USB

Sejarah singkat

Versi pertama Universal Serial Bus dibuat pada tahun 1995. Teknologi baru ini menjadi sukses seketika. Sejak diperkenalkannya USB, orang-orang yang membuat perangkat elektronik memikirkan bagaimana teknologi ini dapat digunakan di masa depan. Saat ini, USB menghubungkan komputer atau perangkat lain seperti laptop dan pemutar MP3 ke perangkat periferal.

Bus ini diperkenalkan oleh tujuh perusahaan yang mewakili para pemimpin dalam industri teknologi informasi: Compaq, IBM, Intel, Microsoft, NEC, Northern Telecom, dan Digital Equipment Corporation (DEC).

Beberapa tahun sebelumnya, para pengadopsi dan pengembang USB mengadakan pertemuan yang disebut Plugfest di sebuah hotel khusus di California untuk menguji perangkat mereka. Mereka memilih hotel yang mencakup kamar untuk tidur dan untuk pengujian. Pertemuan berlangsung selama tiga hari. Selama pertemuan, perwakilan dari sekitar 50 perusahaan menghubungkan perangkat USB mereka ke satu sistem host umum.

Logo perangkat USB juga memiliki sejarahnya sendiri. Logo USB sedang dalam pengembangan selama beberapa bulan.

• 1994 - Tujuh perusahaan bersatu untuk memulai pengembangan USB.
• 1995 - 340 perusahaan membentuk Forum Implementasi USB.
• 1996 - Lebih dari lima ratus produk USB sudah berkembang di seluruh dunia.
• 1997 - Forum Implementasi USB menjadi lebih kaya dengan 60 perusahaan lagi.
• 1998 - USB menjadi teknologi paling populer di pasar elektronik.
• 2000 - Pengenalan USB 2.0. Saat ini merupakan perangkat USB yang paling banyak digunakan.
• 2005 - USB menjadi nirkabel.
• 2008 - USB 3.0 diperkenalkan. Ini lebih dari 10 kali lebih cepat daripada USB 2.0.
• 2013 - USB 3.1 diperkenalkan. Ini sekitar dua kali lebih cepat dari USB 3.0.
• 2015 - USB Type-C diperkenalkan. Ini adalah konektor yang dapat dibalik, yang berarti Anda dapat menyambungkannya dengan dua cara.

Steker USB-B berukuran penuh

Standar yang berbeda

Saat ini, lima standar USB yang berbeda digunakan: USB 1.0, USB 1.1, USB 2.0, USB 3.0 dan USB 3.1. USB 3.1 dirilis pada tahun 2016 dan menggandakan kecepatan 3.0. Ini secara opsional menggunakan konektor berbeda yang disebut USB Type-C, yang dapat dibalik (artinya Anda dapat mencolokkannya dengan dua cara). USB 1.0 sekarang sudah jarang digunakan.

USB menawarkan lima kecepatan transfer yang berbeda: 1,5 MBit per detik (disebut kecepatan rendah), 12 MBit per detik (Kecepatan Penuh), 480 MBit/detik (Kecepatan Hi), 5Gbit per detik (disebut kecepatan super), dan 10 Gbit/detik ("kecepatan super+"). Hi speed hanya tersedia dalam USB 2.0 dan yang lebih baru, dan Super speed hanya tersedia dalam USB 3.0. Kecepatan ini adalah kecepatan bit mentah (dalam Juta bit per detik). Kecepatan data aktual biasanya lebih rendah karena overhead protokol.

Untuk menggunakan kecepatan transfer hi speed, pengontrol USB dan perangkat yang tersambung, keduanya harus mendukungnya. USB kompatibel ke belakang. Perangkat dan pengontrol USB yang lebih cepat dan lebih lambat dapat dihubungkan bersama, tetapi akan berjalan pada kecepatan yang lebih lambat.

Hub USB

Hampir semua komputer yang dijual saat ini memiliki port USB, dan sebagian besar mendukung USB 2.0 atau yang lebih baru. Namun, jumlah port yang mereka miliki biasanya terbatas. Antara dua hingga enam port adalah hal yang umum. USB memungkinkan menghubungkan hub USB untuk menambahkan lebih banyak port USB.

Hub itu sendiri juga sesuai dengan salah satu standar USB. Perangkat yang tersambung ke hub USB 1.1 hanya akan berjalan secepat kecepatan USB 1.1. Perangkat yang tersambung ke pengontrol yang lebih baru dapat menggunakan standar yang berbeda.

Hub USB seperti ini adalah hal yang umum.

Konektor USB

USB dirancang agar mudah digunakan. Para insinyur belajar dari konektor lain sebelum mereka merancang konektor USB. Ada 3 konektor.

• Tipe A, umumnya digunakan di ujung kabel komputer
• Mikro-A (jarang)
• Tipe B, di ujung periferal, jarang terjadi kecuali untuk printer
• Micro-B, pada ujung periferal, untuk sebagian besar smartphone
• Tipe C, di kedua ujungnya. Pada tahun 2017, banyak komputer, telepon dan periferal baru yang menggunakannya.

Kegunaan

• Tidak mungkin mencolokkan konektor USB A atau B dengan cara yang salah. Konektor tidak bisa masuk secara terbalik, dan jelas terlihat dari tampilan dan perasaan kinestetiknya, apabila konektornya masuk dengan benar. Namun demikian, kadang kala, pengguna tidak memahami atau melihat bagaimana konektornya masuk, jadi mungkin perlu mencoba kedua cara tersebut.
• Konektor USB Tipe C dapat dicolokkan dengan kedua cara. Tidak masalah ke arah mana konektor dicolokkan.
• Tidak perlu mendorong atau menarik dengan sangat keras untuk mencolokkan atau mencabutnya. Hal ini ada dalam spesifikasinya. Kabel USB dan perangkat USB kecil ditahan di tempatnya oleh gaya mencengkeram dari stopkontak. USB tidak memerlukan sekrup, klip, atau pengencang lainnya. Gaya yang diperlukan untuk membuat atau memutuskan sambungan adalah kecil. Hal ini memungkinkan koneksi dibuat dalam posisi yang canggung atau oleh mereka yang memiliki cacat motorik.
• Sebelum munculnya Tipe C, konektor memberlakukan topologi terarah dari jaringan USB. USB tidak mendukung jaringan siklis, sehingga konektor dari perangkat USB yang tidak kompatibel dengan sendirinya tidak kompatibel. Tidak seperti sistem komunikasi lainnya (misalnya, pemasangan kabel RJ-45), penukar gender hampir tidak pernah digunakan sebelum munculnya USB-On-The-Go (OTG), sehingga sulit untuk membuat jaringan USB siklik.

Daya tahan

• Konektor didesain agar tangguh. Desain konektor awal rapuh, dengan pin atau komponen halus lainnya yang mudah bengkok atau patah, bahkan jika diperlakukan dengan lembut. Kontak listrik dalam konektor USB dilindungi oleh lidah plastik. Seluruh rakitan penghubung biasanya dilindungi lebih lanjut oleh selubung logam yang melingkupi. Hasilnya, konektor USB dapat ditangani, dimasukkan, dan dilepas dengan aman, bahkan oleh anak kecil.
• Konstruksi konektor selalu memastikan bahwa selubung eksternal pada kontak steker dengan pasangannya di stopkontak sebelum keempat konektor di dalamnya disambungkan. Selubung ini biasanya dihubungkan ke ground sistem, sehingga muatan statis yang merusak bisa dibuang secara aman melalui rute ini (bukan melalui komponen elektronik yang halus). Sarana selubung ini juga berarti bahwa ada tingkat perlindungan (moderat) dari gangguan elektromagnetik yang diberikan pada sinyal USB saat sinyal ini berjalan melalui pasangan konektor yang dikawinkan (ini adalah satu-satunya lokasi ketika pasangan data yang dipilin harus menempuh jarak secara paralel). Selain itu, koneksi daya dan koneksi umum dibuat setelah arde sistem tetapi sebelum koneksi data. Jenis pengaturan waktu make-break bertahap ini memungkinkan hot-swapping yang aman dan telah digunakan untuk konektor dalam industri kedirgantaraan.
• Stopkontak mikro USB yang lebih baru didesain untuk memungkinkan penyisipan dan pengerahan tenaga hingga 10.000 siklus antara stopkontak dan steker, dibandingkan dengan 500 untuk stopkontak USB dan Mini-USB standar. Hal ini dilakukan dengan menambahkan perangkat pengunci dan dengan memindahkan konektor pegas daun dari jack ke steker, sehingga bagian yang paling tertekan berada pada sisi kabel sambungan. Perubahan ini dilakukan supaya konektor pada kabel (yang relatif murah) akan menanggung keausan paling banyak, bukan pada perangkat micro-USB.

Kompatibilitas

• Standar USB menetapkan toleransi yang relatif besar untuk konektor USB yang sesuai. Hal ini dilakukan untuk meminimalkan ketidakcocokan pada konektor yang diproduksi oleh vendor yang berbeda (tujuan yang telah sangat berhasil dicapai). Tidak seperti kebanyakan standar konektor lainnya, spesifikasi USB juga menetapkan batasan ukuran perangkat penghubung di area sekitar stekernya. Hal ini dilakukan untuk mencegah perangkat memblokir port yang berdekatan karena ukurannya. Perangkat yang sesuai harus sesuai dengan batasan ukuran atau mendukung kabel ekstensi yang sesuai.
• Komunikasi dua arah juga dimungkinkan. Biasanya kabel hanya memiliki colokan, dan host serta perangkat hanya memiliki stopkontak: host memiliki stopkontak tipe-A dan perangkat tipe-B. Colokan tipe-A hanya bergabung dengan stopkontak tipe-A, dan tipe-B dengan tipe-B. Namun demikian, perpanjangan USB yang disebut USB On-The-Go memungkinkan satu port untuk bertindak sebagai host atau perangkat - dipilih berdasarkan ujung kabel yang dicolokkan ke soket pada unit. Bahkan, setelah kabel dihubungkan dan kedua unit berbicara, kedua unit dapat "bertukar" ujungnya di bawah kendali program. Fasilitas ini menargetkan unit-unit seperti PDA di mana sambungan USB mungkin terhubung ke port host PC sebagai perangkat dalam satu contoh, namun terhubung sebagai host itu sendiri ke perangkat keyboard dan mouse dalam contoh lain.

Konektor dan stop kontak Seri "A".


Konektor USB Tipe-C.


Kabel ekstensi USB

Bagaimana USB dilakukan

Sistem USB memiliki desain asimetris. Sistem ini terbuat dari host, beberapa port USB hilir, dan beberapa perangkat periferal yang terhubung dalam topologi bintang. Hub USB tambahan dapat disertakan dalam tingkatan, memungkinkan percabangan ke dalam struktur pohon dengan hingga lima tingkat tingkatan.

Host USB dapat memiliki beberapa pengontrol host. Setiap pengontrol host menyediakan satu atau beberapa port USB. Hingga 127 perangkat, termasuk perangkat hub, dapat disambungkan ke satu host controller.

Perangkat USB dihubungkan secara seri melalui hub. Selalu ada satu hub yang dikenal sebagai root hub. Hub root dibangun ke dalam pengontrol host. Ada hub khusus, yang disebut "sharing hub". Hub ini memungkinkan beberapa komputer mengakses perangkat periferal yang sama. Hub ini bekerja dengan mengalihkan akses di antara PC, baik secara manual atau otomatis. Mereka populer di lingkungan kantor kecil. Dalam istilah jaringan, mereka menyatukan daripada memisahkan cabang-cabang.

Perangkat USB fisik dapat memiliki beberapa sub-perangkat logis yang disebut sebagai fungsi perangkat. Satu perangkat dapat menyediakan beberapa fungsi, misalnya, webcam (fungsi perangkat video) dengan mikrofon built-in (fungsi perangkat audio).

Komunikasi perangkat USB didasarkan pada pipa (saluran logis). Pipa adalah koneksi dari pengontrol host ke entitas logis pada perangkat yang dinamai titik akhir. Istilah endpoint kadang-kadang digunakan untuk merujuk ke pipa secara salah. Perangkat USB dapat memiliki hingga 32 pipa aktif, 16 ke pengontrol host dan 16 keluar dari pengontrol.

Setiap endpoint dapat mentransfer data dalam satu arah saja, baik ke dalam atau ke luar perangkat, sehingga setiap pipa bersifat uni-directional. Endpoint dikelompokkan ke dalam antarmuka dan setiap antarmuka diasosiasikan dengan satu fungsi perangkat. Pengecualian untuk ini adalah endpoint zero, yang digunakan untuk konfigurasi perangkat dan yang tidak terkait dengan antarmuka apa pun.

Apabila perangkat USB pertama kali dihubungkan ke host USB, proses enumerasi perangkat USB dimulai. Enumerasi dimulai dengan mengirimkan sinyal reset ke perangkat USB. Kecepatan perangkat USB ditentukan selama sinyal reset. Setelah reset, informasi perangkat USB dibaca oleh host, kemudian perangkat diberi alamat 7-bit yang unik. Jika perangkat didukung oleh host, driver perangkat yang diperlukan untuk berkomunikasi dengan perangkat dimuat dan perangkat disetel ke status yang dikonfigurasi. Jika host USB dihidupkan ulang, proses enumerasi diulangi untuk semua perangkat yang terhubung.

Pengontrol host melakukan polling bus untuk lalu lintas, biasanya dengan cara round-robin, sehingga tidak ada perangkat USB yang dapat mentransfer data apa pun di bus tanpa permintaan eksplisit dari pengontrol host.

Pengontrol tuan rumah

Perangkat keras komputer yang berisi pengontrol host dan hub root memiliki antarmuka untuk programmer. Ini disebut Host Controller Device (HCD) dan ditentukan oleh pelaksana perangkat keras.

Untuk USB 1.0 dan 1.1, ada dua implementasi HCD yang berbeda, Open Host Controller Interface (OHCI) dan Universal Host Controller Interface (UHCI). OHCI dikembangkan oleh Compaq, Microsoft dan National Semiconductor, UHCI oleh Intel.

VIA Technologies melisensikan standar UHCI dari Intel; semua pelaksana chipset lainnya menggunakan OHCI. UHCI lebih mengandalkan perangkat lunak. Ini berarti UHCI sedikit lebih intensif prosesor daripada OHCI tetapi lebih mudah dan lebih murah untuk dibuat. Karena ada dua implementasi yang berbeda, vendor sistem operasi dan vendor perangkat keras perlu mengembangkan dan menguji keduanya. Hal ini meningkatkan biaya.

Spesifikasi USB tidak menentukan antarmuka HCD apa pun dan tidak peduli dengannya. Dengan kata lain, USB mendefinisikan format transfer data melalui port, tetapi bukan sistem yang digunakan perangkat keras USB untuk berkomunikasi dengan komputer yang digunakannya.

Selama fase desain USB 2.0, USB-IF bersikeras bahwa hanya ada satu implementasi. Implementasi HCD USB 2.0 disebut Enhanced Host Controller Interface (EHCI). Hanya EHCI yang dapat mendukung transfer hi-speed (480 Mbit/s). Sebagian besar pengontrol EHCI berbasis PCI memiliki implementasi HCD lain yang disebut 'companion host controller' untuk mendukung Full Speed (12 Mbit/s) dan dapat digunakan untuk perangkat apa pun yang mengklaim sebagai anggota kelas tertentu. Sistem operasi seharusnya mengimplementasikan semua kelas perangkat, sehingga dapat menyediakan driver generik untuk perangkat USB apa pun. Kelas perangkat diputuskan oleh Kelompok Kerja Perangkat dari USB Implementers Forum.

Kelas perangkat USB

Kelas perangkat meliputi:

Kelas	Penggunaan	Deskripsi	Contoh
00h	Perangkat	Kelas yang tidak ditentukan 0	(Kelas perangkat tidak ditentukan. Deskriptor antarmuka digunakan untuk menentukan driver yang diperlukan).
01h	Antarmuka	Audio	Speaker, mikrofon, kartu suara
02h	Keduanya	Komunikasi dan Kontrol CDC	Adaptor Ethernet, modem, adaptor port serial
03h	Antarmuka	Perangkat Antarmuka Manusia (HID)	Papan ketik, mouse, joystick
05h	Antarmuka	Perangkat Antarmuka Fisik (PID)	Memaksa umpan balik joystick
06h	Antarmuka	Gambar	Kamera digital (Sebagian besar kamera berfungsi sebagai Mass Storage untuk akses langsung ke media penyimpanan).
07h	Antarmuka	Printer	Printer laser, printer Inkjet
08h	Antarmuka	Penyimpanan Massal	USB flash drive, pembaca kartu memori, pemutar audio digital, drive eksternal
09h	Perangkat	Hub USB	Hub kecepatan penuh, hub kecepatan tinggi
0Ah	Antarmuka	CDC-Data	(Kelas ini digunakan bersama dengan kelas 02h - Komunikasi dan Kontrol CDC).
0Bh	Antarmuka	Kartu Pintar	Pembaca kartu pintar USB
0Dh	Antarmuka	Keamanan Konten	-
0Eh	Antarmuka	Video	Webcam
0Fh	Antarmuka	Perawatan Kesehatan Pribadi	-
DCh	Keduanya	Perangkat Diagnostik	Perangkat pengujian kepatuhan USB
E0h	Antarmuka	Pengontrol Nirkabel	Adaptor Wi-Fi, adaptor Bluetooth
EFh	Keduanya	Lain-lain	Perangkat sinkronisasi ActiveSync dan Palm
FEh	Antarmuka	Aplikasi Khusus	Jembatan IrDA
FFh	Keduanya	Vendor Spesifik	(Kode kelas ini mengindikasikan bahwa perangkat memerlukan driver khusus vendor).

Catatan kelas 0: Gunakan informasi kelas dalam Deskriptor Antarmuka. Kelas dasar ini didefinisikan untuk digunakan dalam Deskriptor Perangkat untuk mengindikasikan bahwa informasi kelas harus ditentukan dari Deskriptor Antarmuka di perangkat.

Titik akhir USB sebenarnya pada perangkat yang terhubung: saluran ke host disebut sebagai pipa.


Konektor USB yang tipikal.

Halaman terkait

• FireWire