Fagartikkel

USB og Thunderbolt

USB og Thunderbolt er dei viktigaste standardane vi har for tilkopling av eksternt utstyr til pc-ar og telefonar. Desse to standardane var tidlegare ikkje kompatible med kvarandre. Men med Thunderbolt 3 og USB-C er dette i ferd med å forandre seg. Med USB 4 vil standardane blandast.

Universal Serial Bus (USB)

USB vart utvikla på midten av 90-talet i eit samarbeid mellom fleire av datidas største datautstyrs-produsentar. Målet med standarden var å gjere det lettare å bruke utstyr frå ulike leverandørar saman. Tidlegare standardar hadde ofte vore støtta berre av éin eller nokre få leverandørar. USB-standardane blir styrte av USB-IF, som er ein velgjerande organisasjon. USB krev ingen betalt lisens av produsentane, men det er retningslinjer og sertifiseringsordningar som er påkravde for å bruke nokon av logoane og merkenamnet.

Det fanst nokre eldre fellesstandardar, som COM-portar, som var støtta av mange. Desse eldre standardane var for langsame og upraktiske for framtida, løysinga vart derfor ein heilt ny standard.

Gammalt namn	Nytt namn	fart
USB 1.1	-	12 Mbit/s
USB 2	-	480 Mbit/s
USB 3.0	USB 3.2 Gen 1	5 Gbit/s
USB 3.1	USB 3.2 Gen 2	10 Gbit/s
USB 3.2	USB 3.2 Gen 2 x 2	20 Gbit/s
USB 4		40 Gbit/s

Kontaktane brukt med USB

Etterkvart som USB spreidde seg og vart teke i bruk på nye stader, vart det òg behov for mindre kontaktar. Nye versjonar gjorde det òg nødvendig å leggje til fleire leiarar. Det er derfor i dag ti offisielle USB-kontaktar. Heldigvis er det berre nokre få av desse som er i utbreidd bruk i dag.

USB Type A

USB Type A vart introdusert med USB 1.0 og hadde i starten fire leiarar (to for straum og to for datasignal). etterkvart vart pluggen oppdatert med fire ekstra leiarar. Denne oppdaterte versjonen med ekstra leiarar blir endå brukt til og med versjon USB 3.2 (USB 3.2 Gen 2 x 2).

Kontakttypen blir brukt mykje i stasjonære maskiner og noko i berbare datamaskiner. Han vil på sikt bli teken over av USB-C.

USB micro B

USB micro B vart introdusert i 2007 og vart brukt med USB 2.0.

Micro-B kontakten er mykje mindre enn Type A og dermed meir praktisk å bruke i småelektronikk som mobiltelefonar og tablets. Dessverre var pluggen lett å skade.

Ein breiare variant vart laga for å fungere med USB 3.0, men vart ikkje veldig populær. Micro-kontaktane er derfor i ferd med å bli tekne over av USB-C.

Lightning

Lightning er ein proprietær kontakt laga av Apple som vart introdusert i 2012. Han blir brukt i Apples tablets og telefonar. Signalet er kompatibelt med USB. Kontakten var meir robust enn Micro B og kunne òg setjast inn begge vegar.

Apple har starta å ta i bruk USB-C i dei berbare maskinene sine, og det er ikkje usannsynleg at denne standarden òg vil bli teke i bruk i mobiltelefonar etterkvart.

USB-C

USB-C er ein 28-pin-kontakt som vart teke i bruk i 2014 med USB 3.1. Kontakten er relativt liten og kan setjast inn begge vegar.

USB-C kontakten er i dag i ferd med å ta over for dei fleste av dei eldre standardane. Kontakten er solid og kan òg overføre meir straum enn dei tidlegare standardane.

Auken i talet på leiarar med USB-C har gjort at kabelen i tillegg til USB òg kan brukast for å levere andre standardar. Desse ekstrastandardene er ikkje påkravde, og berre nokre hovudkort og nokon portar på eit hovudkort vil støtte desse. Døme på alternative modusar er:

DisplayPort Alternate Mode
Thunderbolt Alternate Mode
HDMI Alternate Mode

Desse kan vere veldig praktiske, til dømes for tilkopling av berbar datamaskin til ein dokkingstasjon.

Frå og med USB 4 vil berre USB-C-kontakten vere støtta for einingar som skal ha full fart.

Meir informasjon om kontaktane og versjonane av USB kan ein lese på Wikipedia-artikkelen om temaet.

Viktige eigenskapar til USB

Plug and play (PnP)

Datamaskina er avhengig av å vite kor alle einingar er tilkopla og at inga av einingane kjem i konflikt med kvarandre. Før Plug and play måtte dette sikrast gjennom manuell konfigurasjon gjort av brukaren. Til dømes kunne det vere nødvendig å setje ei adresse på eit ekspansjonskort som vart sett inn i ei datamaskin. Dette kunne gjerast med små brytarar som var fastlodda på kretskortet (DIP-switches).

Med Plug and play vart det mogleg å automatisere konfigurasjonen når nytt utstyr vart tilkopla. Dette gjorde prosessen mykje lettare for brukarar som ønskte å kople til nytt utstyr både inne i og eksternt til maskina.

Hot swapping

Hot swapping er når det er mogleg å kople til og frå utstyr medan datamaskina er påskrudd. Tidlegare kunne tilkopling eller fjerning av utstyr gjere at maskina tok skade eller krasja. I dag kan så og seie alt av eksternt utstyr blir kopla til og frå utan at maskina får nokre problem. Dette vart vanleg på grunn av USB.

Bakoverkompabilitet

USB har gjennomgått seks større versjonar gjennom åra. Farten har auka og mindre og meir kompakte kontaktar har vorte introduserte. Heile tida har det vore mogleg å bruke gammalt utstyr med ein eldre USB-versjon på nyare maskinvare. Det har òg vore vanleg med framoverkompatibilitet, slik at utstyr med nyare USB-versjon òg kan brukast på gammal maskinvare som berre har eldre USB-versjonar. Utstyret har då fungert med redusert fart.
Denne kompatibiliteten forventar ein at vil halde fram med USB 4 og seinare standardar. Nye kontaktar gjer at overgangar ofte må brukast.

Strøm over same kabel

Ein viktig eigenskap med USB er at han i tillegg til kommunikasjon òg har leiarar for overføring av straum. I dei første USB-versjonane var dette gjort for å sleppe å ha ein eigne straumforsyningar til små-elektronikk som vart tilkopla maskina, som til dømes lydkort, datamus med optisk sensor og minnekortlesarar. Spenninga som USB leverte var 5 volt og opp til 2,5 Watt.

Etterkvart vart USB ein sentral standard for lading av mobiltelefonar, og mengda straum som kunne sendast over kabelen vart auka for å gjere det mogleg å hurtig-lade telefonane. Denne auken vart gjort av dei ulike mobilprodusentane, og det var fleire standardar som skapte forvirring.

Med innføringa av USB-C vart det definert nye spesifikasjonar for straumleveranse. Vanleg USB-C leverer anten opp til 7,5 watt eller 15 watt ved 5 volt. For utstyr som treng meir straum blir spenninga auka, og det kan leverast opp til 100 watt straum. Dette er meir enn nok straum for alle telefonar og også mange berbare datamaskiner.

Thunderbolt

Thunderbolt-logoen blir eigd av Intel, og kun aktørar som har lisens kan merke produkta sine med han. Bilete: Intel / Avgrensa bruksrett

Thunderbolt er utvikla av Intel i samarbeid med Apple og vart først teke i bruk i 2011. Standarden koplar saman 4x PCIe lanes, Displayport og straum over den same kabelen.

PCIe-signalet gjorde at Thunderbolt kunne levere mykje raskare overføringsfart enn USB, og innebygd Displayport gjorde standarden veldig praktisk for eksterne skjermar og dokkingsystemer.

Lisenskrav

Firkanta kontakt som er 0,7 cm bred og 0,5 cm høg med metalkappe og to radar med til saman tyve pinner på innsida. Foto — Mini DisplayPort. Bilete: Palthrow / CC BY-SA 4.0

Med Thunderbolt valde Intel som eigar å ha ei sterk grad av kontroll over bruken av standarden. Kostnad og krav til testing bremsa utbreiinga av standarden. Han har derfor vore mest å sjå i semiprofesjonelt og profesjonelt utstyr, og hovudsakleg for Apple-maskiner.

For Thunderbolt 1 og 2 vart Mini DisplayPort-kontakten brukt, og standarden var ikkje USB-kompatibel. For å indikere at ein port er Thunderbolt, blir det brukt eit lyn-symbol.

To USB-C kontaktar på sida av ein maskin. Begge er merka med eit lynsymbol for å vise at dei støttar Thunderbolt. Foto. — USB-C merka med lynsymbol viser at kontakten også leverer Thunderbolt 3. Bilete: Amin / CC BY-SA 4.0

Opning av standard og kompatibilitet med USB

Med Thunderbolt 3 i 2015 gjekk Intel over til å bruke USB-C-kontakten. Denne nye versjonen av Thunderbolt vart laga for å fungere saman med USB-utstyr i tillegg til DisplayPort og PCIe-lanes. Dette gjorde at alt av USB-utstyr med USB-C-kontakt var sikra å fungere i alle USB-C-kontaktar. Samtidig ville Thunderbolt-utstyr framleis berre fungere i USB-C-kontaktar med Thunderboltstøtte.

Intel har sidan opna opp og gjort standarden gratis å bruke for produsentane av utstyr. Selskapet har òg inngått samarbeid med USB-IF som styrer USB-standarden. Resulatet er at Thunderbolt 3 har vorte ein del av den kommande USB 4-standarden. Denne samanslåinga og styrkinga av USB-standarden vil gjere at han òg i framtida vil vere den universelle kommunikasjons-standarden for eksternt datautstyr og mobiltelefonar.

Inkludering av PCIe i Thunderbolt og USB 4 gir stor fleksibilitet, høg overføringsfart og låg forseinking. Men PCIe gir òg lett tilgang til arbeidsminnet til maskina, som kan misbrukast gjennom DMA-angrep (Direct Memory Access).

Det finst ulike metodar som sikrar eit datasystem mot slike angrep, og dette vil vere viktig å sikre etterkvart som USB 4 blir ein leiande standard.

Relatert innhald

Ekstern

Artikkel om USB-C

Nettside hos en.wikipedia.org