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Informatidien

 

Christian Chassan

 

Interface USB

 

Interface USB

Origine, évolution, connecteurs

À l’origine existaient nombreux ports externes d’ordinateurs certains pouvant raccorder différents types de périphériques (port parallèle, port série, port SCSI, etc.), d’autres spécialisés (ports clavier PC DIN, puis PS/2 mini-DIN, port souris) et tous incompatibles les uns avec les autres.
Les paragraphes suivants montrent l’évolution dans ce domaine :

USB

La génèse

L’idée principale de L’USB (de l’anglais, « Universal Serial Bus ») est de fédérer tout cela pour offrir, version après version, une interface qui devient quasi universelle :

  • une norme [1] permettant de connecter des périphériques informatiques à tout type d’appareil (ordinateur, tablette, smartphone, etc.) ;
  • en plus de connecter des périphériques « à chaud » (quand l’ordinateur est en marche) ;
  • tout en bénéficiant du « plug and play » [2] qui reconnaît automatiquement le périphérique ;
  • mais aussi, d’alimenter les périphériques peu gourmands en énergie (clé USB, disques SSD) et, pour ses dernières versions à prise USB Type-C, des appareils réclamant plus de puissance (60 W en version standard, 240 W au maximum).

Aujourd’hui, le pari est réussi :

  • l’USB a supplanté divers bus et interfaces qui équipaient auparavant les ordinateurs ;
  • la gamme des périphériques utilisant le bus USB est extrêmement vaste ;
  • l’USB est également utilisé en interne dans certains ordinateurs pour connecter des périphériques (webcams, récepteurs infrarouges ou lecteurs de cartes mémoire par exemple).

Dans tout ce qui suit, la première époque de l’USB sera passée sous silence pour ne pas compliquer inutilement le texte avec des caractéristiques aujourd’hui obsolètes : les faits pris en compte commencent avec l’USB 3.

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Les évolutions USB 3 & USB4

La version 1.0 de l’USB est apparue en janvier 1996, ce connecteur s’est généralisé dans les années 2000 pour connecter souris, clavier d’ordinateur, imprimantes, clés USB et autres périphériques sur les ordinateurs personnels.
Les performances de l’USB, notamment concernant les débits, se sont grandement améliorées au fil des versions : de 1,5 Mbit/s pour la version 1.0 à 80 Gbit/s théoriques pour la version USB4 version 2.0.
L’USB 3.2 est l’avant-dernière mouture de la norme. Elle intègre et renomme les USB définies précédemment. Ce qui provoque une confusion dans les descriptions des ports des machines suivant les termes utilisés.

USB 3.2 Gen 1x1 [3]
Année officielle 2008
Débit théorique 5 Gb/s
Ancien(s) nom(s) USB 3.0 & USB 3.1 Gen 1
Options d’interface physique USB-C & USB-A & Micro USB [4]
Nom commercial USB ultra-rapide

 

USB 3.2 Gen 2x1 [5]
Année officielle 2013
Débit théorique 10 Gb/s
Ancien(s) nom(s) USB 3.1 & USB 3.1 Gen 2
Options d’interface physique USB-C & USB-A & Micro USB [4]
Nom commercial USB ultra-rapide 10Gb/s

 

USB 3.2 Gen 2x2
Année officielle 2015
Débit théorique 20 Gb/s
Ancien(s) nom(s)  
Options d’interface physique USB-C
Nom commercial USB ultra-rapide 20Gb/s

 
L’USB 3.2 Gen 2x2 prend en charge la rétrocompatibilité, ce qui permet de résoudre tous les problèmes de fonctionnalité avec les anciennes technologies USB (à condition que les nouveaux périphériques prennent en charge les spécifications USB préexistantes).
 

USB4 [6]
Année officielle 2017
Débit théorique 40 Gb/s
Ancien(s) nom(s)  
Options d’interface physique USB-C
Nom commercial  

 
La norme USB4, annoncée en 2017 et officialisée en septembre 2019 par l’USB-IF, offre l’intégration des fonctionnalités de Thunderbolt 4, laissant espérer un rapprochement, voire une fusion entre les deux normes.

USB

Les connecteurs

À sa création, le bus USB ne permettait pas de relier entre eux deux périphériques ou deux hôtes : le seul schéma de connexion autorisé est un périphérique sur un hôte. Pour éviter des branchements incorrects, la norme spécifie deux types de connecteurs :

  • le Type-A : destiné à être situé sur l’hôte ;
  • le Type-B : destiné à être situé sur le périphérique.

Les câbles de connexion ont toujours une extrémité de Type-A mâle, et une extrémité de Type-B mâle, ce qui garantit le respect de la topologie du bus. Les appareils (hôte et périphériques) sont équipés de connecteurs femelles.
Les hubs USB [7] et les rallonges de câbles [8] ont des câblages adaptés
Du fait de la réduction de la taille des périphériques et des hôtes (tablettes et smartphones) sont apparus les Micro USB [4] sur lesquels nous ne nous étendrons pas.
 
Le Type-C est introduit avec l’USB 3.0 en août 2014. Il est destiné à remplacer tous les connecteurs précédents. Il a la particularité d’être réversible, c’est-à-dire qu’il n’a plus de sens haut/bas. Cette réversibilité complique considérablement le câblage pour le fabricant, puisque tout doit être connecté en double. En revanche, l’aspect pratique pour l’utilisateur se double d’une compatibilité avec l’USB Power Delivery. La technologie DisplayPort lui permet également de transmettre des signaux audio et vidéo.

 

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[1]L’interface USB est défini par le groupe industriel USB-IF (USB Implementers Forum).

[2]Le plug and play qui signifie « connecter et jouer » ou « brancher et utiliser », est une technique permettant aux systèmes d’exploitation qui l’intègrent de reconnaître rapidement et automatiquement les périphériques compatibles avec cette technique dès le branchement, sans redémarrage de l’ordinateur. Le plug and play permet une mise en œuvre requérant un minimum d’intervention de la part de l’utilisateur, sans installation de logiciel dédié, et donc en minimisant les erreurs de manipulation et de paramétrage.

[3]Abrégé en Gen 1

[4]USB Micro-A SuperSpeed, USB Micro-B SuperSpeed & USB Micro-AB SuperSpeed

[5]Abrégé en Gen 2

[6]Sans espace entre USB et 4.

[7]Un hub USB peut comporter à la fois un connecteur Type-B, qui permet de le relier à l’hôte, et des connecteurs Type-A, qui permettent d’y relier des périphériques.

[8]Les câbles de prolongation sont équipés de connecteurs de même type mais de genres différents.