USB: tutte le versioni, connettori e differenze

Lo standard USB ha ormai soppiantato le altre interfacce di comunicazione seriale, come le porte seriali o le porte parallele, grazie al Plug and Play e alla funzionalità di Hot Swap, che permette di collegare e scollegare periferiche senza bisogno di riavviare il computer.

Il sistema USB è asimmetrico e consiste in un singolo gestore e molte periferiche, collegate ad albero attraverso i famosi hub. Un cavo può essere lungo al massimo cinque metri: oltre è necessario utilizzare degli hub attivi in grado di amplificare il segnale.

Lo standard prevede anche la presenza di un VBUS, un cavo necessario per alimentare le periferiche a basso consumo. Solitamente le porte sono di due tipi, A e B: la prima è dedicata all'output, la seconda all'input dei dati.

Ma cosa cambia tra le diverse versioni di USB? In questo articolo vi proponiamo una panoramica su come l'Universal Serial Bus si sia evoluto nel corso degli anni, quali sono le differenze tra i vari standard e cosa ci possiamo aspettare dal futuro USB4.

USB 1.0

Lo standard USB 1.0 è stato sviluppato da Compaq, HP, IBM, NEC e Microsoft ed è stato introdotto nel gennaio 1996. È chiamato Low-Speed in quanto supporta una velocità di trasmissione teorica di soli 1,5 Mbps che scende a 1 Mbps (125 KB/s) in scenari reali.

La velocità, per quanto bassa, è adeguata alle necessità di periferiche come mouse e tastiere. Il cavo in questo caso può essere lungo fino a tre metri, anche se andare oltre 1,5 m rende già molto difficile usare un mouse.

La USB 1.0 è dotata dei connettori tipo A e tipo B. Il tipo A, chiamato anche downstream, è il classico connettore rettangolare che permette di collegare la periferica a un dispositivo dotato di porta USB tipo A. Il connettore tipo B è invece detto upstream, ha una forma quadrata con angoli smussati e viene utilizzato per collegare un cavo USB ad un dispositivo USB.

USB 1.1

USB 1.1 (Full Speed) viene introdotto nell'agosto 1998 per risolvere alcune problematiche dello standard 1.0 come quella della lunghezza dei cavi, ora giunti ad un massimo di 5 metri. È la prima versione ad essere adottata su larga scala ed è in grado di raggiungere una velocità teorica di 12 Mbps e reale di 7 Mbps (875 KB/s).

USB 2.0

Lo standard USB 2.0 "Hi-Speed" risale all'aprile del 2000. La novità principale è l’innalzamento della velocità teorica che passa da 12 Mbps a ben 480 Mbps, con una velocità reale che si attesta sui 280 Mbps (35 MB/s).

È la prima versione di USB in grado di competere con lo standard Firewire 400 (IEE 1394), dotato di una velocità di trasferimento di 400 Mbps, anche se non è ancora allo stesso livello per quanto riguarda il trasferimento di flussi video.

USB 2.0 ha ricevuto diversi aggiornamenti nel corso degli anni tramite l'ECN, come l'introduzione di nuovi formati quali il micro USB e il mini USB, nuove tecnologie come l'OTG e il supporto alla ricarica dei dispositivi.

Nell'ottobre del 2000 sono stati introdotti i connettori di tipo USB mini-A e mini-B, in grado di supportare l'OTG. Nel dicembre 2006 la tecnologia On-The-Go (l'OTG consente a un dispositivo di agire come host e comunicare con periferiche USB come hard disk esterni, chiavette, mouse, ecc. tramite un cavo USB) è stata aggiornata con il cosiddetto "Supplemento 1.3", grazie al quale due dispositivi USB possono comunicare senza bisogno di un host separato.

Per quanto riguarda la ricarica dei dispositivi, la versione 1.1 della specifica è stata introdotta nel marzo 2007 (poi aggiornata nell'aprile 2009) e aggiunge il supporto ad alimentatori con connettori USB e caricabatterie dedicati, in grado di fornire fino a 1,8 A di corrente.

Bisogna invece attendere fino ad aprile 2007 per assistere all'arrivo della specifica micro USB, che introduce i connettori micro di tipo A e B.

Sono i connettori più piccoli previsti dallo standard e sono progettati in maniera specifica per cellulari, tablet e in generale dispositivi di piccole dimensioni. Supportano sia la tecnologia OTG sia quella MHL (Mobile High-Definition Link), grazie alla quale è possibile ricaricare il dispositivo e visualizzarne lo schermo su un televisore Full HD compatibile.

Nel dicembre 2010 viene rilasciata la versione 1.2 delle specifiche per la ricarica della batteria, che portano la corrente massima erogabile a 5 A e fino a 1,5 A su porte di ricarica per dispositivi non configurati.

USB 3.0

A cavallo tra il 2009 e il 2010 arrivano sul mercato i primi dispositivi USB 3.0 Super-Speed, retrocompatibili con gli standard 2.0, 1.1 e 1.0 e capaci di raggiungere una velocità teorica di 4,8 Gbps.

La dicitura Super-Speed deriva dal nome del BUS, SuperSpeed appunto, che permette a un host e a un dispositivo di creare e trasferire più flussi di dati su un singolo supporto, raggiungendo così una velocità reale pari a 3,2 Gbps (400 MB/s).

Le porte e i connettori USB 3.0 sono facilmente riconoscibili grazie al supporto interno di colore blu (non un blu qualsiasi, ma Pantone 300C) e alla dicitura "SS" posta vicino alla porta.

Per raggiungere le velocità di cui abbiamo parlato poco fa le porte USB 3 hanno più PIN, e mentre il connettore tipo A ha mantenuto la sua forma rettangolare per assicurare la retrocompatibilità, lo stesso non è stato possibile per l'USB (standard e micro) di tipo B. Per posizionare i nuovi PIN l'USB-B è stato dotato di un'altezza aggiuntiva, mentre il micro USB-B prevede un'appendice dove alloggiarli.

I connettori mini USB e il micro USB-A non prevedono invece una versione 3.0, in quanto dichiarati obsoleti nel momento di rilascio della nuova specifica da parte del USB-IF.

USB 3.1

Lo standard USB 3.1 Super-Speed+ è stato introdotto nel 2013 ed è in grado di raggiungere una velocità reale di 7,2 Gbps, pari a 900 MB/s, mentre quella teoria si attesta sui 10 Gbps. La nuova versione supporta cinque profili diversi:

• Profilo 1: 5 V a 2,0 A (10 W);
• Profilo 2: 5 V a 2,0 A (10 W), 12 V a 1,5 A (18 W);
• Profilo 3: 5 V a 2,0 A (10 W), 12 V a 3 A (36 W);
• Profilo 4: 5 V a 2,0 A (10 W), 12 V, 20 V a 3 A (36 W, 60 W);
• Profilo 5: 5 V a 2,0 A (10 W), 12 V, 20 V a 5 A (60 W, 100 W).

I profili consentono la ricarica di diversi dispositivi e, grazie alla tecnologia Power Delivery 2.0, il profilo 5 permette di ricaricare non solo notebook ma anche tutte le varie periferiche compatibili.

Lo standard USB 3.1 viene diviso in due "Generazioni", dette "Gen", chiamate semplicemente 1 e 2 ed indicate come Gen1 e Gen2. Si tratta di una divisione basata sulle differenti velocità di trasferimento teoriche: l'USB 3.1 Gen1 raggiunge una velocità di 5 Gbps, mentre l'USB 3.1 Gen2 arriva ai 10 Gbps citati.

Nel 2014 è stato introdotto un nuovo tipo di connettore, il tipo C, caratterizzato dalla forma ovale e dalla totale simmetria che lo rende reversibile, cioè potete inserirlo in entrambi i versi. Viene usato sia per la ricarica dei dispositivi che per la trasmissione dei dati.

USB-C non significa però necessariamente USB 3.1 e non implica che siano supportate tutte le funzionalità disponibili, per esempio esistono cavi USB che operano con le specifiche 2.0 o 3.0. In questo caso i dati vengono trasportati in maniera piuttosto lenta, così come l'energia necessaria per ricaricare il dispositivo collegato.

Modalità Alternate

L'interfaccia USB-C viene usata anche in Thunderbolt 3, dove la velocità di trasferimento raggiunge i 40 Gbps, a patto che le due porte Thunderbolt 3 siano collegate con un cavo dotato di un chip specifico.

Grazie a questo tipo di connessione e alla modalità Alternate è possibile inviare, oltre al trasferimento USB 2.0 e 3.1 anche segnali DisplayPort, HDMI, MHL e flussi audio / video ad alta risoluzione. Unico requisito per sfruttare questa funzionalità è che sia l'host che la periferica - per esempio, monitor e tablet - supportino la stessa modalità alternata.

USB 3.2

Al WDC 2019 l'USB Implementers Forum ha annunciato che il nuovo standard USB 3.2 sarà considerato come padre di una generazione, assorbendo tutte le attuali specifiche 3.x.

In particolare, le USB 3.0 e 3.1 Gen1 saranno raggruppate sotto il nome USB 3.2 Gen1 e verranno identificate dalla generica dicitura SuperSpeed. La USB 3.1 Gen2 diventerà USB 3.2 Gen2 e sarà chiamate anche SuperSpeed 10 Gbps.

Il nuovo standard con velocità teorica di 20 Gbps (la stessa di una Thunderbolt 2) sarà invece chiamato USB 3.2 Gen2x2, o anche SuperSpeed 20 Gbps.

USB4

Nel corso del 2019 l'USB Promoter Group ha fatto propria la specifica Thunderbolt 3 creata da Intel e ha deciso di renderla disponibile per tutti senza costi di licenza. Thunderbolt 3 sarà usata anche come base per lo sviluppo di USB4, la cui specifica arriverà intorno alla metà del 2019 e di cui vedremo le prime implementazioni - probabilmente - tra il 2020 e il 2021.

La USB4 userà cavi tipo C a due linee certificati, così da raggiungere i 40 Gbps tipici di Thunderbolt 3, la cui specifica sarà integrata anche nei processori Intel Ice Lake di prossima generazione così da eliminare la necessità di un controller separato.

USB4 sarà perfettamente retrocompatibile con gli standard 3.2 e 2.0, oltre che con tutte le periferiche Thunderbolt 3. Qui sotto vi lasciamo una tabella riepilogativa con tutte le differenze tra i vari standard. Se avete ancora dei dubbi o delle domande, non esitate a porle nei commenti.