¿Qué es USB (bus serie universal)? Tipos e importancia

El bus serie universal (USB) se define como un estándar que menciona las especificaciones utilizadas por los cables, puertos y protocolos que permiten una conectividad simple y universalmente aceptada entre un host y un dispositivo periférico. Este artículo explica qué es USB, los tipos de USB y la importancia de la tecnología.

USB, o bus serie universal, es un mecanismo utilizado para conectar dispositivos periféricos a las computadoras. Antes de la llegada de la tecnología USB, una PC generalmente incluía una o dos conexiones en serie, un puerto paralelo, conectores para teclado y mouse y, en algunos casos, un puerto para joystick.

El estándar USB fue establecido a mediados de la década de 1990 por varias empresas estadounidenses, en particular IBM, Intel y Microsoft Corporation, como una forma más sencilla de conectar periféricos de computadora. El puerto proporcionó un método estándar para conectar varios dispositivos y ofreció considerables ventajas de velocidad sobre otras alternativas.

Inicialmente, la aceptación de la tecnología USB fue lenta:

La introducción en 1998 del primer modelo de iMac de Apple Inc. fue un gran avance. Al crear una máquina popular y bien recibida con solo conexiones USB, Apple obligó a otros fabricantes a adoptar el estándar. Desde entonces, la mayoría de los dispositivos periféricos, incluidas impresoras, escáneres y teclados, han utilizado USB. Incluso la creación de nuevas tecnologías (como los dispositivos de memoria portátiles, popularmente llamados almacenamiento USB, que finalmente reemplazaron a los disquetes) se vio estimulada por la aceptación de este estándar.

El diseño USB ahora está estandarizado por el USB Implementers Forum (USB-IF), que está compuesto por organizaciones que apoyan y promueven USB. El USBIF no solo respalda el USB, sino que también mantiene el estándar y hace cumplir el programa de cumplimiento.

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El 'bus' de una computadora es una red de cables que transportan datos entre los componentes internos o una computadora y sus dispositivos externos. Es una metáfora de una barra colectora electrónica, que distribuye electricidad en lugares grandes que consumen mucha energía, como fábricas o centros de datos.

Antes de la introducción de USB, cualquier dispositivo periférico se conectaba a una computadora a través de un puerto de su propia construcción. A lo largo de los años, a medida que aumentó la cantidad de dispositivos periféricos, se requirió un nuevo método estandarizado para intercambiar datos desde el host principal y una variedad de dispositivos. Esto finalmente condujo a la invención del USB.

Cuando un dispositivo periférico se conecta a una computadora host mediante USB, la máquina host determinará automáticamente el tipo de dispositivo e instalará un controlador que le permita funcionar.

El USB transmite datos entre dos dispositivos en cantidades más pequeñas, del tamaño de un bocado, conocidas como "paquetes". Cada paquete transmite una cantidad predeterminada de bytes (una unidad de información digital). Esto puede incluir detalles como el origen y el destino del material, y cualquier anomalía. que puede haber sido descubierto.

El funcionamiento de un USB se puede dividir de la siguiente manera:

A medida que aumenta la cantidad de dispositivos, el host mantiene un registro de la cantidad total de ancho de banda solicitado por todos los dispositivos isócronos y de interrupción. Juntos, pueden ocupar hasta el 90 % del ancho de banda disponible, que es de 480 megabits por segundo para USB estándar o de 4,8 gigabits por segundo para USB 3.0.

El host impide el acceso a más dispositivos isócronos o de interrupción una vez que se ha consumido el 90 %. Los paquetes de control y los paquetes de transferencia masiva utilizan cualquier ancho de banda restante (que siempre es del 10 % como mínimo). Más allá de este umbral, no puede tener múltiples conexiones USB transfiriendo datos simultáneamente.

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El puerto USB es una interfaz estándar para conectar cables a PC y dispositivos electrónicos de consumo. Los usuarios pueden conectar un cable especialmente diseñado llamado cable USB a este puerto. Un extremo del cable se conecta al host y el otro al periférico y, según el tipo de USB, los dos extremos pueden ser simétricos o no.

Los cables USB pueden transmitir tanto energía como información. Para lograr esto, cualquier cable USB tiene dos tipos de cables. Un conjunto transporta corriente, mientras que el otro transmite señales de datos.

Hay cuatro tiras de metal dentro de la conexión USB 2.0 convencional. Las dos tiras más externas son los terminales positivo y negativo de la fuente de alimentación. Las dos franjas centrales están designadas para la transmisión de datos. Con la última conexión USB 3.0, la inclusión de tiras portadoras de datos adicionales aumenta la velocidad de transmisión de datos. Cuatro líneas de señalización añadidas permiten la velocidad superior de USB 3.0.

Las conexiones de bus serie universal (habilitadas por puertos USB y cables USB) admiten lo siguiente:

El intercambio en caliente es una de las principales características del USB. Esta funcionalidad permite la eliminación o sustitución de un dispositivo sin necesidad de reiniciar o interrumpir el sistema.

La PC debe reiniciarse al instalar o desinstalar un dispositivo de un puerto antiguo. La descarga electrostática (ESD), una corriente eléctrica no intencionada capaz de infligir daños importantes a los dispositivos electrónicos frágiles, se evitó inicialmente reiniciando. Con USB, esto no es necesario. El intercambio en caliente está reforzado contra fallas, lo que significa que puede continuar funcionando a pesar de la falla del hardware.

Otro aspecto de USB es el uso de corriente continua (CC). Varios dispositivos están conectados a una corriente continua a través de una conexión de alimentación USB pero no comunican datos. Los ejemplos notables incluyen parlantes USB, refrigeradores pequeños, lámparas de teclado e incluso cargadores de dispositivos basados ​​en USB.

Todas las conexiones USB cuentan con al menos cuatro contactos utilizados para alimentación, tierra y dos cables de datos (D + y D -). Los conectores USB 3.0 y superiores tienen cinco contactos. La conexión USB está diseñada para transmitir 5V a una corriente máxima de 500mA. La conexión USB puede insertarse en una sola dirección. Es factible forzar una conexión incorrecta. Sin embargo, esto podría provocar daños en el dispositivo.

La conexión USB está aislada, proporcionando una carcasa metálica que no forma parte del circuito. Esta característica es crucial para mantener la integridad de la señal en un entorno eléctricamente "ocupado". Todos los cables USB están envueltos en plástico en el extremo de conexión para evitar daños en el cable y la conexión eléctrica.

Los USB se pueden clasificar según cuatro generaciones de desarrollo o el tipo de conexiones de cable que utilizan. Veamos primero las cuatro versiones de USB que se han desarrollado a lo largo de los años.

Tipos de USB

Antes de los USB, los sistemas tenían puertos seriales y paralelos, como se explicó anteriormente. Muchos fabricantes de computadoras, como Intel, Microsoft y Apple, trabajaron juntos para desarrollar un dispositivo universal que conectaba múltiples fuentes externas a una PC sin necesidad de reiniciar. Esta fue la primera generación, disponible en los años 90.

En 2000, USB 2.0 logró un dominio generalizado. La velocidad de transferencia fue la diferencia más significativa entre la versión 2.0 y la versión 1.1. El USB 2.0 entregó datos a una velocidad de 480 megabits por segundo, cuarenta veces más rápido que el USB 1.1. Además de sus velocidades significativamente mejoradas, USB 2.0 se podía configurar con cualquier puerto USB 1.1 y viceversa.

USB 3.0 fue el primer dispositivo de este tipo en transportar video de alta definición de manera eficiente. También se conocía como SuperSpeed ​​USB y tenía velocidades de transferencia de 5 gigabits por segundo o aproximadamente 5120 megabits por segundo. Sin embargo, al igual que el USB 1.0, el USB 3.0 no tuvo éxito y sus sucesores encontraron mucha más aceptación. Los Macbooks y Chromebooks fueron de los primeros portátiles en adoptar el USB 3.1 introducido en 2014. La tasa de transmisión máxima de USB 3.1 fue de 10 gigabits por segundo. Exactamente tres años después de esto, se lanzó USB 3.2 con velocidades de transmisión de 20 gigabits por segundo, dos veces más rápido que USB 3.1. Solo estos USB son compatibles con conexiones Tipo C. Estos puertos son full-duplex, lo que significa que los datos pueden enviarse en ambas direcciones ya que el USB es simétrico.

USB4 (también conocido como USB 4.0) es un estándar de 2019 emitido por USB-IF en la versión 1.0. El protocolo USB4 se basa en el estándar Thunderbolt 3, que Intel Corporation presentó al USB-IF. Su diseño puede utilizar dinámicamente una sola conexión de alta velocidad con numerosos tipos de dispositivos finales, ejecutando cada transferencia de acuerdo con su tipo de datos o aplicación. Los primeros productos compatibles con USB4 fueron los procesadores Tiger Lake de Intel, con más dispositivos apareciendo a fines de 2020 Este tipo de conexión USB aún no se ha generalizado. Otra forma de comprender los diferentes tipos de USB es clasificándolos según la naturaleza de la conexión del cable y el diseño físico. Estos son los tipos clave de USB a tener en cuenta, continuando con la lista anterior:

Las conexiones USB tipo A, a menudo conocidas como conectores tipo A, se encuentran entre los conectores USB más frecuentes. En consecuencia, también se conocen como conexiones estándar A. Si las computadoras portátiles o de escritorio incluyen un puerto USB (donde se pueden conectar los dispositivos USB), es probable que el puerto sea de tipo A. Tenga en cuenta que las computadoras portátiles Apple (Mac) más recientes carecen de conexiones USB tipo A.

El tipo B tiene forma cuadrada y es más pequeño que el tipo A. Esto es menos frecuente que el tipo A; sin embargo, se puede encontrar en componentes informáticos como escáneres, impresoras, unidades de disco externas, etc. Este tipo es principalmente adecuado para conexiones de transferencia de datos masivos. El USB tipo B rara vez se encuentra en las computadoras portátiles, pero puede prevalecer en las estaciones de trabajo, servidores y mainframes de escritorio más antiguos.

El USB tipo C es probablemente la conexión USB más omnipresente disponible en la actualidad. Se adapta fácilmente a los periféricos más pequeños que usamos hoy en día, como teléfonos móviles, altavoces Bluetooth, etc., debido a su tamaño compacto. Uno de los numerosos beneficios del tipo C sobre otras variaciones actuales es que admite la "orientación inversa del enchufe", lo que significa que su enchufe se puede insertar sin tener en cuenta su orientación. Esto significa que puede cargar su teléfono a través de su computadora portátil o viceversa. utilizando la fuente de alimentación bidireccional de tipo C. El Comité de Mercado Interior del Parlamento Europeo (IMCO) también ha confirmadoOpens a new window que todos los dispositivos lanzados en la UE deberán tener capacidades de carga USB-C de manera obligatoria.

Los dispositivos modernos de Apple, como el iPhone y el iPad, a menudo incluyen un conector USB separado: el cable Lightning. En un extremo del cable hay una conexión rectangular estrecha y en el otro hay un conector tipo C. Similar al USB C, es reversible o simétrico, lo que significa que puede insertarse de cualquier manera. Sin embargo, debido a su diseño, la conexión Lightning no se puede utilizar en ningún producto o dispositivo que no sea Apple.

Este tipo de USB optimiza las conexiones USB A o B para dispositivos portátiles un poco más antiguos. Estas son las versiones en miniatura de las conexiones USB Tipo A y Tipo B. USB Mini se encuentra a menudo en cámaras portátiles, controladores de juegos y teléfonos celulares más antiguos.

Nuevamente, la variante micro optimiza USB A o B para dispositivos móviles, aunque para los relativamente más nuevos. Con la introducción del USB Tipo C, los micro-USB ahora se están eliminando de los modelos más nuevos de teléfonos inteligentes de alta gama. Sin embargo, micro USB todavía se usa comúnmente en teléfonos celulares económicos y otros dispositivos electrónicos, como auriculares, en todo el mundo. USB Micro B SuperSpeed ​​es una variación adicional del estándar micro USB. Como su nombre lo indica, esto permite una transmisión de datos más rápida que los puertos micro USB B estándar. Por lo tanto, estas conexiones se ven a menudo en unidades de disco externas, donde la transmisión masiva de datos ocurre con frecuencia. Ver más: ¿Qué es el análisis espacial? Definición, trabajo y ejemplos

Por varias razones, USB es una tecnología fundamental en la era digital moderna tanto para consumidores como para empresas.

Importancia del USB

La adaptabilidad de USB elimina la necesidad de tipos de conexión y especificaciones de hardware independientes para cada accesorio. Además, la mayoría de las computadoras personales cuentan con tres o cuatro puertos USB. Si se necesitan más puertos USB, se pueden emplear concentradores USB para agregar puertos externos.

En comparación con las conexiones más antiguas, las tomas USB son más pequeñas. Además, la interfaz USB se creó desde el principio para funcionar como una fuente de alimentación de CC. A través de su conector USB, cualquier dispositivo host puede proporcionar al periférico 5 V CC, entre 500 mA (USB 1.0 y 2.0) y 900 mA (USB 3.0).

El sistema operativo del dispositivo host solo debe instalar el controlador del dispositivo USB una vez. Después de eso, cuando el dispositivo periférico está conectado, el controlador se inicia inmediatamente para configurar el dispositivo periférico. Normalmente, el controlador de dispositivo para cualquier periférico USB se carga automáticamente la primera vez que el periférico se conecta al host.

USB ofrece múltiples configuraciones de velocidad, lo que lo hace más eficiente y productivo. Proporciona velocidades entre 1,5 Mbit/s a 5 Gbit/s. 2013 vio el lanzamiento de USB 3.1, que aumentó la velocidad a 10 Gbit/s. Además, el protocolo USB puede detectar errores de transmisión de datos y decirle al transmisor que vuelva a enviar los datos.

Debido a la escalabilidad del proceso de fabricación y la adaptabilidad y popularidad de USB, ahora es asequible producir productos compatibles con USB. En consecuencia, los componentes, las conexiones y los cables son ampliamente accesibles y económicos. Durante el "modo de suspensión", el periférico utiliza menos de 500 microamperios para USB 2.0 y menos de 2,5 miliamperios para USB 3.0, lo que reduce drásticamente los gastos.

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En las últimas dos décadas, USB se ha convertido en el tipo de conectividad más aceptado para dispositivos de consumo. Tiene numerosas aplicaciones para periféricos de PC cuando se trabaja desde casa para ampliar el almacenamiento de dispositivos móviles. Las organizaciones pueden aprovechar la tecnología USB para agregar a sus capacidades de almacenamiento principal y permitir una mayor flexibilidad para los empleados.

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Escritor técnico