Como funcionam as portas USB

Introdução

Todo computador comprado atualmente possui uma ou mais portas (conectores)USB. Estas portas USB permitem que se conecte desde mouses a impressoras em seu computador. O sistema operacionaltambém suporta a interface USB, assim a instalação do driver do dispositivo é rápida e fácil. Em comparação a outras formas de conexão de dispositivos (incluindo-se portas paralelas, portas seriais e placas especiais instaladas dentro do gabinete da máquina), os dispositivos USB são incrivelmente simples.

Neste artigo, serão abordadas as portas USB sob as perspectivas técnica e de usuário e as de um técnico. Você saberá porque o sistema USB é tão flexível e como é capaz de suportar tantos dispositivos.

Qualquer pessoa envolvida com computadores nos últimos anos conhece os problemas que o Universal Serial Bus (USB) está tentando solucionar. No passado, a conexão de dispositivos a um computador costumava ser uma dor de cabeça.

• As impressoras eram conectadas às portas paralelas e a maioria dos computadores continham apenas uma porta. Dispositivos comoZip drives externos, que necessitam de uma conexão de alta velocidade no computador, podem utilizar a porta paralela da mesma forma, geralmente com pouco sucesso e baixa velocidade.
• Os modems utilizavam a porta serial, da mesma forma que muitas impressoras e uma variedade de dispositivos, tais como os computadores portáteis Palm Pilots e câmeras digitais. A maioria dos computadores possuem, no máximo, duas portas seriais, e quase sempre são muito lentas.
  
  
• Os dispositivos que antes necessitavam de conexões mais rápidas possuíam suas próprias placas, que se encaixam em slots de expansão dentro do gabinete do computador. Infelizmente o número de slots de expansão é limitado e, em alguns casos, é necessário um técnico experiente para instalar o software.

O objetivo do USB é acabar com essas dificuldades. O Universal Serail Bus fornece uma forma única, padronizada e fácil para conectar até 127 dispositivos em um computador.

Atualmente, quase todos os periféricos estão disponíveis em uma versão para USB. Um exemplo de dispositivos USB que podem ser adquiridos hoje incluem:

• impressoras
• scanners
• mouse
• joysticks
• consoles para simuladores de vôo
• câmeras digitais
• Webcams
• dispositivos para aquisição de dados científicos
• modems
• caixas de som
• telefones
• vídeo fones
• dispositivos de armazenamento
• conexões de rede

A conexão de um dispositivo USB a um computador é simples: é só encontrar a porta USB, que geralmente está localizada na parte de trás de sua máquina (a maioria dos gabinetes modernos também possuem portas na frente), e conectá-lo.

A abertura retangular é uma porta USB, geralmente localizada na parte de trás do PC

Um conector USB típico, conhecido como conector "A"

Em caso de um dispositivo novo, o sistema operacional o auto-detecta e solicita o disco do drive. Caso o dispositivo já tenha sido instalado, o computador o ativará e dará início à comunicação com o mesmo. Os dispositivos USB poderão ser conectados e desconectados a qualquer momento.

Muitos dispositivos USB já vêm acompanhados de cabo próprio e este cabo possui uma conexão USB do tipo "A". Caso contrário, o dispositivo possui um soquete acoplado que aceita um conector USB do tipo "B".

Uma conexão típica do tipo "B"

O padrão USB utiliza conectores "A" e "B" para evitar possíveis erros:

• "A" - ponta do conector "upstream" para conectar no computador.
• "B" - ponta do conector "downstream" para conectar no dispositivo.

Por meio da utilização de conectores diferentes nas extremidades do cabo é impossível se enganar se conectar o conector "B" de qualquer cabo USB a um dispositivo, esse dispositivo funcionará. Da mesma forma é possível conectar qualquer conector "A" a qualquer porta do tipo "A" que funcionará.

Hub USB

Computadores novos vêem, por exemplo, com duas ou mais portas USB. E, com tantos dispositivos USB no mercado, geralmente não há portas suficientes. Suponhamos que em um computador existe uma impressora, um scanner, uma webcam e uma conexão de rede, todos com parão USB. Se o computador possui apenas duas conexões, então a questão óbvia é "como conectar todos esses dispositivos?"

A solução mais fácil para o problema é comprar um hub USB barato. O padrão USB suporta até 127 dispositivos, sendo o hub UBS parte deste padrão.

Um hub USB típico de quatro portas aceita até 4 conexões do tipo "A"

Um hub possui tipicamente quatro portas novas, mas não está limitado a isso. Você conecta o hub ao computador e então liga os dispositivos (ou outros hubs) a ele. Encadeando diversos hubs é possível ter muitas portas USB disponíveis em um único computador.

Há hubs que funcionam com energia ou sem energia. Como veremos na próxima página, o  padrão USB permite aos dispositivos que obtenham a sua energia a partir da conexão USB. Obviamente, um dispositivo de alta-potência, como uma impressora ou scanner, terá a sua própria fonte de alimentação. No entanto, dispositivos de baixa potência, como o mouse e as câmeras digitais, obtêm a energia a partir do barramento, de forma a simplificá-los. A energia (de até 500 milliampères a 5 volts) é gerada pelo computador. Caso possua muitos dispositivos com energia própria (como impressoras e scanners), então seu hub não necessita ser alimentado se nenhum dos dispositivos conectados ao hub necessita de energia adicional. Caso tenha vários dispositivos que não possuem energia própria, como mouse e câmeras, então será necessário um hub com alimentação de energia. Neste caso, o hub possui um transformador próprio que fornece energia ao barramento, de forma que os dispositivos não sobrecarregam o fornecimento de energia do computador.

Marshall Brain.  "HowStuffWorks - Como funcionam as portas USB".  Publicado em 01 de abril de 2000  (atualizado em 01 de outubro de 2007) http://informatica.hsw.uol.com.br/portas-usb.htm  (21 de novembro de 2011)