Todos computadores comprados actualmente possuem uma ou mais portas (conectores) USB. Estas portas USB permitem que se conecte desde ratos a impressoras no computador. O sistema operativo também suporta a interface USB, assim a instalação do driver do dispositivo é rápida e fácil. Em comparação a outras formas de ligação de dispositivos (incluindo-se portas paralelas, portas série e placas especiais instaladas dentro da caixa da máquina), os dispositivos USB são incrivelmente simples.
Qualquer pessoa envolvida com computadores nos últimos anos conhece os problemas que o Universal Serial Bus (USB) está tentar resolver. No passado, a ligação de dispositivos a um computador costumava ser uma dor de cabeça.
* As impressoras eram ligadas às portas paralelas e a maioria dos computadores continham apenas uma porta. Dispositivos como Zip drives externos, que necessitam de uma ligação de alta velocidade ao computador, podem utilizar a porta paralela da mesma forma, geralmente com pouco sucesso e baixa velocidade.
* Os modems utilizavam a porta série, da mesma forma que muitas impressoras e uma variedade de novos dispositivos, tais como os computadores portáteis Palm Pilots e câmaras digitais. A maioria dos computadores possuem, no máximo, duas portas série, e quase sempre são muito lentas.
* Os dispositivos, que antes necessitavam de ligações mais rápidas, possuíam suas próprias placas, que se encaixam em slots de expansão dentro da caixa do computador. Infelizmente o número de slots de expansão é limitado e, em alguns casos, era necessário um técnico experiente para instalar o software.
O objectivo do USB é acabar com essas dificuldades. O Universal Serial Bus fornece uma forma única, padronizada e fácil para ligar até 127 dispositivos num computador.
Actualmente, quase todos os periféricos estão disponíveis numa versão para USB. Um exemplo de dispositivos USB que podem ser adquiridos hoje incluem:
* impressoras
* scanners
* ratos
* joysticks
* consolas de jogos
* câmaras digitais
* Webcams
* dispositivos para aquisição de dados científicos
* modems
* caixas de som
* telefones
* placas de vídeo
* dispositivos de armazenamento, tais como Zip drives
* ligações de rede
* etc, etc, etc
A ligação de um dispositivo USB a um computador é simples: é só localizar a porta USB, que geralmente está localizada na parte de trás de sua máquina, e ligá-lo.
A ranhura rectangular é uma porta USB, geralmente localizada na parte de trás do PC
Uma ligação USB típica, conhecido como ligação tipo "A"
No caso de um dispositivo novo, o sistema operativo auto-detecta e solicita o disco do driver do dispositivo. Caso o dispositivo já tenha sido instalado, o computador o activará e dará início à comunicação com o mesmo. Os dispositivos USB poderão ser conectados e desconectados a qualquer momento, no entanto dever-se-há sempre ter em conta o funcionamento do próprio dispositivo antes de o desligar do pc.
Muitos dispositivos USB já vêm acompanhados de cabo próprio e este cabo possui uma ligação USB do tipo "A". Caso contrário, o dispositivo possui um encaixe próprio que aceita uma ligação USB do tipo "B" ou USB mini "B".
Uma ligação tipo "B"
Uma ligação tipo mini "B"
O padrão USB utiliza ligações "A" e "B" para evitar possíveis erros:
* "A" - ponta da ligação "upstream" para conectar no computador.
* "B" - ponta da ligação "downstream" para conectar no dispositivo.
Por intermédio da utilização de conectores diferentes nas extremidades do cabo é impossível haver engano ao ligar o conector "B" de qualquer cabo USB a um dispositivo. Da mesma forma só é possível conectar qualquer ligação "A" a qualquer porta do tipo "A".
Hub USB
Alguns computadores vêem, por exemplo, com duas portas USB. E, com tantos dispositivos USB no mercado, geralmente não há portas suficientes. Suponhamos que num computador existe uma impressora USB, um scanner USB, uma Webcam USB e uma conexão de rede USB. Se o computador possui apenas duas ligações USB, então a questão óbvia é "Como podemos ligar todos esses dispositivos?"
A solução mais fácil para o problema é comprar um hub USB. O padrão USB suporta até 127 dispositivos, sendo o hub UBS respeita esse padrão.
Um hub USB típico de quatro portas aceita até 4 ligações do tipo "A"
Um hub possui normalmente quatro portas, mas não está limitado a isso. Ao ligar o hub ao computador está também a ligar os dispositivos (ou outros hubs) a ele. Encadeando diversos hubs é possível ter muitas portas USB disponíveis num único computador.
Há hubs que funcionam com energia ou sem energia. O padrão USB permite aos dispositivos obter a sua energia a partir da ligação USB. Obviamente, um dispositivo de alta-potência, como uma impressora ou scanner, terá a sua própria fonte de alimentação. No entanto, dispositivos de baixa potência, como o rato e as algumas câmaras digitais, obtêm a energia a partir do barramento, de forma a simplificar a sua utilização. A energia (de até 500 miliamperes a 5 volts) é cedida pelo computador através do USB. Caso possua muitos dispositivos com energia própria (como impressoras e scanners), então o hub não necessita de ser alimentado se nenhum dos dispositivos ligados nele necessitar de energia adicional, então, o computador poderá manipulá-los. Caso tenha vários dispositivos que não possuem energia própria, como o rato, então será necessário um hub com alimentação própria. Neste caso, o hub possui um transformador próprio que fornece energia ao barramento, de forma que os dispositivos não sobrecarreguem o fornecimento de energia do computador.
O processo USB
Quando o host (computador) é iniciado, ele verifica todos os dispositivos ligados ao barramento e designa um endereço para cada um. Esse processo é chamado de enumeração. Os dispositivos são também enumerados ao se ligarem ao barramento. O host também encontra, a partir de cada dispositivo, o tipo de transferência de dados que o mesmo deseja realizar:
* Interrompeção um dispositivo como o rato ou teclado, que enviará pouquíssimos dados, usará o modo de interrupção.
* Bulk um dispositivo como uma impressora, que recebe dados em grandes pacotes, utiliza esse modo de transferência. Um bloco de dados é enviado à impressora (em 64 fragmentos de bytes) e verificado para garantir se está correto.
* Isócrono um dispositivo de transmissão contínua (tal como altifalante) utiliza o modo isócrono. Os dados fluem entre o dispositivo e o host em tempo real e não há correcção de erros.
O host também poderá enviar comandos ou verificar parâmetros através de pacotes de controlo.
Conforme os dispositivos são enumerados, o host manterá um registo da total largura de banda que todos os dispositivos isócronos e os dispositivos de interrupção exigem. Eles podem consumir até 90% dos 480 Mbps da largura de banda disponível. Após 90% de uso, o host nega acesso a qualquer outro dispositivo isócrono ou de interrupção. As transferências de grandes pacotes de dados e de controlo utilizam qualquer largura de banda restante (pelo menos 10%).
O USB divide a largura de banda disponível em frames que o host vai controlando. Os frames contêm 1.500 bytes e um novo frame tem início a cada milissegundo. Durante um frame, dispositivos isócronos e de interrupção obterão um slot, assim a garantia das larguras de banda necessárias. As transferências de pacotes de dados e de controlo utilizam qualquer espaço restante.
Características do USB
O Universal Serial Bus possui as seguintes características:
* O computador actua como um host.
* Podem ser ligados ao host até 127 dispositivos, directamente ou através de hubs USB.
* Cabos individuais USB podem ter até 5 metros; com hubs, os dispositivos podem ficar até 30 metros de distância do host (o equivalente a seis cabos).
* Com o USB 2.0, o barramento possui uma taxa máxima de transferência de dados de 480 megabits por segundo.
* Um cabo USB possui dois fios para energia (+5 volts e o fio terra) e um par entrelaçado para a condução dos dados.
* Nos cabos de energia, o computador poderá fornecer até 500 miliamperes de energia a 5 volts.
* Os dispositivos de baixa-potência (como o rato) poderão utilizar a energia directamente do barramento. Os dispositivos de alta-potência (como impressoras) possuem fonte própria de alimentação e exigem mínima energia do barramento. Os hubs podem ter suas próprias fontes de energia para fornecer energia aos dispositivos a ele ligados.
* Os dispositivos USB são hot-swappable (conectáveis "a quente"), ou seja, podem ser conectados e desconectados a qualquer momento.
* Os diversos dispositivos USB podem ser colocados no modo sleep pelo computador host, quando o computador entrar no modo de economia de energia.
Os dispositivos conectados à porta USB dependem de um cabo USB para a condução de energia e dados.
Interior de um cabo USB: existem dois fios para a energia, +5 volts (vermelho) e o fio terra (castanho), e um par entrelaçado (amarelo e azul) de fios para a condução dos dados. O cabo é blindado.
USB 2.0
O padrão para o USB 2.0 foi lançado em Abril de 2000, como uma versão actualizada do USB 1.1.
USB 2.0 (USB de alta velocidade) fornece uma largura de banda adicional para as aplicações de multimédia e de armazenamento e possui uma transmissão de dados 40 vezes mais rápida do que a do USB 1.1. Para possibilitar uma transição suave, tanto aos consumidores quanto aos fabricantes, o USB 2.0 possui plena compatibilidade com os dispositivos USB originais, além de funcionar com os mesmos cabos e conectores fabricados para os UBS originais.
O USB 2.0 suporta três velocidades (1.5, 12 e 480 megabits por segundo), suporta também dispositivos com baixa largura de banda, tais como teclados e ratos, bem como os dispositivos de largura de banda alta, como: Webcams, scanners, impressoras e sistemas de armazenamento de alta capacidade. O desenvolvimento do interface USB 2.0 permitiu que os fabricantes, líderes da indústria de PCs, planeassem muito rapidamente ao desenvolverem uma nova geração de periféricos para complementar os PCs de alto desempenho já existentes. A velocidade de transmissão do USB 2.0 também facilitou o desenvolvimento de novos PCs e as suas aplicações. Além do aumento da funcionalidade e do estímulo à inovação, o USB 2.0 aumenta a produtividade das aplicações do utilizador e permite trabalhar ao mesmo tempo com múltiplos programas para PCs de uma única vez ou diversos periféricos de alto desempenho de modo simultâneo.
