USB-Massenspeichergerät-Protokoll – Was ist das?

Das USB-Massenspeichergerät-Protokoll definiert, wie USB-Geräte, die an einen Host-Computer angeschlossen sind (wie Flash-Laufwerke, externe Festplatten und Speicherkarten), miteinander interagieren sollen. Dieses Protokoll ist entscheidend, um die Kommunikation in der Computerwelt zu ermöglichen. Hier ist eine Aufschlüsselung seiner Hauptkomponenten:

Damit ein USB-Flash-Laufwerk austauschbar mit anderen Geräten funktioniert, muss ein universeller Standard geschaffen, definiert und sowohl für Gerätehersteller (die Flash-Laufwerke) als auch für die Host-Hersteller (in die die Flash-Laufwerke eingesteckt werden) implementiert werden. Das „Massenspeichergerät“ ist der technischere Begriff für die Klassifikation eines USB-Flash-Laufwerks (oder eines USB-Festplattenlaufwerks oder eines anderen Speichermediums). Die Klassifikation legt fest, wie die Kommunikation zwischen dem Host-Computer und dem USB-Gerät funktioniert.

Die folgenden Informationen sind eine allgemeine Übersicht und richten sich an nicht-technische Leser, um das USB-Massenspeichergerät besser zu verstehen. Ein Link am Ende leitet Leser zu einer technischeren Ressource weiter, z. B. für jemanden, der im Rahmen einer Informatik-Klasse recherchiert.

Beginnen wir mit der „Geräteklasse und dem Protokoll“

Wie bereits erwähnt, ist die Massenspeicherklasse (auch bekannt als MSC) ein Satz von Spezifikationen, die eine standardisierte Art definieren, wie sich das USB-Gerät präsentiert und mit dem Host kommuniziert (dem Gerät, an das es angeschlossen ist); zum Beispiel ein Computer, ein Smartphone, ein Autoradio oder sogar die USB-Buchse, die man im Flugzeug findet. Alle diese „Hosts“ müssen eine bestimmte Kommunikationsweise mit dem Gerät einhalten.

Obwohl wir die USB-Buchse eines Flugzeugs erwähnen, erfordert diese Situation keine „Datenübertragung“ und ist nur zur Stromversorgung gedacht. Dennoch ist eine Spezifikation erforderlich, selbst wenn es nur um Strom und/oder Aufladen geht. Abgesehen davon ist das am häufigsten verwendete Protokoll für MSC-Geräte das „Bulk Only Transport“ oder BOT. BOT ist eine Methode, die definiert, wie Daten von einem Gerät auf das andere gelesen oder geschrieben werden. BOT ist darauf ausgelegt, schnell zu sein und die Datenübertragung zu optimieren, während es gleichzeitig eine zuverlässige und stabile Codebasis für die Datenübertragung bietet.

Eine Anmerkung dazu: BOT wurde mit UASP verbessert. Das neuere UASP (USB Attached SCSI Protocol) wurde für die Geschwindigkeit von USB 3.0+ Geräten eingeführt. UASP verbessert das ältere BOT, indem es schnellere Datenübertragungsraten und eine bessere Leistung für die Geräte ermöglicht, die das neuere UASP unterstützen.

Ob nun der Host und das angeschlossene Gerät, z. B. ein USB-Flash-Laufwerk, BOT oder UASP verwenden, die verwendeten Befehle stammen aus dem SCSI (Small Computer System Interface)-Protokoll. Dieses Protokoll wurde in den späten 1970er Jahren entwickelt und schließlich 1986 der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Das SCSI-Protokoll ist also schon sehr lange im Einsatz.

Einer der Grundpfeiler des SCSI-Protokolls ist das „Blockgerät“-Erscheinungsbild eines mit einem Computer verbundenen Geräts. Dieser Ansatz mit Blockgeräten hilft, Daten zu organisieren und ermöglicht eine blockweise Kommunikation. Erinnern Sie sich an das Grundlegende, 1024? Der Ansatz mit Blockgeräten ermöglicht eine effizientere und organisierte Datenübertragung im Vergleich zu anderen Ansätzen.

Die Massenspeichergerät-Spezifikation klassifiziert die Datenübertragungsgeschwindigkeiten. Diese Klassifizierung richtet den Host-Computer und das Gerät auf die beste Kommunikationsmethode aus. Dies ist wichtig, da die Fähigkeit eines Massenspeichergeräts zur Datenübertragung, sei es beim Lesen oder Schreiben, mit optimaler Geschwindigkeit für die beste Leistung definiert werden soll. Man möchte zum Beispiel nicht, dass eine USB 3.0-Festplatte mit USB 2.0-Geschwindigkeiten mit dem Host-Computer kommuniziert. Die Klassifikation für die Datenübertragung synchronisiert das passende Protokoll.

Eine kurze Übersicht über die Geschwindigkeitprotokolle, die wir haben:

• USB 1.1 (12 Mbps)
• USB 2.0 (480 Mbps)
• USB 3.0 (5 Gbps)
• USB 3.1 (10 Gbps)
• USB 3.2/USB 4.0 (20 Gbps+)

Der nächste Punkt auf der Prioritätenliste des Massenspeichergerät-Protokolls sind die Stromanforderungen. Es ist ziemlich offensichtlich, dass die LED-Leuchte des USB-Laufwerks, die während des Betriebs blinkt, irgendwoher Strom beziehen muss. Doch die Stromspezifikation umfasst mehr als nur die Versorgung der LED-Leuchten.

Der Host-Computer, der dem angeschlossenen USB-Gerät Strom liefert, begann mit 500 mA für USB 1.1 und USB 2.0. Dies war ausreichend, um das Gerät bei normalem Betrieb zu betreiben, als USB erstmals eingeführt wurde. Mit der Einführung von USB 3.0, 3.1 und 3.2 wurde jedoch auch das Strombandbreitenlimit erhöht. Dies geschah, da erkannt wurde, dass es angeschlossene Geräte gibt, die mehr Strom benötigen, wie z. B. Monitore, die über USB angeschlossen werden, oder SSD-Festplatten, die für ihre schnelle Leistung mehr Strom benötigen. USB 3.0 und USB 3.1 können bis zu 900 mA pro Buchse liefern.

Die maximale Leistung, die derzeit über USB-C erreichbar ist, beträgt 240 Watt. Diese Leistungsstufe wurde durch die Einführung der USB Power Delivery (USB PD) 3.1-Spezifikation im Jahr 2021 möglich, die die maximale Leistung von den vorherigen 100 Watt (20V bei 5A) auf 240 Watt (48V bei 5A) erhöhte.

Erklären wir das Akronym USB: Universal Serial Bus. Und aus diesem Akronym ist das Schlüsselwort „universal“, das Fundament des USB-Massenspeichergerät-Protokolls. Die Plug-and-Play-Funktionalität macht USB so großartig. „Plug and Play“ bezieht sich auf die Fähigkeit eines Geräts, an einen Computer oder ein System angeschlossen zu werden und sofort ohne komplexe Einrichtung oder manuelle Installation zu funktionieren. Wenn ein Gerät Plug and Play ist, erkennt das System es automatisch, installiert die notwendigen Treiber und macht es nach der Verbindung sofort einsatzbereit.

Zusätzlich zur universellen Konnektivität des USB steht die Hot-Swap-Funktionalität. Das Massenspeichergerät-Protokoll unterstützt dies. In der Computertechnik bezieht sich Hot-Swapping auf die Möglichkeit, Peripheriegeräte an ein System anzuschließen oder zu entfernen, während es eingeschaltet und in Betrieb ist, ohne das System herunterfahren oder neu starten zu müssen. Diese Funktion ermöglicht es den Benutzern, Teile zu ersetzen oder aufzurüsten, ohne die Systemoperationen zu unterbrechen, was besonders nützlich in Servern, Rechenzentren und bestimmten Unterhaltungselektroniken ist. Ein schnelles Beispiel ist, dass wir alle wissen, dass ein USB-Flash-Laufwerk oder eine USB-Festplatte angeschlossen und getrennt werden kann, ohne dass der Host-Computer ausgeschaltet wird.

Zusammengefasst ermöglicht die USB-Massenspeicher-Spezifikation standardisierte, schnelle und flexible Speicherlösungen, die mit einer Vielzahl von Geräten kompatibel sind und damit eine bevorzugte Methode für externen Speicher darstellen.

Das USB-IF oder das Implementors Forum for USB ist das Gremium, das das Massenspeichergerät-Protokoll definiert. Zu den Gründungsmitgliedern gehören Compaq, Digital Equipment Corporation, IBM, Intel, Microsoft, NEC und Nortel. Im Laufe der Zeit ist das USB-IF auf über 1.000 Unternehmen angewachsen.

Für eine vollständige Spezifikation der USB-Technologie besuchen Sie bitte:
https://www.usb.org/documents