Universal Serial Bus

Universal Serial Bus
Símbolo USB
Tipo	Computer Hardware Bus
Historia de producción
Diseñador	Ajay Bhatt, Intel
Diseñado en	Enero 1996
Fabricante	Intel, Compaq, Microsoft, NEC, Digital Equipment Corporation, IBM, Nortel
Especificaciones
Longitud	5 metros (máximo)
Ancho	11.5 mm (A-plug), 8.45 mm (B-plug),
Alto	4.5 mm (A-plug), 7.78 mm (B-plug, pre-v3.0)
Conectable en caliente	Yes
Externo	Yes
Electrico	5 volt CC
	Voltaje maximo	5 volts
	Corriente maxima	500 mA (hasta 1 A el USB 3.0: 5 vatios)
Señal de Datos	Packet data, defined by specifications
	Ancho	1 bit
	Ancho de banda	1.5-480 Mb/s (y USB 3.0: 10 veces mayor)
	Max nº dispositivos	127
	Protocolo	Serial
Cable	4 wires
Pines	4 (1 supply, 2 data, 1 ground)
Conector	Unique
Patillaje
El puerto estándar USB A (izquierda) y USB B (derecha)
Pin 1		VCC (+5 V)
Pin 2		Data-
Pin 3		Data+
Pin 4		Ground

El Universal Serial Bus (bus universal en serie), abreviado comúnmente USB, es un puerto que sirve para conectar periféricos a un ordenador. Fue creado en 1996 por siete empresas (que actualmente forman el consejo directivo): IBM, Intel, Northern Telecom, Compaq, Microsoft, Digital Equipment Corporation y NEC.^[1]

El diseño del USB tenía en mente eliminar la necesidad de adquirir tarjetas separadas para poner en los puertos bus ISA o PCI, y mejorar las capacidades plug-and-play permitiendo a esos dispositivos ser conectados o desconectados al sistema sin necesidad de reiniciar. Sin embargo, en aplicaciones donde se necesita ancho de banda para grandes transferencias de datos, o si se necesita una latencia baja, los buses PCI o PCIe salen ganando. Igualmente sucede si la aplicación requiere de robustez industrial. A favor del bus USB, cabe decir que cuando se conecta un nuevo dispositivo, el servidor lo enumera y agrega el software necesario para que pueda funcionar (esto dependerá ciertamente del sistema operativo que se esté usando).

El USB puede conectar varios tipos de dispositivos como pueden ser: mouse, teclados, escáneres, cámaras digitales, teléfonos móviles, reproductores multimedia, impresoras, discos duros externos entre otros ejemplos, tarjetas de sonido, sistemas de adquisición de datos y componentes de red. Para dispositivos multimedia como escáneres y cámaras digitales, el USB se ha convertido en el método estándar de conexión. Para impresoras, el USB ha crecido tanto en popularidad que ha desplazado a un segundo plano a los puertos paralelos porque el USB hace mucho más sencillo el poder agregar más de una impresora.

Algunos dispositivos requieren una potencia mínima, así que se pueden conectar varios sin necesitar fuentes de alimentación extra. La gran mayoría de los concentradores incluyen fuentes de alimentación que brindan energía a los dispositivos conectados a ellos, pero algunos dispositivos consumen tanta energía que necesitan su propia fuente de alimentación. Los concentradores con fuente de alimentación pueden proporcionarle corriente eléctrica a otros dispositivos sin quitarle corriente al resto de la conexión (dentro de ciertos límites).

En el caso de los discos duros, es poco probable que el USB reemplace completamente a los buses (el ATA (IDE) y el SCSI), pues el USB tiene un rendimiento más lento que esos otros estándares. Sin embargo, el USB tiene una importante ventaja en su habilidad de poder instalar y desinstalar dispositivos sin tener que abrir el sistema, lo cual es útil para dispositivos de almacenamiento externo. Hoy en día, una gran parte de los fabricantes ofrece dispositivos USB portátiles que ofrecen un rendimiento casi indistinguible en comparación con los ATA (IDE). Por el contrario, el nuevo estándar Serial ATA permite tasas de transferencia de hasta aproximadamente 150/300 MB por segundo, y existe también la posibilidad de extracción en caliente e incluso una especificación para discos externos llamada eSATA.

El USB casi ha reemplazado completamente a los teclados y mouses (ratones) PS/2, hasta el punto que un amplio número de placas base modernas carecen de dicho puerto o solamente cuentan con uno válido para los dos periféricos.^{[cita requerida]}

Velocidades de transmisión

Los dispositivos USB se clasifican en cuatro tipos según su velocidad de transferencia de datos:

• Baja velocidad (1.0): Tasa de transferencia de hasta 1,5 Mbps (192 KB/s). Utilizado en su mayor parte por dispositivos de interfaz humana (Human Interface Device, en inglés) como los teclados, los ratones (mouse), las cámaras web, etc.
• Velocidad completa (1.1): Tasa de transferencia de hasta 12 Mbps (1,5 MB/s) según este estándar, pero se dice en fuentes independientes que habría que realizar nuevamente las mediciones. Ésta fue la más rápida antes de la especificación USB 2.0, y muchos dispositivos fabricados en la actualidad trabajan a esta velocidad. Estos dispositivos dividen el ancho de banda de la conexión USB entre ellos, basados en un algoritmo de impedancias LIFO.
• Alta velocidad (2.0): Tasa de transferencia de hasta 480 Mbps (60 MB/s) pero por lo general de hasta 125Mbps (16MB/s). Está presente casi en el 99% de los PC actuales. El cable USB 2.0 dispone de cuatro líneas, un par para datos, una de corriente y un cuarto que es el negativo o retorno.
• Super alta velocidad (3.0): Tiene una tasa de transferencia de hasta 4.8 Gbps (600 MB/s). La velocidad del bus es diez veces más rápida que la del USB 2.0, debido a que han incluido 5 conectores adicionales, desechando el conector de fibra óptica propuesto inicialmente, y será compatible con los estándares anteriores. En Octubre de 2009 la compañía taiwanesa ASUS lanzó la primera placa base que incluía puertos USB3, tras ella muchas otras le han seguido y se espera que en 2012 ya sea el estándar de facto.^{[2] [3]}

Las señales del USB se transmiten en un cable de par trenzado con impedancia característica de 90 Ω ± 15%, cuyos hilos se denominan D+ y D-.^[4] Estos, colectivamente, utilizan señalización diferencial en half dúplex excepto el USB 3.0 que utiliza un segundo par de hilos para realizar una comunicación en full dúplex. La razón por la cual se realiza la comunicación en modo diferencial es simple, reduce el efecto del ruido electromagnético en enlaces largos. D+ y D- suelen operar en conjunto y no son conexiones simples. Los niveles de transmisión de la señal varían de 0 a 0'3 V para bajos (ceros) y de 2'8 a 3'6 V para altos (unos) en las versiones 1.0 y 1.1, y en ±400 mV en alta velocidad (2.0). En las primeras versiones, los alambres de los cables no están conectados a masa, pero en el modo de alta velocidad se tiene una terminación de 45 Ω a masa o un diferencial de 90 Ω para acoplar la impedancia del cable. Este puerto sólo admite la conexión de dispositivos de bajo consumo, es decir, que tengan un consumo máximo de 100 mA por cada puerto; sin embargo, en caso de que estuviese conectado un dispositivo que permite 4 puertos por cada salida USB (extensiones de máximo 4 puertos), entonces la energía del USB se asignará en unidades de 100 mA hasta un máximo de 500 mA por puerto.

Compatibilidad y conectores

Universal Serial Bus
Memoria USB
Conector USB tipo A macho
Prolongador USB3.0
Tarjeta PCI-USB 2.0.
Adaptador USB a PS/2
Los cables de datos son un par trenzado para reducir el ruido y las interferencias
Tipos diferentes de conectores USB (de izquierda a derecha): micro USB macho, mini USB, tipo B macho, tipo A hembra, tipo A macho.
Una memoria USB como ésta implementará normalmente la clase de dispositivo de almacenamiento masivo USB

El estándar USB especifica tolerancias mecánicas relativamente amplias para sus conectores, intentando maximizar la compatibilidad entre los conectores fabricados por la compañía ―una meta a la que se ha logrado llegar. El estándar USB, a diferencia de otros estándares también define tamaños para el área alrededor del conector de un dispositivo, para evitar el bloqueo de un puerto adyacente por el dispositivo en cuestión.

Las especificaciones USB 1.0, 1.1 y 2.0 definen dos tipos de conectores para conectar dispositivos al servidor: A y B. Sin embargo, la capa mecánica ha cambiado en algunos conectores. Por ejemplo, el IBM UltraPort es un conector USB privado localizado en la parte superior del LCD de los computadoras portátiles de IBM. Utiliza un conector mecánico diferente mientras mantiene las señales y protocolos característicos del USB. Otros fabricantes de artículos pequeños han desarrollado también sus medios de conexión pequeños, y ha aparecido una gran variedad de ellos, algunos de baja calidad.

Una extensión del USB llamada "USB On The Go" (sobre la marcha) permite a un puerto actuar como servidor o como dispositivo - esto se determina por qué lado del cable está conectado al aparato. Incluso después de que el cable está conectado y las unidades se están comunicando, las 2 unidades pueden "cambiar de papel" bajo el control de un programa. Esta facilidad está específicamente diseñada para dispositivos como PDA, donde el enlace USB podría conectarse a un PC como un dispositivo, y conectarse como servidor a un teclado o ratón. El "USB-On-The-Go" también ha diseñado 2 conectores pequeños, el mini-A y el mini-B, así que esto debería detener la proliferación de conectores miniaturizados de entrada.

Almacenamiento masivo USB

USB implementa conexiones a dispositivos de almacenamiento usando un grupo de estándares llamado USB mass storage device class (abreviado en inglés "MSC" o "UMS"). Éste se diseñó inicialmente para memorias ópticas y magnéticas, pero ahora sirve también para soportar una amplia variedad de dispositivos, particularmente memorias USB.

Wireless USB

Wireless USB (normalmente abreviado W-USB o WUSB) es un protocolo de comunicación inalámbrica por radio con gran ancho de banda que combina la sencillez de uso de USB con la versatilidad de las redes inalámbricas. Utiliza como base de radio la plataforma Ultra-WideBand desarrollada por WiMedia Alliance, que puede lograr tasas de transmisión de hasta 480 Mbps (igual que USB 2.0) en rangos de tres metros y 110 en rangos de diez metros y opera en los rangos de frecuencia de 3,1 a 10,6 GHz. Actualmente se está en plena transición y aún no existen muchos dispositivos que incorporen este protocolo, tanto clientes como anfitriones. Mientras dure este proceso, mediante los adaptadores y/o cables adecuados se puede convertir un equipo WUSB en uno USB y viceversa.

USB 3.0

La principal característica es la multiplicación por 10 de la velocidad de transferencia, que pasa de los 480 Mbps a los 4,8 Gbps (600 MB/s).
Otra de las características de este puerto es su "regla de inteligencia": los dispositivos que se enchufan y después de un rato quedan en desuso, pasan inmediatamente a un estado de bajo consumo.
A la vez, la intensidad de la corriente se incrementa de los 500 a los 900 miliamperios, que sirve para abastecer a un teléfono móvil o un reproductor audiovisual portátil en menos tiempo.
Por otro lado, aumenta la velocidad en la transmisión de datos, ya que en lugar de funcionar con tres líneas, lo hace con cinco. De esta manera, dos líneas se utilizan para enviar, otras dos para recibir, y una quinta se encarga de suministrar la corriente. Así, el tráfico es bidireccional (Full dúplex).

A finales de 2009, fabricantes como Asus o Gigabyte presentaron placas base con esta nueva revisión del bus. La versión 3.0 de este conector universal es 10 veces más rápida que la anterior. Aquellos que tengan un teclado o un ratón de la versión anterior no tendrán problemas de compatibilidad, ya que el sistema lo va a reconocer al instante, aunque no podrán beneficiarse de los nuevos adelantos de este puerto usb serial bus.

En la feria Consumer Electronics Show (CES), que se desarrolló en Las Vegas, Estados Unidos, se presentaron varios aparatos que vienen con el nuevo conector. Tanto Western Digital como Seagate anunciaron discos externos equipados con el USB 3.0, mientras que Asus, Fujitsu y HP anunciaron que tendrán modelos portátiles con este puerto.

Según se comenta en algunos blogs especializados^{[cita requerida]}, desde que se anunció el USB 3.0 Intel estaría intentando retrasar su adopción como nuevo estándar para impulsar su propio conector alternativo, llamado Thunderbolt, aunque el USB ya cuenta con el aval de toda la industria mientras que Thunderbolt solo con el de la misma Intel y Apple ésta última es conocida por tener una cuota de mercado alrededor al 5% en computadoras domésticas y portátiles.

Lista de periféricos que es posible conectar a un puerto USB Y USB OTG

El puerto USB es un estándar que permite la transferencia de información desde o hacia otro periférico. Esta lista detalla los periféricos que es posible conectar a un puerto USB.

• Adaptadores de memorias
• Cámaras de fotos
• Cámaras de video
• Teléfonos móviles
• Disqueteras externas
• Discos duros externos
• Grabadoras de DVD externas
• Impresoras
• Ratones USB
• Multifunciones
• Teclados USB
• MP3
• MP4
• Pendrives
• PDA
• Pedales
• Sintonizadoras de TV
• Volantes
• Joysticks
• Webcams
• Tocadiscos para la transferencia de música
• Tarjetas de sonido
• Mini altavoces

USB On-The-Go

USB On-The-Go, frecuentemente abreviado como USB OTG, es una especificación que permite a los dispositivos USB como reproductores digitales de audio, teléfonos móviles o tabletas, actuar como servidores facilitando que se puedan conectar memorias y discos duros USB, ratones o teclados. ^[5]

Comparativa de Velocidades

Conexiones de dispositivos externos

• Firewire 800: 100 MB/s
• Firewire s1600: 200 MB/s
• Firewire s3200: 400 MB/s
• USB 1.0: 0,19 MB/s
• USB 1.1: 1,5 MB/s
• USB 2.0: 60 MB/s

Conexiones de dispositivos externos de Alta Velocidad

• USB 3.0: 600 MB/s^[6]
• Thunderbolt: 1200 MB/s^[7]

Conexiones para tarjetas de expansión

• PCI Express 1.x (x1): 250 MB/s
• PCI Express 2.0 (x1): 500 MB/s
• PCI Express 1.x (x8): 2000 MB/s
• PCI Express 2 (x8): 4000 MB/s
• PCI Express 1.x (x16): 4000 MB/s
• PCI Express 2 (x16): 8000 MB/s

Conexiones de almacenamiento interno

• ATA: 100 MB/s (UltraDMA 5)
• PATA: 133 MB/s (UltraDMA 6)
• SATA I: 150 MB/s
• SATA II: 300 MB/s
• SATA III: 600 MB/s

Véase también

• Aplicación portátil
• Firewire
• PC 99

Referencias

Enlaces externos

Wikilibros

• Wikilibros en inglés alberga un libro o manual sobre Serial Programming:USB Technical Manual.
• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Universal Serial BusCommons.
• USB, incluyendo documentación (en inglés)
• USB Ecológico
• Linux USB Project (en inglés)
• USB, funciones de las patillas
• Esquema adaptador USB a PS/2
• Dibujos del conector USB 3.0
• Nuevo USB 3.0
• Microusb