USB(Universal Serial Bus)

1. USB란 무엇인가 ?  
 
USB란 Universal Serial Bus의 약어로서 과거의 느린 병렬, 직렬 포트를 새롭고통일된 하나의 인터페이스로 대체할 목적으로 만들어진 규격입니다. IBM, 인텔, MS 등의 개발업체와 컴팩, DEC, NEC, 노턴 텔레콤 등 모두 7개의 업체가 중심이 되어서 만들어진 규격입니다.

 

2. 왜 USB를 개발했는가?

AT이상의 컴퓨터를 한번이라도 뒷면을 보신 분들은 참으로 다양한 코드가 컴퓨터의 본체에 꼽혀있는 것을 알 수 있습니다. 전원코드야 그렇다고 치더라도 대략 살펴보면 모니터 연결케이블, 모뎀의 전화선, 사운드 카드의 연결선, 마이크, 프린터 연결선, 키보드 연결선, 마우스 연결선 이 정도가 기본입니다. 여기에 좀 더 추가되면 요즈음 인기 있는 DDR 연결선, 스캐너 연결선, 외부 보조 기억장치 연결선, 조이스틱 연결선 기타 등등..
새로운 장비를 하나 사와서 연결한다는 것이 도저히 엄두가 안난다거나 포화될 때로 포화된 프린터용 병렬케이블이라던가 각각의 자원을 소비한다던가 이러한 문제를 해결할 통일되고 간편한 연결방식으로 개발된 것이 바로 USB입니다. 단, 기본적으로 USB는 저속 장비 연결용입니다. 고속연결용으로는 IEEE 1394를 권장하고 있습니다.

 

3. USB의 규격

USB의 규격은 다음과 같습니다. 전송속도는 12Mbps입니다. 스카시 등에 비하면 그리빠른 속도는 아니지만 주로 외부기기와의 연결에 사용된다는 점을 고려하면 충분히빠른 속도입니다. 참고로 직렬포트의 속도는 9600bps입니다. 이 규격이 개발된 것은 1996년입니다. 이러한 USB는 그 특성상 메인보드의 칩셋차원에서 지원을 해야만 제대로 사용이 가능한데 이러한 USB를
최초로 지원한 메인보드 칩셋은 인텔의 HX부터이고(정확히는 사우스 브리지인 82371SB) 그 이후에 출시된 모든 칩셋에는 이러한 기능이 자체적으로 내장되어 있습니다. 일부 HX보드는 USB를 지원하지만 포트를 메인보드에 내장하지는 않습니다.

또한 하드웨어적인 지원과 함께 OS차원에서도 지원이 되기 시작했는데 처음으로 USB장비를 지원한 것은 윈도우즈 95의 OSR-2부터입니다. 되도록 최신 윈도우즈를 사용하는 것이 USB의 사용에는 보다 유리하다고 할 수 있습니다.

 

4. USB의 기술적 특징

 

1) 연결성

USB는 이론상 하나의 선으로 모두 128개의 장비를 연결 사용이 가능합니다.
물론 하나는 USB와 PC를 연결하므로 총 사용 가능 개수는 127개입니다. 이것은 상당부분 스카시의 연결방식에서 따온 것으로서 이러한 스카시의 연결방식을 데이지 체인(Daisy Chain)이라고 합니다. 그러나 막상 연결할 때에는 USB는 허브(HUB)라는 것을 이용합니다. 이것은 데이지 체인이 환형의 일직선 구조를 갖는데 반하여 하나의 허브로부터 분기하는 나무형 구조 (흔
히 트리구조라고 함)을 갖습니다. 그래서 상대적으로 연결성은 편리하나 구조자체는 조금 더 복잡해졌다고 할 수 있습니다.

 

2) 핫 플러깅

컴퓨터의 장비 중에는 스캐너와 프린터처럼 한번 연결하면 일년 내내 거의 이동 없이 그 자리에서 그대로 사용하는 장비가 있는가하면 디지털 카메라나 이동형 저장기기같이 자주 탈부착을 해야하는 장비도 있게 마련입니다.
기존의 거의 모든 연결방식은 반드시 컴퓨터의 전원을 내리고 장치를 연결하고 다시 전원을 넣어서 사용하는 방식입니다.
그러나 USB는 이러한 번거러움없이 전원이 들어와있던 그렇지 않던 간에 문제없이 탈부착이 가능합니다. 이렇게 전원이 들어왔을 때 탈부착이 가능한 것을 핫 플러깅(Hot Plugging)이라고 합니다.
원래가 USB방식이 이동성과 노트북 등을 염두에 두고 만들어진 기술이기 때문인데, 이는 또한 USB를 제어하면서 송수신하는 작업에 있어서 복잡한 IRQ의 충돌 등에서 거의 완벽하게 자유로워졌다는 것을 의미하기도 합니다.
즉 일일이 마우스, 키보드, 프린터 등의 장비의 연결순서와 연결방식 그리고 연결 우선 순위등을 사용자가 일일이 지정해주던 방식에서 USB가 자체적으로 이러한 기능을 수행하게 된 것입니다. 이것은 다음에서 좀더 자세히 살펴보겠습니다.

 

3) 자체 전원 공급

USB 기기는 크게 자신이 별도의 전원을 확보하여 사용하는 Self Powered Device (대부분 대형 기기)와 USB케이블을 통해 전원을 공급받는 Bus Powered Device의 2종류로 나누어집니다. 또한 Bus Powered Device의 경우 다시 USB가 공급할 수 있는 맥시멈인 500mA까지 소비가 허용되는 High Power Device와 최대 100mA까지 허용되는 Low Power Device로 나누어집니다.
USB 허브는 대부분 High Power Device이며 버스에서는 500mA의 맥시멈 전력을 공급받습니다. 여기서 다시100mA는 자체 소비하고 나머지 400mA를 4개의 포트에 배분하게됩니다.

USB의 연결선을 유심히 보시면 모두 4가닥의 선이 있습니다. 그 중 2개의 선은 데이터의 송수신에 사용되고 나머지 2개의 선은 외부기기에 전원을 공급합니다.

 

4) 비교적 고속 인터페이스

초당 12Mbps (보정을 거치면 대략적으로는 8Mbps)라는 속도는 외부기기의 연결용으로는 상당히 고속 인터페이스입니다. 우리가 사용하는 모든 데이터는 이진수를 기준으로 하고있으며 컴퓨터에서는 이것을 전기적 신호로 해석합니다.
우리가 기존에 사용하던 RS-232C 인터페이스에서는 0과 1의 데이터를 전기신호로 표시할 때, 기준 전위에 대해 -12V를 0, +12V를 1로 하고 표현하고 있습니다.
즉 0에서 1로, 1에서 0으로 데이터의 변화를 완성하는데 24V라는 상당히 큰 전압변화가 필요합니다. 이에 비해 USB는 신호선 2개에(나머지 2개는 전원선) 최소 0.7V의 전압차이로 데이터가 0인지 1인지를 판단합니다. 이런 전압의 변화에 필요한 시간이 짧아지면 짧아질수록, 또 0과 1의 판단에 필요한 전압차가 적어지면 적어질수록 데이터를 고속으로 송수신할 수 있습니
다. USB가 비교적 고속인 것은 저전압에서 전기적 신호의 변화로 데이터를 송수신 할 수 있기 때문입니다.