Qu'est-ce que l'USB (Universal Serial Bus) ? Types et importance

Le bus série universel (USB) est défini comme une norme qui mentionne les spécifications utilisées par les câbles, les ports et les protocoles qui permettent une connectivité simple et universellement acceptée entre un hôte et un périphérique. Cet article explique ce qu'est l'USB, les types d'USB et l'importance de la technologie.

USB, ou bus série universel, est un mécanisme utilisé pour connecter des périphériques aux ordinateurs. Avant l'avènement de la technologie USB, un PC comprenait généralement une ou deux connexions série, un port parallèle, des connecteurs pour clavier et souris et, dans certains cas, un port joystick.

La norme USB a été établie au milieu des années 1990 par un certain nombre de sociétés américaines, notamment IBM, Intel et Microsoft Corporation, comme moyen plus simple de connecter des périphériques informatiques. Le port fournissait une méthode standard pour connecter divers appareils et offrait des avantages de vitesse considérables par rapport aux autres alternatives.

Au départ, l'acceptation de la technologie USB était lente :

L'introduction en 1998 du premier modèle d'iMac d'Apple Inc. a été une percée majeure. En créant une machine populaire et bien accueillie avec uniquement des connexions USB, Apple a forcé d'autres fabricants à adopter la norme. Depuis lors, la majorité des périphériques, notamment les imprimantes, les scanners et les claviers, utilisent tous l'USB. Même la création de nouvelles technologies (comme les clés USB portables communément appelées stockage USB, qui ont finalement remplacé les disquettes) a été stimulée par l'acceptation de cette norme.

La conception USB est désormais normalisée par l'USB Implementers Forum (USB-IF), qui est composé d'organisations qui prennent en charge et promeuvent l'USB. Non seulement l'USBIF approuve l'USB, mais il maintient également la norme et applique le programme de conformité.

Voir plus : Qu'est-ce que l'haptique ? Signification, types et importance

Le « bus » d'un ordinateur est un réseau de câbles transportant des données entre des composants internes ou un ordinateur et ses périphériques externes. Il s'agit d'une métaphore d'un jeu de barres électronique, qui distribue l'électricité dans de grands sites énergivores tels que des usines ou des centres de données.

Avant l'introduction de l'USB, tout périphérique était connecté à un ordinateur via un port de sa propre construction. Au fil des ans, à mesure que le nombre de périphériques augmentait, une nouvelle méthode standardisée d'échange de données entre l'hôte principal et une variété de périphériques était nécessaire. Cela a finalement conduit à l'invention de l'USB.

Lorsqu'un périphérique est connecté à un ordinateur hôte par USB, la machine hôte détermine automatiquement le type de périphérique et installe un pilote qui le permet de fonctionner.

L'USB transmet des données entre deux appareils en petites quantités appelées "paquets". Chaque paquet transmet une quantité prédéterminée d'octets (une unité d'information numérique). Cela peut inclure des détails tels que la source et la destination du matériel, et toute anomalie. qui ont peut-être été découverts.

Le fonctionnement d'une clé USB peut être décomposé comme suit :

Au fur et à mesure que le nombre de périphériques augmente, l'hôte conserve un enregistrement de la quantité totale de bande passante demandée par tous les périphériques isochrones et d'interruption. Ensemble, ils peuvent prendre jusqu'à 90 % de la bande passante disponible, soit 480 mégabits par seconde pour l'USB standard ou 4,8 gigabits par seconde avec l'USB 3.0.

L'hôte empêche l'accès à tout autre périphérique isochrone ou d'interruption une fois que 90 % ont été consommés. Les paquets de contrôle et les paquets de transfert en bloc utilisent toute bande passante restante (qui est toujours de 10 % au minimum). Au-delà de ce seuil, vous ne pouvez pas avoir plusieurs connexions USB transférant des données simultanément.

Voir plus : Qu'est-ce que le métaverse ? Signification, caractéristiques et importance

Le port USB est une interface standard pour connecter des câbles aux PC et aux appareils électroniques grand public. Les utilisateurs peuvent connecter un fil spécialement conçu appelé câble USB à ce port. Une extrémité du câble se connecte à l'hôte et l'autre au périphérique, et selon le type d'USB, les deux extrémités peuvent ou non être symétriques.

Les câbles USB peuvent transmettre à la fois de l'énergie et des informations. Pour ce faire, tout câble USB comporte deux types de fils. Un ensemble transporte du courant, tandis que l'autre transmet des signaux de données.

Il y a quatre bandes métalliques à l'intérieur de la connexion USB 2.0 conventionnelle. Les deux bandes les plus à l'extérieur sont les bornes positive et négative de l'alimentation. Les deux bandes centrales sont destinées à la transmission de données. Avec la dernière connexion USB 3.0, l'inclusion de bandes transporteuses de données supplémentaires augmente le taux de transmission des données. Quatre lignes de signalisation supplémentaires permettent la vitesse supérieure de l'USB 3.0.

Les connexions de bus série universel (activées par les ports USB et les câbles USB) prennent en charge les éléments suivants :

L'échange à chaud est l'une des principales caractéristiques de l'USB. Cette fonctionnalité permet le retrait ou le remplacement d'un périphérique sans nécessiter de redémarrage ou d'interruption du système.

Le PC doit être redémarré lors de l'installation ou de la désinstallation d'un périphérique à partir d'un port plus ancien. Les décharges électrostatiques (ESD), un courant électrique involontaire capable d'infliger des dommages importants aux appareils électroniques fragiles, ont été initialement évitées en redémarrant. Avec USB, ce n'est pas nécessaire. Le remplacement à chaud est renforcé contre les pannes, ce qui signifie qu'il peut continuer à fonctionner malgré une panne matérielle.

Un autre aspect de l'USB est l'utilisation du courant continu (DC). Plusieurs appareils sont connectés à un courant continu via une connexion d'alimentation USB mais ne communiquent pas de données. Des exemples notables incluent les haut-parleurs USB, les petits réfrigérateurs, les lampes de clavier et même les chargeurs d'appareils USB.

Toutes les connexions USB comportent au moins quatre contacts utilisés pour l'alimentation, la masse et deux fils de données (D + et D -). Les connecteurs USB 3.0 et supérieurs ont cinq contacts. La connexion USB est destinée à transmettre 5V à un courant maximum de 500mA. La connexion USB ne peut être insérée que dans un seul sens. Il est possible de forcer une connexion incorrecte. Cependant, cela pourrait endommager l'appareil.

La connexion USB est isolée, fournissant un boîtier métallique qui ne fait pas partie du circuit. Cette caractéristique est cruciale pour maintenir l'intégrité du signal dans un environnement électriquement "occupé". Tous les câbles USB sont enveloppés dans du plastique à l'extrémité de connexion pour éviter d'endommager le câble et la connexion électrique.

L'USB peut être classé en fonction de quatre générations de développement ou du type de connexion par câble qu'il utilise. Examinons d'abord les quatre versions d'USB qui se sont développées au fil des ans.

Types de clé USB

Avant les USB, les systèmes avaient des ports série et parallèles, comme expliqué précédemment. De nombreux fabricants d'ordinateurs, comme Intel, Microsoft et Apple, ont travaillé ensemble pour développer un appareil universel qui connectait plusieurs sources externes à un PC sans nécessiter de redémarrage. Il s'agissait de la première génération, telle que disponible dans les années 90.

En 2000, l'USB 2.0 a atteint une domination généralisée. La vitesse de transfert était la différence la plus significative entre la version 2.0 et la version 1.1. L'USB 2.0 a livré des données à un débit de 480 mégabits par seconde, ce qui est quarante fois plus rapide que l'USB 1.1. En plus de ses vitesses considérablement améliorées, l'USB 2.0 était configurable avec n'importe quel port USB 1.1 et vice versa.

L'USB 3.0 a été le premier appareil de ce type à transporter efficacement la vidéo haute définition. Il était également connu sous le nom de SuperSpeed ​​USB et avait des vitesses de transfert de 5 gigabits par seconde ou environ 5 120 mégabits par seconde. Cependant, à l'instar de l'USB 1.0, l'USB 3.0 n'a pas réussi à s'imposer et ses successeurs ont été beaucoup plus acceptés. Les Macbooks et les Chromebooks ont été parmi les premiers ordinateurs portables à adopter l'USB 3.1 introduit en 2014. Le taux de transmission maximal de l'USB 3.1 était de 10 gigabits par seconde. Exactement trois ans plus tard, l'USB 3.2 a été lancé avec des taux de transmission de 20 gigabits par seconde, deux fois plus rapides que l'USB 3.1. Seuls ces USB sont compatibles avec les connexions de type C. Ces ports sont en duplex intégral, ce qui signifie que les données peuvent être envoyées dans les deux sens puisque l'USB est symétrique.

USB4 (également connu sous le nom d'USB 4.0) est une norme de 2019 publiée par l'USB-IF en version 1.0. Le protocole USB4 est construit sur la norme Thunderbolt 3, qu'Intel Corporation a soumise à l'USB-IF. Sa conception peut utiliser dynamiquement une seule connexion haut débit avec de nombreux types d'appareils finaux, exécutant chaque transfert en fonction de ses données ou de son type d'application. Les premiers produits compatibles avec USB4 étaient les processeurs Tiger Lake d'Intel, avec plus d'appareils apparaissant vers la fin de 2020 Ce type de connexion USB n'est pas encore généralisé. Une autre façon de comprendre les différents types d'USB consiste à les classer en fonction de la nature de la connexion par câble et de la conception physique. Voici les principaux types d'USB à noter, poursuivant la liste précédente :

Les connexions USB de type A, souvent appelées connecteurs de type A, font partie des connecteurs USB les plus répandus. Par conséquent, ils sont également connus sous le nom de connexions standard A. Si les ordinateurs portables ou de bureau incluent un port USB (où des périphériques USB peuvent être branchés), le port sera probablement de type A. Notez que la plupart des ordinateurs portables Apple (Mac) récents ne disposent pas de connexions USB de type A.

Le type B est de forme carrée et plus petit que le type A. C'est moins répandu que le type A; cependant, il peut être trouvé sur des composants informatiques tels que des scanners, des imprimantes, des lecteurs de disque externes, etc. Ce type convient principalement aux connexions de transfert de données en bloc. L'USB de type B est rarement présent sur les ordinateurs portables, mais peut être répandu sur les postes de travail, les serveurs et les ordinateurs centraux plus anciens.

L'USB de type C est probablement la connexion USB la plus omniprésente actuellement disponible. Il s'intègre facilement dans les plus petits périphériques que nous utilisons aujourd'hui, tels que les téléphones portables, les haut-parleurs Bluetooth, etc., en raison de sa taille compacte. L'un des nombreux avantages du type C par rapport aux autres variations de courant est qu'il prend en charge "l'orientation inversée de la prise", ce qui signifie que sa prise peut être insérée sans tenir compte de son orientation. Cela signifie que vous pouvez charger votre téléphone via votre ordinateur portable ou vice versa. en utilisant l'alimentation bidirectionnelle de type C. La commission du marché intérieur du Parlement européen (IMCO) a également confirméOpens a new window que tous les appareils lancés dans l'UE devront obligatoirement disposer de capacités de chargement USB-C.

Les appareils Apple modernes, tels que l'iPhone et l'iPad, incluent souvent un connecteur USB séparé : le cordon Lightning. À une extrémité du câble se trouve une connexion étroite et rectangulaire et à l'autre extrémité se trouve un connecteur de type C. Semblable à l'USB C, il est réversible ou symétrique, ce qui signifie qu'il peut être inséré dans les deux sens. Cependant, en raison de sa conception, la connexion Lightning ne peut être utilisée dans aucun produit ou gadget autre que les produits Apple.

Ce type d'USB optimise les connexions USB A ou B pour les appareils portables légèrement plus anciens. Ce sont les versions miniatures des connexions USB de type A et de type B. USB Mini se trouve souvent dans les appareils photo portables, les contrôleurs de jeu et les téléphones portables plus anciens.

Encore une fois, la variante micro optimise l'USB A ou B pour les appareils mobiles - bien que pour les plus récents. Avec l'introduction de l'USB Type C, les micro-USB sont désormais progressivement supprimés des nouveaux modèles de smartphones haut de gamme. Cependant, le micro USB est encore couramment utilisé dans les téléphones portables bon marché et autres appareils électroniques, tels que les écouteurs, dans le monde entier. USB Micro B SuperSpeed ​​est une variante supplémentaire de la norme micro USB. Comme son nom l'indique, cela permet une transmission de données plus rapide que les ports micro USB B standard. Par conséquent, ces connexions sont souvent observées sur des lecteurs de disque externes, où la transmission massive de données se produit fréquemment. Voir plus : Qu'est-ce que l'analyse spatiale ? Définition, fonctionnement et exemples

Pour diverses raisons, l'USB est une technologie fondamentale à l'ère numérique moderne pour les consommateurs et les entreprises.

Importance de l'USB

L'adaptabilité de l'USB élimine le besoin de types de connexion et de spécifications matérielles distincts pour chaque accessoire. De plus, la majorité des ordinateurs personnels disposent de trois à quatre ports USB. Si plus de ports USB sont nécessaires, des concentrateurs USB peuvent être utilisés pour ajouter des ports externes.

Par rapport aux connexions plus anciennes, les prises USB sont de plus petite taille. De plus, l'interface USB a été créée dès le départ pour fonctionner comme une source d'alimentation CC. Grâce à son connecteur USB, n'importe quel appareil hôte peut fournir au périphérique 5 V CC — entre 500 mA (USB 1.0 et 2.0) et 900 mA (USB 3.0).

Le système d'exploitation du périphérique hôte ne doit installer le pilote de périphérique USB qu'une seule fois. Après cela, lorsque le périphérique est connecté, le pilote est immédiatement lancé pour configurer le périphérique. En règle générale, le pilote de périphérique de tout périphérique USB est chargé automatiquement la première fois que le périphérique est connecté à l'hôte.

L'USB offre plusieurs paramètres de vitesse, ce qui le rend plus convivial et efficace. Il offre des vitesses comprises entre 1,5 Mbit/s et 5 Gbit/s. 2013 a vu la sortie de l'USB 3.1, qui a porté la vitesse à 10 Gbit/s. De plus, le protocole USB peut détecter des erreurs de transmission de données et demander à l'émetteur de renvoyer les données.

En raison de l'évolutivité du processus de fabrication et de l'adaptabilité et de la popularité de l'USB, il est désormais abordable de produire des produits compatibles USB. Par conséquent, les composants, les connexions et les câbles sont largement accessibles et peu coûteux. Pendant le "mode suspension", le périphérique utilise moins de 500 microampères pour l'USB 2.0 et moins de 2,5 milliampères pour l'USB 3.0, ce qui réduit considérablement les dépenses.

En savoir plus : Qu'est-ce que la CAO (conception assistée par ordinateur) ? Définition, types et applications

Au cours des deux dernières décennies, l'USB est devenu le type de connectivité le plus largement accepté pour les appareils grand public. Il a de nombreuses applications pour les périphériques PC lors du travail à domicile pour étendre le stockage des appareils mobiles. Les entreprises peuvent tirer parti de la technologie USB pour ajouter à leurs principales capacités de stockage et offrir une plus grande flexibilité aux employés.

Cet article vous a-t-il aidé à comprendre le fonctionnement de l'USB ? Dites-nous sur FacebookOuvre une nouvelle fenêtre, TwitterOuvre une nouvelle fenêtre, et LinkedInOuvre une nouvelle fenêtre . Nous aimerions recevoir de vos nouvelles!

Rédacteur technique