USBポートのしくみ

今日購入するほぼすべてのコンピューターには、1つ以上のユニバーサルシリアルバスコネクタが付属しています。これらのUSBコネクタを使用すると、マウス、プリンタ、その他のアクセサリをすばやく簡単にコンピュータに接続できます。オペレーティングシステムのサポートのUSBだけでなく、デバイスドライバのインストールは、あまりにも、迅速かつ簡単ですので。デバイスをコンピューターに接続する他の方法（パラレルポート、シリアルポート、コンピューターのケース内に取り付ける特殊なカードなど）と比較すると、USBデバイスは非常にシンプルです。

この記事では、ユーザーと技術的な観点の両方からUSBポートを見ていきます。USBシステムが非常に柔軟である理由と、USBシステムが非常に多くのデバイスを非常に簡単にサポートできる理由を学びます。これは本当に素晴らしいシステムです。

しばらくの間コンピュータの周りにいた人なら誰でも、ユニバーサルシリアルバスが解決しようとしている問題を知っています-過去には、デバイスをコンピュータに接続することは本当に頭痛の種でした。

USBの目標は、これらすべての頭痛の種を終わらせることです。ユニバーサルシリアルバスは、最大127台のデバイスをコンピューターに接続するための単一の標準化された使いやすい方法を提供します。

現在製造されているほぼすべての周辺機器は、USBバージョンで提供されます。今日購入できるUSBデバイスのサンプルリストは次のとおりです。

次のセクションでは、コンピュータがこれらのデバイスと通信できるようにするUSB​​ケーブルとコネクタについて説明します。

コンテンツ

1. USBケーブルとコネクタ
2. USBハブ
3. USBプロセス
4. USB機能
5. USB2.0および3.0

USBデバイスをコンピューターに接続するのは簡単です。マシンの背面にあるUSBコネクターを見つけて、それに接続します。

新しいデバイスの場合、オペレーティングシステムはそれを自動検出し、ドライバディスクを要求します。デバイスがすでにインストールされている場合、コンピューターはデバイスをアクティブにして、デバイスとの通信を開始します。USBデバイスはいつでも接続および切断できます。

多くのUSBデバイスには独自のケーブルが内蔵されており、ケーブルには「A」接続があります。そうでない場合、デバイスにはUSB「B」コネクタを受け入れるソケットがあります。

USB規格では、混乱を避けるために「A」および「B」コネクタを使用しています。

アップストリームエンドとダウンストリームエンドで異なるコネクタを使用することで、混乱することはありません。USBケーブルの「B」コネクタをデバイスに接続すれば、それが機能することがわかります。同様に、任意の「A」コネクタを任意の「A」ソケットに接続して、それが機能することを確認できます。

今日購入するほとんどのコンピューターには、少なくとも1つまたは2つのUSBソケットが付属しています。しかし、市場に出回っているUSBデバイスが非常に多いため、ソケットがすぐに不足してしまいます。たとえば、キーボード、マウス、プリンター、マイク、WebカメラをすべてUSBテクノロジーで実行できる場合、明らかな質問は「すべてのデバイスをどのように接続するか」です。

この問題の簡単な解決策は、安価なUSBハブを購入することです。USB規格は最大127台のデバイスをサポートし、USBハブは規格の一部です。

通常、ハブには4つの新しいポートがありますが、さらに多くのポートがある場合もあります。ハブをコンピューターに接続してから、デバイス（または他のハブ）をハブに接続します。ハブをチェーン接続することで、1台のコンピューターに数十の使用可能なUSBポートを構築できます。

ハブには電力が供給されている場合とされていない場合があります。次のページで説明するように、USB規格では、デバイスがUSB接続から電力を引き出すことができます。プリンターやスキャナーなどの高電力デバイスには独自の電源がありますが、マウスやデジタルカメラなどの低電力デバイスは、単純化するためにバスから電力を取得します。電力（USB 2.0の場合は5ボルトで最大500ミリアンペア、USB 3.0の場合は900ミリアンペア）はコンピューターから供給されます。セルフパワーデバイス（プリンターやスキャナーなど）が多数ある場合は、ハブに電力を供給する必要はありません。ハブに接続するデバイスはいずれも追加の電力を必要としないため、コンピューターで処理できます。マウスやカメラなどの電源が入っていないデバイスがたくさんある場合は、おそらく電源付きのハブが必要です。ハブには独自の変圧器があります また、デバイスがコンピューターの電源に過負荷をかけないように、バスに電力を供給します。

ホストの電源が入ると、バスに接続されているすべてのデバイスにクエリを実行し、それぞれにアドレスを割り当てます。このプロセスは列挙と呼ばれます。デバイスはバスに接続するときにも列挙されます。ホストはまた、各デバイスから、実行したいデータ転送のタイプを見つけます。

ホストは、制御パケットを使用してコマンドを送信したり、パラメーターを照会したりすることもできます。

デバイスが列挙されると、ホストはすべてのアイソクロナスデバイスと割り込みデバイスが要求している合計帯域幅を追跡します。利用可能な480Mbpsの帯域幅の最大90％を消費する可能性があります（USB 3.0は、その速度を4.8ギガビット/秒に上げます）。90％が使い果たされると、ホストは他のアイソクロナスデバイスまたは割り込みデバイスへのアクセスを拒否します。制御パケットとバルク転送用のパケットは、残りの帯域幅（少なくとも10パーセント）を使用します。

ユニバーサルシリアルバスは利用可能な帯域幅をフレームに分割し、ホストがフレームを制御します。フレームには1,500バイトが含まれ、ミリ秒ごとに新しいフレームが開始されます。フレーム中に、アイソクロナスデバイスと割り込みデバイスはスロットを取得するため、必要な帯域幅が保証されます。バルク転送と制御転送は、残っているスペースを使用します。詳細を知りたい場合は、記事の最後にあるテクニカルリンクに多くの詳細が含まれています。

ユニバーサルシリアルバスには次の機能があります。

USBポートに接続されたデバイスは、電力とデータを伝送するためにケーブルに依存しています。

USBバージョン2.0の標準は、2000年4月にリリースされ、USB1.1のアップグレードとして機能します。

USB 2.0（高速USB）は、マルチメディアおよびストレージアプリケーションに追加の帯域幅を提供し、USB1.1の40倍のデータ転送速度を備えています。消費者とメーカーの両方がスムーズに移行できるように、USB 2.0は元のUSBデバイスと完全な上位互換性と下位互換性があり、元のUSB用に作成されたケーブルとコネクタでも機能します。

USB 2.0は、3つの速度モード（1.5、12、および480メガビット/秒）をサポートし、キーボードやマウスなどの低帯域幅デバイスだけでなく、高解像度Webサイト、スキャナー、プリンター、大容量ストレージシステムなどの高帯域幅デバイスもサポートします。。 USB 2.0の導入により、PC業界のリーダーは、既存の高性能PCを補完するPC周辺機器の開発を推進することができました。 USB 2.0は、機能の向上と革新の促進に加えて、ユーザーアプリケーションの生産性を向上させ、ユーザーが複数のPCアプリケーションを一度に実行したり、複数の高性能周辺機器を同時に実行したりできるようにします。

USB 3.0（SuperSpeed USB）規格は、2008年11月17日に正式に発表されました[出典：EverythingUSB ]。 USB 3.0は、毎秒4.8ギガビットでUSB2.0の10倍の速度を誇っています。これは、高解像度ビデオ映像の転送やハードドライブ全体の外部ドライブへのバックアップなどのアプリケーションを対象としています。ハードドライブの容量が増えるにつれて、高速データ転送方法の必要性も高まります。

USB3.0規格の採用は遅れています。チップメーカーは、USB3.0をサポートするマザーボードハードウェアを設計する必要があります。コンピューターの所有者は、USB3.0をサポートするためにコンピューターにインストールできるカードを購入するオプションがあります。ただし、ハードウェアのサポートは問題の一部にすぎません。オペレーティングシステムからのサポートも必要です。 Microsoftは、Windows7が最終的にUSB3.0標準をサポートすると発表しましたが、同社はUSB3.0をサポートせずにオペレーティングシステムを出荷しました。 Linuxオペレーティングシステムの最近のディストリビューションはUSB3.0をサポートしています。

データ転送ケーブルが物議を醸すとは思わないかもしれません。しかし、ZDNetライターのAd​​rian Kingsley-Hughesなどの一部の記者は、USB 3.0の採用が遅れている理由のひとつは、Intelが自社製品の1つを有利にスタートさせるために、意図的にUSB3.0をサポートするマザーボードの生産を延期したためだと示唆しています[出典：Kingsley -ヒューズ]。その製品はLightPeakです。これは、初期の最高データ転送速度が10ギガビット/秒で、将来の理論速度が100ギガビット/秒に達するデータ転送テクノロジーです。 Intelはチップの大手メーカーであるため、現在USB3.0をサポートしているのは他社製のマザーボードを搭載したコンピューターです。

インテルの代表者はそのような主張を否定します。同社の幹部は、Light PeakテクノロジーがUSBポートに取って代わることはなく、LightPeakとUSB3.0の両方が連携するだろうと述べています。それまでの間、現在市場に出回っているUSB3.0を組み込んだコンピューターやアクセサリを見つけることができます。

USBおよび関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。

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