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Le fonctionnement d'une connexion USB 1.1

Elaborée en 1995 conjointement par plusieurs firmes informatiques, le port externe USB (Universal Serial Bus) est sorti en version 1.0 puis rapidement amélioré en 1.1. C'est un bus série utilisé pour connecter pratiquement tous les périphériques externes: imprimante,  disque dur, scanner, ... Il remplace les connexions parallèles et séries. En théorie, le nombre maximum de périphériques connectés est de 127. Ce port est reconnu à partir de Win98 et MacOS 8.5. Pour les périphériques rapides (disques durs externes, caméoscopes), il est remplacé par le Firewire.

 Sa principale caractéristique est la connexion à chaud (Hot plug). Ceci permet de connecter ou déconnecter le périphérique sans redémarrer la machine. Il est également plug and Play, les périphériques sont automatiquement reconnus par le système d'exploitation. Pour celà, le pilote doit généralement être installé avant de connecter le périphérique, même si les dernières versions de Windows incluent nativement une large variétés de drivers. L'USB utilise le DMA pour l'accès direct à la mémoire de l'ordinateur. La bande passante est faible: 12 Mb/s maximum (1,5 Mo/s) pour l'ensemble des périphériques connectés. La version 2.0 est plus rapide.

2 modes de fonctionnement sont utilisés:

• Haute vitesse: un périphérique rapide utilise la bande passante complète (12 Mb/s, soit 1,5 Mo/s)

• Basse vitesse: la bande passante est divisée par 8 et partagée entre les périphériques plus lents (1,5 Mb/s - 180 Ko/s)

En pratique, ce deuxième mode réduit le nombre de périphériques sur un même contrôleur à 8 au lieu des 127 maximum annoncés.

Dans une communication USB, le PC commence par interroger chaque périphérique, c'est la phase de détection. Une fois identifiés, le PC accède individuellement à tous les périphériques et les intègre dans la gestion d'énergie, automatiquement.

Chaque millisecondes, le contrôleur envoie un paquet pour synchroniser les périphériques (mode isochrone). Il y a 4 sortes sont utilisés: 

• les paquets de contrôle: configuration, commande et interrogation sur le statut des périphériques

• les paquets isochrones permettent aux périphériques qui travaillent en temps réel comme les webcams et les téléphones d´envoyer ou de recevoir des données à des intervalles de temps réguliers. Le délai est fixe mais il n'y a pas de retransmission en cas d'erreur.

• les paquets en vrac, utilisés par les périphériques ne nécessitant pas de transferts en temps réel: imprimantes, périphériques de sauvegarde, ...

• les paquets d´interruption permettent à un périphérique de demander le bus. C'est le cas des modems. L'usb ne gère pas nativement les interruptions.

Le câble USB comporte deux prises différentes dénommées A et B qui se relie sur le contrôleur (ou le HUB) du côté A et sur le périphériques (côté B).

Le câble se compose de 4 fils: 

• une paire torsadée pour le transfert des données
• un fil au potentiel de +5V pour l'alimentation des périphériques. La consommation est limitée à 500 mA par port.
• un fil de masse masse.

Le câble est limité à 5 mètres maximum. Différents modules permettent néanmoins une extension jusqu'à 10 mètres au total en corrigeant le signal. Le câble peut être blindé ou non, le mode basse vitesse de 1.5 Mbits/s ayant une tolérance supérieure aux perturbations électromagnétiques. Un blindage est recommandé pour une utilisation à 12 Mbits/s (1,5 MB/s).

Différents périphériques USB permettent d'émuler des ports série, parallèle, réseau RJ45 et surtout Wifi, ...

Dernière mise à jour, le 06/01/2021