan spørre seg hva denne konvergeringen av USB- og Thunderbolt-protokollene etter hvert vil ende i. Versjon 3, 4 og 5 benytter USB-C som bærer.

DisplayPort

Utdypende artikkel: DisplayPort

PCIe

Utdypende artikkel: PCI Express

HDMI

Utdypende artikkel: HDMI

Mobile High-Definition Link

Utdypende artikkel: Mobile High-Definition Link

Eldre artikkelinnhold

Historikk

USB ble lansert for å standardisere forbindelsen mellom datamaskiner og periferiutstyr, og har effektivt erstattet en mengde tidligere slike grensesnitt, deriblant serielle porter, parallellporter, såvel som separate batteriladere. USB benyttes idag på tastatur, datamus, skrivere, digitalkameraer, portable mediaspillere, eksterne lagringsenheter (minnepinner og harddisker), nettverkskort, smarttelefoner, personlige digitale assistenter, spillkonsoller og mange andre utstyrstyper.

Arkitektur

Et USB-system har et asymmetrisk design som består av en enkelt vert og et antall porter og periferienheter som kan kobles sammen i en hierarkisk struktur ved å bruke spesielle hub-enheter (knutepunkt). Opptil 127 enheter kan kobles til en enkelt vert, hub-enheter medregnet, så det totale reelle antall blir noe mindre. Det trengs ingen terminator på en USB-buss slik det for eksempel trengs for SCSI.

Mål og muligheter

Målet med USB var å fjerne behovet for å installere separate utvidelseskort i datamaskinens ISA- eller PCI-busser, og å forbedre plug-and-play-mulighetene ved å la enhetene bli koblet til eller fra systemet uten å måtte starte datamaskinen på nytt. Når en nye enhet blir koblet til, vil vertsmaskinen identifisere den og laste inn driveren for å kjøre den.

Det er mulig å koble til periferiutstyr som mus, tastatur, scanner, digitalt kamera, skrivere, platelager og nettverkskomponenter via USB. For multimediaenhter som scannere og digitale kamera er USB blitt standard tilkoblingsmetode. USB er også blitt populær for skrivere og har erstattet parallellporter for lokale skrivere som ikke kobles til lokalnettet.

USB-hub

Som standard blir det forsynt strøm til den tilkoblede enheten. Noen enheter trenger minimalt med strøm, og på den måten kan man koble sammen flere uten å trenge ekstra strømforsyning. Mange hubber har egen strømforsyning som vil gi strøm til enheter som er koblet gjennom dem, men noen enheter trekker så mye strøm at de trenger sin egen kraftforsyning. Hubber med strømforsyning gir kraft til tilknyttede enheter (innenfor visse grenser, vanligvis 500 mA) uten å trekke strøm fra sin vertsenhet.

Med USB 2.0 var hastigheten høyere enn det datidens ATA (IDE) og SCSI tilkoblinger for harddisker hadde, og ble dominerende for eksterne harddisker og minnepenner fordi tilkobling og frakobling var så enkelt. Oppdateringer av Serial ATA, og grensesnitt som M.2, gjør at interne harddisker sjelden bruker USB.

Per 2016 hadde USB utkonkurrert FireWire ^[10]^[11]. USB hadde også overtatt for PS/2, selv om noen hovedkort fremdeles også hadde PS/2 innganger.

I 2004 hadde de fleste hovedkort flere USB 2.0-høyhastighetsporter. I 2016 hadde praktisk talt alle nye hovedkort USB 3.0 eller USB 3.1, og USB var blitt standard for Android- og Windows-mobiltelefoner. MacBook kom i 2015 med bare én utgang, USB Type-C. ^[12]

Versjoner

Ulike typer USB-kontakter

Mens USB 1.0 bare støtter en dataoverføring med en hastighet på 1,5 Mbit/s for tastatur, mus, joysticker og lignende, har USB 1.1 en full speed-modus på 12 Mbit/s.

Hovedegenskapen til USB 2.0 er dets høyhastighetoverføring på 480 Mbit/s. Den retter opp også mindre tekniske feil. Ved sin høyeste fart konkurrerer den direkte med FireWire, unntatt når det gjelder overføring av video og lyd i sanntid fra digitale videokameraer, der USB har teknologiske begrensinger som gjør at den ikke er brukbar. USB blir derimot brukt når man overfører video fra kameraer i form av filer, dvs. fra kameraer som bruker minnekort eller harddisk som lagringsmedium.

Forvirrende nok har USB Forum omdøpt USB 1.1 til USB 2.0 Full Speed og USB 2.0 til USB 2.0 High Speed.

Spesifikasjonene for USB 1.0, 1.1 og 2.0 definerer to sorter kontakter for tilkobling av enheter til bussen: A og B. Men den mekaniske delen har blitt forandret i noen tilfeller. Et eksempel er IBM UltraPort som er en egendesignet USB-kontakt som sitter på toppen av IBM's notebook LCDer. Den bruker en annen mekanisk tilkobling, men bevarer signaltypen og protokollen for USB. Andre fabrikanter av mindre enheter har også utviklet sine egne små formfaktortilkoblinger, og et stort antall varianter av disse har dukket opp. For spesifikasjonsformål ble disse enhetene behandlet som om de hadde fast kabel.

Et tillegg til USB som blir kalt USB-On-The-Go, tillater en å bruke en enkelt port som enten host eller enhet – noe som bestemmes av hvilken ende av kabelen man bruker. Til og med etter at kabelen er tilkoblet og enhetene kommuniserer med hverandre, kan man bytte tilkobling under programkontroll. Målgruppen for dette er enheter som PDAer der USB-linken kan koble til en PC som en enhet i ett tilfelle, eller være host selv for et tastatur eller mus i et annet tilfelle. USB-On-The-Go har også definert to små formfaktorkontakter, mini-A og mini-B. Dette burde stoppe egendesign.

Strøm og adaptere

Mikro USB har vært standard for mobilladere.

Noen USB-adaptere kan kobles til en strømkilde (strømnettet eller sigarettenner i bil/båt) for å lade for eksempel mobiltelefoner, mp3-spillere eller digitalkamera, eller for å gi strøm til små LED-lamper som gir leselys. Mikro-USB ble etter den kom standardplugg for lading av smarttelefoner, nettbrett og mye annen elektronikk ^{[trenger referanse]}. USB Type-C ser (per 2018) ut til å gradvis overta som elektronikkprodusentenes førstevalg.

Strømspesifikasjoner

Navn på standard	Dato	Effekt	Merknader
USB Battery Charging 1.0	2007-03-08	5 V, 1.5 A
USB Battery Charging 1.1	2009-04-15
USB Battery Charging 1.2	2010-12-07	5 V, 5 A
USB Power Delivery revision 1.0 (version 1.0)	2012-07-05	20 V, 5 A	Prioriterer FSK protokoll over effekt (V_BUS)
USB Power Delivery revision 1.0 (version 1.3)	2014-03-11
USB Type-C 1.0	2014-08-11	5 V, 3 A	Nye plugg- og kabel-spesifikasjoner.
USB Power Delivery revision 2.0 (version 1.0)	2014-08-11	20 V, 5 A	Bruker BMC protokoll via kommunikasjonskanalen på C-type kabler
USB Type-C 1.1	2015-04-03	5 V, 3 A
USB Power Delivery revision 2.0 (version 1.1)	2015-05-07	20 V, 5 A
USB Power Delivery revision 2.0 (version 1.2)	2016-03-25	20 V, 5 A
USB Power Delivery revision 3.0 (version 1.1)	2017-01-12	20 V, 5 A

USB-plugger

USB kom originalt med type-A- og type-B han- og hun-plugger, der type-A var ment for datamaskinen mens type-B var ment for utstyret som kobles til. Stadig mindre telefoner og annet utstyr gjorde at det i oktober 2000 kom en standard for Mini-B plugger til USB 2.0.^[13] Det kom også mini-A og mini_AB, men disse ble faset ut fra mai 2007.^[14]

I januar 2007 kom micro-USB type-A, -B og -AB. Disse var flatere enn mini-pluggene, og ble designet for å tåle å bli plugget inn og ut mange ganger.

Med USB 3.0 kom Super Speed i type-A og -B ^[15], der selve pluggen er kompatibel med tidligere type-A og -B, men der selve pluggen normalt er blå for å vise at utstyret er kompatibelt med USB 3.0.

I desember 2013 kom USB-C, basert på USB 2.0 og USB 3.1 ^[16]. Type-C har en symmetrisk plugg. Type-C er kompatibel med tidligere typer kabler og utstyr, men er designet for strøm opp til 5 Ampere som ladekabel (3 Ampere for annet utstyr) og spenninger opp mot 20 Volt, og kan levere opp til 100 Watt.^[17] Thunderbolt 3 kom i 2015, og er kompatibel med USB-C. Alle plugger og kabler som passer til USB-C kan også brukes til Thunderbolt 3, selv om ikke alle enheter som bruker USB-C trenger å støtte Thunderbolt 3.^[18]