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

Mar 21, 2024

El bus serie universal (USB) se define como un estándar que menciona las especificaciones utilizadas por cables, puertos y protocolos que permiten una conectividad simple y universalmente aceptada entre un host y un dispositivo periférico. Este artículo explica qué es el 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 computadoras. Antes de la llegada de la tecnología USB, una PC normalmente incluía una o dos conexiones seriales, 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 sólo conexiones USB, Apple obligó a otros fabricantes a adoptar el estándar. Desde entonces, la mayoría de los dispositivos periféricos, incluidas impresoras, escáneres y teclados, utilizan USB. Incluso la creación de nuevas tecnologías (como las tarjetas de memoria portátiles, popularmente llamadas almacenamiento USB, que eventualmente reemplazaron a los disquetes) fue impulsada por la aceptación de este estándar.

El diseño de USB ahora está estandarizado por el Foro de Implementadores de USB (USB-IF), que está compuesto por organizaciones que apoyan y promueven el USB. El USBIF no sólo 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 componentes internos o una computadora y sus dispositivos externos. Es una metáfora de una barra colectora electrónica, que distribuye electricidad a través de grandes lugares que consumen mucha energía, como fábricas o centros de datos.

Antes de la introducción del USB, cualquier dispositivo periférico se conectaba a un ordenador a través de un puerto de construcción propia. Con el paso de los años, a medida que aumentó el número de dispositivos periféricos, se necesitó un nuevo método estandarizado para intercambiar datos desde el host principal y una variedad de dispositivos. Esto finalmente llevó 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 podría incluir detalles como el origen y el destino del material, y cualquier anomalía que pueda haberse 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 4,8 gigabits por segundo con 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 el ancho de banda restante (que siempre es del 10% como mínimo). Más allá de este umbral, no puede tener varias 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 energía e información. Para lograr esto, cualquier cable USB tiene dos tipos de hilos. Un conjunto transporta corriente, mientras que el otro transmite señales de datos.

Hay cuatro tiras metálicas 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 diseñadas para la transmisión de datos. Con la última conexión USB 3.0, la inclusión de tiras de transporte de datos adicionales aumenta la velocidad de transmisión de datos. Cuatro líneas de señalización adicionales permiten la velocidad superior del USB 3.0.

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

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

La PC debe reiniciarse al instalar o desinstalar un dispositivo desde un puerto anterior. La descarga electrostática (ESD), una corriente eléctrica involuntaria capaz de causar grandes daños a dispositivos electrónicos frágiles, se evitó inicialmente mediante un reinicio. Con USB esto no es necesario. El intercambio en caliente es resistente a fallas, lo que significa que puede continuar funcionando a pesar de una falla del hardware.

Otro aspecto del USB es el uso de corriente continua (DC). Varios dispositivos están conectados a una corriente continua a través de una conexión de alimentación USB pero no comunican datos. Ejemplos notables incluyen parlantes USB, refrigeradores pequeños, lámparas para teclados 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 destinada a transmitir 5 V a una corriente máxima de 500 mA. La conexión USB se puede insertar 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 al cable y a la conexión eléctrica.

Los USB se pueden clasificar en función de cuatro generaciones de desarrollo o del 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 serie y paralelo, 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 alcanzó 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 su tipo en transportar vídeo 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 USB 1.0, USB 3.0 no pudo imponerse y sus sucesores encontraron mucha más aceptación. Las MacBooks y Chromebooks estuvieron entre las primeras computadoras portátiles en adoptar el USB 3.1 introducido en 2014. La velocidad de transmisión máxima de USB 3.1 fue de 10 gigabits por segundo. Exactamente tres años después, se lanzó USB 3.2 con velocidades de transmisión de 20 gigabits por segundo, dos veces más rápido que USB 3.1. Sólo estos USB son compatibles con conexiones tipo C. Estos puertos son full-duplex, lo que significa que los datos se pueden enviar 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 su 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 única conexión de alta velocidad con numerosos tipos de dispositivos finales, ejecutando cada transferencia según su tipo de datos o aplicación. Los primeros productos compatibles con USB4 fueron los procesadores Tiger Lake de Intel, y aparecieron más dispositivos a finales de 2020. Este tipo de conexión USB aún no se ha generalizado. Otra forma de entender 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. Por eso también se les conoce como conexiones estándar A. Si las computadoras portátiles o de escritorio incluyen un puerto USB (donde se pueden conectar dispositivos USB), es probable que el puerto sea tipo A. Tenga en cuenta que la mayoría de 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. Es menos frecuente que el tipo A; sin embargo, se puede encontrar en componentes de computadoras como escáneres, impresoras, unidades de disco externas, etc. Este tipo es principalmente adecuado para conexiones de transferencia masiva de datos. El USB tipo B rara vez se encuentra en las computadoras portátiles, pero puede prevalecer en estaciones de trabajo, servidores y mainframes de escritorio más antiguos.

El USB tipo C es probablemente la conexión USB más omnipresente disponible actualmente. Cabe fácilmente en los periféricos más pequeños que utilizamos hoy en día, como teléfonos móviles, altavoces Bluetooth, etc., gracias 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 puede insertarse 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 tipo C. El Comité de Mercado Interior del Parlamento Europeo (IMCO) también ha confirmadoAbre una nueva ventana que todos los dispositivos lanzados en la UE deberán tener obligatoriamente capacidades de carga USB-C.

Los dispositivos Apple modernos, como el iPhone y el iPad, suelen incluir un conector USB independiente: el cable Lightning. En un extremo del cable hay una conexión rectangular estrecha y en el otro hay un conector tipo C. Al igual que el USB C, es reversible o simétrico, lo que significa que se puede insertar de cualquier manera. Sin embargo, debido a su diseño, la conexión Lightning no se puede utilizar en ningún producto o dispositivo que no sea el de 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. El USB Mini se encuentra a menudo en cámaras portátiles, controladores de juegos y teléfonos móviles más antiguos.

Nuevamente, la variante micro optimiza el USB A o B para dispositivos móviles, aunque para los relativamente más nuevos. Con la introducción del USB tipo C, los micro-USB se están eliminando progresivamente de los nuevos modelos de teléfonos inteligentes de alta gama. Sin embargo, el micro USB todavía se utiliza comúnmente en teléfonos móviles 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 indica, esto permite una transmisión de datos más rápida que los puertos micro USB B estándar. Por lo tanto, estas conexiones suelen verse en unidades de disco externas, donde se produce con frecuencia una transmisión masiva de datos.Ver más: ¿Qué es el análisis espacial? Definición, funcionamiento 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 del 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 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 amigable con la productividad. Proporciona velocidades entre 1,5 Mbit/s y 5 Gbit/s. En 2013 se lanzó el USB 3.1, que aumentó la velocidad a 10 Gbit/s. Además, el protocolo USB puede detectar errores en la transmisión de datos e indicarle al transmisor que reenvíe los datos.

Debido a la escalabilidad del proceso de fabricación y la adaptabilidad y popularidad del USB, ahora es asequible producir productos compatibles con USB. En consecuencia, los componentes, conexiones y 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 hasta ampliar el almacenamiento de dispositivos móviles. Las organizaciones pueden aprovechar la tecnología USB para aumentar sus capacidades de almacenamiento principal y permitir una mayor flexibilidad para los empleados.

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Escritor técnico