Cosa significa USB? Una spiegazione di Universal Serial Bus

Con l’aiuto dello standard USB, i dispositivi digitali possono comunicare tra loro. Quasi tutte le periferiche dispongono di questa opzione di connessione. Il termine “standard” può essere ingannevole, perché la tecnologia ha subito diversi aggiornamenti nel corso del tempo ed è diventata ogni volta più potente.

Probabilmente avete già sentito il termine “USB”. I cavi e le porte USB fanno parte della vita quotidiana. Dalla fotocamera digitale alla stampante, dal disco rigido esterno allo smartphone, i dispositivi digitali possono essere collegati e comunicare tra loro. Ma cosa c’è esattamente dietro l’idea dell’USB?

Cosa significa USB? Significato e funzione

USB, acronimo di “Universal Serial Bus”, è un’interfaccia universale basata su un sistema di bus seriale. Tramite questa interfaccia, i dispositivi esterni possono essere collegati a un computer o a un altro terminale per la trasmissione dei dati. La trasmissione dei dati funziona in entrambe le direzioni. L’interfaccia può essere utilizzata anche per alimentare i dispositivi esterni. Ciò consente, ad esempio, di utilizzare un disco rigido esterno in formato 2,5“ con un unico cavo USB.

Il sistema USB è stato creato alla fine degli anni ’90 come interfaccia universale per computer. Le altre tecniche di interfacciamento (seriale o parallelo) sono state conseguentemente superate. USB utilizza la trasmissione di dati seriali, o più precisamente la trasmissione di dati bit-seriale. In questo caso, i dati vengono inviati bit per bit in successione su un canale dati anziché in parallelo su più linee. Così è possibile ottenere velocità di trasmissione dati più elevate. A differenza della trasmissione di dati in parallelo, non è necessario tenere conto di tempi di esecuzione diversi per le rispettive linee di dati. Tuttavia, è possibile utilizzare più linee in parallelo con la trasmissione seriale dei dati. Anche standard come Ethernet, HDMI e SATA utilizzano metodi di trasmissione dati seriali.

Molti dispositivi USB possono essere collegati a un computer o a un altro dispositivo finale mentre è in funzione (il cosiddetto “hot plugging”). L’interfaccia USB di solito li riconosce automaticamente e avvia l’interazione (o “plug and play”). È anche possibile estrarre la spina USB durante il funzionamento.

Soprattutto le attuali versioni USB 3.1 e 3.2 sono adatte al trasferimento di dati ad alta velocità. Questo è un altro motivo per cui i dischi rigidi esterni stanno diventando sempre più popolari, ad esempio come soluzione di backup. Sono piccoli e portatili e non richiedono un cavo di alimentazione aggiuntivo, poiché vengono alimentati tramite il cavo dati. Inoltre, le loro capacità sono aumentate considerevolmente nel corso del tempo e ora sono nell’ordine dei terabyte.

Quali sono le caratteristiche più importanti dell’USB?

• Interfaccia esterna con standard universale per un’ampia gamma di terminali
• Funzione di “hot plugging” (collegamento e scollegamento durante il funzionamento)
• Funzione di “plug and play” (riconoscimento e funzionamento automatico del dispositivo collegato)
• Può essere utilizzato anche per l’alimentazione
• Espandibile tramite hub USB (trasforma una porta USB in più interfacce)
• Spina stabile, salvaspazio e protetta dall’inversione di polarità
• Sempre compatibile con i vecchi standard USB

Quali tipi di connettori USB esistono?

Nel corso del suo sviluppo, sono emersi diversi progetti di Universal Serial Bus. A causa della miniaturizzazione di molti dispositivi, anche le dimensioni dei connettori hanno dovuto ridursi. Ne derivano pertanto diverse varianti mini e micro. Chi possiede una scatola di cavi per computer inutilizzati sa benissimo quante varianti di estremità dei cavi esistono. Tutti i tipi di connettore USB sono sicuri contro l’inversione di polarità. Di seguito vi forniamo un breve riepilogo dei diversi tipi di connettori USB:

USB-A

Questo tipo di connettore è il più comune della prima generazione. L’applicazione più comune dei connettori di tipo A sono le tastiere o i mouse dei computer. La spina rettangolare e piatta contiene 4 fili, compresa la schermatura. La versione Super Speed di tipo A ha 9 fili. USB-A è disponibile anche in versione mini e micro.

USB-B

I connettori di tipo B si trovano spesso sul lato dell’alloggiamento di dispositivi quali dischi rigidi o stampanti. Sono quasi quadrati e hanno 4 fili, più la schermatura. Anche in questo caso è disponibile una variante per USB 3 con più linee e una versione mini e micro.

USB-C

Il connettore USB-C miniaturizzato è stato introdotto nel 2014 ed è dovuto agli alloggiamenti sempre più piatti di notebook e smartphone. Questo nuovo design è tale da non avere più una parte superiore e una inferiore e quindi non ha importanza come viene inserito il connettore. Anche la nuova generazione USB 4 utilizzerà questo tipo di connettore.

Come funziona USB?

La trasmissione dei dati attraverso il bus è seriale. I singoli bit vengono inviati e ricevuti uno dopo l’altro su una linea. Il segnale di dati viene trasmesso in modo simmetrico: una linea trasmette il segnale di dati, l’altra linea un segnale invertito. Il vantaggio è un elevato livello di affidabilità della trasmissione. I campi elettrici esterni si annullano a vicenda, evitando così le interferenze durante la trasmissione.

Nelle vecchie specifiche USB 1.0 e USB 2.0, i dati vengono trasmessi in entrambe le direzioni attraverso la stessa linea di segnale. A partire dalla versione USB 3.0, vengono utilizzati fili aggiuntivi. Sono stati aggiunti altri fili per l’alimentazione tramite il cavo USB. Il collegamento fornisce una tensione costante di almeno cinque volt, a seconda della versione USB e del tipo di connettore. La corrente massima dipende dalle rispettive specifiche.

Quali versioni di USB esistono?

Mentre A, B o C indicano il tipo di connettore, la versione indica i protocolli elettrici. Questi definiscono ciò che il rispettivo formato deve raggiungere dal punto di vista tecnico:

Quali sono le velocità di trasferimento di USB?

L’Universal Serial Bus supporta la trasmissione prioritaria dei dati e offre diverse velocità di trasferimento dati fino alla velocità massima specificata. La logica del bus è gestita dal controller host, che coordina lo scambio di dati tra i dispositivi USB collegati. L’importanza dell’USB è cresciuta rapidamente dalla sua introduzione nel 1996, con la versione 1.0. La tabella precedente mostra l’aumento delle velocità di trasferimento dati massime possibili da standard a standard. In pratica, questi tassi sono di solito significativamente più bassi:

Quali sono gli scenari applicativi dei dispositivi con USB?

Lo standard USB è stato sviluppato, tra gli altri motivi, per definire un sistema di trasmissione uniforme per quasi tutte le periferiche. Per questo motivo oggi quasi tutti i dispositivi esterni possono essere collegati a un PC o a un portatile tramite USB. Questi includono, ad esempio:

• Dischi rigidi esterni, chiavette USB
• Stampante e scanner
• Fotocamere digitali e webcam
• Tastiere e mouse del computer
• Unità e masterizzatori per DVD o CD
• Smartphone, tablet e smartwatch