L’interface USB (Universal Serial Bus) est apparue au milieu des années 90, délivrant dans ses premières versions un débit de 1,5 Mbit/s puis de 12 Mbit/s. L’objectif était de finaliser un standard facile à utiliser, qui puisse se substituer aux différents ports externes (RS232, parallèle, PS/2…) des PC de l’époque. Depuis, l’interface s’est imposée et permet la connexion d’une multitude de dispositifs. En l’an 2000, la version 2.0, High Speed, a permis de faire évoluer le débit à 480 Mbit/s, soit une bande passante de l’ordre de 60 Mo/s. À l’aube de l’an 2010, la nouvelle version de cette interface interpelle par son débit théorique de 4,8 Gbit/s, soit 600 Mo/s. Du coup, le transfert d’un film HD qui prend une dizaine d’heures en USB 1.0 et plus d’une dizaine de minutes en USB 2.0 nécessitera moins d’une minute avec l’USB 3.0. L’évolution de l’interface est à mettre à l’actif de l’USB 3.0 Promoter Group, consortium dans lequel figurent Intel, HP, Microsoft, Nec ou encore Texas Instruments.Pour atteindre un tel débit tout en réduisant sensiblement la consommation électrique, le bus de communication a été profondément repensé et s’inspire fortement de l’interface série PCI-Express (bus local signé Intel qui sert à connecter des cartes d’extension sur la carte mère d’un ordinateur). La véritable difficulté pour les concepteurs a été de garantir la rétrocompatibilité de la nouvelle interface avec l’USB 2.0. Notamment au niveau des connecteurs.
Quatre fils supplémentaires
L’architecture USB permet d’établir un lien entre un périphérique et un PC hôte dans lequel figure un contrôleur USB. Le port situé sur le PC est dit de type A, celui situé sur le périphérique de type B, chacun se retrouvant bien entendu à une extrémité du câble de connexion. Les câbles USB 2.0 sont composés de quatre fils : un fil d’alimentation électrique pour le périphérique, un fil de masse et deux fils de données D- et D+, montés en paire torsadée. Ces deux derniers utilisent le principe de la transmission différentielle (transmission symétrique sur deux fils conducteurs parcourus par des courants de sens opposés) pour gérer au mieux les bruits parasites provenant du périphérique ou du câble et ils fonctionnent en mode half-duplex (ou semi-duplex). Le PC et le périphérique communiquent donc chacun leur tour, par envoi puis retour des informations.Dans la version 3.0, pour accroître le débit, les données ne transitent plus par deux fils de données mais par quatre, et en mode dual simplex qui autorise des transmissions en entrées-sorties simultanément. Pour parfaire l’évolution, le mode “ burst ” assure des transmissions ininterrompues. Ce choix permet aux concepteurs d’annoncer des débits dix fois supérieurs mais il ne facilite pas pour autant la rétrocompatibilité de l’USB 3.0 avec l’USB 2.0. Les modes de transmission étant différents, les nouvelles prises doivent conserver les quatre fils de données dévolus à l’USB 2.0 tout en ajoutant les quatre inhérents à l’USB 3.0. Les concepteurs ont donc dû réussir le tour de passe-passe d’intégrer les quatre fils avec quatre connecteurs (plus un pour la masse) qui apparaissent en surcouche de la prise, sans pour autant la modifier.Si la rétrocompatibilité avec la norme USB 2.0 est garantie, tout n’est pas parfait pour autant car pour relier un PC USB 3.0 à un périphérique USB 2.0, un câble USB 2.0 sera nécessaire. Dans les autres cas, la cohabitation sera transparente pour l’utilisateur quel que soit le câble.
Le principe de l’anneau à jeton
L’architecture USB est également conçue pour fournir l’alimentation électrique aux périphériques. Avec la version 3.0, l’énergie fournie va de 150 mA à 900 mA (à comparer aux 100 mA à 500 mA maximum de l’USB 2). Si la plupart des appareils high-tech nomades s’en contentent, c’est toujours insuffisant pour alimenter un disque dur 3,5 pouces externe qui devra disposer de sa propre alimentation. Par ailleurs, pour permettre le chaînage des périphériques, cette architecture adopte une topologie en étoile. La communication entre le PC hôte et les périphériques s’établit à l’aide d’un protocole qui repose sur le principe de l’anneau à jeton. Le PC commence par interroger successivement chaque périphérique. Il émet pour cela un jeton (Token), en fait un paquet de données qui contient, entre autres, l’adresse du périphérique. Le deuxième paquet (Data) émis par le PC contient en général les informations. Il est suivi d’un troisième paquet (Handshaking) ou poignée de main qui précise si les données ont été correctement reçues. En USB 3.0, les trois types de transactions (Token, Data et Handshake) diffèrent quelque peu. En émission (outs), les parties Token et Data sont conjointes et en réception (ins), la phase Handshake est intégrée au paquet Data.Rappelons que l’interface USB autorise la connexion à chaud d’un périphérique (branchement et reconnaissance automatique lorsque l’ordinateur est allumé). Le micro détecte le nouvel arrivant grâce au changement de tension entre les fils de données. Quant à la connexion directe entre deux périphériques (appareil photo et imprimante par exemple), elle est possible grâce à la fonction On The Go (OTG). Un périphérique OTG peut se connecter à un autre périphérique OTG, un périphérique non OTG ou un PC hôte. C’est la position du connecteur du câble sur la prise qui permet de déclarer lequel des deux sera hôte. Les premiers produits USB 3.0 devraient sortir fin 2009, à l’image du contrôleur USB 3.0 de Nec ou le disque dur externe Buffalo Drive Station SuperSpeed USB 3.0, mais l’évolution sera progressive.
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