Original: 06/1998
überarbeitet 05/1999 - Dank an Dr. Michael Frieben
überarbeitet 07/1999 - Dank an Peter Sauter (Author of the German USR-FAQ)

Schon seit einigen Jahren diskutiert die PC-Branche über eine neue Verkabelungstechnik zwischen PC und Peripheriegeräten, die den Kunden das Leben leichter machen soll: der Universal Serial Bus (USB). Die Idee ist bestechend: Mit einem einheitlichen Steckertyp lassen sich bis zu 126 Peripheriegeräte am PC anschließen und betreiben. Dies gilt nicht nur für klassische PC-Peripherie (Monitor, Tastatur, Maus, Drucker) sondern auch für z. B. Telefone, externe Fax- und Datenadapter oder Video-Kameras. Der heutige Kabelsalat mit unterschiedlichen Steckern hat mit USB ein Ende.

Die Unternehmen, die für dieses Thema Pate gestanden haben (Intel, Microsoft, DEC, IBM, NEC, Compaq und Northern Telecom), hatten neben dem Komfort für den Kunden natürlich auch ihr eigenes Geschäft mit Hardware, Software und Endgeräten im Fokus, denn für USB sind leistungsfähige PCs, geeignete USB-Controller und entsprechende Treiber erforderlich. Erste PCs mit (herausgeführter) USB-Schnittstelle sind bereits verfügbar. Ins Betriebssystem integrierte USB-Treiber wird es mit Windows 98 geben. Erste Peripheriegeräte sind ebenfalls auf dem Markt und waren auf der CeBIT `98 zu begutachten.

Kundennutzen:

Ein wesentlicher Vorteil des USB liegt im echten Plug and Play, d. h. USB erkennt die angeschlossenen Peripheriegeräte automatisch und sorgt auch für eine automatische Konfiguration. Das An- und Umstecken von Peripheriegeräten kann bei laufendem PC auch während einer Anwendung erfolgen (Hot Plugging). Es müssen in der Regel keine geräteindividuellen Treiber installiert werden. Ein Neustart des PCs ist ebenfalls nicht erforderlich. Da lediglich der USB-Controller einen Interrupt im PC verwendet, entfällt die lästige Sucherei nach freien Interrupts, die ja bei herkömmlichen Einsteckkarten oft zu Problemen führt. Außerdem entfällt das Öffnen des PCs für den Einbau von Sound-, Modem-, ISDN- oder Videokarten, da es auch für diesen Bereich entsprechende USB-Lösungen gibt bzw. geben wird, wobei davon auszugehen ist, daß diese Produkte preislich nicht wesentlich über heutigen internen Kartenlösungen liegen. Für viele Schreibtische bietet USB einen weiteren Vorteil: Die Peripheriegeräte müssen nicht zwangsläufig an der PC-Rückseite angeschlossen werden. Von dort läuft lediglich ein USB-Kabel zu einem USB-fähigen Peripheriegerät (z. B. einer USB-Tastatur), welches dann seinerseits den Anschluß weiterer Geräte erlaubt (z. B. einer Maus) = sog. Free Plugging. Insofern können bestimmte Geräte mit USB-Anschluß gleichzeitig als Multiplikator für weitere Geräte dienen. Diese Verteiler innerhalb des USB werden als Hubs bezeichnet.

In Verbindung mit den ab circa Anfang 1999 verfügbaren On now-PC's wird der PC mit angeschlossener USB-Peripherie zu einem echten Kommunikations-Partner, weil z.B. eingehende Faxe und Anrufe auch im Stand - by - Modus des PCs empfangen werden können.

Technische Details:

Neben den bereits genannten Merkmalen sind noch einige technische Charakteristika des USB zu nennen: die Bus-Topologie, die Pipe-Kommunikation, die Datentransferarten sowie die Bandbreite des USB.

• Bus-Topologie:
  Der USB ist, obwohl der Name dies suggeriert, kein Bus im klassischen Sinne. Die Topologie des USB wird am besten durch den Begriff Verteilter Stern beschrieben d. h. die einzelnen Peripheriegeräte (die sogenannten Devíces) werden sternförmig an verteilten Verbindungspunkten [den sogenannten Hubs) angeschlossen. Identifiziert werden diese Peripheriegeräte jedoch wie an einem Bus üblich, über linear verteilte Adressen, die unabhängig von der Existenz dieser Verbindungspunkte sind. Die Länge des Kabels zwischen einem Hub und einem Peripheriegerät darf maximal 5m betragen. Der PC, an dem die Hubs bzw. die USB-Geräte angeschlossen sind, ist verantwortlich für die Kommunikation zwischen den einzelnen Geräten. So können USB-Geräte untereinander nur über den PC (den sogenannten Host) als Initiator der Kommunikation Daten austauschen. Der eigenständige Datentransfer zwischen USB-Geräten ohne geeignete Host-Software ist nicht möglich.

• Pipe-Kommunikation:
  Die Treiber-Software im PC stellt zur Kommunikation mit den USB-Geräten die sogenannten Pipes zur Verfügung. Dies sind logische Übertragungskanäle, in denen die Daten vom Device zum Host und umgekehrt transportiert werden. So muß der Programmierer eines Host-Treibers nicht die Register eines Peripherie-Controllers direkt programmieren, sondern er hat die Möglichkeit, das externe USB-Gerät über einfache Pipe-Funktionen anzusteuern.

• Datentransferraten:
  Wie die herkömmlichen PC-Karten und Peripheriegeräte erfordern auch USB-Geräte unterschiedliche Steuerungs- und Datenübertragungsmöglichkeiten. So gibt es Geräte, die eine definierte Bandbreite des USB erfordern, damit kein Abriß des Datenstroms erfolgt (z. B. ISDN-Geräte, USB-Kameras). Andere erfordern sofortige Reaktionen innerhalb kürzester Zeit (z. B. Maus). Diese Anforderungen werden durch die Bereitstellung verschiedener Datentransferarten erfüllt: isochron, bulk, interrupt und control. Der isochrone Transfer wird verwendet, wenn konstante Übertragungsraten erforderlich sind (z. B. Lautsprecher, USB-Kamera. ISDN-Modem). Der Bulktransfer wird zur Übertragung großer Datenblöcke ohne garantierre Reaktionszeit eingesetzt (z. B. Drucker, Scanner.) Der Interrupttransfer wird immer dann verwendet, wenn das USB-Gerät wie ein typisches, interrupt-gesteuertes Gerät funktioniert (z. B. Maus, Joystick). Der Control-Transfer wird von jedem USB-Gerät genutzt. Er dient zur Übertragung von Steuerungsinformationen, vor allem während der nach dem Einschalten des PCs erforderlichen Geräteinitialisierung (z. B. Adreßvergabe, Gerätekonfiguration). Hierzu stellt jedes USB-Gerät eine Default-Controlpipe zur Verfügung, über die der USB-Treiber auf dem Host mit dem Gerät kommuniziert. Der Control-Transfer kann im Falle eines ISDN-Modems z. B. auch für D-Kanal-Daten verwendet werden. Interrupt, Bulk- und Controltransfer sind gesichert, d. h. es werden geeignete Error-Recovery-Mechanismen eingesetzt, um Übertragungsfehler zu vermeiden. Der isochrone Transfer ist nicht gesichert, die Host- und Gerätesoftware müssen eigenständige Error-Recovery-Maßnahmen vorsehen, um Übertragungsfehler zu verhindern. Darüber hinaus sind Control- und Bulktransfer bidirektional, d. h. über eine Pipe können Daten vom und zum Device hin übertragen werden. Der Interrupttransfer ist nur vom Device zum Host möglich. Der isochrone Transfer ist ebenfalls unidirektional, allerdings in belìebiger Richtung.

• Bandbreite:
  Der USB hat eine Bandbreite von 12 Mbit/s. Er ist somit für langsame Peripheriegeräte wie Maus, Tastatur bis hin zu langsamen SCSI-Geräten (z. B. Scannern) oder komprimiertem Video einsetzbar. Weiterhin unterscheidet man zwischen Low-Speed und High-Speed USB-Controllern. High-Speed USB-Controller unterstützen die volle Bandbreite des USB (d.h. 12 Mbit/s). Low-Speed USB-Controller unterstützen lediglich 1,5 Mbit/s, sind aber kostengünstiger und daher z. B. für Tastaturen und Mäuse geeignet.

Noch ein Hinweis zum Schluß:
Wenn Sie unter Windows 98 Probleme mit USB-Geräten erhalten, sollten Sie das BIOS des Motherboards evtl. auf einen neuen Stand bringen und zudem einen USB-Patch für Windows98 einspielen. Dieser Ptach ist allerdings bisher nicht in Deutsch verfügbar.

infoadresse:

• USB Konsortium
  Internet: http://www.usb.org