267x267px|thumb|direita|Cabo USB
Universal Serial Bus (abreviado como USB, em português, porta serial universal) é um padrão da indústria que estabelece especificações para cabos, conectores e protocolos para conexão, comunicação e alimentação (interface) entre computadores, periféricos e outros computadores. Existe uma ampla variedade de hardware USB, incluindo 14 tipos diferentes de conectores, dos quais o USB-C é o mais recente e o único não obsoleto atualmente.
Lançado em 1996, o padrão USB é atualmente mantido pelo USB Implementers Forum (USB IF). As quatro gerações de USB são: USB 1. x, USB 2.0, USB 3. x e USB4.
Visão geral O USB foi projetado para padronizar a conexão de periféricos a computadores pessoais, tanto para comunicação quanto para fornecimento de energia elétrica. Substituiu amplamente as interfaces, como portas seriais e portas paralelas, e tornou-se comum em uma ampla gama de dispositivos. Exemplos de periféricos conectados via USB incluem teclados e mouses de computador, câmeras de vídeo, impressoras, reprodutores de mídia portáteis, telefones digitais móveis (portáteis), unidades de disco e adaptadores de rede.
Os conectores USB vêm substituindo cada vez mais outros tipos como cabos de carregamento de dispositivos portáteis.
As interfaces USB são classificadas em três tipos: os conectores Tipo A (upstream) e Tipo B (downstream) encontrados em hosts, hubs e dispositivos periféricos, e o moderno conector Tipo C (USB-C), que substitui os muitos conectores legados como o único conector aplicável para USB4.
Os conectores Tipo A e Tipo B existem nos tamanhos Padrão, Mini e Micro. O formato padrão era o maior e era usado principalmente em computadores desktops e equipamentos periféricos maiores. Os conectores Mini-USB (Mini-A, Mini-B, Mini-AB) foram introduzidos para dispositivos móveis. Ainda assim, foram rapidamente substituídos pelos conectores Micro-USB mais finos (Micro-A, Micro-B, Micro-AB). O conector Tipo C, também conhecido como USB-C, não é exclusivo do USB, mas é o único padrão atual para USB, necessário para USB4 e exigido por outros padrões modernos, incluindo DisplayPort e Thunderbolt. Ele é reversível e pode suportar várias funcionalidades e protocolos, incluindo USB; alguns são obrigatórios e muitos são opcionais, dependendo do tipo de hardware: host, dispositivo periférico ou hub.
As especificações USB oferecem compatibilidade com versões anteriores, geralmente resultando em velocidades, potência máxima oferecida e outros recursos reduzidos. A especificação USB 1.1 substitui o USB 1.0. A especificação USB 2.0 é compatível com versões anteriores do USB 1.0/1.1. A especificação USB 3.2 substitui o USB 3.1 (e o USB 3.0), incluindo a especificação USB 2.0. O USB 4 "substitui funcionalmente" o USB 3.2, mantendo o barramento USB 2.0 operando em paralelo.
A especificação USB 3.0 definiu uma nova arquitetura e protocolo chamado SuperSpeed (também conhecido como SuperSpeed USB, comercializado como SS), que incluía uma nova faixa para um novo esquema de codificação de sinal (símbolos 8b/10b, 5 Gbit/s; também conhecido como Gen 1), fornecendo transferências de dados full-duplex que fisicamente exigiam cinco fios e pinos adicionais, preservando a arquitetura e os protocolos USB 2.0 e, portanto, mantendo os quatro pinos/fios originais para a compatibilidade com versões anteriores do USB 2.0, resultando em 9 fios (com 9 ou 10 pinos nas interfaces do conector; o pino ID não é conectado) no total.
A especificação USB 3.1 introduziu um Sistema SuperSpeed Aprimorado – preservando a arquitetura e o protocolo SuperSpeed (SuperSpeed USB) – com uma arquitetura e um protocolo SuperSpeedPlus adicionais (também conhecido como SuperSpeedPlus USB), adicionando um novo esquema de codificação (símbolos 128b/132b, 10 Gbit/s; também conhecido como Gen 2); por algum tempo comercializado como SuperSpeed+ (SS+).
A especificação USB 3.2 adicionou uma segunda via ao Sistema SuperSpeed Aprimorado, além de outros aprimoramentos, para que a parte do sistema USB SuperSpeedPlus implemente os modos de operação Gen 1×2, Gen 2×1 e Gen 2×2. No entanto, a parte SuperSpeed USB do sistema ainda implementa o modo de operação Gen 1×1 de via única. Portanto, operações de duas vias, ou seja, USB 3.2 Gen 1×2 (10 Gbit/s) e Gen 2×2 (20 Gbit/s), só são possíveis com o USB-C completo. A partir de 2023, eles raramente são implementados; a Intel, no entanto, começou a incluí-los em seus modelos de processadores SoC de 11ª geração, mas a Apple nunca os forneceu. Por outro lado, USB 3.2 Gen 1(×1) (5 Gbit/s) e Gen 2(×1) (10 Gbit/s) são bastante comuns há alguns anos.
Referência rápida do tipo de conector Cada conexão USB é feita usando dois conectores: um receptáculo e um plugue. As imagens mostram apenas os receptáculos: + Conectores disponíveis por padrão USB Padrão USB 1.01996 USB 1.11998 USB 2.02001 USB 2.0revisado USB 3.02008 USB 3.12013 USB 3.22017 USB42019USB4 2.02022Nomes recomendados a partir de 2022Basic-SpeedHigh-SpeedUSB 5GbpsUSB 10GbpsUSB 20GbpsUSB 40GbpsUSB 80GbpsNome OriginalLow-Speed & Full-SpeedSuperSpeed ou SSSuperSpeed+ ou SS+SuperSpeed USB 20GbpsModo de operaçãoUSB 3.2Gen 1 × 1USB 3.2Gen 2 × 1USB 3.2Gen 2 × 2USB4Gen 3 × 2USB4Gen 4×2 Taxa máxima de transferência 12 Mbps(1,5 MB/s) 480 Mbps(60 MB/s) 5 Gbps(625 MB/s) 10 Gbps(1,25 GB/s) 20 Gbps(2,5 GB/s) 40 Gbps(5 GB/s)80 Gbps(10 GB/s) Conector tipo A 75px 75px 75px colspan="3" Conector tipo B x60px x75px colspan="3" Conector tipo C colspan="2" 219x219px(Ampliado para mostrar detalhes) Conector Mini-A 75x75px colspan="5" Conector mini-B 67x67px colspan="5" Conector Mini-AB colspan="3" 60px colspan="5" Conector micro-A colspan="3" alt=|frameless|75x75px frameless|117x117px colspan="3" Conector micro-B colspan="3" alt=|frameless|75x75px frameless|117x117px colspan="3" Conector micro-AB colspan="3" 75x75px semmoldura|116x116px colspan="3"
Objetivos O Universal Serial Bus foi desenvolvido para simplificar e melhorar a interface entre computadores pessoais e dispositivos periféricos, como telefones celulares, acessórios de computador e monitores, quando comparado com interfaces proprietárias padrão ou ad hoc existentes anteriormente.Jan Axelson, USB Complete: The Developer's Guide, Fifth Edition, Lakeview Research LLC, 2015, , pages 1-7
Do ponto de vista do usuário do computador, a interface USB melhora a facilidade de uso de várias maneiras:
A interface USB é autoconfigurável, eliminando a necessidade de o usuário ajustar as configurações do dispositivo para velocidade ou formato de dados, ou configurar interrupções, endereços de entrada/saída ou canais de acesso direto à memória. Os conectores USB são padronizados no host, portanto, qualquer periférico pode usar a maioria dos receptáculos disponíveis. O USB aproveita ao máximo o poder de processamento adicional que pode ser colocado economicamente em dispositivos periféricos para que eles possam se autogerenciar. Como tal, os dispositivos USB geralmente não possuem configurações de interface ajustáveis pelo usuário. A interface USB é hot-swappable (os dispositivos podem ser trocados sem reiniciar o computador host). Pequenos dispositivos podem ser alimentados diretamente da interface USB, eliminando a necessidade de cabos de alimentação adicionais. Como o uso do logotipo USB só é permitido após o teste de conformidade, o usuário pode ter certeza de que um dispositivo USB funcionará conforme o esperado sem interação extensiva com definições e configuração. A interface USB define protocolos para recuperação de erros comuns, melhorando a confiabilidade em relação às interfaces anteriores. A instalação de um dispositivo que depende do padrão USB requer uma ação mínima do operador. Quando um usuário conecta um dispositivo a uma porta em um computador em execução, ele é configurado automaticamente usando os drivers de dispositivo existentes ou o sistema solicita que o usuário localize um driver, que é instalado e configurado automaticamente.
O padrão USB também oferece vários benefícios para fabricantes de hardware e desenvolvedores de software, especificamente na relativa facilidade de implementação: O padrão USB elimina a necessidade de desenvolver interfaces proprietárias para novos periféricos. A ampla gama de velocidades de transferência disponíveis a partir de uma interface USB atende a dispositivos que vão desde teclados e mouses até interfaces de streaming de vídeo. Uma interface USB pode ser projetada para fornecer a melhor latência disponível para funções de tempo crítico ou pode ser configurada para fazer transferências em segundo plano de dados em massa com pouco impacto nos recursos do sistema. A interface USB é generalizada sem linhas de sinal dedicadas a apenas uma função de um dispositivo.
Limitações Como acontece com todos os padrões, o USB possui várias limitações em seu design: Os cabos USB têm comprimento limitado, pois o padrão foi projetado para periféricos na mesma mesa, não entre salas ou prédios. No entanto, uma porta USB pode ser conectada a um gateway que acessa dispositivos distantes. As taxas de transferência de dados USB são mais lentas do que as de outras interconexões, como 100 Gigabit Ethernet. O USB possui uma topologia de rede em árvore estrita e protocolo mestre/escravo para endereçar dispositivos periféricos; esses dispositivos não podem interagir um com o outro, exceto por meio do host, e dois hosts não podem se comunicar diretamente por suas portas USB. Alguma extensão para esta limitação é possível através de USB On-The-Go, Dual-Role-Devices e ponte de protocolo. Um host não pode transmitir sinais para todos os periféricos de uma só vez - cada um deve ser endereçado individualmente. Embora existam conversores entre certas interfaces legadas e USB, eles podem não fornecer uma implementação completa do hardware legado. Por exemplo, um conversor de USB para porta paralela pode funcionar bem com uma impressora, mas não com um scanner que requer uso bidirecional dos pinos de dados.
Para um desenvolvedor de produtos, o uso de USB requer a implementação de um protocolo complexo e implica um controlador "inteligente" no dispositivo periférico. Os desenvolvedores de dispositivos USB destinados à venda pública geralmente devem obter um ID de USB, o que exige que eles paguem uma taxa ao USB Implementers Forum (USB-IF). Os desenvolvedores de produtos que usam a especificação USB devem assinar um contrato com o USB-IF. O uso dos logotipos USB no produto requer taxas anuais e associação à organização.
História thumb|upright=0.5|alt=Large circle is left end of horizontal line. The line forks into three branches ending in circle, triangle and square symbols.|O logotipo básico do tridente USB. thumb|Logotipo USB na cabeça de um plugue USB-A padrão
Um grupo de sete empresas iniciou o desenvolvimento do USB em 1995: Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC, e Nortel. O objetivo era facilitar fundamentalmente a conexão de dispositivos externos a PCs, substituindo a infinidade de conectores na parte traseira dos PCs, abordando os problemas de usabilidade das interfaces existentes e simplificando a configuração de software de todos os dispositivos conectados ao USB, além de permitir maior taxa de transferência de dados para dispositivos externos e recursos Plug and Play. Ajay Bhatt e sua equipe trabalharam no padrão da Intel; os primeiros circuitos integrados com suporte a USB foram produzidos pela Intel em 1995.
Em 2008, cerca de 6 bilhões de portas e interfaces USB estavam no mercado global e cerca de 2 bilhões eram vendidas a cada ano.
USB 1.x