USB- Universal Serial Bus

In occasione delle prime prove su periferiche con attacco USB pubblicate sul nostro sito, mi è sembrato opportuno fare una piccola introduzione per spiegare cosa si intende con USB, quali sono i vantaggi offerti da questa nuova porta seriale, quali sono gli sviluppi futuri previsti ecc...
Come riportato nel titolo, USB sta per Universal Serial Bus, cioè porta seriale universale di tipo bidirezionale ad alta velocità in grado di garantire il passaggio di dati, audio, alimentazione ecc.. ; l'USB nasce dalla volontà di numerosi ed importanti costruttori di hardware, di trovare e sviluppare nuove tecnologie in grado di rendere più agevole ed efficace la connessione delle varie periferiche con il nostro PC. L'USB interessa quindi dispositivi di input come tastiere, mouse, scanner ecc.. oppure di output come stampanti, unità di backup, dischi fissi esterni ecc... che come ben sappiamo, comportano l'inevitabile configurazione del PC per renderne ottimale lo sfruttamento, nonché la necessità di dover, a volte, installare schede controller interne su bus ISA o PCI, oppure porte seriali e parallele aggiuntive. Con l'USB è possibile installare con un unico cavo, che consente come detto sia il passaggio di dati che della tensione di alimentazione, fino a 127 periferiche per ogni singola porta presente sul nostro PC. La velocità massima di trasmissione, condizionata dalla tipologia del cavo utilizzato e dalla periferica installata, può arrivare fino a 12 Mbit per secondo (circa 1,5 MByte/s), molto elevata se confrontata con le moderne porte seriali con UART 16550 che raggiungono i teorici 921600 bps (circa 1 Mbps, cioè 0,125 MByte/s, anche se come ben sappiamo i nostri dispositivi consentono in genere velocità di 115Kbps cioè 0,014 MByte/s); una velocità teorica così elevata per una porta seriale ci fa capire che le periferiche USB potranno godere di connessioni prive del classico collo di bottiglia, caratteristico delle UART 16550 e parallele (una porta parallela standard consente transfer rate di 0,150 MByte/s, cioè 150 KByte/s che sono 1,2 Mbps), su periferiche quali scanner, dischi fissi esterni, dispositivi digitali come video camere, unità di backup ecc... in cui il transfer rate va a condizionare, e non poco, le prestazioni complessive della periferica e quindi del PC in generale.

I connettori USB hanno attacchi di ugual tipologia e quindi non si differenziano tra loro come per le porte seriali e parallele, e questo rende decisamente più agevole l'installazione delle periferiche, vi è poi il pieno supporto delle funzioni Plug & Play e risulta possibile effettuare la cosiddetta installazione a "caldo", cioè senza spegnere il PC per poi riavviarlo; un esempio di questa importante caratteristica l'ho avuto con il modem Leonardo USB di Digicom, da me installato a PC acceso e subito riconosciuto dal controller USB.

Per quanto concerne la possibilità di installare un numero elevato di periferiche fino alle teoriche 127 è ovvio che bisogna ricorrere a particolari dispositivi denominati HUB USB, che in analogia con quelli presenti nelle tradizionali reti informatiche, offrono un numero variabile di uscite USB, a seconda del modello ovviamente, e quindi danno origine ad una vera e propria diramazione denominata a stella. Questi HUB possono essere di due differenti tipologie:
a) ricevono alimentazione dal PC al quale sono connessi e la ridistribuiscono alle varie periferiche;
b) sono loro stessi a generare l'alimentazione necessaria per il funzionamento delle periferiche;
Si parlerà rispettivamente di HUB passivi e attivi.

La lunghezza massima di ogni cavo, dipendente anche dalla qualità dello stesso, è in media sui 5 mt e la velocità del trasferimento dati potrà essere di pochi Kbps per tastiere, mouse, joystick fino ad arrivare ai 12 Mbps per dischi fissi esterni, video camere digitali ecc... Sullo stesso canale USB possono coesistere senza problemi periferiche di differente velocità e tipologia senza i classici limiti che porte come la seriale erano in grado di instaurare; basti ricordare la non trasparenza di uno scanner con connessa una stampante ed il limite sul numero massimo di periferiche gestibili per il noto problema di condivisione di risorse quali IRQ, indirizzi di memoria ecc.... La porta USB usa un unico IRQ ed indirizzo di memoria a prescindere dal numero di periferiche ad essa connesse; questo rende effettivo il Plug & Play liberandoci dalle difficoltà di dover risolvere conflitti generati da Sistemi Operativi che tanto decantano questa caratteristica, ma che spesso e volentieri non riescono, a conti fatti, a garantirla.

La porta USB eroga 500 mA con 5 Volt di tensione ed è quindi in grado di alimentare tutti i classici dispositivi esterni che sono in genere connessi ad un PC. E' importante sottolineare che gli HUB passivi, assorbendo circa 100 mA, possono poi rendere disponibile su ogni uscita solo 100 mA, a differenza degli HUB attivi che garantiranno i 500 mA su ogni attacco.
I dispositivi che potranno essere connessi ad una porta USB sono molteplici e abbracceranno i più svariati campi; vedi ad esempio masterizzatori, DVD, CD ROM, macchine fotografiche, dispositivi a nastri, floppy, dispositivi di connessione per reti informatiche ecc... e sempre più numerosi lo saranno in futuro grazie allo sviluppo dell'adeguato supporto software.

L'USB non è certo una tecnologia recente, ma se guardiamo la sua comparsa potremmo definirla  "vecchia" in rapporto ai ritmi frenetici nel campo dell'evoluzione hardware ai quali ci siamo purtroppo dovuti abituare; la lentezza nell'affermazione di questa innovativa porta di connessione è stata fortemente imposta dal non supporto software che aziende quali Microsoft, con i suoi sistemi operativi, non ha voluto offrire se non di recente con l'ultima versione di Windows 95 e con la definitiva consacrazione in Windows 98. Infatti il supporto da parte del nostro PC, sia per quanto concerne la parte hardware con il connettore integrato sulla M.B. nelle recenti ATX oppure come dispositivo opzionale sulle AT, che del BIOS della M.B.,  deve poi essere completato da quello offerto dal S.O.; W95 ver. 2.1 e successive danno tale supporto caricando l'utility USBSUPP.EXE presente sul CD del programma o scaricabile dal sito Internet della Microsoft, mentre W98 ha già integrato tale supporto.
L'importanza dell'USB è a mio avviso destinata a crescere nel tempo, e ben presto arriveremo a PC che non offriranno più le tradizionali uscite seriali e  parallele e questo avverrà tanto più velocemente quanto più le case produttrici di periferiche hardware vorranno o potranno investire nella riprogettazione dei loro attuali articoli per renderli disponibili anche in versione USB; sono troppi i vantaggi offerti da questa tecnologia per non seguirne lo sviluppo in tempi brevi e a sostegno della mia convinzione basta sfogliare qualunque rivista informatica per vedere pubblicizzate numerosissime periferiche USB.
Anche molti dispositivi SCSI esterni subiranno la stessa sorte e quindi potremmo dire addio alle schede controller, ai problemi derivanti dalla configurazione delle terminazioni, a quello relativo agli indirizzi di identificazione dei vari dispositivi SCSI,  all'uso massiccio di risorse quali IRQ ed indirizzi di memoria, ai vari conflitti hardware ecc...ma questo sarà funzione sia della tipologia del dispositivo che dell'evoluzione della connessione USB; infatti è già stata annunciato lo sviluppo di una evoluzione dell'USB attuale, che è noto come USB 1.1 e che come detto consente di raggiungere i 12 Mbps (1,5 MByte/s), che prenderà il nome di USB 2.0 (uscita prevista per la seconda metà dell'anno 2000) e che consentirà prestazioni tra le 10-20 volte superiori alle attuali e quindi il raggiungimento di velocità comprese tra i 120 - 240 Mbps (15 - 30 MByte/s) e questo ovviamente aprirà nuovi orizzonti e quindi nuove possibilità di vedere periferiche tradizionalmente concepite come SCSI-2, SCSI-3, Ultra IDE ecc. anche in versione USB.

Da non sottovalutare l'importanza di non dover più ricorrere alle numerosissime prese di corrente per connetterci l'alimentatore delle casse audio, quello per il modem, quello per lo scanner, quello per lo Zip, quello per il lettore di CD esterno ecc...con un incredibile limitazione di cavi e cavetti che caratterizzano i nostri attuali PC e che, come ben sappiamo, ci creano non pochi problemi.

Non è comunque tutto oro ciò che luccica dato che, in generale, le prime impressioni avute dai test condotti su periferiche USB e dalla lettura di recensioni su riviste del settore è che l'USB gode ancora di problemi di gioventù sia per il supporto software inadeguato che, in alcuni casi, per la riprogettazione molto approssimativa delle varie periferiche con evidenziate difficoltà sul fronte dell'alimentazione inadeguata e sulla loro non brillante velocità; la concorrenza è forte è per "bruciare" sul tempo l'avversario bisogna a volte ricorrere a compromessi tra la qualità ed il costo. La tendenza attuale sembrerebbe quella di iniziare a diffondere periferiche di fascia bassa (modem, mouse, tastiere, scanner ecc...) per far entrare il mondo informatico nell'ottica USB, risparmiando al massimo sulla progettazione e sul costo dei dispositivi e puntando più sullo sfruttamento della piena compatibilità del Plug & Play e facilità di installazione che non sullo sfruttamento ottimale delle potenzialità offerte per poi passare, in un secondo tempo, alla diffusione di periferiche ben più prestazionali e di fascia alta che riusciranno a sfruttare al massimo questa nuova tecnologia e le sue evoluzioni tecnologiche; per l'uscita di queste periferiche bisognerà aspettare ancora un po di tempo e questo per alcuni importanti motivi:

a) per i costi che le aziende stesse dovranno sostenere per la riprogettazione dell'hardware, che differisce in modo sostanziale da quello tradizionale, e per realizzare dei dispositivi effettivamente in grado di sfruttare l'attuale e potenziale velocità di 12 Mbps, per i dispositivi più lenti concepiti unicamente per attacchi serali e paralleli, e la futura velocità di 120 - 240 Mbps, con l'USB 2.0, per periferiche concepite per interfacce SCSI ecc...;
b) per fare in modo che le porte USB presenti sulle M.B., nonchè il BIOS di quest'ultime, siano all'altezza della situazione per quanto concerne qualità, velocità e compatibilità;
c) per fare in modo che lo sviluppo di driver ottimizzati ed il pieno supporto da parte dei sistemi operativi consentano effettivamente di sfruttare al meglio le potenzialità dell'USB.

Per verificare se il vostro PC ha il pieno supporto all'USB, potete scaricare una interessante utility realizzata da Intel direttamente da qui (533 KByte).

Tabella comparativa delle velocità delle attuali porte installate su un PC come schede controller oppure integrate su M.B., in ordine crescente di valore (tratta dalle FAQ del sito ufficiale dell'USB):

Se volete avere informazioni maggiori sul mondo USB vi segnalo i link dei siti più rappresentativi, quali ad esempio il sito ufficiale del consorzio che ha creato l'USB, nonché quello di Microsoft ed Intel:

USB

USB - Microsoft

USB - Intel