O que é USB? Guia de velocidades, conectores e versões

Introdução

USB (Universal Serial Bus) é uma tecnologia que permite a conexão de dispositivos como HDs externos, pendrives, mouses, teclados, impressoras e fones de ouvido ao computador e a dispositivos móveis, como tablets e smartphones. Assim, não é preciso existir um conector para cada tipo de equipamento.

Nas linhas a seguir, você conhecerá as principais características técnicas do USB, seus conectores e o seu funcionamento. Se quiser, vá direto ao tópico do seu interesse:

- Como o USB surgiu?
- Vantagens do USB
- Funcionamento básico do USB
- O que é USB 1.1?
- O que é USB 2.0?
- USB 3.0, USB 3.1 e USB 3.2
- USB4 e USB4 2.0: até 80 ou 120 Gb/s
- Conectores USB
. Conector USB-A
. Conector USB-B
. Conector USB-C
. Conector mini-USB
. Conector micro-USB
- Cores dos conectores USB
- Tridente e outros símbolos do USB

Como o USB surgiu?

Até a década de 1990, conectar dispositivos ao computador era uma tarefa pouco intuitiva. Diante de vários tipos de cabos e conectores, era necessário descobrir, quase que por adivinhação, em qual porta do computador ligar determinado equipamento.

Quando a instalação era interna, a situação piorava, pois o usuário tinha que abrir o computador e quase sempre configurar jumpers e/ou IRQs, trabalho que podia ser complexo até para conhecedores do assunto.

Diante de situações como essas, a indústria entendeu a necessidade de criar um padrão que facilitasse a conexão de dispositivos ao computador. Assim, em 1995, um grupos de empresas — entre elas, Microsoft, Intel, NEC, IBM e Apple — formou um consórcio para estabelecer um padrão.

Surgia o USB Implementers Forum (USB-IF). Pouco tempo depois, as primeiras especificações comerciais do que ficou conhecido como Universal Serial Bus (USB) foram reveladas.

As primeiras versões estabelecidas datam de 1994. Desde então, o USB vem recebendo novas versões, com mais recursos ou aprimoramentos. Estas são as datas de lançamento de cada uma delas:

  • USB 0.7: novembro de 1994
  • USB 0.8: dezembro de 1994
  • USB 0.9: abril de 1995
  • USB 0.99: agosto de 1995
  • USB 1.0: janeiro de 1996
  • USB 1.1: setembro de 1998
  • USB 2.0: abril de 2000
  • USB 3.0: novembro de 2008
  • USB 3.1: agosto de 2013
  • USB 3.2: setembro de 2017
  • USB4: agosto de 2019
  • USB4 2.0: outubro de 2022

As primeiras versões definidas para uso comercial em larga escala foram a 1.1 e a 2.0, que serão vistas com mais detalhes neste texto.

Cabo USB tipo A
Cabo USB tipo A

Vantagens do USB

Um dos motivos que levaram à criação da tecnologia USB foi a intenção de facilitar a interconexão de dispositivos variados. Em razão disso, o USB oferece uma série de vantagens:

- Padrão de conexão: qualquer dispositivo compatível com USB usa padrões definidos de conexão (ver mais no tópico sobre conectores), assim, não é necessário existir um tipo de conector específico para cada aparelho;

- Plug and Play (algo como "Plugar e Usar"): quase todos os dispositivos USB são concebidos para serem conectados ao computador e utilizados logo em seguida. Apenas alguns exigem a instalação de drivers ou softwares adicionais. Mesmo nesses casos, o sistema operacional pode reconhecer a conexão do dispositivo;

- Alimentação elétrica: boa parte dos dispositivos que usam USB não precisa ser ligada a uma fonte de alimentação, pois a própria porta é capaz de fornecer energia. Por conta disso, acaba sendo fácil encontrar dispositivos que têm bateria recarregada via USB, como smartphones e tablets;

- Conexão de vários aparelhos ao mesmo tempo: é possível conectar até 127 dispositivos ao mesmo tempo em uma única porta USB. Isso pode ser feito por meio de hubs, dispositivos que utilizam uma única conexão USB para oferecer um número maior delas. Porém, nem sempre esse modo de funcionamento é viável, pois a velocidade de transmissão de dados é dividida entre todos os equipamentos;

- Ampla compatibilidade: o padrão USB é compatível com diversas plataformas e sistemas operacionais. O Windows, por exemplo, o suporta desde a versão 98. Sistemas operacionais como Linux, macOS, BSDs e Android também são compatíveis. Atualmente, é possível encontrar portas USB em vários equipamentos, como TVs, painéis de carros e sistemas de som;

- Hot-swappable: dispositivos USB podem ser conectados e desconectados a qualquer momento, raramente sendo necessário desligá-los para a sua remoção ser feita;

- Cabos de até 5 metros: os cabos USB podem ter até 5 metros de tamanho, tipicamente. Esse limite pode ser aumentado com o uso de hubs ou equipamentos capazes de repetir os sinais da comunicação.

Funcionamento básico do USB

Para fornecer energia elétrica e transmitir dados ao mesmo tempo, os cabos USB e conectores contam com pelo menos quatro fios internos: VBus (VCC), D+, D- e GND. O primeiro é responsável pela alimentação elétrica. O segundo e o terceiro são utilizados na transmissão de dados (a letra "D" provém de data, dado em inglês). O quarto atua no controle elétrico, servindo como "fio terra".

Versões mais recentes do USB contam com um número maior de fios internos para suportar fluxos de energia e dados maiores.

A comunicação entre dispositivos conectados via USB é feita por meio de um protocolo. Nele, o host, isto é, o computador ou o equipamento que recebe as conexões, emite um sinal para encontrar os dispositivos conectados e define um endereço para cada um deles.

Quando a comunicação é estabelecida, o host recebe a informação sobre o tipo de conexão que o dispositivo conectado utiliza. Há quatro possibilidades básicas:

  • Bulk: esse tipo é utilizado por dispositivos que lidam com grandes volumes de dados, como impressoras e scanners. O Bulk conta com recursos de detecção de erro para garantir a integridade das informações transmitidas;
  • Control: tipo utilizado para transmissão de parâmetros de controle e configuração do dispositivo;
  • Interrupt: tipo utilizado para dispositivos que transferem poucos dados, como mouses, teclados e joysticks;
  • Isochronous: tipo aplicado em transmissões contínuas, onde os dados são transferidos a todo o momento, razão pela qual não há recursos de detecção de erros, que atrasariam a comunicação. Dispositivos como caixas de som utilizam esse modo.

Independentemente do dispositivo em uso, convém que cabos USB tenham até 5 metros de comprimento. Isso é necessário porque, em cabos maiores, o tempo de transmissão dos dados pode exceder 1.500 nanossegundos, situação que favorece a perda de informações.

Portas USB tipo A em um laptop
Portas USB tipo A em um laptop

O que é USB 1.1?

A exemplo de outras tecnologias, o USB passa periodicamente por revisões em suas especificações para atender a novas necessidades. A primeira versão da tecnologia que se tornou padrão no mercado foi o USB 1.1.

Lançado em setembro de 1998, o USB 1.1 tem taxa de transmissão de dados de até 1,5 ou 12 Mb/s (megabits por segundo), dependendo do modo de operação:

  • USB Low-Speed: até 1,5 Mb/s, ou seja, cerca de 190 KB por segundo
  • USB Full-Speed: até 12 Mb/s, ou seja, cerca de 1,5 MB por segundo

Na época do lançamento do USB 1.1, essas taxas serviam à maioria dos dispositivos. No entanto, à medida que o uso do USB crescia, notou-se que também aumentava a necessidade de taxas maiores na transferência de dados. Dispositivos como scanners e câmeras digitais passaram a trabalhar com resoluções mais altas, que demandavam maiores volumes de dados.

Diante desse cenário e do surgimento de tecnologias "concorrentes", em especial, o FireWire (ou IEEE 1394), o consórcio responsável pelo USB colocou no mercado uma revisão da tecnologia. Surgia, em 2000, o USB 2.0.

O que é USB 2.0?

O USB 2.0 (Hi-Speed) surgiu em abril de 2000 oferecendo velocidades de até 480 Mb/s, taxa equivalente a cerca de 60 MB por segundo. O padrão de conexão continua o mesmo da versão anterior. Além disso, o USB 2.0 é totalmente compatível com dispositivos que funcionam com o USB 1.1. No entanto, nestes casos, a velocidade da transferência de dados é a deste último.

Isso ocorre porque o USB tenta se comunicar à velocidade de 480 Mb/s. Se não conseguir, tentará trabalhar à velocidade de 12 Mb/s. Por fim, se não obtiver êxito, tentará se comunicar à taxa de 1,5 Mb/s.

O USB 2.0 é a versão que mais contribuiu para popularizar a tecnologia. A partir dela, fabricantes puderam adotar o padrão em seus produtos sem lidar com royalties, ou seja, sem ter que pagar licenças de uso da tecnologia.

Além disso, a velocidade do USB 2.0 supera as taxas máximas das primeiras implementações do FireWire (até 400 Mb/s). Isso fez o USB 2.0 se tornar viável para aplicações de mídia, o que aumentou seu leque de utilidades.

Os desenvolvedores do padrão FireWire não ficaram parados e lançaram especificações novas (o FireWire 800, que trabalha à 800 Mb/s). Mas o USB continuou sendo revisado, o que levou ao surgimento do USB 3.0 e versões posteriores.

USB 3.0, USB 3.1 e USB 3.2?

As especificações do USB 3.0 (SuperSpeed) foram definidas no final de 2008, mas os primeiros produtos compatíveis com o novo padrão começaram a chegar aos consumidores no segundo semestre de 2010.

Em agosto de 2013, as especificações do USB 3.1 foram finalizadas. Ambas as versões são bastante parecidas, mas o USB 3.1 leva vantagem sobre o USB 3.0 por ser até duas vezes mais rápido.

USB Flash Drive, mais conhecido como pendrive
USB Flash Drive, mais conhecido como "pendrive" no Brasil

Em setembro de 2017, foi a vez das especificações do USB 3.2 ficarem prontas. As três versões são muito parecidas entre si, tendo como grande diferencial a capacidade de transferência de dados de cada uma.

Eis as principais características do USB 3.0, do USB 3.1 e do USB 3.2:

- Transmissão bidirecional de dados: na versão 2.0 (e anteriores), o padrão USB permite que os dados trafeguem do dispositivo A para o B e do dispositivo B para o A, mas um de cada vez. No padrão 3.0 e superiores, o envio e a recepção de dados entre dois dispositivos pode acontecer ao mesmo tempo;

- Maior velocidade: a velocidade de transmissão de dados é de até 5 Gb/s (gigabits por segundo), equivalente a cerca de 600 MB por segundo, número muito mais alto que os 480 Mb/s do USB 2.0. No USB 3.1, esse limite aumentou para 10 Gb/s (o dobro). No USB 3.2, a velocidade pode chegar a 20 Gb/s (novamente, o dobro).

- Alimentação elétrica mais potente: os padrões USB 3.0, USB 3.1 e USB 3.2 contam com uma especificação chamada USB Power Delivery (USB-PD) que trabalha com 100 watts e, assim, permite alimentação de dispositivos que consomem mais energia;

- Retrocompatibilidade: conexões USB 3.0, USB 3.1 e USB 3.2 podem suportar dispositivos USB 1.1 e USB 2.0.

Depois que o USB 3.2 foi lançado, o USB-IF renomeou as versões anteriores da seguinte forma:

  • o USB 3.0 virou USB 3.2 Gen 1;
  • o USB 3.1 virou USB 3.2 Gen 2;
  • o USB 3.2 virou USB 3.2 Gen 1×2 (10 Gb/s) e USB 3.2 Gen 2×2 (20 Gb/s).

A renomeação é uma tentativa de padronizar os nomes, mas a verdade é que essas mudanças causaram confusão entre os usuários.

Saiba mais no texto que explica tudo sobre USB 3.0, USB 3.1 e USB 3.2.

USB4 e USB4 2.0: até 80 ou 120 Gb/s

A quarta geração do USB, anunciada em março de 2019, vai mais longe em transferência de dados: o USB4 permite taxas de até 40 Gb/s.

Isso é possível porque o USB4 tem como base o Thunderbolt 3. Faz sentido: essa tecnologia também trabalha com até 40 Gb/s e, em vez de um conector próprio, usa portas USB-C. Então, por que não juntar ambas as tecnologias em uma coisa só?

Além dos 40 Gb/s, o USB4 pode ser implementado nas velocidades de 10 Gb/s e 20 Gb/s (depende de cada dispositivo), além de também fornecer até 100 watts para alimentação elétrica.

Em outubro de 2022, o USB 4 2.0 foi anunciado oficialmente com capacidade de transferência de dados de até 80 Gb/s. Essa é uma taxa impressionante por si só, mas que pode aumentar para até 120 Gb/s em dispositivos que requerem largura de banda maior, como monitores de alta resolução.

Saiba mais no texto USB4 e USB4 2.0: velocidade, conector e vantagens.

Conectores USB

A tecnologia USB tem vários conectores. O tipo A é o mais conhecido, estando presente na maioria dos computadores compatíveis com a tecnologia, além de ser encontrado em aparelhos como TVs, painéis de carros, soundbars e home theaters.

Mas o conector tipo C, anunciado em 2015, vem conquistando cada vez mais espaço, principalmente em celulares, tablets e notebooks.

As imagens a seguir mostram os conectores ("macho") e seus respectivos encaixes ("fêmea").

Conector USB-A

O conector USB-A ou USB tipo A é o tipo mais comum, estando amplamente presente nas placas-mãe de desktops, servidores, workstations e notebooks. O USB-A também é muito utilizado em dispositivos de armazenamento conhecidos como "pendrives" e em carregadores de celular.

Conectores USB-A têm formato retangular e dimensões de 12 x 4,5 mm. O padrão tem ainda quatro contatos metálicos internos, mas os conectores USB-A compatíveis com USB 3.0 ou superior contam com nove contatos para transmitir mais dados.

USB-A
Porta e conector USB-A

Conector USB-B

O conector USB-B ou USB tipo B costuma ser encontrado em dispositivos como impressoras, scanners e microfones, não indo muito além disso. Tem formato quase quadrado, com dois achatamentos nas extremidades para prevenir encaixe incorreto. Conectores USB-B têm ainda dimensões de aproximadamente 8 x 7 mm.

Existe uma versão do USB-B para as especificações USB 3.0 e 3.1 que tem mais contatos para suportar fluxos de dados maiores, característica que torna o conector mais alto. No entanto, essa versão é ainda menos adotada que o USB-B original.

USB-B
Porta e conector USB-B

Conector USB-C

O USB-C ou USB tipo C é o conector mais recente da tecnologia USB. As suas especificações foram finalizadas em agosto de 2014. O USB-C tem formato retangular, dimensões de apenas 8,4 x 2,6 mm e é reversível, ou seja, pode ser encaixado de qualquer lado, ao contrário dos demais conectores USB, que têm posições de encaixe específicas.

O conector USB-C também é notável por ter 24 pinos, apesar de seu tamanho pequeno. Isso permite que ele seja usado tanto em transmissões com alta taxa de dados quanto para alimentação elétrica de 100 watts ou mais.

Esse conector foi desenvolvido para trabalhar com conexões USB 3.1, mas é compatível com as especificações anteriores e posteriores da tecnologia. Além disso, o USB-C também é usado nas versões mais recentes dos padrões Thunderbolt e DisplayPort.

Devido a sua versatilidade, o USB-C vem, aos poucos, substituindo os conectores USB-A e micro-USB em computadores e dispositivos móveis.

Porta e cabo USB-C em um Nintendo Switch Lite
Porta e cabo USB-C em um Nintendo Switch Lite

Conector mini-USB

O conector mini-USB tem por volta de 7 x 3 mm, portanto, é muito menor que os conectores dos tipos A e B. Ele foi implementado em dispositivos de porte pequeno, como câmeras digitais compactas e MP3-players. Há cinco pinos em seu interior.

Na verdade, o conector mini-USB que chegou ao mercado é uma versão batizada originalmente de USB Mini-B. Houve um formato chamado USB Mini-A com dimensões ligeiramente maiores que não foi aceito pela indústria.

Conectores mini-USB são compatíveis apenas com as versões 1.0, 1.1 e 2.0 do USB.

Porta e conector mini-USB
Porta e conector mini-USB

Conector micro-USB

O conector micro-USB tem cinco pinos e recebe esse nome por ter formato "achatado" e dimensões de apenas 6,85 x 1,8 mm. O tamanho diminuto fez o micro-USB ser amplamente utilizado em telefones celulares, fones de ouvido e carregadores de bateria.

Há duas versões do micro-USB. A primeira, chamada de USB Micro-A, mantém as mencionadas dimensões, mas tem formato retangular. Poucas empresas adotaram esse padrão.

Já o conector USB Micro-B foi muito utilizado pela indústria, razão pela qual passou a ser chamado simplesmente de "micro-USB". A sua principal diferença em relação ao tipo A são os achatamentos nas extremidades que impedem o seu encaixe incorreto.

Conectores micro-USB são compatíveis com as versões USB 1.0, USB 1.1 e USB 2.0. Existe um conector alongado, com pinos adicionais e nome micro-B SuperSpeed que é próprio para as versões 3.x do USB, mas ele foi pouco adotado pelos fabricantes.

A indústria vem substituindo o micro-USB pelo USB-C por conta das vantagens que este último oferece, como o formato reversível.

Porta e conector micro-USB
Porta e conector micro-USB

Cores dos conectores USB

Existe uma convenção de cores, adotada com mais frequência em portas USB-A, que ajuda a identificar a versão do USB implementada em um equipamento:

  • USB 1.0 e 1.1: recebem a cor branca, mas essas versões não são mais implementadas em larga escala;
  • USB 2.0: tem cor preta, embora alguns fabricantes tenham adotado a cor branca para essa versão;
  • USB 3.0, 3.1 e 3.2: recebem a cor azul;
  • USB4 e USB4: não recebem nenhuma cor específica por serem baseados no conector USB-C.

É possível encontrar ainda portas nas cores amarela e vermelha que indicam que um dispositivo pode ser recarregado ali mesmo quando o computador estiver em modo de descanso ou desligado, mas conectado a uma fonte de energia.

Nem todos os fabricantes adotam essa convenção de cores, por isso, é importante consultar as especificações do equipamento para conhecer as versões do USB implementadas nele.

Observe que este notebook tem USB 3.0 (azul) e USB 2.0 (preto)
Observe que este notebook tem USB 3.0 (azul) e USB 2.0 (preto)

Tridente e outros símbolos do USB

O símbolo da tecnologia USB é, desde a versão 1.0, uma representação inspirada no tridente de Netuno, um dos deuses da mitologia grega.

Aparentemente, a troca de cada ponta do tridente por uma forma diferente — círculo, triângulo e quadrado — foi feita para sinalizar que o USB é um padrão que suporta os mais diversos tipos de dispositivos. Assim, se você vir esse tridente em algum dispositivo, saiba que existe uma conexão USB ali.

O símbolo universal do USB
O símbolo universal do USB

Mas a tecnologia também conta com logotipos que informam quão rápida é aquela conexão na transferência de dados. Esses símbolos podem ser encontrados em produtos certificados para USB:

Logotipos do USB
Logotipos do USB — imagem por USB-IF

Se, além de transmitir dados, a conexão USB permitir alimentação elétrica de alta capacidade, ela poderá ser acompanhada de um dos seguintes logotipos:

Logotipos do USB para dados e energia
Logotipos do USB para dados e energia — imagem por USB-IF

O uso desses símbolos não é obrigatório, por isso, sempre consulte as especificações do equipamento do seu interesse para ter certeza sobre os recursos de USB disponíveis.

Finalizando

Com a popularização de tecnologias de comunicação sem fio, como Bluetooth, Wi-Fi e NFC, há quem questione o futuro do USB, pois existe a crença de que, um dia, todos os dispositivos se comunicarão sem o uso de cabos.

No entanto, o surgimento de versões mais avançadas do USB, como as especificações 3.2 junto com o conector USB-C, além do anúncio do USB4, deixa claro que as conexões físicas complementam as opções sem fio, o que significa que uma categoria não substitui a outra. O USB terá vida longa, portanto.

Para saber mais sobre a tecnologia, visite a documentação técnica que serviu de base para este texto.

Publicado em 20_02_2009. Atualizado em 05_11_2023.

Emerson Alecrim Autor: Emerson Alecrim
Graduado em ciência da computação, tem experiência profissional em TI e produz conteúdo sobre tecnologia desde 2001. É especializado em temas como hardware, sistema operacionais, dispositivos móveis, internet e negócios.
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