Quelques informations que vous devriez connaître sur l'USB

Cet article concerne le standard de bus informatique. Pour les autres usages, voir USB (homonymie).

Universal Serial Bus (USB) est une norme industrielle, développée par USB Implementers Forum (USB-IF), pour la transmission de données numériques et l'alimentation électrique entre de nombreux types d'appareils électroniques. Il spécifie l'architecture, en particulier laphysique, et lesprotocoles de communication vers et depuis les hôtes, tels que lesordinateurs personnels, vers et depuis lespériphériques, par exemple les écrans, les claviers et les dispositifs de stockage de masse, et vers et depuis les concentrateurs intermédiaires, qui multiplient le nombre de ports d'un hôte.[2]

Introduit en 1996, l'USB a été initialement conçu pour standardiser la connexion des périphériques aux ordinateurs, remplaçant diverses interfaces telles queports série, ports parallèles, ports de jeu, et Apple Desktop Bus (ADB).[3] Les premières versions de l'USB sont devenues courantes sur une large gamme d'appareils, tels que les claviers, les souris, les appareils photo, les imprimantes, les scanners, les clés USB, les smartphones, les consoles de jeux et les batteries externes.[4] L'USB a depuis évolué pour devenir une norme remplaçant pratiquement tous les ports courants sur les ordinateurs, les appareils mobiles, les périphériques, les alimentations électriques et de nombreux autres petits appareils électroniques.

Dans la dernière norme, le USB-C Le connecteur remplace de nombreux types de connecteurs pour l'alimentation (jusqu'à 240 W), les écrans (par exemple DisplayPort, HDMI) et de nombreuses autres utilisations, ainsi que tous les connecteurs USB précédents.

En 2024, l'USB comprend quatre générations de spécifications : USB 1.x, USB 2.0, USB 3.x, et USB4. La spécification USB4 améliore les fonctionnalités de transfert de données et de distribution d'énergie avec « une architecture de tunneling orientée connexion conçue pour combiner plusieurs protocoles sur une seule interface physique afin que la vitesse et les performances totales du tissu USB4 puissent être partagées dynamiquement. »[2] En particulier, USB4 prend en charge le tunneling du Thunderbolt 3 protocoles, à savoir PCI Express (PCIe, interface de chargement/stockage) et DisplayPort (interface d'affichage). USB4 ajoute également des interfaces hôte à hôte.[2]

Chaque sous-version de spécification prend en charge différents débits de signalisation de 1,5 et 12 Mbit/s semi-duplex dans USB 1.0/1.1 à 80 Gbit/s full-duplex dans USB4 2.0.[5][6][7][2] USB fournit également de l'énergie aux périphériques ; les dernières versions de la norme étendent les limites de fourniture d'énergie pour la charge des batteries et les appareils nécessitant jusqu'à 240 watts, comme défini dans USB Power Delivery (USB-PD)Rév. V3.1.[8] Au fil des années, l'USB(-PD) a été adopté comme format standard d'alimentation et de charge pour de nombreux appareils mobiles, tels que les téléphones portables, réduisant ainsi le besoin de chargeurs propriétaires.[9]

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USB a été conçu pour normaliser la connexion des périphériques aux ordinateurs personnels, à la fois pour échanger des données et pour fournir de l'énergie électrique. Il a largement remplacé des interfaces telles que ports série et ports parallèles et est devenu courant sur divers appareils. Les périphériques connectés via USB incluent les claviers et souris d'ordinateur, les caméras vidéo, les imprimantes, les lecteurs multimédias portables, les téléphones numériques mobiles (portables), les lecteurs de disques et les adaptateurs réseau.

Les connecteurs USB remplacent de plus en plus d'autres types de câbles de charge pour les appareils portables.[10][11][12]

Les interfaces des connecteurs USB sont classées en trois types : les nombreux connecteurs hérités Type-A (amont) et Type-B (aval) que l'on trouve sur les hôtes, les concentrateurs et les périphériques, ainsi que le moderne Type-C (USB-C) connecteur, qui remplace les nombreux connecteurs hérités en tant que seul connecteur applicable pour USB4.

Les connecteurs de type A et de type B existaient en formats Standard, Mini et Micro. Le format standard était le plus grand et était principalement utilisé pour les ordinateurs de bureau et les périphériques de plus grande taille. Les connecteurs Mini-USB (Mini-A, Mini-B, Mini-AB) ont été introduits pour les appareils mobiles. Cependant, ils ont rapidement été remplacés par les connecteurs Micro-USB plus fins (Micro-A, Micro-B, Micro-AB). Le connecteur de type C, également connu sous le nom d'USB-C, n'est pas exclusif à l'USB, est le seul standard actuel pour l'USB, est requis pour l'USB4, et est exigé par d'autres normes, notamment le DisplayPort moderne et le Thunderbolt. Il est réversible et peut prendre en charge diverses fonctionnalités et protocoles, y compris l'USB ; certains sont obligatoires, et beaucoup sont optionnels, selon le type de matériel : hôte, périphérique ou concentrateur.[13][14]

Les spécifications USB offrent une rétrocompatibilité, ce qui entraîne généralement une réduction des débits de signalisation, de la puissance maximale fournie et d'autres capacités. La spécification USB 1.1 remplace USB 1.0. La spécification USB 2.0 est rétrocompatible avec USB 1.0/1.1. La spécification USB 3.2 remplace USB 3.1 (et USB 3.0) tout en incluant la spécification USB 2.0. USB4 « remplace fonctionnellement » USB 3.2 tout en conservant le bus USB 2.0 fonctionnant en parallèle.[5][6][7][2]

La spécification USB 3.0 a défini une nouvelle architecture et un nouveau protocole nommé SuperSpeed (également appelé SuperSpeed USB, commercialisé sous le nom SS), qui incluait une nouvelle voie pour un nouveau schéma de codage de signaux (symboles 8b/10b, 5 Gbit/s ; plus tard également connu sous le nom de Gen 1) permettant des transferts de données en duplex intégral nécessitant physiquement cinq fils et broches supplémentaires, tout en préservant l'architecture et les protocoles USB 2.0, et donc en conservant les quatre broches/fils d'origine pour la rétrocompatibilité USB 2.0, ce qui donne un total de 9 fils (avec 9 ou 10 broches aux interfaces des connecteurs ; la broche ID n'est pas câblée).

La spécification USB 3.1 a introduit un système Enhanced SuperSpeed – tout en préservant l'architecture et le protocole SuperSpeed (SuperSpeed USB) – avec une architecture et un protocole SuperSpeedPlus supplémentaires (alias SuperSpeedPlus USB) ajoutant un nouveau schéma de codage (symboles 128b/132b, 10 Gbit/s ; également connu sous le nom de Gen 2) ; commercialisé pendant un certain temps sous le nom de SuperSpeed+ (SS+).

La spécification USB 3.2[15] a ajouté une deuxième voie au système Enhanced SuperSpeed, en plus d'autres améliorations, de sorte que la partie SuperSpeedPlus USB du système implémente les modes de fonctionnement Gen 1×2, Gen 2×1 et Gen 2×2. Cependant, la partie SuperSpeed USB du système implémente toujours le mode de fonctionnement à une voie Gen 1×1. Par conséquent, les opérations à deux voies, à savoir USB 3.2 Gen 1×2 (10 Gbit/s) et Gen 2×2 (20 Gbit/s), ne sont possibles qu'avec un USB-C entièrement fonctionnel. En 2023, elles sont encore relativement rarement implémentées ; Intel a cependant commencé à les inclure dans ses modèles de processeurs SoC de 11e génération, mais Apple ne les a jamais fournies. D'autre part, USB 3.2 Gen 1(×1) (5 Gbit/s) et Gen 2(×1) (10 Gbit/s) sont assez courants depuis quelques années.

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Article principal : USB hardware § Connecteurs

Chaque connexion USB est réalisée à l'aide de deux connecteurs : un réceptacle et une fiche. Les images ne montrent que les réceptacles :

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Le bus série universel a été développé pour simplifier et améliorer l'interface entre les ordinateurs personnels et les périphériques, tels que les téléphones portables, les accessoires informatiques et les moniteurs, par rapport aux interfaces standard ou propriétaires ad hoc existantes auparavant.[17]

Du point de vue de l'utilisateur de l'ordinateur, l'interface USB améliore la facilité d'utilisation de plusieurs manières :

La norme USB offre également de nombreux avantages pour les fabricants de matériel et les développeurs de logiciels, notamment en ce qui concerne la relative facilité de mise en œuvre :

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Comme toutes les normes, USB présente plusieurs limitations dans sa conception :

Pour un développeur de produits, l'utilisation de l'USB nécessite l'implémentation d'un protocole complexe et implique un contrôleur « intelligent » dans le périphérique. Les développeurs de périphériques USB destinés à la vente au public doivent généralement obtenir un identifiant USB, ce qui nécessite le paiement de frais auUSB Implementers Forum (USB-IF). Les développeurs de produits utilisant la spécification USB doivent signer un accord avec l'USB-IF. L'utilisation des logos USB sur le produit nécessite des frais annuels et une adhésion à l'organisation.[17]

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Le logo USB de base en forme de trident

Un groupe de sept entreprises a commencé le développement de l'USB en 1995 :[21] Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC, et Nortel. L'objectif était de rendre fondamentalement plus facile la connexion de périphériques externes aux PC en remplaçant la multitude de connecteurs à l'arrière des PC, en résolvant les problèmes d'utilisabilité des interfaces existantes, et en simplifiant la configuration logicielle de tous les appareils connectés à l'USB, ainsi qu'en permettant des débits de transfert de données plus élevés pour les périphériques externes et les plug and play fonctionnalités.[22] Concepts du Atari SIO bus série des ordinateurs 8 bits Atari, et du IEEE-488 dérivé Bus Commodore, et le bus Hewlett Packard HP-IL a été pionnier dans cette approche.[23][24] Un consortium dirigé par Apple, et comprenant Sony, Panasonic (Matsushita), LG, Toshiba, Hitachi, Canon, Philips Electronics, Compaq, Thomson et Texas Instruments, a développé le concept plus avant, à partir de 1986, sous le nom de IEEE 1394 norme Firewire et pool de brevets.[25] Joseph C. Decuir, initialement chez Atari, puis Commodore, et concepteur du bus commun SIO d'Atari, a travaillé sur le projet USB pour Microsoft, obtenant l'un des brevets américains associés.[26] Ajay Bhatt et son équipe[a] ont travaillé sur la norme chez Intel ;[28][29] les premiers circuits intégrés supportant USB ont été produits par Intel en 1995.[30]

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Le logo USB Basic-Speed

Sortie en janvier 1996, la norme USB 1.0 spécifiait des débits de signalisation de 1,5 Mbit/s (faible bande passante ou basse vitesse) et 12 Mbit/s (pleine vitesse).[31] Elle ne permettait pas l'utilisation de câbles de rallonge, en raison de limitations de synchronisation et d'alimentation. Peu de périphériques USB ont été commercialisés avant la sortie d'USB 1.1 en août 1998. USB 1.1 était la première révision largement adoptée et a conduit à ce que Microsoft a désigné comme le «PC sans héritage».[32][33][34]

Ni USB 1.0 ni USB 1.1 n'ont spécifié de conception pour un connecteur plus petit que le type A ou le type B standard. Bien que de nombreuses conceptions de connecteur de type B miniaturisé soient apparues sur de nombreux périphériques, la conformité à la norme USB 1.x était entravée par le fait de traiter les périphériques dotés de connecteurs miniatures comme s'ils avaient une connexion attachée (c'est-à-dire : pas de fiche ni de prise à l'extrémité du périphérique). Il n'existait aucun connecteur miniature de type A connu jusqu'à ce que USB 2.0 (révision 1.01) en introduise un.

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Le logo Hi-Speed USB

L'USB 2.0 a été publié en avril 2000, ajoutant un débit de signalisation maximal plus élevé de 480 Mbit/s (débit théorique maximal de données de 53 Mo/s[35]) nommé Haute Vitesse ou Haute Bande Passante, en plus du débit de signalisation Pleine Vitesse de l'USB 1.x de 12 Mbit/s (débit théorique maximal de données de 1,2 Mo/s).[36]

Des modifications à la spécification USB ont été apportées via des avis de modification technique (ECN). Les plus importants de ces ECN sont inclus dans le package de spécification USB 2.0 disponible sur USB.org :[37]

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Article principal : USB 3.0

Logo SuperSpeed USB obsolète

La spécification USB 3.0 a été publiée le 12 novembre 2008, sa gestion étant transférée du groupe de promotion USB 3.0 au Forum des implémenteurs USB (USB-IF) et annoncée le 17 novembre 2008 lors de la conférence des développeurs SuperSpeed USB.[39]

USB 3.0 ajoute une nouvelle architecture et un protocole nommé SuperSpeed, avec des rétrocompatibles fiches, réceptacles et câbles. Les fiches et réceptacles SuperSpeed sont identifiés par un logo distinct et des inserts bleus dans les réceptacles de format standard.

L'architecture SuperSpeed prévoit un mode de fonctionnement à un débit de 5,0 Gbit/s, en plus des trois modes de fonctionnement existants. Son efficacité dépend d'un certain nombre de facteurs, notamment le codage des symboles physiques et la surcharge au niveau de la liaison. À un taux de signalisation de 5 Gbit/s avec un codage8b/10b, chaque octet nécessite 10 bits pour être transmis, donc le débit brut est de 500 Mo/s. Lorsque le contrôle de flux, le tramage des paquets et la surcharge du protocole sont pris en compte, il est réaliste qu'environ deux tiers du débit brut, soit 330 Mo/s, soient transmis à une application.[40]: 4–19  L'architecture de SuperSpeed est full-duplex ; toutes les implémentations antérieures, USB 1.0-2.0, sont toutes half-duplex, arbitrées par l'hôte.[41]

Les appareils à faible et haute puissance restent opérationnels avec cette norme, mais les appareils implémentant SuperSpeed peuvent fournir un courant accru compris entre 150 mA et 900 mA, par paliers discrets de 150 mA.[40]: 9–9 

USB 3.0 a également introduit le Protocole SCSI attaché à USB (UASP), qui offre généralement des vitesses de transfert plus rapides que le protocole BOT (Bulk-Only-Transfer).

USB 3.1,[5] publiée en juillet 2013, présente deux variantes. La première conserve l'architecture et le protocole SuperSpeed de l'USB 3.0, et son mode de fonctionnement est désormais nommé USB 3.1 Gen 1[42][43][44], tandis que la seconde introduit une architecture et un protocole SuperSpeedPlus distinctement nouveaux, avec un deuxième mode de fonctionnement appelé USB 3.1 Gen 2 (commercialisé sous le nom de SuperSpeed+ USB). SuperSpeed+ double le taux de signalisation maximal à 10 Gbit/s (plus tard commercialisé sous le nom de SuperSpeed USB 10 Gbps par la spécification USB 3.2), tout en réduisant les frais généraux de codage de ligne à seulement 3 % en modifiant leschéma de codage à 128b/132b.[42][45]

USB 3.2, publiée en septembre 2017,[15] préserve les architectures et protocoles existants USB 3.1 SuperSpeed et SuperSpeedPlus ainsi que leurs modes de fonctionnement respectifs, mais introduit deux modes de fonctionnement SuperSpeedPlus supplémentaires (USB 3.2 Gen 1×2 et USB 3.2 Gen 2×2) avec la nouvelle USB-C Fabric avec des débits de signalisation de 10 et 20 Gbit/s (débits bruts de 1212 et 2424 Mo/s). L'augmentation de la bande passante résulte d'un fonctionnement à deux voies sur les fils existants initialement prévus pour les capacités de basculement du connecteur USB-C.[46]

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À partir de la spécification USB 3.2, l'USB-IF a introduit un nouveau schéma de dénomination.[47] Pour aider les entreprises dans le branding des différents modes de fonctionnement, l'USB-IF a recommandé de désigner les capacités de 5, 10 et 20 Gbit/s respectivement comme SuperSpeed USB 5 Gbit/s, SuperSpeed USB 10 Gbit/s et SuperSpeed USB 20 Gbit/s.[48]

En 2023, ils ont été à nouveau remplacés,[49] supprimant « SuperSpeed », avec USB 5 Gbit/s, USB 10 Gbit/s et USB 20 Gbit/s. Avec de nouveaux logos pour l'emballage et le port.[50]

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Article principal : USB4

Logo obsolète « Certified USB4 »

La spécification USB4 a été publiée le 29 août 2019 par l'USB Implementers Forum.[51]

La spécification USB4 2.0 a été publiée le 1er septembre 2022 par l'USB Implementers Forum.[52]

USB4 est basé sur le Thunderbolt 3protocole.[53] Il prend en charge un débit de 40 Gbit/s, est compatible avec Thunderbolt 3 et rétrocompatible avec USB 3.2 et USB 2.0.[54][55] L'architecture définit une méthode pour partager dynamiquement un seul lien haute vitesse avec plusieurs types de périphériques finaux, optimisant ainsi le transfert de données par type et par application.

Pendant CES 2020, USB-IF et Intel ont déclaré leur intention de permettre aux produits USB4 de prendre en charge toutes les fonctionnalités optionnelles en tant que Thunderbolt 4 produits.

L'USB4 2.0 avec des vitesses de 80 Gbit/s devait être dévoilé en novembre 2022.[56][57] Des détails techniques supplémentaires devaient être publiés lors de deux journées de développement USB prévues en novembre 2022.[58][mise à jour nécessaire]

La spécification USB4 indique que les technologies suivantes doivent être prises en charge par USB4 :[2]

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Un aperçu du schéma de nommage USB mis en place en septembre 2022

(Un mélange de spécifications USB et de leurs noms marketing est affiché

car les spécifications sont parfois utilisées à tort comme noms marketing.)

[contesté (pour : USB4 20 Gbit/s n'existe pas ; USB4 2×2 n'est pas interchangeable avec USB 3.2 2×2 comme indiqué par le logo ; les logos pour USB 3.x et USB4 sont différents.) – discuter]

En raison des schémas de dénomination précédents prêtant à confusion, l'USB-IF a décidé de les modifier une fois de plus. Depuis le 2 septembre 2022, les noms marketing suivent la syntaxe « USB xGbps », où x est la vitesse de transfert en Gbit/s.[59] Un aperçu des noms et logos mis à jour peut être consulté dans le tableau ci-contre.

Les modes de fonctionnement USB 3.2 Gen 2×2 et USB4 Gen 2×2 – ou : USB 3.2 Gen 2×1 et USB4 Gen 2×1 – ne sont pas interchangeables ni compatibles ; tous les contrôleurs participants doivent fonctionner avec le même mode.

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Un système USB se compose d'un hôte avec un ou plusieurs ports orientés aval (DFP),[67] et de plusieurs périphériques, formant une topologie enétoile. Desconcentrateurs USBpeut être inclus, permettant jusqu'à cinq niveaux. Un hôte USB peut avoir plusieurs contrôleurs, chacun avec un ou plusieurs ports. Jusqu'à 127 périphériques peuvent être connectés à un seul contrôleur hôte.[68][40]: 8–29  Les périphériques USB sont reliés en série via des hubs. Le hub intégré au contrôleur hôte est appelé le hub racine.

Un périphérique USB peut être constitué de plusieurs sous-périphériques logiques appelés fonctions de périphérique. Un périphérique composite peut fournir plusieurs fonctions, par exemple unewebcam (fonction de périphérique vidéo) avec un microphone intégré (fonction de périphérique audio). Une alternative est un périphérique composite, dans lequel l'hôte attribue à chaque périphérique logique une adresse distincte et tous les périphériques logiques se connectent à un concentrateur intégré qui se connecte au câble USB physique.

Les points de terminaison USB résident sur le périphérique : les canaux vers l'hôte sont appelés tuyaux.

La communication des périphériques USB repose sur des tuyaux (canaux logiques). Un tuyau relie le contrôleur hôte à une entité logique au sein d'un périphérique, appelée point d'extrémité. Étant donné que les tuyaux correspondent aux points d'extrémité, les termes sont parfois utilisés de manière interchangeable. Chaque périphérique USB peut avoir jusqu'à 32 points d'extrémité (16 en entrée et 16 en sortie), bien qu'il soit rare d'en avoir autant. Les points d'extrémité sont définis et numérotés par le périphérique lors de l'initialisation (la période après la connexion physique appelée énumération) et sont donc relativement permanents, tandis que les tuyaux peuvent être ouverts et fermés.

Il existe deux types de tuyaux : flux et message.

Lorsqu'un hôte démarre un transfert de données, il envoie un paquet TOKEN contenant un point de terminaison spécifié avec un tuplede (adresse_périphérique, numéro_point_terminal). Si le transfert s'effectue de l'hôte vers le point terminal, l'hôte envoie un paquet OUT (une spécialisation d'un paquet TOKEN) avec l'adresse du périphérique et le numéro du point terminal souhaités. Si le transfert de données s'effectue du périphérique vers l'hôte, l'hôte envoie à la place un paquet IN. Si le point terminal de destination est un point terminal unidirectionnel dont la direction désignée par le fabricant ne correspond pas au paquet TOKEN (par exemple, la direction désignée par le fabricant est IN alors que le paquet TOKEN est un paquet OUT), le paquet TOKEN est ignoré. Sinon, il est accepté et la transaction de données peut commencer. Un point terminal bidirectionnel, en revanche, accepte à la fois les paquets IN et OUT.

Deux réceptacles USB 3.0 Standard-A (à gauche) et deux réceptacles USB 2.0 Standard-A (à droite) sur le panneau avant d'un ordinateur

Les endpoints sont regroupés en interfaces et chaque interface est associée à une seule fonction de périphérique. Une exception à cela est l'endpoint zéro, qui est utilisé pour la configuration du périphérique et n'est associé à aucune interface. Une seule fonction de périphérique composée d'interfaces contrôlées indépendamment est appelée un périphérique composite. Un périphérique composite n'a qu'une seule adresse de périphérique car l'hôte n'attribue une adresse de périphérique qu'à une fonction.

Lorsqu'un périphérique USB est connecté pour la première fois à un hôte USB, le processus d'énumération du périphérique USB démarre. L'énumération commence par l'envoi d'un signal de réinitialisation au périphérique USB. Le débit de signalisation du périphérique USB est déterminé lors de la signalisation de réinitialisation. Après la réinitialisation, les informations du périphérique USB sont lues par l'hôte et une adresse unique de 7 bits est attribuée au périphérique. Si le périphérique est pris en charge par l'hôte, les pilotes de périphérique nécessaires pour communiquer avec le périphérique sont chargés et le périphérique est placé dans un état configuré. Si l'hôte USB est redémarré, le processus d'énumération est répété pour tous les périphériques connectés.

Le contrôleur hôte dirige le flux de trafic vers les périphériques, de sorte qu'aucun périphérique USB ne peut transférer de données sur le bus sans une demande explicite du contrôleur hôte. En USB 2.0, le contrôleur hôte sondages le bus pour le trafic, généralement dans un tourniquet mode. Le débit de chaque port USB est déterminé par la vitesse la plus lente entre le port USB et le périphérique USB connecté à ce port.

Les hubs USB 2.0 haut débit contiennent des dispositifs appelés traducteurs de transactions qui convertissent entre les bus USB 2.0 haut débit et les bus à pleine et basse vitesse. Il peut y avoir un traducteur par hub ou par port.

Comme il y a deux contrôleurs séparés dans chaque hôte USB 3.0, les appareils USB 3.0 transmettent et reçoivent aux débits de signalisation USB 3.0, indépendamment des appareils USB 2.0 ou antérieurs connectés à cet hôte. Les débits de signalisation pour les appareils plus anciens sont définis de manière traditionnelle.

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La fonctionnalité d'un périphérique USB est définie par un code de classe envoyé à un hôte USB. Cela permet à l'hôte de charger des modules logiciels pour le périphérique et de prendre en charge de nouveaux périphériques de différents fabricants.

Les classes de périphériques incluent :[70]

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Voir aussi : Classe de stockage de masse USB, Boîtier de disque, et Disque dur externe

Une clé USB, un périphérique de stockage de masse USB typique

Un M.2 (2242) disque à semi-conducteurs (SSD) connecté à un adaptateur USB 3.0 relié à l'ordinateur

Le Classe de périphérique de stockage de masse USB (MSC ou UMS) normalise les connexions aux périphériques de stockage. Initialement destiné aux disques magnétiques et optiques, il a été étendu pour prendre en charge les clés USB et les lecteurs de cartes SD . La possibilité de démarrer à partir d'un support protégé en écriture Carte SD avec un adaptateur USB est particulièrement avantageux pour maintenir l'intégrité et l'état vierge et non corruptible du support de démarrage.

Bien que la plupart des ordinateurs personnels depuis début 2005 puissent démarrer à partir de périphériques de stockage de masse USB, l'USB n'est pas conçu comme un bus principal pour le stockage interne d'un ordinateur. Cependant, l'USB présente l'avantage de permettre le remplacement à chaud, ce qui le rend utile pour les périphériques mobiles, y compris les disques de divers types.

Plusieurs fabricants proposent des disques durs externes portables USB disques durs, ou des boîtiers vides pour disques durs. Ceux-ci offrent des performances comparables aux disques internes, limitées par le nombre et les types de périphériques USB connectés, ainsi que par la limite supérieure de l'interface USB. D'autres normes concurrentes pour la connectivité des disques externes incluent eSATA, ExpressCard, FireWire (IEEE 1394), et plus récemment Thunderbolt.

Une autre utilisation des périphériques de stockage de masse USB est l'exécution portable d'applications logicielles (telles que les navigateurs web et les clients VoIP) sans avoir à les installer sur l'ordinateur hôte.[74][75]

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Voir aussi : Protocole de transfert d'image

Protocole de transfert multimédia (MTP) a été conçu par Microsoft pour offrir un accès de plus haut niveau au système de fichiers d'un appareil que le stockage de masse USB, au niveau des fichiers plutôt que des blocs de disque. Il dispose également de fonctionnalités optionnelles de DRM . MTP a été conçu pour être utilisé avec lecteurs multimédia portables, mais il a depuis été adopté comme protocole d'accès au stockage principal du système d'exploitation Androidà partir de la version 4.1 Jelly Bean ainsi que de Windows Phone 8 (les appareils Windows Phone 7 utilisaient le protocole Zune, une évolution du MTP). La raison principale est que le MTP ne nécessite pas un accès exclusif au périphérique de stockage comme le fait l'UMS, ce qui atténue les problèmes potentiels si un programme Android demande le stockage alors qu'il est connecté à un ordinateur. Le principal inconvénient est que le MTP n'est pas aussi bien pris en charge en dehors des systèmes d'exploitation Windows.

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Article principal : Classe de périphérique d'interface humaine USB

Une souris ou un clavier USB peut généralement être utilisé avec des ordinateurs plus anciens équipés de ports PS/2 à l'aide d'un petit adaptateur USB vers PS/2. Pour les souris et claviers prenant en charge un double protocole, un adaptateur passif ne contenant pas de circuits logiques peut être utilisé : le Matériel USBdans le clavier ou la souris est conçu pour détecter s'il est connecté à un port USB ou PS/2, et communiquer en utilisant le protocole approprié.[citation nécessaire] Il existe également des convertisseurs actifs qui connectent des claviers et souris USB (généralement un de chaque) à des ports PS/2.[76]

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La mise à niveau du firmware de l'appareil (DFU) est un mécanisme générique pour mettre à jour lefirmware des périphériques USB avec des versions améliorées fournies par leurs fabricants, offrant (par exemple) un moyen de déployer des corrections de bugs du micrologiciel. Pendant l'opération de mise à jour du micrologiciel, les périphériques USB changent leur mode de fonctionnement pour devenir effectivement une PROMprogrammeur. Toute classe de périphérique USB peut implémenter cette capacité en suivant les spécifications officielles DFU. Cela permet d'utiliser des outils hôtes compatibles DFU pour mettre à jour le périphérique.[73][77][78]

DFU est parfois utilisé comme protocole de programmation de mémoire flash dans les microcontrôleurs dotés d'une fonctionnalité de bootloader USB intégrée. [79]

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Le groupe de travail sur les périphériques USB a établi des spécifications pour le streaming audio, et des normes spécifiques ont été développées et mises en œuvre pour les usages de la classe audio, tels que les microphones, les haut-parleurs, les casques, les téléphones, les instruments de musique, etc. Le groupe de travail a publié trois versions des spécifications des périphériques audio :[80][81] USB Audio 1.0, 2.0 et 3.0, désignées sous le nom de "UAC"[82] ou "ADC".[83]

L'UAC 3.0 introduit principalement des améliorations pour les appareils portables, telles qu'une consommation d'énergie réduite en transmettant les données par salves et en restant plus souvent en mode basse consommation, ainsi que des domaines d'alimentation pour différents composants de l'appareil, permettant de les éteindre lorsqu'ils ne sont pas utilisés.[84]

L'UAC 2.0 a introduit la prise en charge de l'USB haute vitesse (en plus de la pleine vitesse), permettant une plus grande bande passante pour les interfaces multicanal, des taux d'échantillonnage plus élevés,[85] une latence inhérente plus faible,[86][82] et une amélioration de 8× de la résolution temporelle en modes synchrone et adaptatif.[82] L'UAC2 a également introduit le concept de domaines d'horloge, qui fournit à l'hôte des informations sur les bornes d'entrée et de sortie qui dérivent leurs horloges de la même source, ainsi qu'une meilleure prise en charge des encodages audio comme le DSD, effets audio, regroupement de canaux, contrôles utilisateur et descriptions de périphériques.[82][87]

Les appareils UAC 1.0 restent courants, cependant, en raison de leur compatibilité sans pilote multiplateforme,[85] et aussi en partie à cause deMicrosoftn'a pas implémenté UAC 2.0 pendant plus d'une décennie après sa publication, ayant finalement ajouté le support àWindows 10 via la mise à jour Creators Update le 20 mars 2017.[88][89][87] UAC 2.0 est également pris en charge parmacOS, iOS, et Linux,[82] cependant Android n'implémente qu'un sous-ensemble de la spécification UAC 1.0.[90]

L'USB fournit trois types de synchronisation isochrone (bande passante fixe),[91] tous utilisés par les périphériques audio :[92]

Bien que la spécification USB décrive à l'origine le mode asynchrone utilisé dans les « haut-parleurs économiques » et le mode adaptatif dans les « haut-parleurs numériques haut de gamme », [96] la perception inverse existe dans le domaine de lahaute-fidélitémonde, où le mode asynchrone est présenté comme une fonctionnalité, et les modes adaptatif/synchrone ont une mauvaise réputation.[97][98][90] En réalité, tous les types peuvent être de haute ou de basse qualité, selon la qualité de leur ingénierie et de l'application.[94][82][99] L'asynchrone a l'avantage d'être indépendant de l'horloge de l'ordinateur, mais l'inconvénient de nécessiter une conversion de fréquence d'échantillonnage lors de la combinaison de plusieurs sources.

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Article principal : USB hardware § Connecteurs

Les connecteurs spécifiés par le comité USB soutiennent un certain nombre d'objectifs fondamentaux de l'USB et reflètent les leçons tirées des nombreux connecteurs utilisés par l'industrie informatique. Le connecteur femelle monté sur l'hôte ou le périphérique est appelé le réceptacle, et le connecteur mâle attaché au câble est appelé la fiche.[40] : 2-5–2-6  Les documents officiels de spécification USB définissent également périodiquement le terme mâle pour représenter la fiche, et femelle pour représenter le réceptacle.[100]

La fiche USB Standard-A, autrefois le type de le plus courantconnecteur USB, aujourd'hui l'un des nombreux types de connecteurs USB hérités

La conception vise à rendre difficile l'insertion incorrecte d'une fiche USB dans son réceptacle. La spécification USB exige que la fiche du câble et le réceptacle soient marqués afin que l'utilisateur puisse reconnaître l'orientation correcte.[40] Cependant, la fiche USB-C est réversible. Les câbles USB et les petits périphériques USB sont maintenus en place par la force de préhension du réceptacle, sans vis, clips ou molettes comme certains connecteurs en utilisent.

USB Mini-B (à droite) et son successeur USB Micro-B (à gauche). C'étaient les types de connecteurs USB les plus courants sur les petits appareils et appareils portables jusqu'à la création de USB Type-C.

Les différentes fiches A et B empêchent de connecter accidentellement deux sources d'alimentation. Cependant, une partie de cette topologie dirigée est perdue avec l'avènement des connexions USB polyvalentes (telles que USB On-The-Go dans les smartphones, et les routeurs Wi-Fi alimentés par USB), qui nécessitent des câbles A-A, B-B et parfois en Y/diviseur.

Les types de connecteurs USB se sont multipliés au fur et à mesure de l'évolution des spécifications. La spécification USB d'origine détaillait les fiches et réceptacles standard-A et standard-B. Les connecteurs étaient différents afin que les utilisateurs ne puissent pas relier un réceptacle d'ordinateur à un autre. Les broches de données des fiches standard sont encastrées par rapport aux broches d'alimentation, de sorte que l'appareil puisse s'allumer avant d'établir une connexion de données. Certains appareils fonctionnent dans des modes différents selon que la connexion de données est établie ou non. Les stations de charge fournissent de l'alimentation et ne comportent ni dispositif hôte ni broches de données, permettant à tout appareil USB compatible de se charger ou de fonctionner à partir d'un câble USB standard. Les câbles de charge assurent les connexions d'alimentation mais pas les données. Dans un câble de charge uniquement, les fils de données sont court-circuités à l'extrémité de l'appareil ; sinon, l'appareil pourrait rejeter le chargeur comme étant inadapté.

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Article principal :USB hardware § Câblage

Une variété de câbles USB en vente à Hong Kong

La norme USB 1.1 spécifie qu'un câble standard peut avoir une longueur maximale de 5 mètres (16 pi 5 po) avec des appareils fonctionnant à pleine vitesse (12 Mbit/s), et une longueur maximale de 3 mètres (9 pi 10 po) avec des appareils fonctionnant à basse vitesse (1,5 Mbit/s).[101][102][103]

USB 2.0 prévoit une longueur de câble maximale de 5 mètres (16 pi 5 po) pour les appareils fonctionnant à haute vitesse (480 Mbit/s).[103]

La norme USB 3.0 ne spécifie pas directement une longueur de câble maximale, exigeant seulement que tous les câbles respectent une spécification électrique : pour un câblage en cuivre avec AWGLa longueur pratique maximale pour 26 fils est de 3 mètres (9 pi 10 po).[104]

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Les câbles pont USB, ou câbles de transfert de données, sont disponibles sur le marché et permettent des connexions directes entre PC. Un câble pont est un câble spécial doté d'une puce et d'une électronique active au milieu du câble. La puce au milieu du câble agit comme un périphérique pour les deux ordinateurs et permet une communication peer-to-peer entre eux. Les câbles pont USB sont utilisés pour transférer des fichiers entre deux ordinateurs via leurs ports USB.

Popularisé par Microsoft en tant que Windows Easy Transfer, l'utilitaire Microsoft utilisait un câble pont USB spécial pour transférer les fichiers personnels et les paramètres d'un ordinateur exécutant une version antérieure de Windows vers un ordinateur exécutant une version plus récente. Dans le cadre de l'utilisation du logiciel Windows Easy Transfer, le câble pont peut parfois être désigné sous le nom de câble Easy Transfer.

De nombreux câbles pont / de transfert de données USB sont encore en USB 2.0, mais il existe également un certain nombre de câbles de transfert USB 3.0. Bien que l'USB 3.0 soit 10 fois plus rapide que l'USB 2.0, les câbles de transfert USB 3.0 ne sont que 2 à 3 fois plus rapides en raison de leur conception.[clarification nécessaire]

La spécification USB 3.0 a introduit un câble croisé A-A sans alimentation pour connecter deux PC. Ceux-ci ne sont pas destinés au transfert de données mais visent des utilisations de diagnostic.

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Les câbles pont USB sont devenus moins importants avec l'introduction des capacités de périphérique à double rôle dans la spécification USB 3.1. Selon les spécifications les plus récentes, l'USB prend en charge la plupart des scénarios de connexion directe entre systèmes via un câble de type C. Cependant, pour que cette fonctionnalité fonctionne, les systèmes connectés doivent prendre en charge la commutation de rôle. Les capacités à double rôle nécessitent la présence de deux contrôleurs dans le système, ainsi que d'un contrôleur de rôle. Bien que cela puisse être attendu sur une plateforme mobile telle qu'une tablette ou un téléphone, les PC de bureau et les ordinateurs portables ne prennent souvent pas en charge les doubles rôles.[105]

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Article principal :USB matériel § Alimentation

Les connecteurs USB amont fournissent une alimentation nominale de 5 V CC via la broche V_BUS aux appareils USB aval.

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Cette section décrit le modèle de distribution d'énergie de l'USB qui existait avant Power-Delivery (USB-PD). Sur les périphériques n'utilisant pas la PD, l'USB fournit jusqu'à 4,5 W via les connecteurs Type-A et Type-B, et jusqu'à 15 W via USB-C. Toute l'énergie USB pré-PD est fournie à 5 V.

Pour un hôte fournissant de l'énergie aux périphériques, l'USB a un concept de charge unitaire. Tout périphérique peut consommer une charge unitaire, et les périphériques peuvent demander plus d'énergie par paliers discrets. L'hôte n'est pas obligé de fournir l'énergie demandée, et un périphérique ne peut pas consommer plus d'énergie que ce qui a été négocié.

Les périphériques qui ne consomment pas plus d'une unité sont dits à faible consommation. Tous les périphériques doivent se comporter comme des périphériques à faible consommation lorsqu'ils démarrent en tant que non configurés. Pour les périphériques USB jusqu'à USB 2.0, une unité de charge est de 100 mA (ou 500 mW), tandis qu'USB 3.0 définit une unité de charge comme 150 mA (750 mW). L'USB-C complet peut prendre en charge les périphériques à faible consommation avec une unité de charge de 250 mA (ou 1250 mW).

Les appareils qui consomment plus d'une unité sont des appareils à haute puissance (comme les disques durs typiques de 2,5 pouces). L'USB jusqu'à la version 2.0 permet à un hôte ou à un concentrateur de fournir jusqu'à 2,5 W à chaque appareil, en cinq paliers distincts de 100 mA, et les appareils SuperSpeed (USB 3.x) permettent à un hôte ou à un concentrateur de fournir jusqu'à 4,5 W en six paliers de 150 mA. L'USB-C permet un fonctionnement à double voie de l'USB 3.x avec une charge unitaire plus importante (250 mA ; jusqu'à 7,5 W).[106] L'USB-C permet également le courant de type C en remplacement de l'USB BC, signalant la disponibilité de l'alimentation de manière simple, sans nécessiter de connexion de données.[107]

Pour reconnaître le mode de charge de la batterie, un port de charge dédié place une résistance ne dépassant pas 200 Ω entre les bornes D+ et D−. Des voies de données court-circuitées ou quasi court-circuitées avec une résistance inférieure à 200 Ω entre les bornes D+ et D− indiquent un port de charge dédié (DCP) avec des taux de charge indéfinis.[108][109]

En plus de l'USB standard, il existe un système propriétaire haute puissance connu sous le nom de PoweredUSB, développé dans les années 1990, et principalement utilisé dans les terminaux de point de vente tels que les caisses enregistreuses.

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Article principal : Communications USB § Signalisation (PHY USB)

Les signaux USB sont transmis en utilisant signalisation différentielle sur paire torsadée fils de données avec 90 Ω ± 15% impédance caractéristique.[110] Les spécifications USB 2.0 et antérieures définissent une seule paire dans semi-duplex (HDx). Les spécifications USB 3.0 et ultérieures définissent une paire dédiée pour la compatibilité USB 2.0 et deux ou quatre paires pour le transfert de données : deux paires de fils de données réalisant le duplex intégral (FDx) pour les variantes à voie unique (×1) nécessitent au moins des connecteurs SuperSpeed (SS) ; quatre paires réalisant le duplex intégral pour les variantes à deux voies (×2) nécessitent des connecteurs USB-C.

L'USB4 Gen 4 nécessite l'utilisation des quatre paires mais permet des configurations asymétriques.[111] Dans ce cas, une paire de fils de données est utilisée pour les données montantes et les trois autres pour les données descendantes, ou vice-versa. L'USB4 Gen 4 utilise modulation d'amplitude d'impulsion sur 3 niveaux, fournissant une trit d'informations tous les baud transmis, la fréquence de transmission de 12,8 GHz correspond à un débit de transmission de 25,6 GBd[112] et la conversion de 11 bits en 7 trits offre une vitesse de transmission théorique maximale d'un peu plus de 40,2 Gbit/s.[113]

Une connexion USB se fait toujours entre une extrémité **A**, soit un **hôte** ou un port aval d’un concentrateur, et une extrémité **B**, soit un **périphérique** ou le port amont d’un concentrateur. Historiquement, cela était clairement indiqué par le fait que les hôtes ne possédaient que des ports de type A et les périphériques uniquement des ports de type B, et que chaque câble compatible comportait une fiche de type A et une fiche de type B. L’USB-C (Type-C) est un connecteur unique qui remplace tous les anciens connecteurs de type A et de type B. Ainsi, lorsque les deux extrémités sont équipées de ports USB Type-C, elles négocient pour déterminer laquelle est l’**hôte** et laquelle est le **périphérique**.

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Article principal : USB (Communications) § Couche de protocole

Lors de la communication USB, les données sont transmises sous forme de paquets. Initialement, tous les paquets sont envoyés depuis l'hôte via le hub racine, et éventuellement d'autres hubs, vers les périphériques. Certains de ces paquets demandent à un périphérique d'envoyer quelques paquets en réponse.

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Article principal : USB (Communications) § Transaction

Les transactions de base de l'USB sont :

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Le logo Wireless USB

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L'USB Implementers Forum a introduit la norme de communication sans fil Media Agnostic USB (MA-USB) v.1.0 basée sur le protocole USB le 29 juillet 2015. USB sans fil est une technologie de remplacement de câble et utilise ultra-large bande technologie sans fil pour des débits de données allant jusqu'à 480 Mbit/s.[114]

L'USB-IF a utilisé la spécification WiGig Serial Extension v1.2 comme base initiale pour la spécification MA-USB et est conforme aux normes SuperSpeed USB (3.0 et 3.1) et Hi-Speed USB (USB 2.0). Les appareils utilisant MA-USB seront estampillés « Powered by MA-USB », à condition que le produit soit qualifié par son programme de certification.[115]

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Article principal : USB InterChip

InterChip USB est une variante puce-à-puce qui élimine les émetteurs-récepteurs conventionnels présents dans l'USB normal. Le HSIC couche physique utilise environ 50 % d'énergie en moins et 75 % de carte de surface par rapport à l'USB 2.0.[116] C'est une norme alternative à SPI et I2C.

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Article principal : USB-C

USB-C (officiellement USB Type-C) est une norme qui définit un nouveau connecteur et plusieurs nouvelles fonctionnalités de connexion. Parmi celles-ci, elle prend en charge le mode alternatif, qui permet de transporter d'autres protocoles via le connecteur et le câble USB-C. Cela est couramment utilisé pour prendre en charge le DisplayPort ou HDMI protocoles, ce qui permet de connecter un écran, tel qu'un moniteur d'ordinateur ou téléviseur, via USB-C.

Tous les autres connecteurs ne sont pas capables de fonctionner en mode double voie (Gen 1×2 et Gen 2×2) en USB 3.2, mais peuvent être utilisés pour des opérations sur une seule voie (Gen 1×1 et Gen 2×1).[117]

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Article principal : DisplayLink

DisplayLink est une technologie qui permet de connecter plusieurs écrans à un ordinateur via USB. Introduite vers 2006, et avant l'avènement du mode alternatif sur USB-C, c'était le seul moyen de connecter des écrans via USB. Il s'agit d'une technologie propriétaire, non normalisée par l'USB Implementers Forum, et nécessite généralement un pilote de périphérique sur l'ordinateur.

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Au début, l'USB était considéré comme un complément au FireWire (IEEE 1394) technologie, conçue comme un bus série à large bande passante qui interconnecte efficacement des périphériques tels que les disques durs, les interfaces audio et les équipements vidéo. Dans la conception initiale, l'USB fonctionnait à un débit de données bien inférieur et utilisait du matériel moins sophistiqué. Il était adapté aux petits périphériques tels que les claviers et les dispositifs de pointage.

Les différences techniques les plus significatives entre FireWire et USB incluent :

Ces différences, parmi d'autres, reflètent les objectifs de conception distincts des deux bus : l'USB a été conçu pour la simplicité et le faible coût, tandis que le FireWire a été conçu pour des performances élevées, en particulier dans les applications sensibles au temps, comme l'audio et la vidéo. Bien que similaires en termes de débit de signalisation théorique maximal, le FireWire 400 est plus rapide que l'USB 2.0 haut débit en utilisation réelle,[118] surtout dans les usages à large bande passante tels que les disques durs externes.[119][120][121][122] Le nouveau standard FireWire 800 est deux fois plus rapide que le FireWire 400 et plus rapide que l'USB 2.0 haut débit, tant sur le plan théorique que pratique.[123] Cependant, les avantages de vitesse du FireWire reposent sur des techniques de bas niveau telles queaccès direct à la mémoire (DMA), qui ont à leur tour créé des opportunités pour des exploits de sécurité tels que le Attaque DMA.

Le chipset et les pilotes utilisés pour implémenter USB et FireWire ont un impact crucial sur la quantité de bande passante prescrite par la spécification qui est atteinte dans le monde réel, ainsi que sur la compatibilité avec les périphériques.[124]

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Les normes IEEE 802.3af, 802.3at et 802.3bt Power over Ethernet (PoE) spécifient des schémas de négociation d'alimentation plus élaborés que l'USB alimenté. Ils fonctionnent à 48 V CC et peut fournir plus d'énergie (jusqu'à 12,95 W pour 802.3af, 25,5 W pour 802.3at, également connu sous le nom de PoE+, 71 W pour 802.3bt, également connu sous le nom de 4PPoE) sur un câble allant jusqu'à 100 mètres par rapport à USB 2.0, qui fournit 2,5 W avec une longueur de câble maximale de 5 mètres. Cela a rendu le PoE populaire pour Voix sur IPtéléphones, caméras de sécurité, points d'accès sans fil, et d'autres appareils en réseau dans les bâtiments. Cependant, l'USB est moins cher que le PoE à condition que la distance soit courte et que la demande en énergie soit faible.

EthernetLes normes exigent un isolement électrique entre le dispositif connecté au réseau (ordinateur, téléphone, etc.) et le câble réseau, pouvant atteindre 1500 V CA ou 2250 V CC pendant 60 secondes.[125] L'USB n'impose pas une telle exigence, car il a été conçu pour des périphériques étroitement associés à un ordinateur hôte, et en fait, il relie les masses du périphérique et de l'hôte. Cela confère à Ethernet un avantage significatif en matière de sécurité par rapport à l'USB pour des périphériques tels que les modems câble et DSL connectés à un câblage externe pouvant atteindre des tensions dangereuses dans certaines conditions de défaut.[126][127]

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La définition de la classe de périphérique USB pour les appareils MIDI transmet les données d'interface numérique pour instruments de musique (MIDI) données musicales via USB.[128] La capacité MIDI est étendue pour permettre jusqu'à seize câbles MIDI virtuels simultanés, chacun pouvant transporter les seize canaux et horloges MIDI habituels.

L'USB est compétitif pour les appareils à faible coût et physiquement adjacents. Cependant, l'alimentation par Ethernet et la MIDI la norme de prise présentent un avantage dans les appareils haut de gamme pouvant avoir de longs câbles. L'USB peut provoquer des boucle de masse problèmes entre les équipements, car il connecte les références de masse sur les deux émetteurs-récepteurs. En revanche, la norme de prise MIDI et Ethernet disposent d'un isolement intégré jusqu'à 500V ou plus.

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Le eSATA le connecteur est un SATAconnecteur, destiné à la connexion de disques durs externes et de SSD. Le taux de transfert de l'eSATA (jusqu'à 6 Gbit/s) est similaire à celui de l'USB 3.0 (jusqu'à 5 Gbit/s) et de l'USB 3.1 (jusqu'à 10 Gbit/s). Un périphérique connecté via eSATA apparaît comme un périphérique SATA ordinaire, offrant à la fois la pleine performance et la pleine compatibilité associées aux disques internes.

L'eSATA ne fournit pas d'alimentation aux périphériques externes. C'est un inconvénient croissant par rapport à l'USB. Bien que les 4,5 W de l'USB 3.0 soient parfois insuffisants pour alimenter les disques durs externes, la technologie progresse et les disques externes nécessitent progressivement moins d'énergie, réduisant ainsi l'avantage de l'eSATA.eSATAp (power over eSATA, également connu sous le nom d'ESATA/USB) est un connecteur introduit en 2009 qui fournit de l'énergie aux périphériques connectés à l'aide d'un nouveau connecteur rétrocompatible. Sur un ordinateur portable, l'eSATAp fournit généralement seulement 5 V pour alimenter un disque dur/SSD de 2,5 pouces ; sur une station de travail de bureau, il peut également fournir 12 V pour alimenter des périphériques plus grands, y compris les disques durs/SSD de 3,5 pouces et les lecteurs optiques de 5,25 pouces.

Le support eSATAp peut être ajouté à un ordinateur de bureau sous la forme d'un bracket connectant les ressources SATA, d'alimentation et USB de la carte mère.

L'eSATA, comme l'USB, prend en chargebranchement à chaud, bien que cela puisse être limité par les pilotes du système d'exploitation et le firmware du périphérique.

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Article principal : Thunderbolt (interface)

Thunderbolt combine PCI Express et DisplayPort dans une nouvelle interface de données série. Les implémentations originales de Thunderbolt disposent de deux canaux, chacun avec une vitesse de transfert de 10 Gbit/s, ce qui donne une bande passante unidirectionnelle agrégée de 20 Gbit/s.[129]

Thunderbolt 2 utilise l'agrégation de liens pour combiner les deux canaux de 10 Gbit/s en un seul canal bidirectionnel de 20 Gbit/s.[130]

Thunderbolt 3 et Thunderbolt 4 utilise USB-C.[131][132][133] Thunderbolt 3 dispose de deux canaux bidirectionnels physiques de 20 Gbit/s, agrégés pour apparaître comme un seul canal bidirectionnel logique de 40 Gbit/s. Les contrôleurs Thunderbolt 3 peuvent intégrer un contrôleur USB 3.1 Gen 2 pour assurer la compatibilité avec les périphériques USB. Ils sont également capables de fournir le mode alternatif DisplayPort ainsi que DisplayPort via la structure USB4, ce qui fait de la fonction d'un port Thunderbolt 3 un sur-ensemble de celle d'un port USB 3.1 Gen 2.

Mode alternatif DisplayPort 2.0 : USB4 (nécessitant USB-C) exige que les hubs prennent en charge DisplayPort 2.0 via un mode alternatif USB-C. DisplayPort 2.0 peut prendre en charge une résolution 8K à 60 Hz avec la couleur HDR10.[134] DisplayPort 2.0 peut utiliser jusqu'à 80 Gbit/s, soit le double de la quantité disponible pour les données USB, car il envoie toutes les données dans une seule direction (vers le moniteur) et peut ainsi utiliser les huit fils de données à la fois.[134]

Après que la spécification est devenue libre de droits et que la garde du protocole Thunderbolt a été transférée d'Intel à l'USB Implementers Forum, Thunderbolt 3 a été effectivement implémenté dans la spécification USB4 – avec une compatibilité avec Thunderbolt 3 optionnelle mais encouragée pour les produits USB4.[135]

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Article principal : Adaptateur USB vers série

Divers convertisseurs de protocole sont disponibles pour convertir les signaux de données USB vers et depuis d'autres standards de communication.

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En raison de la prévalence du standard USB, il existe de nombreuses exploitations utilisant ce standard. L'un des exemples les plus marquants aujourd'hui est connu sous le nom de USB killer, un périphérique qui endommage les appareils USB en envoyant des impulsions haute tension sur les lignes de données.

Dans les versions de Microsoft WindowsavantWindows XP, Windows exécutait automatiquement un script (s'il existait) sur certains périphériques viaExécution automatique, dont certains sont des périphériques de stockage de masse USB, pouvant contenir des logiciels malveillants.[136]