Wissen: Alles über USB

USB – der Alleskönner
Ein Anschluss für alles statt Buchsen-Chaos – USB ist die clevere Lösung für die Verbindung von Peripherie-Geräten mit dem PC. COMPUTER BILD erklärt, wie die geniale Technik funktioniert.

Vor nicht mal zehn Jahren verunzierte ein Sammelsurium unterschiedlicher Buchsen die Rückseite eines PCs. Für Zusatzgeräte gab’s nur die Anschlüsse aus der PC-Steinzeit, etwa den COM-Port für die Maus, den DIN-Stecker für die Tastatur und den Parallelport für den Drucker. Mit der Einführung von USB (Universal Serial Bus) wurde alles einfacher. Seitdem gibt es einen Standardanschluss für fast alles, was per Kabel am PC andockt. Kamera, Tastatur, Maus, Festplatte, Multifunktionsgerät und vieles mehr findet per USB Anschluss. Doch USB ist nicht gleich USB. Verschiedene Standards, Geschwindigkeiten und Kabel sorgen für Verwirrung. COMPUTER BILD bringt Licht ins Dunkel.

Die Vorteile von USB
USB hat viele andere Anschlüsse verdrängt. Zum Glück, denn die Vorteile des Universal Serial Bus überzeugen:

Einfacher Betrieb: Andocken und fertig! USB-Geräte stöpseln Sie am laufenden PC an- und ab (Hot-Plugging). Das Betriebssystem erkennt das Gerät und hat meist den entsprechenden Treiber an Bord. Zudem besteht keine Gefahr, Stecker zu verwechseln und falsch einzustecken.

Vielseitig: Die meisten PCs haben mehrere USB-Buchsen – aktuelle bieten bis zu zwölf USB-Anschlüsse, Notebooks haben meist drei bis vier.
Schnell: Bei USB 2.0 flitzen die Daten mit einer Datenrate von 480 Megabit pro Sekunde durch die Leitung. Das Kopieren einer Datei in CD-Größe (700 Megabyte) beispielsweise dauert kaum länger als 20 Sekunden.

Verbreitung: Praktisch jeder PC, der in den vergangenen zehn Jahren gebaut wurde, ist mit USB-Buchsen ausgestattet. Es gibt eine riesige Auswahl an Zusatzgeräten mit USB-Anschluss.

Stromversorgung: USB kann Geräte mit geringem Stromverbrauch mit Energie versorgen, etwa Mäuse, Tastaturen, USB-Sticks oder externe Festplatten im 2,5- Zoll-Format. Die USB-Buchse liefert bei fünf Volt Spannung bis zu 500 Milliampere. (Zusatzgeräte mit höherem Stromverbrauch, wie Drucker und externe Festplatten im 3,5-Zoll-Format, brauchen ein eigenes Netzteil.)

Einfacher Aufbau: Im Zentrum steht immer der PC, an dem die USB-Geräte andocken. Ein USB-Gerät kann Daten nur mit dem Computer austauschen. Diese sogenannte Punkt-zu-Punkt-Verbindung ist der Grund, dass die meisten USB-Geräte am PC nicht untereinander Daten austauschen können. Der PC arbeitet als sogenannter USB-Host. Als „Gastgeber“ fragt er regelmäßig bei allen per USB angeschlossenen Geräten (den sogenannten Clients) nach, ob neue Daten für die Übertragung bereitstehen. Von sich aus dürfen die „Gäste“ keinerlei Daten senden. Dieses „Polling“ („Abfragen“) genannte Verfahren kostet zwar Rechenzeit im Computer, aber es ermöglicht den Bau einfacher und damit günstiger USB-Geräte. Von USB- zu USB-Gerät klappt’s nur per USB On-The-Go, bei Druckern und Kameras mit der Pictbridge-Technik.


Einfacher Anschluss von USB-Geräten
USB-Geräte erkennt das Betriebssystem im Normalfall nach dem ersten Anstöpseln. Anschließend sucht es nach dem passenden Treiber. Dabei gilt: Je neuer das Betriebssystem, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Nutzer keinen Treiber installieren muss. So erkennen Windows XP und Vista USB-Sticks, Speicherkartenleser und externe Festplatten sofort und melden sie als „Wechseldatenträger“ an. Der erforderliche Treiber gehört zum Lieferumfang dieser Windows-Varianten und ist daher bereits auf der Festplatte installiert. Windows Vista hat zusätzliche Treiber für weitverbreitete Drucker, Scanner, Spieletastaturen und andere Geräte.

Wenn Windows das USB-Gerät nicht erkennt, installieren Sie einen Treiber von der mitgelieferten CD. Bei Multifunktionsgeräten und Druckern sollten Sie vor dem ersten Anschluss des Geräts in der Bedienungsanleitung nachlesen, ob Sie den Treiber vorab installieren müssen. Sonst kann es passieren, dass Windows das Gerät nicht richtig erkennt und einen Treiber mit geringerem Funktionsumfang oder gar einen falschen installiert.

Standards, USB On-The-Go, Wireless USB und USB 3.0

USB-Standards: 1.1 und 2.0
Zurzeit gibt es zwei USB-Varianten:

USB 1.1: Alte PCs und Notebooks, die bis 2002 gebaut wurden, haben USB 1.1 an Bord. Damit zuckeln Daten langsam durchs Kabel. Die theoretische Maximalgeschwindigkeit beträgt gerade mal zwölf Megabit pro Sekunde – das entspricht 1,5 Megabyte pro Sekunde. Für Eingabegeräte wie Tastatur und Maus reicht das. Übrigens: Die Ur-Technik USB 1.0 gab es nur auf dem Papier. Fertige Produkte kamen nie in den Handel.

USB 2.0: Alle Computer und Notebooks ab Baujahr 2003 sind mit USB 2.0 ausgerüstet. Die Maximalgeschwindigkeit ist im Vergleich zu USB 1.1 deutlich auf bis zu 480 Megabit gestiegen – das entspricht 60 Megabyte pro Sekunde. In der Praxis wird diese Maximalgeschwindigkeit aber nie erreicht. Nicht alle USB-2.0-Geräte arbeiten mit der vollen Geschwindigkeit. Das höhere USB-2.0-Tempo erreichen meist nur Geräte, die mit dem Zeichen „USB Hi-Speed“ gekennzeichnet sind. Steht dagegen „USB 2.0 Full Speed“ auf der Packung, arbeitet das Gerät nur mit USB-1.1-Tempo. Zum Glück sind USB-Geräte universell nutzbar. Ob der PC alt oder nagelneu ist – hat er USB-Buchsen, findet jedes USB-Gerät Anschluss. So betreiben Sie eine Maus mit USB-1.1-Technik auch an einer USB-2.0-Buchse. Umgekehrt laufen USB-2.0-Geräte an USB-1.1-Anschlüssen. Allerdings ist die Datenübertragung dann sehr viel langsamer. So arbeitet eine USB-2.0-Festplatte an einem USB-1.1-Anschluss nur mit einem Dreißigstel des möglichen Tempos.

Was ist USB On-The-Go?
USB-Geräte mit dieser Technik tauschen auch untereinander Daten aus – ohne Verbindung zum PC. Beispiel: Eine Digitalkamera mit USB On-The-Go kann Bilder direkt an einen Drucker mit On-The-Go-Technik senden; der Nutzer muss sie nicht auf einen Computer überspielen, um sie auszudrucken. Eine weitere Einsatzmöglichkeit ist der Austausch von Musikdateien zwischen zwei MP3-Playern. Die Technik ist bislang kaum verbreitet.

Was ist Wireless USB?
Dieser neue Standard soll drahtlose USB-Verbindungen ermöglichen. Das Strippen-Chaos auf und unter dem Schreibtisch wäre endlich Geschichte, wenn Drucker, Scanner, externe Festplatten und MP3-Player ohne Kabel mit dem PC Daten austauschen können. Die neue Technik „Certified Wireless USB“ (CWUSB) arbeitet auf USB-Basis. Die Datenübertragung erfolgt wie bei WLAN drahtlos per Funk. So nutzen Sie zum Beispiel einen Drucker und einen Scanner gleichzeitig drahtlos mit dem PC. Ganz ohne Kabel geht es freilich nicht, denn von beiden Geräten führt dann eine Strippe zu einem Wireless-USB-Hub, der per Funk mit dem PC verbunden ist. In einer USB-Buchse am Computer steckt der entsprechende Wireless-USB-Stick. Am PC sind Drucker und Scanner als herkömmlich angeschlossene USB-Geräte zu erkennen.

Die maximale Datenrate von 480 Megabit pro Sekunde erreicht kabelloses USB nur bei einem Funk-Abstand von maximal drei Metern. Bei wachsender Entfernung sinkt die Übertragungsgeschwindigkeit. Steht eine Wand in der Funkstrecke, ist keine Datenübertragung mehr möglich.

Bisher gibt es Wireless-USB-Geräte in sehr bescheidener Auswahl nur in den USA. Hierzulande wird es also noch etwas dauern, bis USB auch drahtlos Daten überträgt. Eine Alternative zu Wireless USB sind USB-Hubs, die sich an ein Netzwerk anschließen lassen, etwa der Belkin Network USB-Hub. Er kann auch an einem WLAN-Router andocken und so eine drahtlose Verbindung zwischen den USB-Geräten und dem Computer ermöglichen.

Was bringt USB 3.0?
Noch in der Entwicklung befindet sich USB 3.0, eine Weiterentwicklung von USB 2.0. Diese ist dringend nötig und bietet viele Verbesserungen:

Geschwindigkeit: Via USB 2.0 beträgt die Übertragungsrate in der Praxis maximal 30 Megabyte pro Sekunde. Das bremst viele Geräte aus, vor allem externe Festplatten: Selbst Standardmodelle können inzwischen das doppelte bis vierfache Tempo erreichen. USB 3.0 soll deshalb Daten gleich zehnmal schneller als USB 2.0 übertragen. Angepeilt ist eine Datenrate von fünf Gigabit pro Sekunde. USB 3.0 arbeitet mit einer aufwendigeren Übertragungstechnik und braucht daher nicht mehr acht, sondern zehn Bit, um ein Byte zu übertragen. Das Maximaltempo liegt daher bei 500 Megabyte pro Sekunde. Ein USB-3.0-taugliches Gerät könnte also das Datenvolumen einer kompletten CD in gut einer Sekunde auf den PC übertragen. Ganz so flott geht das in der Praxis erst mal nicht, für solche Datenraten sind die Festplatten noch zu langsam.
Kabel: Die Anschlüsse bleiben bei USB 3.0 fast gleich. So koppeln Sie sowohl ein USB-3.0-Gerät an einer USB-2.0-Buchse an als auch ein USB-2.0-Gerät an einer USB-3.0-Buchse. Wer die Maximalgeschwindigkeit nutzen will, braucht neue Kabel. Die werden deutlich aufwendiger und damit anfangs teurer sein als solche für USB 2.0. Auch bei den Steckern sind Veränderungen geplant.
Stromversorgung: USB-3.0-Buchsen stellen mehr Strom als frühere USB-Varianten zur Verfügung: 900 Milliampere statt wie bisher 500 Milliampere. Das ist etwa für externe Festplatten wichtig. Außerdem hat USB 3.0 einen Energiespar-Modus. Bis der USB-3.0-Turbo in der Praxis zündet, dauert’s noch ein Weilchen: Erst 2010 sollen die ersten Geräte auf den Markt kommen.

USB – Nachrüstung, Kabellänge, Stromversorgung

Weitere USB-Buchsen nachrüsten
Mit sogenannten USB-Hubs (USB-Verteilern) ist die Nachrüstung am einfachsten. Diese kleinen Boxen gibt es ab fünf Euro. Sie belegen am PC nur eine USB-Buchse, bieten aber Anschlüsse für zwei bis sieben Geräte. Mit weiteren Verteilern verbinden Sie theoretisch bis zu 127 USB-Geräte mit dem PC. Den Hub können Sie auf den Schreibtisch platzieren; er dient auch als Verlängerung, falls das Kabel eines USB-Gerätes zu kurz ist.

Man unterscheidet zwei Hub-Arten:

Aktive Hubs bekommen Strom von einem mitgelieferten Netzteil. Da deshalb an den USB-Buchsen mehr Strom für angeschlossene Geräte zur Verfügung steht, funktionieren an aktiven Hubs auch stromhungrige Geräte (etwa externe Festplatten).
Passive Hubs erhalten den Strom über den USB-Anschluss am PC und eignen sich deshalb nur für Geräte mit geringem Strombedarf.

Eine Alternative zum Hub sind Erweiterungskarten zum Einbau in den PC. Dann stehen meist vier zusätzliche USB-Buchsen auf der Gehäuse-Rückseite des Computers zur Verfügung. Derartige Karten für den PCI-Steckplatz auf der Hauptplatine kosten ab acht Euro.

Wie lang dürfen USB-Kabel sein?
Normale USB-Kabel dürfen maximal fünf Meter lang sein. Mit speziellen USB-Verlängerungskabeln überbrücken Sie auch größere Distanzen. Bis zu vier solcher Kabel mit maximal fünf Metern Länge lassen sich zu einer maximalen Gesamtlänge von 25 Metern kombinieren. Ein USB Line Extender kann sogar bis zu 60 Meter überbrücken. Dabei kommt ein Spezialstecker in den PC, einer an das USB-Kabel. Beide Stecker werden dann mit einem herkömmlichen Netzwerkkabel verbunden.

Welcher PC-Anschluss ist besser – Firewire oder eSATA?
Die Buchsen unterscheiden sich in erster Linie durch die Datenrate:

Firewire: Diese Buchse dient vor allem zum Anschluss von Camcordern und ein paar externen Festplatten-Modellen. Die aktuelle Variante Firewire 800 ist sogar minimal schneller als USB 2.0. Allerdings sind die meisten Geräte mit Firewire-Anschluss teurer als USB-Modelle.
eSATA: Diese Buchse dient zum Anschluss externer Festplatten und neuerdings auch spezieller eSATA-Speichersticks. Anders als bei USB und Firewire bremst keine Umwandlungselektronik in der Festplatte den Datentransfer zum Computer. Die Geschwindigkeit von eSATA-Festplatten ist daher genauso hoch wie die einer im PC eingebauten Festplatte. Wünschen Sie die maximale Geschwindigkeit, ist eSATA die beste Lösung.

Warum funktionieren manche USB-Geräte nur direkt am Computer?
Viele USB-Geräte beziehen ihren Strom allein durch das USB-Kabel, brauchen so keinen Anschluss für die Steckdose. Je nach ihrem Stromverbrauch werden USB-Geräte in zwei Kategorien unterteilt.

Low power: Geräte der „Low power“-Klasse verbrauchen weniger als 100 Milliampere (mA) Strom.
High power: Geräte der „High power“-Klasse dürfen bis 500 mA verbrauchen. Schließen Sie solche Geräte an einen USB-Anschluss mit eigener Stromversorgung an; entweder an den PC oder an einen aktiven USB-Hub.

Die meisten passiven Hubs ohne eigene Stromversorgung, wie sie etwa in einigen Tastaturen eingebaut sind, versorgen nur Low-power-Geräte mit ausreichend Strom. An einem passiven Hub funktionieren High-power-Geräte nicht; informiert Windows Sie mit einer Fehlermeldung.