USB-Anschluss – Wie funktioniert er?

Mit der Entwicklung der Technologie haben sich auch die USB -Kabelstecker und Anschlüsse weiterentwickelt. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Form sind sie nicht miteinander kompatibel, aber falls der Benutzer den Standard ändern muss, verwenden Sie einfach den entsprechenden  Adapter. Jak wygląda podział portów USB ze względu na kształt wtyczki?

• USB Typ A  ist die am weitesten verbreitete Version, sowohl für Desktop- als auch für Laptop-Computer. Er wird auch in Ladegeräten für Mobiltelefone, Kameras, Camcordern, Musikplayern und vielen anderen Geräten verwendet. Innerhalb des USB-Typ-A-Anschlusses wird auch zwischen der  Mini-   und der Mikro-Version unterschieden, die an Geräte und Peripheriegeräte angeschlossen werden, die zu klein für die Verwendung der Standard-Anschlussgröße sind.
• Der USB-Typ B  zeichnet sich durch seine etwas andere, quadratische Form aus. Sie sind in Scannern, Druckern und gängigen All-in-One-Geräten zu finden. Auch bei dieser Bauform gibt es eine  Mini-  und eine Micro-Version.
• Beliebt USB Typ C wird u.a. in modernen Smartphones verwendet. Das symmetrische Design garantiert eine komfortable Nutzung. Die Verwendung einer großen Anzahl von Pins gewährleistet die vielseitige Verwendung dieses Standards. USB Typ C kann zum Beispiel dazu verwendet werden, einen Monitor an einen Computer anzuschließen. Derzeit verwenden immer mehr Hersteller diesen Standard, so dass seine Beliebtheit deutlich zunimmt.

Die Form der Buchse und gleichzeitig des Steckers hängt weitgehend davon ab, wie der Anschluss verwendet wird. Daher ist es nützlich, die Aufteilung des Anschlusses zu kennen, um Fehler und Fehlkäufe in Zukunft zu vermeiden.

USB-Anschluss – Aufschlüsselung nach Bandbreite

In der Anfangszeit erfreute sich der USB-Standard, wenn überhaupt, nur geringer Beliebtheit. Erst in der Version 1.1 wurde er massenhaft auf Motherboards installiert, aber die Nutzbarkeit dieses Anschlusses war immer noch vernachlässigbar. Dies war unter anderem auf folgende Gründe zurückzuführen Dies lag unter anderem an der sehr begrenzten Anzahl von Geräten und Zubehör, die über USB kommunizierten, und an der schlechten Verfügbarkeit von Treibern. Mit USB 1.1 war es möglich, Daten mit einer Geschwindigkeit von 1,5 Mbps oder 12 Mbps zu übertragen. Im Jahr 2000 erblickte ein neuer, viel schnellerer und damit effizienterer Standard das Licht der Welt. Was den Formfaktor betrifft, hat sich praktisch nichts geändert. In dieser Zeit wurde eine Vielzahl von Zubehör und Geräten entwickelt, die USB 2.0 verwenden. Der im Jahr 2000 eingeführte Standard arbeitet im so genannten Halbduplex-Modus. In der Praxis bedeutet dies, dass Daten nur in eine Richtung übertragen werden können, d.h. vom Computer zum angeschlossenen Gerät oder umgekehrt. Es findet keine Datenübertragung in beide Richtungen gleichzeitig statt. Die Kabellänge beträgt nicht mehr als 5 m.

Acht Jahre nach der Einführung des 2.0-Standards kam eine neue, schnellere und noch effizientere 3.0-Version auf den Markt, die nicht nur schnellere Datenübertragungsgeschwindigkeiten bot, sondern auch mit 900 mA arbeitete. Infolgedessen füllten alle Ladegeräte, die mit dem 3.0-Standard arbeiten, die Energie in den zu ladenden Zellen viel schneller wieder auf. Darüber hinaus arbeitet der 3.0-Standard im so genannten Vollduplex-Modus, d.h. er bietet die Möglichkeit des gleichzeitigen Sendens und Empfangens von Daten durch Host und Client. Der neue Standard ist vollständig kompatibel mit der vorherigen Version. Wenn ein Gerät, das Version 3.0 unterstützt, an einen USB 2.0-Anschluss angeschlossen wird, wird die Datenübertragungsrate immer an den älteren Anschluss angepasst. Die Gesamtkabellänge für die Version 3.0 sollte 3 Meter nicht überschreiten.

Das Jahr 2013 brachte eine weitere Revolution. Aufgrund der Tatsache, dass Dateien aller Art immer umfangreicher werden, wurde ein neuer USB 3.1-Standard geschaffen, der nicht nur vollständig kompatibel mit früheren USB-Versionen ist, sondern auch Datenübertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 10 Gbit/s bietet. Es ist auch wichtig zu wissen, dass die Version 3.0 in  3.1 1st Gen umbenannt wurde, während 3.1 in 3.1 Gen 2 umbenannt wurde.

Im Jahr 2017 wurde der USB 3.2-Standard angekündigt, der noch schnellere Datenübertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 20 Gbit/s bietet. Diese Art von Standard ist unter anderem für die sichere Übertragung von Dateien gedacht, die sich durch sehr hohe Größen auszeichnen. Gleichzeitig wird nicht nur an der Erhöhung der Kapazität der Schnittstelle gearbeitet, sondern auch an der Ausweitung ihrer Anwendung.

Innerhalb des 3.0-Anschlusses und seiner neueren Versionen gibt es auch verschiedene Arten von Steckern. Bei elektronischen Geräten sind dies unter anderem USB A, B, micro-B und C-Versionen.

USB-Kommunikationsprotokoll

Alle über USB gesendeten oder empfangenen Daten sind in so genannte Pakete unterteilt, die Kontrollbits, ein Arbeitsfeld und einen Bezeichner enthalten. Das Arbeitsfeld kann unter Umständen nicht nur Kontrollinformationen, sondern auch verschiedene Arten von Daten enthalten. Am Anfang eines jeden Pakets befindet sich das Kennungsfeld, das aus einem 4-Bit-Code besteht, mit dem wir die Art des Pakets genau identifizieren können. Die Kennung sollte sowohl im Host als auch im Client vollständig entschlüsselt sein. Andernfalls kann das gesamte Paket als beschädigt erkannt werden. Welche Unterscheidungen werden bei der Datenübertragung zwischen den Paketen gemacht?

• Die Ansagepakete werden vom Host gesendet, bei dem es sich z.B. um einen Desktop- oder Laptop-Computer handeln kann. Die Ansagen gehen an das mit dem Host verbundene Gerät oder Zubehör mit Informationen über die Art des Vorgangs ( SETUP, IN oder OUT). Die Endpunktadresse, die in den Ansagenabfragen übergeben wird, ist nichts anderes als die 7-Bit-Adresse des an den USB-Anschluss angeschlossenen Zubehörs oder Geräts. Im Falle von OUT- und SETUP-Ankündigungen wird die Endadresse übermittelt, im Falle von IN die Startadresse.
• Die Anzahl der Bytes im Feld der Datenpakete variiert u.a. aufgrund der Häufigkeit der Übertragung. Je höher sie ist, desto mehr Bytes gibt es, aber in jedem Fall muss die Anzahl eine ganze Zahl sein. Es gibt vier Arten von Datenpaketen, nämlich MDATA, DATA2, DATA1 und DATA0.
• Antwortpakete werden, wie der Name schon sagt, zum Senden von Rückinformationen verwendet. Es gibt vier Antwortpakete. Das erste ist die Akzeptanz, d.h. die Bestätigung des korrekten Empfangs der Daten. In diesem Fall gibt es keine Fehler oder Abweichungen von der Norm. Alles funktioniert einwandfrei. Die nächste Art der Antwort ist Non-Acceptance, was bedeuten kann, dass die Daten nicht empfangen werden dürfen oder dass es keine Daten gibt, die derzeit zum Senden bereit sind. Die nächste mögliche Antwort ist ein blockierter Punkt. In dieser Situation teilt das über den USB-Anschluss angeschlossene Gerät oder Zubehör dem Host, d.h. dem Desktop-Computer, mit, dass es blockiert ist und dass Maßnahmen ergriffen werden müssen. Es ist wichtig zu wissen, dass diese Art von Antwort nur von den Geräten gesendet wird, die an die Steuereinheit angeschlossen sind, niemals andersherum. Es gibt auch eine Antwort, die anzeigt, dass die Steuereinheit nicht bereit ist, das nächste Paket anzunehmen. Damit wird angezeigt, dass sie die Daten, die gerade übertragen werden, akzeptiert hat, aber kein Platz für das nächste Paket frei ist.
• Wir unterscheiden auch zwischen sogenannten Spezialpaketen, die ein Antwortpaket und bis zu 3 Ankündigungen enthalten. Bei der Antwort haben wir es mit einem ERR-Paket zu tun, dessen Hauptaufgabe darin besteht, Fehler und Abweichungen von der Norm während des Splitbetriebs zu kennzeichnen. Bei den PRE-Durchsagen sendet der Kontrollcomputer Informationen an ein Gerät oder Zubehör, das Daten mit einer niedrigen Frequenz überträgt. In diesem Fall wird das Risiko einer Fehlinterpretation auf ein Minimum reduziert. Die PING-Ansage wird unter anderem verwendet. zur Identifizierung des Empfängers im Falle von OUT-Operationen, die durch eine hohe Frequenz gekennzeichnet sind. Die Ansage vom Typ SPLIT wird im Falle einer Split-Operation verwendet.

Wie werden Fehler erkannt?

Wenn ein anderes Gerät oder Zubehörteil über USB an den Steuercomputer angeschlossen wird, findet ein Datenaustausch statt, dessen Korrektheit auf verschiedene Weise überprüft wird. Beim Client werden die Korrektheit der Bit-Einfügungsregel, die Prüfsummen und auch die Prüfbits der PID-Typ-Kennung überprüft. Wenn eine Unregelmäßigkeit festgestellt wird, wird die gesamte Übertragung erneut gesendet. Wenn der Empfänger die Richtigkeit der Datenübertragung bestätigt hat und während der Übertragung Fehler auftreten, kann die gesamte Übertragung als fehlgeschlagener Versuch betrachtet werden. In vielen Fällen werden die Daten dann erneut gesendet. Der Client, der auch als Empfänger bezeichnet wird, ist jedoch mit einem System ausgestattet, das verhindert, dass dieselben Daten erneut gesendet werden, d.h. eine Retransmission. In diesem Fall werden die PIDs, genauer gesagt ihre Kompatibilität mit den 1-Bit-Schaltern, nicht nur beim Empfänger, sondern auch beim Sender gesteuert.