USB-Standard
Universal Serial Bus – Ein Stecker für alles
USB – Universal Serial Bus
USB ist der weltweit am weitesten verbreitete Standard für die Verbindung von Peripheriegeräten mit Computern. Entwickelt von der USB Implementers Forum (USB-IF) und erstmals 1996 eingeführt, hat USB die Computerwelt revolutioniert – ein Stecker für Tastatur, Maus, Drucker, Festplatten und vieles mehr.
1. Was ist USB?
USB Implementers Forum
Das USB-IF ist eine Non-Profit-Organisation, die den USB-Standard entwickelt und pflegt. Gegründet wurde sie 1995 von sieben Unternehmen: Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC und Nortel.
Heute gehören über 1.000 Unternehmen dem Forum an. Das USB-IF ist verantwortlich für:
- Entwicklung neuer USB-Versionen
- Zertifizierung von USB-Geräten
- Vergabe von Vendor-IDs
- Logos und Markenrechte
Grundprinzipien
- Hot-Plug-fähig: Geräte können im laufenden Betrieb angeschlossen werden
- Plug-and-Play: Automatische Erkennung und Treiberinstallation
- Stromversorgung: Geräte können über den Bus mit Strom versorgt werden
- Hierarchisch: Ein Host-Controller steuert bis zu 127 Geräte
- Abwärtskompatibel: Neuere Versionen unterstützen ältere Geräte
2. Geschichte von USB
Die Entwicklung von USB begann 1994 mit dem Ziel, die vielen verschiedenen Anschlüsse (seriell, parallel, PS/2, etc.) durch einen universellen Standard zu ersetzen.
Geschwindigkeit: 1,5 Mbit/s (Low Speed) und 12 Mbit/s (Full Speed)
Besonderheit: Erste Version, aber noch kaum verbreitet. Nur wenige Geräte verfügbar.
Geschwindigkeit: 12 Mbit/s
Besonderheit: Erste weit verbreitete Version. iMac G3 (1998) war der erste Computer ohne Legacy-Ports, nur USB.
Geschwindigkeit: 480 Mbit/s (High Speed)
Besonderheit: Revolutionierte die Datenspeicherung – erste USB-Sticks und externe Festplatten wurden praktikabel.
Geschwindigkeit: 5 Gbit/s (SuperSpeed)
Besonderheit: Neue blaue Innenfarben, zusätzliche Datenleitungen für höhere Geschwindigkeit, vollduplex.
Geschwindigkeit: 10 Gbit/s (SuperSpeed+)
Besonderheit: Einführung von USB-C als neuer Stecker-Standard.
Geschwindigkeit: 20 Gbit/s
Besonderheit: Nutzt zwei Lanes für doppelte Geschwindigkeit.
Geschwindigkeit: 40 Gbit/s
Besonderheit: Basierend auf Thunderbolt 3, nur noch USB-C, dynamische Bandbreitenzuweisung.
3. USB-Versionen im Vergleich
Die Nomenklatur von USB ist leider sehr verwirrend. Hier die korrekten Bezeichnungen:
| Frühere Bezeichnung | Aktuelle Bezeichnung | Geschwindigkeit | Jahr | Stecker | Kennzeichen |
|---|---|---|---|---|---|
| USB 1.0 | USB 1.0 | 12 Mbit/s | 1996 | USB-A, USB-B | - |
| USB 1.1 | USB 1.1 | 12 Mbit/s | 1998 | USB-A, USB-B | - |
| USB 2.0 | USB 2.0 | 480 Mbit/s | 2000 | USB-A, USB-B, Mini, Micro | Schwarze Innenfarbe |
| USB 3.0 | USB 3.2 Gen 1 | 5 Gbit/s | 2008 | USB-A, USB-B, Micro-B, USB-C | Blaue Innenfarbe |
| USB 3.1 | USB 3.2 Gen 2 | 10 Gbit/s | 2013 | USB-A, USB-B, USB-C | Hellblaue/rote Innenfarbe |
| USB 3.2 | USB 3.2 Gen 2x2 | 20 Gbit/s | 2017 | USB-C | - |
| USB4 | USB4 Gen 3x2 | 40 Gbit/s | 2019 | USB-C | - |
Wichtiger Hinweis zur Nomenklatur
Die USB-IF hat die Bezeichnungen mehrfach geändert, was zu großer Verwirrung geführt hat. Einige Hersteller werben noch mit "USB 3.1", obwohl die aktuelle Bezeichnung "USB 3.2 Gen 2" ist. Achten Sie beim Kauf auf die Geschwindigkeit (Gbit/s), nicht auf die Versionsnummer!
4. USB-Stecker-Typen
Im Laufe der Jahre haben sich verschiedene Stecker-Formen entwickelt:
USB-A
Der klassische rechteckige Stecker für Host-Geräte (Computer, Ladegeräte).
USB 2.0 USB 3.0
USB-B
Quadratischer Stecker für Drucker, Scanner und ältere Geräte.
USB 2.0 USB 3.0
Mini-USB
Ältere Stecker für Kameras, MP3-Player (heute veraltet).
USB 2.0
Micro-USB
Standard für Android-Smartphones (vor USB-C), Powerbanks.
USB 2.0 USB 3.0
USB-C
Der moderne Standard: umkehrbar, kompakt, unterstützt alle Protokolle.
USB 2.0 USB 3.2 USB4
Lightning
Apple-eigener Stecker (nicht USB-Standard, aber oft verglichen).
USB 2.0
USB-C – Der universelle Stecker
USB-C wurde 2014 eingeführt und ist der erste Stecker, der für alle Geräte gleich ist – egal ob Laptop, Smartphone oder Tablet. Eigenschaften:
- Symmetrisch: Kein "rumprobieren" mehr, Stecker ist umkehrbar
- Kompakt: Nur 8,4 mm × 2,6 mm – passt in dünnste Geräte
- Universal: Unterstützt USB, Thunderbolt, DisplayPort, HDMI (über Alternate Mode)
- Power Delivery: Bis zu 240 Watt Ladeleistung
- Höhere Geschwindigkeiten: Bis zu 40 Gbit/s (USB4)
5. USB Power Delivery (USB-PD)
USB kann nicht nur Daten übertragen, sondern auch Geräte mit Strom versorgen und laden. Mit Power Delivery wurden die Lademöglichkeiten massiv erweitert.
USB-Stromversorgung
| USB-Version | Max. Strom | Max. Leistung |
|---|---|---|
| USB 2.0 | 500 mA | 2,5 W |
| USB 3.0 | 900 mA | 4,5 W |
| USB BC 1.2 | 1,5 A | 7,5 W |
| USB-C (Standard) | 3 A | 15 W |
USB Power Delivery (PD)
USB-PD ist ein Schnellladestandard, der über USB-C kommuniziert. Die Leistung wird dynamisch zwischen Ladegerät und Gerät ausgehandelt.
| Profil | Spannung | Strom | Leistung |
|---|---|---|---|
| PD 1.0 | 5V, 9V, 15V, 20V | 2-5A | 100 W |
| PD 3.0 | 5V, 9V, 15V, 20V | 3-5A | 100 W |
| PD 3.1 (EPR) | 28V, 36V, 48V | 5A | 240 W |
Mit USB-PD können heute Laptops, Monitore und sogar kleine Elektrowerkzeuge geladen werden.
6. Thunderbolt – Der schnelle Verwandte
Thunderbolt wurde von Intel in Zusammenarbeit mit Apple entwickelt und kombiniert PCI Express, DisplayPort und Stromversorgung in einem Kabel.
Thunderbolt Versionen
| Version | Geschwindigkeit | Stecker |
|---|---|---|
| Thunderbolt 1 | 10 Gbit/s | Mini DisplayPort |
| Thunderbolt 2 | 20 Gbit/s | Mini DisplayPort |
| Thunderbolt 3 | 40 Gbit/s | USB-C |
| Thunderbolt 4 | 40 Gbit/s | USB-C |
| Thunderbolt 5 | 80 Gbit/s (bidirektional) 120 Gbit/s (asymmetrisch) | USB-C |
USB vs. Thunderbolt
- USB4: Basiert auf Thunderbolt 3, ist aber optional
- Thunderbolt 3/4: Höhere Mindestanforderungen (PCIe-Durchsatz, zwei 4K-Displays)
- Kabel: Thunderbolt-Kabel sind aktive Kabel (teurer, aber länger)
- Daisy-Chaining: Bis zu 6 Geräte in Reihe schalten
- eGPU: Externe Grafikkarten nur mit Thunderbolt möglich
Erkennungsmerkmale
Thunderbolt-3/4-Anschlüsse erkennt man an einem kleinen Blitz-Symbol neben dem USB-C-Port. Nicht jeder USB-C-Port unterstützt Thunderbolt!
7. Praxisbeispiele
Externe SSD anschließen
Szenario: Sie haben eine externe NVMe-SSD mit USB-C.
Optimale Nutzung: Schließen Sie sie an einen USB 3.2 Gen 2 (10 Gbit/s) oder USB4/Thunderbolt-Port an, um die volle Geschwindigkeit zu erreichen. An USB 2.0 (480 Mbit/s) würde der Transfer ewig dauern.
Laptop laden mit USB-C
Szenario: Sie möchten Ihren Laptop über USB-C laden.
Wichtig: Laptop und Ladegerät müssen USB-PD unterstützen. Das Ladegerät muss genug Leistung liefern (mindestens 45W für Ultrabooks, 65-100W für leistungsstarke Laptops). Achten Sie auf das EPR-Profil für 240W.
Monitor per USB-C anschließen
Szenario: Sie möchten einen Monitor per USB-C anschließen.
Möglichkeiten: Der Monitor muss "Alternate Mode" (DP over USB-C) unterstützen. Mit Thunderbolt können sogar zwei 4K-Monitore oder ein 5K-Monitor betrieben werden.
8. Zukunft von USB
Aktuelle Entwicklungen
- USB4 Version 2.0: Bis zu 80 Gbit/s (mit asymmetrischer Konfiguration sogar 120 Gbit/s für Displays)
- USB-C als EU-Standard: Ab 2024 müssen alle neuen elektronischen Geräte in der EU USB-C als Ladebuchse haben (einschließlich iPhones)
- 200W+ Ladegeräte: Mit USB-PD EPR (Extended Power Range) werden Laptops und sogar Monitore über USB-C mit Strom versorgt
Verwandte Standards
Der interne Bus im Computer – Grundlage für Thunderbolt.
Zu PCIeDrahtloser Standard für kurze Distanzen.
Zu BluetoothDer Standard für kabelgebundene Netzwerke.
Zu Ethernet