Cosa significa USB? Una spie­ga­zio­ne di Universal Serial Bus

Con l’aiuto dello standard USB, i di­spo­si­ti­vi digitali possono co­mu­ni­ca­re tra loro. Quasi tutte le pe­ri­fe­ri­che di­spon­go­no di questa opzione di con­nes­sio­ne. Il termine “standard” può essere in­gan­ne­vo­le, perché la tec­no­lo­gia ha subito diversi ag­gior­na­men­ti nel corso del tempo ed è diventata ogni volta più potente.

Pro­ba­bil­men­te avete già sentito il termine “USB”. I cavi e le porte USB fanno parte della vita quo­ti­dia­na. Dalla fo­to­ca­me­ra digitale alla stampante, dal disco rigido esterno allo smart­pho­ne, i di­spo­si­ti­vi digitali possono essere collegati e co­mu­ni­ca­re tra loro. Ma cosa c’è esat­ta­men­te dietro l’idea dell’USB?

Cosa significa USB? Si­gni­fi­ca­to e funzione

USB, acronimo di “Universal Serial Bus”, è un’in­ter­fac­cia uni­ver­sa­le basata su un sistema di bus seriale. Tramite questa in­ter­fac­cia, i di­spo­si­ti­vi esterni possono essere collegati a un computer o a un altro terminale per la tra­smis­sio­ne dei dati. La tra­smis­sio­ne dei dati funziona in entrambe le direzioni. L’in­ter­fac­cia può essere uti­liz­za­ta anche per ali­men­ta­re i di­spo­si­ti­vi esterni. Ciò consente, ad esempio, di uti­liz­za­re un disco rigido esterno in formato 2,5“ con un unico cavo USB.

Il sistema USB è stato creato alla fine degli anni ’90 come in­ter­fac­cia uni­ver­sa­le per computer. Le altre tecniche di in­ter­fac­cia­men­to (seriale o parallelo) sono state con­se­guen­te­men­te superate. USB utilizza la tra­smis­sio­ne di dati seriali, o più pre­ci­sa­men­te la tra­smis­sio­ne di dati bit-seriale. In questo caso, i dati vengono inviati bit per bit in suc­ces­sio­ne su un canale dati anziché in parallelo su più linee. Così è possibile ottenere velocità di tra­smis­sio­ne dati più elevate. A dif­fe­ren­za della tra­smis­sio­ne di dati in parallelo, non è ne­ces­sa­rio tenere conto di tempi di ese­cu­zio­ne diversi per le ri­spet­ti­ve linee di dati. Tuttavia, è possibile uti­liz­za­re più linee in parallelo con la tra­smis­sio­ne seriale dei dati. Anche standard come Ethernet, HDMI e SATA uti­liz­za­no metodi di tra­smis­sio­ne dati seriali.

Molti di­spo­si­ti­vi USB possono essere collegati a un computer o a un altro di­spo­si­ti­vo finale mentre è in funzione (il co­sid­det­to “hot plugging”). L’in­ter­fac­cia USB di solito li riconosce au­to­ma­ti­ca­men­te e avvia l’in­te­ra­zio­ne (o “plug and play”). È anche possibile estrarre la spina USB durante il fun­zio­na­men­to.

So­prat­tut­to le attuali versioni USB 3.1 e 3.2 sono adatte al tra­sfe­ri­men­to di dati ad alta velocità. Questo è un altro motivo per cui i dischi rigidi esterni stanno di­ven­tan­do sempre più popolari, ad esempio come soluzione di backup. Sono piccoli e portatili e non ri­chie­do­no un cavo di ali­men­ta­zio­ne ag­giun­ti­vo, poiché vengono ali­men­ta­ti tramite il cavo dati. Inoltre, le loro capacità sono aumentate con­si­de­re­vol­men­te nel corso del tempo e ora sono nell’ordine dei terabyte.

Quali sono le ca­rat­te­ri­sti­che più im­por­tan­ti dell’USB?

• In­ter­fac­cia esterna con standard uni­ver­sa­le per un’ampia gamma di terminali
• Funzione di “hot plugging” (col­le­ga­men­to e scol­le­ga­men­to durante il fun­zio­na­men­to)
• Funzione di “plug and play” (ri­co­no­sci­men­to e fun­zio­na­men­to au­to­ma­ti­co del di­spo­si­ti­vo collegato)
• Può essere uti­liz­za­to anche per l’ali­men­ta­zio­ne
• Espan­di­bi­le tramite hub USB (trasforma una porta USB in più in­ter­fac­ce)
• Spina stabile, sal­va­spa­zio e protetta dall’in­ver­sio­ne di polarità
• Sempre com­pa­ti­bi­le con i vecchi standard USB

Quali tipi di con­net­to­ri USB esistono?

Nel corso del suo sviluppo, sono emersi diversi progetti di Universal Serial Bus. A causa della mi­nia­tu­riz­za­zio­ne di molti di­spo­si­ti­vi, anche le di­men­sio­ni dei con­net­to­ri hanno dovuto ridursi. Ne derivano pertanto diverse varianti mini e micro. Chi possiede una scatola di cavi per computer inu­ti­liz­za­ti sa benissimo quante varianti di estremità dei cavi esistono. Tutti i tipi di con­net­to­re USB sono sicuri contro l’in­ver­sio­ne di polarità. Di seguito vi forniamo un breve riepilogo dei diversi tipi di con­net­to­ri USB:

USB-A

Questo tipo di con­net­to­re è il più comune della prima ge­ne­ra­zio­ne. L’ap­pli­ca­zio­ne più comune dei con­net­to­ri di tipo A sono le tastiere o i mouse dei computer. La spina ret­tan­go­la­re e piatta contiene 4 fili, compresa la scher­ma­tu­ra. La versione Super Speed di tipo A ha 9 fili. USB-A è di­spo­ni­bi­le anche in versione mini e micro.

USB-B

I con­net­to­ri di tipo B si trovano spesso sul lato dell’al­log­gia­men­to di di­spo­si­ti­vi quali dischi rigidi o stampanti. Sono quasi quadrati e hanno 4 fili, più la scher­ma­tu­ra. Anche in questo caso è di­spo­ni­bi­le una variante per USB 3 con più linee e una versione mini e micro.

USB-C

Il con­net­to­re USB-C mi­nia­tu­riz­za­to è stato in­tro­dot­to nel 2014 ed è dovuto agli al­log­gia­men­ti sempre più piatti di notebook e smart­pho­ne. Questo nuovo design è tale da non avere più una parte superiore e una inferiore e quindi non ha im­por­tan­za come viene inserito il con­net­to­re. Anche la nuova ge­ne­ra­zio­ne USB 4 uti­liz­ze­rà questo tipo di con­net­to­re.

Come funziona USB?

La tra­smis­sio­ne dei dati at­tra­ver­so il bus è seriale. I singoli bit vengono inviati e ricevuti uno dopo l’altro su una linea. Il segnale di dati viene trasmesso in modo sim­me­tri­co: una linea trasmette il segnale di dati, l’altra linea un segnale invertito. Il vantaggio è un elevato livello di af­fi­da­bi­li­tà della tra­smis­sio­ne. I campi elettrici esterni si annullano a vicenda, evitando così le in­ter­fe­ren­ze durante la tra­smis­sio­ne.

Nelle vecchie spe­ci­fi­che USB 1.0 e USB 2.0, i dati vengono trasmessi in entrambe le direzioni at­tra­ver­so la stessa linea di segnale. A partire dalla versione USB 3.0, vengono uti­liz­za­ti fili ag­giun­ti­vi. Sono stati aggiunti altri fili per l’ali­men­ta­zio­ne tramite il cavo USB. Il col­le­ga­men­to fornisce una tensione costante di almeno cinque volt, a seconda della versione USB e del tipo di con­net­to­re. La corrente massima dipende dalle ri­spet­ti­ve spe­ci­fi­che.

Quali versioni di USB esistono?

Mentre A, B o C indicano il tipo di con­net­to­re, la versione indica i pro­to­col­li elettrici. Questi de­fi­ni­sco­no ciò che il ri­spet­ti­vo formato deve rag­giun­ge­re dal punto di vista tecnico:

Quali sono le velocità di tra­sfe­ri­men­to di USB?

L’Universal Serial Bus supporta la tra­smis­sio­ne prio­ri­ta­ria dei dati e offre diverse velocità di tra­sfe­ri­men­to dati fino alla velocità massima spe­ci­fi­ca­ta. La logica del bus è gestita dal con­trol­ler host, che coordina lo scambio di dati tra i di­spo­si­ti­vi USB collegati. L’im­por­tan­za dell’USB è cresciuta ra­pi­da­men­te dalla sua in­tro­du­zio­ne nel 1996, con la versione 1.0. La tabella pre­ce­den­te mostra l’aumento delle velocità di tra­sfe­ri­men­to dati massime possibili da standard a standard. In pratica, questi tassi sono di solito si­gni­fi­ca­ti­va­men­te più bassi:

Quali sono gli scenari ap­pli­ca­ti­vi dei di­spo­si­ti­vi con USB?

Lo standard USB è stato svi­lup­pa­to, tra gli altri motivi, per definire un sistema di tra­smis­sio­ne uniforme per quasi tutte le pe­ri­fe­ri­che. Per questo motivo oggi quasi tutti i di­spo­si­ti­vi esterni possono essere collegati a un PC o a un portatile tramite USB. Questi includono, ad esempio:

• Dischi rigidi esterni, chiavette USB
• Stampante e scanner
• Fo­to­ca­me­re digitali e webcam
• Tastiere e mouse del computer
• Unità e ma­ste­riz­za­to­ri per DVD o CD
• Smart­pho­ne, tablet e smart­watch