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ユニバーサル・シリアル・バス - Wikipedia

ユニバーサル・シリアル・バス

だい部分ぶぶん情報じょうほう機器きき採用さいようされる接続せつぞく規格きかく
USBから転送てんそう

ユニバーサル・シリアル・バスえい: Universal Serial Bus略称りゃくしょうUSB、ユーエスビー)は、コンピュータひとし情報じょうほう機器きき周辺しゅうへん機器きき接続せつぞくするためのシリアルバス規格きかくの1つ。ユニバーサル(汎用はんよう)のしめとおり、ホスト機器ききにさまざまな周辺しゅうへん機器きき接続せつぞくするためのペリフェラルバス規格きかくであり、最初さいしょ規格きかくとなるUSB 1.0は1996ねん登場とうじょうした。現在げんざいパーソナルコンピュータ周辺しゅうへん機器ききにおいて、もっと普及ふきゅうした汎用はんようインターフェース規格きかくである。

USBのマーク

USB規格きかくでは、1つのバスについて周辺しゅうへん機器きき理論りろんじょう最大さいだいで127だい接続せつぞく可能かのうである。接続せつぞくこうりない場合ばあいには、ツリーじょう拡張かくちょうできるUSBハブ使用しよう想定そうていしている。プラグアンドプレイにも対応たいおうしており、規格きかく制定せいてい当時とうじ一般いっぱんてき外部がいぶインターフェースでは不可能ふかのうだったホットスワップ可能かのうとしていた。

ホストバスアダプタからの周辺しゅうへん機器ききへの電源でんげん供給きょうきゅう規定きていしている(バスパワー)。そのため従来じゅうらいのコンピュータ周辺しゅうへん機器ききだけでなく、事務じむ用品ようひん携帯けいたい電話でんわデジタルオーディオプレーヤーにち用品ようひん便利べんりグッズなど多様たよう機器きき[1]電力でんりょく供給きょうきゅうをする用途ようとにも使用しようされるようになった。USBのコネクタをちつつ、この電力でんりょく供給きょうきゅう機能きのうとくしたタ通信たつうしん一切いっさいおこなわないという充電じゅうでん専用せんようケーブルも販売はんばいされている。

USBはホスト機器きき周辺しゅうへん機器きき接続せつぞくする規格きかくであり、ホスト同士どうし周辺しゅうへん機器きき同士どうし直接ちょくせつ接続せつぞくにはUSB On-The-Go対応たいおう機器ききのぞいて対応たいおうで、電力でんりょく供給きょうきゅう能力のうりょくひくいといった限界げんかい柔軟じゅうなんせいける部分ぶぶんはあるものの、現在げんざいのパーソナルコンピュータ環境かんきょうでは利便りべんせいすぐれ、周辺しゅうへん機器ききとの接続せつぞくもっと使用しようされる規格きかくである。とく外部がいぶ記憶きおくデバイスとしてあつかえるUSB接続せつぞくUSBメモリ搬性のたかさからよく利用りようされている。

USB 3.1 Gen 2 以上いじょう最大さいだい転送てんそう速度そくどは10 Gbps、USB 3.2 Gen 2x2 以上いじょうで 20 Gbps、USB4 Gen 3x2 以上いじょうで 40 Gbpsとなる。

設立せつりつ

編集へんしゅう
 
SuperSpeed USBのロゴマーク

従来じゅうらいからのRS-232CシリアルポートIEEE 1284パラレルポートPS/2コネクタえ(後々あとあとレガシーポートともばれるようになる)をねらってコンパックディジタル・イクイップメント・コーポレーション (DEC)、IBMインテルマイクロソフトNECノーテルネットワークスの7しゃ合同ごうどうで1994ねん開発かいはつおこない、その1998ねんにAppleがiMacを発売はつばいしたこと、同年どうねん登場とうじょうWindows 98において正式せいしきにサポートされたことで一気いっき普及ふきゅうした。

さらにUSB 2.0/3.0の登場とうじょうによって転送てんそう速度そくど大幅おおはば向上こうじょうし、従来じゅうらいIDESCSIイーサネットなど高速こうそく転送てんそう規格きかく必要ひつようだったハードディスクドライブひとし機器ききとの接続せつぞくにももちいられている。

USB 3ではマイナーバージョンが乱立らんりつし、ユーザーに混乱こんらんこした。USB Promoter GroupのCEO、Brad SaundersはUSB 3における混乱こんらんけて、USB4をもとにしたしん規格きかくつくられたさいには、マイナーバージョンではなくしん名称めいしょうあたえる方針ほうしん公表こうひょうした[2]

規格きかく所有しょゆうしゃ

編集へんしゅう

当初とうしょインテルマイクロソフトコンパックげんヒューレット・パッカード)、ディジタル・イクイップメント・コーポレーションげん:ヒューレット・パッカード)、IBMNEC、ノーザンテレコム(げんノキア)が仕様しよう策定さくていしたが、2017ねん9がつ現在げんざいでは、NPOUSBインプリメンターズ・フォーラム (USB-IF) が仕様しよう策定さくてい管理かんりなどをおこなっている。USB-IFは、Apple、ヒューレット・パッカード、インテル、マイクロソフト、ルネサスエレクトロニクスSTマイクロエレクトロニクスの6しゃ主導しゅどう企業きぎょうであり、合計ごうけい996しゃ構成こうせいされる。

類似るいじ独自どくじ規格きかく乱立らんりつふせ目的もくてき特許とっきょ自体じたい存在そんざいしているが、特許とっきょ使用しようりょう無料むりょうとされている。なお、USBデバイスの製造せいぞうにおいては製造せいぞうしゃ識別しきべつするためのベンダーIDの申請しんせいおこな必要ひつようがある。

おおくのほかのバス規格きかくでは、特許とっきょりょう支払しはらいの関係かんけい個別こべつでの契約けいやく必要ひつようであるなど、中小ちゅうしょう法人ほうじん参入さんにゅうむずかしかったのにたいし、USB規格きかくではルールさえまもれば事実じじつじょうだれでも参入さんにゅう可能かのうなことが普及ふきゅう促進そくしんしたとわれており、玩具おもちゃなど幅広はばひろ機器きき発売はつばいされている。

USBのかく世代せだい

編集へんしゅう

USB規格きかくは、最大さいだい転送てんそう速度そくど向上こうじょうなどをもとめてなん規格きかく拡張かくちょうされている。これらは1.1から4まで上位じょうい互換ごかんであり、機能きのう性能せいのう下位かい規格きかくしばられることのぞけば、下位かい規格きかくひん上位じょうい規格きかくひん接続せつぞくしてもまさしく動作どうさすることもとめられている。

USBの比較ひかく
規格きかくめいきゅう名称めいしょう 仕様しよう発行はっこう 最大さいだいデータ転送てんそう速度そくど実効じっこう速度そくど 最大さいだい伝送でんそう距離きょり 給電きゅうでん能力のうりょく (5V) 備考びこう
USB 1.0 1996ねん1がつ 半二重はんにじゅう12 Mbps (1.5 MB/s)
  • 5 m
  • USB Type-Cは4 mまで
  • 500 mA
  • USB Power Delivery対応たいおうのUSB Type-Cは1.5 Aまたは3 A
USB 1.1 1998ねん9がつ
USB 2.0 2000ねん4がつ 半二重はんにじゅう480 Mbps (60 MB/s)
  • USB 3.2 Gen 1
  • (USB 3.1 Gen 1)
  • (USB 3.0)
2008ねん11月 ぜんじゅう5 Gbps (500 MB/s)
  • 3 m
  • USB Type-Cは2 mまで[3]
  • 900 mA
  • USB Power Delivery対応たいおうのUSB Type-Cは1.5 Aまたは3 A
SuperSpeed USB
  • USB 3.2 Gen 2
  • (USB 3.1 Gen 2)
2013ねん8がつ ぜんじゅう10 Gbps (1.21 GB/s) 1 m[3]
  • 1000 mA
  • USB Power Delivery対応たいおうのUSB Type-Cは1.5 Aまたは3 A
SuperSpeed USB 10Gbps
USB 3.2 Gen 2x2 2017ねん9がつ25にち ぜんじゅう20 Gbps (2.42 GB/s)
  • 1000 mA
  • USB Power Delivery対応たいおう場合ばあいは1.5 Aまたは3 A
  • SuperSpeed USB 20Gbps
  • USB Type-Cのみ対応たいおう
  • USB4 Version 1.0
2019ねん9がつ3にち
  • ぜんじゅう20 Gbps (2.42 GB/s)
  • ぜんじゅう40 Gbps (4.85 GB/s)
0.8 m[3]
  • USB4™ 20Gbps
  • USB4™ 40Gbps
  • Thunderbolt 3を基盤きばんとする
USB4 Version 2.0 2022ねん11月 ぜんじゅう80 Gbps (8 GB/s)
 
USBとThunderbolt転送てんそう速度そくど ただし、Thunderbolt3は映像えいぞうよう帯域たいいきふくめたであり、データ転送てんそう速度そくどは22Gbps~8Gbpsのあいだとなる。

1996ねん1月発表はっぴょう最大さいだい12 Mbps (1.5MB/s)。

1998ねん9月発表はっぴょう。USB 1.0の規格きかく仕様しよう電源でんげん管理かんりとうについて改善かいぜんした。最大さいだい12 Mbps (1.5MB/s)。

2000ねん4月発表はっぴょう。USB 1.1の規格きかく仕様しように、High-Speedモード(最大さいだい480 Mbps)を追加ついかした。

480 MbpsのHigh-Speed転送てんそうやそれをサポートする機器ききと、規格きかくのバージョン番号ばんごうであるUSB 2.0を同一どういつ意味いみ使つか場合ばあいがあるが、これは誤用ごようである。USB 2.0規格きかくでは依然いぜんとしてFull-SpeedデバイスおよびLow-Speedデバイスは設計せっけいおよび製造せいぞう可能かのうでかつ販売はんばいおよび利用りよう可能かのうである。USB-IFではHigh-Speedであることを明示めいじしたいような場合ばあい用語ようごとして"Hi-Speed USB"を使つかうように指導しどうしている[4]

USB-IFにより規格きかく標準ひょうじゅんすすめられ、2008ねん8がつのIntel Developer Forumにて、revision 1.0が2008ねんだい4四半期しはんき登場とうじょうすると明言めいげんされ、同時どうじにピンの仕様しようコネクタおよびケーブルプロトタイプ出席しゅっせきしゃたいして公開こうかいされた。その正式せいしき通称つうしょうが「SuperSpeed USB」とされ、ロゴ公開こうかいされた。2008ねん9がつには暫定ざんてい規格きかくであるrevision 0.9が決定けっていされた。

2008ねん11月17にちに「SuperSpeed USB Developers Conference」じょう正式せいしき仕様しよう発表はっぴょうされ、USB 3.0規格きかくはrevision 1.0として正式せいしきなものとなった。

USB 3.0は、物理ぶつりてき後方こうほう互換ごかんせいたもちつつ、最大さいだいデータ転送てんそう速度そくどが5 Gbps(ただし、8ビットのデータが10ビットの信号しんごう変換へんかんされておくられるので、実際じっさいのデータ転送てんそう速度そくどは4 Gbps = 500 MB/sが上限じょうげん)となった。ピンのかず標準ひょうじゅんでは5ほんえて9ほんとなり、USB On-The-Go対応たいおうのオプションではけい10ほんとなるが、ピン形状けいじょう工夫くふうされUSB 1.1やUSB 2.0対応たいおうの(標準ひょうじゅん)A端子たんし、(標準ひょうじゅん)B端子たんし、マイクロB端子たんしとの物理ぶつりてき後方こうほう互換ごかんせい確保かくほされたが、ミニUSBは規格きかくから消滅しょうめつした。

ピンのかずえた理由りゆうは、USB 2.0以前いぜんとUSB 3.0以降いこう完全かんぜんべつ信号しんごうせん使用しようするからである。つまり、USB 3.0以降いこうはUSB 2.0以前いぜんべつ技術ぎじゅつ動作どうさしている[5]

符号ふごう方式ほうしきがUSB 2.0のNRZIにたいして8b/10bとPRBSが採用さいようされ、通信つうしんモードも半二重はんにじゅうからぜんじゅうたんしん2くみ)となる。物理ぶつりそうにはPCI Express 2.0の技術ぎじゅつ準用じゅんようされている[6]携帯けいたい機器ききへの配慮はいりょから消費しょうひ電力でんりょく削減さくげんつよもとめられ、SuperSpeedではポーリング排除はいじょされ、4つの待機たいきモードもあらたにもうけられた。

また、USB 3.0対応たいおう機器ききのコネクタの絶縁ぜつえんたいには1.1/2.0との区別くべつのため青色あおいろ使用しようすることが推奨すいしょうされている。

電磁でんじ放射ほうしゃノイズのピークをげるために、スペクトラム拡散かくさんクロックが必須ひっすとされた。ひかり伝送でんそうふくまれる予定よていだったがコストめんからの反対はんたいおおく、revision 1.0での導入どうにゅう見送みおくられた。ひかり伝送でんそう技術ぎじゅつ導入どうにゅう積極せっきょくてきなインテルしゃは、将来しょうらい採用さいよう構想こうそうしている。

放射ほうしゃ電磁でんじ雑音ざつおん対策たいさくのために、信号しんごうケーブルにはシールドきのもの使用しようするが、規格きかくである3 mの伝送でんそう距離きょりたした試作しさくひん直径ちょっけい6 mmあり、携帯けいたい機器ききによってはUSBケーブルでちゅういてしまう。そういった事態じたいけるために今後こんご伝送でんそう距離きょりを1 m程度ていどみじかくし、伝送でんそう損失そんしつゆるされる範囲はんい規格きかくさらほそ信号しんごうケーブルを使つかこと検討けんとうされている。

USB 3.0がチップセット内蔵ないぞうされることでマザーボード標準ひょうじゅん機能きのうふくまれるのは、AMDしゃではA75、IntelしゃではIntel 7シリーズからである。

増設ぞうせつインターフェイスカードを使用しようするさいには、通信つうしん速度そくどのボトルネックに注意ちゅうい必要ひつようとなる。USB 3.0の1ポートあたりの最大さいだい転送てんそう速度そくどは5 Gbpsであり、PCI Express x1 (Gen 2) の最大さいだい転送てんそう速度そくども5 Gbpsであるため、市場いちばおお出回でまわっているPCI Express x1のインターフェイスカードを増設ぞうせつした場合ばあい、USB 3.0を2ポート以上いじょう接続せつぞくして利用りようするとPCI Express x1の転送てんそう速度そくどがボトルネックとなる。これをけるために、PCI Express x4スロットで接続せつぞくするインターフェイスカードも登場とうじょうしている[7]。また、PCI Express x1のマザーボードからの最大さいだい供給きょうきゅう電力でんりょくは10 Wであるが、USB 3.0の2ポートに規格きかく上限じょうげん電力でんりょく供給きょうきゅうすると9 Wとなり、カード自体じたい消費しょうひ電力でんりょくわせると不足ふそくする。このため、おおくのPCI Express x1のインターフェイスカードには、電源でんげんユニットからの電力でんりょくせん接続せつぞくする補助ほじょ電源でんげん端子たんしそなわっている。

2012ねんまでのおおくのパソコンで、USB 3.0が1ポート(もしくは2ポート)とのこりがUSB 2.0ポートというわせにされている理由りゆうは、(1) 2009ねん時点じてんでUSB 3.0コントローラーを市場いちば供給きょうきゅうできる唯一ゆいいつのメーカーであったルネサスのUSB 3.0コントローラが技術ぎじゅつてきに2ポートまでしか対応たいおうしていないこと、(2) USB 3.0の要求ようきゅうする電力でんりょくがUSB 2.0よりもたかく、容量ようりょうおおきな電源でんげん必要ひつようになってくること、および、(3) チップセット内蔵ないぞう場合ばあいCPUサウスブリッジあいだのバス・バンドはば現状げんじょうでは十分じゅうぶんでないため、現状げんじょうではすべてのポートをUSB 3.0することは技術ぎじゅつてき不可能ふかのうであること、などが原因げんいんである[よう出典しゅってん]。ほどなくVIAなどのかく製造せいぞうメーカーもUSB 3.0に対応たいおうし、また4ポート対応たいおうのコントローラーも開発かいはつされるなどで、登場とうじょうから5ねんの2014ねんごろにはとくにポートのすくないノートパソコンではUSB 3.0への完全かんぜん対応たいおうがなされた。

2013ねん8がつ1にち、USB 3.0 Promoter GroupはUSB 3.1規格きかく策定さくてい完了かんりょう発表はっぴょうした。USB 3.1は、以下いかのようにUSB 3.0をんでいる(GenはGenerationの)。

  • USB 3.1 Gen 1 (05 Gbps) ← 従来じゅうらいのUSB 3.0のこと
  • USB 3.1 Gen 2 (10 Gbps) ← USB 3.1であたらしく拡張かくちょう

USB 3.1 Gen 2モードはSuperSpeedPlus USBで10 Gbpsの転送てんそう可能かのうとする[8]

SuperSpeedPlus USB 10 Gbpsでは信号しんごう転送てんそう速度そくどを5 GHzから10 GHzにアップ、データエンコードも8b/10bからより効率こうりつてき128b/132b採用さいようなど物理ぶつりレイヤーを変更へんこうすることで現行げんこうのSuperSpeed USBの2ばい実効じっこうデータスループット性能せいのう実現じつげんしている。一方いっぽうでソフトウェア階層かいそうやデバイスのプロトコルといった論理ろんりレイヤーは現行げんこうのUSB 3.0と共通きょうつうで、USB 3.1 Gen 1モードでは5 GbpsのUSB 3.0と同様どうよう使用しようでき、Gen 1モード・Gen 2モードのいずれもUSB 3.0ハブ・デバイス・ケーブルとの互換ごかんせいたもたれている(ただしUSB 3.0ハブ機器ききは5 Gbpsでの転送てんそうとなる)。

この結果けっか、USB 3.1対応たいおう機器ききはUSB 1.1/2.0の論理ろんりレイヤー+USB 1.1/2.0の物理ぶつりレイヤー、USB 3.xの論理ろんりレイヤー+USB 3.0の物理ぶつりレイヤー、USB 3.xの論理ろんりレイヤー+USB 3.1の物理ぶつりレイヤー という3パターンの内部ないぶ動作どうさ要求ようきゅうされる複雑ふくざつなものとなっている。

2017ねん7がつ25にち、USB 3.0 Promoter GroupはUSB 3.2規格きかく発表はっぴょう[9]。2017ねん9月25にち正式せいしきリリースされた[10]

USB 3.2は、以下いかのようにUSB 3.0と3.1をんでいる(GenはGenerationの[11]

  • USB 3.2 Gen 1x1 (05 Gbps) ← 従来じゅうらいのUSB 3.0, USB 3.1 Gen 1のこと
  • USB 3.2 Gen 1x2 (10 Gbps) ← USB 3.2であたらしく拡張かくちょう(2レーン)
  • USB 3.2 Gen 2x1 (10 Gbps) ← 従来じゅうらいのUSB 3.1 Gen 2 のこと
  • USB 3.2 Gen 2x2 (20 Gbps) ← USB 3.2であたらしく拡張かくちょう(2レーン)

x2が2レーンをあらわしている。USB 3.2 対応たいおうりょうはしがType-Cコネクタのケーブルを利用りようしたときだけ2レーンが利用りよう可能かのうになり、20 Gbps対応たいおうとなる[12]

2ばい物理ぶつりそう必要ひつような2レーンオペレーションに対応たいおうしつつも転送てんそう速度そくどを10 Gbpsにめておく合理ごうりてき理由りゆうがほとんど存在そんざいしないため、Gen 1x2に実用じつようせいはあまりない[13][14]

ケーブルの片側かたがわがStandard-Aでもう一方いっぽうがType-CのUSB 3.1 Gen 2対応たいおうケーブルも使用しようできるが、その場合ばあい、2レーンは使用しようできない。

2019ねん3がつ4にち仕様しよう策定さくてい進行しんこうちゅうであることが公表こうひょう[15]され、2019ねん9がつ3にち仕様しよう一般いっぱん公開こうかいされた[16]技術ぎじゅつてきにはIntelから提供ていきょうされたThunderboltプロトコル仕様しようがベースとなっており、既存きそんのUSB 2.0・USB 3.2仕様しようとの後方こうほう互換ごかんせいゆうする[17]。バージョンに小数点しょうすうてん以下いか数字すうじかなくなり、かつ、数字すうじとUSBのあいだ空白くうはくれないことになった。

2レーンオペレーションのType-Cコネクタを使用しようすること前提ぜんていであり、帯域たいいき標準ひょうじゅんで20 Gbps、オプションで40 Gbpsとなる。ただし、USBとしてのデータ転送てんそうプロトコルは最大さいだいで20 GbpsのUSB 3.2のままである。対応たいおうしたプロトコル(USB 3.2、DisplayPort、オプションでPCI Expressトンネリング対応たいおうし、最低さいていでも1レーンを占有せんゆうするDisplayPort Alt Modeでは不可能ふかのうであったケーブル一本いっぽんでのUSB 3.2の20 Gbpsデータ転送てんそうとDisplayPortの映像えいぞう出力しゅつりょく同時どうじ利用りようできる。また、ホストがわにDisplayPort(USB4およ従来じゅうらいのDP Alt Mode)による映像えいぞう出力しゅつりょく実装じっそう義務付ぎむづけられたため、規格きかく準拠じゅんきょしUSB4を名乗なのっているポートであればかなら映像えいぞう出力しゅつりょく対応たいおうすることとなった。

2022ねん10がつ18にちに、データ転送てんそう速度そくどが80 Gbpsに向上こうじょうしたUSB4 Version 2.0の仕様しよう公開こうかいされた。80 Gbpsでのデータ転送てんそう既存きそんのUSB 40Gbpsパッシブケーブル、もしくはあらたに規定きていされたUSB 80Gbpsアクティブケーブルで可能かのうとなる。既存きそんのUSB4・USB 3.2・USB 2.0との後方こうほう互換ごかんせいゆうする。

  • USB 20Gbps (USB4 Gen 2x2)
  • USB 40Gbps (USB4 Gen 3x2)
  • USB 80Gbps (USB4 Gen 4x2)

Wireless USBは、2005ねん5月に発表はっぴょうされた。無線むせん通信つうしんによるデバイス接続せつぞくをサポートする。Agere Systems(げんLSIコーポレーション)、HP、インテル、マイクロソフト、NEC、フィリップスサムスン電子でんしの7しゃにより策定さくていされた。有線ゆうせんUSB規格きかく接続せつぞくせい考慮こうりょしているが、それらとは独立どくりつした規格きかくとして作成さくせいされている。

機能きのう概略がいりゃく

編集へんしゅう

USBでは、1つのバスに仕様しようじょう最大さいだい127だい機器きき接続せつぞく同時どうじ使用しようすることができる。ホットプラグにも対応たいおうする。ただしOS、USB機器ききによっては、はず場合ばあいUSBデバイスを停止ていしさせる手順てじゅん実施じっししないと警告けいこくることがある。これは、ドライバ・ソフトウェアの処理しょりで、状態じょうたい整合せいごうによる不具合ふぐあいこることがあるためである。

ホストを (root) とし、ハブとデバイスによる構造こうぞう接続せつぞく形態けいたいをとる。通信つうしんデータはパケットされおくられる。ハブとデバイスは動作どうさちゅうそれぞれ独立どくりつしたバスアドレスをつ。このアドレスはデバイスがバスに接続せつぞくにホストにより動的どうてきてられる。アドレスは7ビットであり、特殊とくしゅ用途ようとのアドレス0をのぞくと127個別こべつデバイスがどういちバスじょう同時どうじ存在そんざいできる。パケットはHigh-speedまではブロードキャストされ、パケットに指定していされているあてさきアドレスをてデバイスがわ必要ひつようなパケットを受信じゅしんする。SuperSpeed以降いこうはユニキャストである。通信つうしんはホストがわからのはたらきかけにより開始かいしされる必要ひつようがあるため、SCSIなどとことなりバスじょうでデバイスがわからの通信つうしん開始かいし基本きほんてきにはおこなえない。周辺しゅうへん機器きき同士どうし直接ちょくせつ接続せつぞくするための拡張かくちょう仕様しようUSB On-The-Goでは、どちらか片側かたがわがホストとしてふるまうことで「ホストたいデバイス」の関係かんけいとなるよう設計せっけいされている。

転送てんそう速度そくど

編集へんしゅう
Low-Speed(LSモード)
速度そくど 1.5 Mbps
キーボードやマウスなど、高速こうそく通信つうしん必要ひつようない周辺しゅうへん機器ききもちいる。
Full-Speed(FSモード)
速度そくど 12 Mbps
イメージスキャナープリンターなど、通信つうしん速度そくど要求ようきゅうされる周辺しゅうへん機器ききもちいる。USB 1.1まではこの速度そくど最大さいだいである。G5 Laser Mouseとうロジクール一部いちぶのマウスでももちいられている。
High-Speed(HSモード)
速度そくど 480 Mbps
だい容量ようりょうストレージなどを実用じつようてき速度そくどあつかえる。USB 2.0で新設しんせつされた。そのFull-Speed同様どうよう、イメージスキャナーやプリンターなど、通信つうしん速度そくど要求ようきゅうされる周辺しゅうへん機器ききもちいる。
SuperSpeed(SSモード)
速度そくど 5 Gbps
HDD (Hard Disk Drive) やSSD (Solid State Drive) とう高速こうそくデバイスをあつかえる。USB 3.0で新設しんせつされた。USB 3.1 の仕様しようしょでは Gen 1, USB 3.2 の仕様しようしょでは Gen 1x1 とんでいる。
SuperSpeedPlus(SS+モード)
速度そくど 10 Gbps, 20 Gbps
600 MB/s以上いじょうのSSDとう高速こうそくデバイスをあつかえる。USB 3.1で新設しんせつされ、Gen 2 が 10 Gbps。USB 3.2 では2レーンが使つかえるようになり Gen 2x1, Gen 2x2 の3種類しゅるいとなり、Gen 2x2 は 20 Gbps。規格きかくじょうはGen 1x2も存在そんざいするが、実用じつようてきではない(10 GbpsならGen 2x1を、2レーンならGen 2x2を利用りようするほう合理ごうりてき)なため、製品せいひんはほとんど存在そんざいしない[13][14]

独自どくじ高速こうそく技術ぎじゅつ

編集へんしゅう

HDDなどを接続せつぞくするとHigh-SpeedモードでもMass Storageクラス準拠じゅんきょでは転送てんそう速度そくどボトルネックとなる場合ばあいがあるため、転送てんそう方法ほうほう工夫くふう実効じっこう速度そくど向上こうじょうさせる製品せいひん出荷しゅっかしているところがある。バッファローの「TurboUSB」とアイ・オあいお・デタ機器たききの「マッハUSB」がそれで、20 - 30%高速こうそくするとうたっている。ソフトウェア処理しょりするため接続せつぞくするパソコンの性能せいのう依存いぞんし、両社りょうしゃともWindowsとMac OSのみの対応たいおうとなっている。

転送てんそうモード

編集へんしゅう
コントロール転送てんそう
デバイスの設定せってい制御せいぎょのためのもの。
インタラプト転送てんそう
一定いってい間隔かんかくでデータを転送てんそうするためのもの。キーボードやマウスなどに使つかわれる。名前なまえから想像そうぞうされるのとはことなり、ホストからの一定いってい間隔かんかくのポーリングによって実現じつげんされる。
バルク転送てんそう
比較的ひかくてきまとまったりょうのデータを周期しゅうきてき転送てんそうするためのもの。補助ほじょ記憶きおく装置そうちイメージスキャナなどにもちいられる。
アイソクロナス転送てんそう
連続れんぞくてき周期しゅうきてきなデータを転送てんそうおこなう。再送さいそうがないため確実かくじつせい保証ほしょうされない。ビデオ音響おんきょう機器きき入出力にゅうしゅつりょくなどに使用しようされる。

USB Attached SCSI Protocol

編集へんしゅう

USB Attached SCSI Protocol(略称りゃくしょう:UASP)とはUSBの拡張かくちょう仕様しよう通信つうしんプロトコルのひとつである。

一般いっぱんてき補助ほじょ記憶きおく装置そうちとの通信つうしんはバルク転送てんそう使つかわれており、転送てんそう効率こうりつわるさから通信つうしん速度そくど低下ていかまねいていた。それにわりSCSIデバイスで使つかわれていた通信つうしんプロトコルを応用おうようすることで通信つうしん速度そくど改善かいぜんはかることができる。

UASPを利用りようするにはパソコンおよびデバイスの対応たいおうと、それらを制御せいぎょするOSの対応たいおうがそれぞれ必要ひつようである。

デバイス・クラス

編集へんしゅう

USBでは、周辺しゅうへん機器きき機能きのうによってグループけされたデバイス・クラスばれる仕様しようぐん定義ていぎされている。それぞれのクラス仕様しよう(クラス仕様しようによってはサブクラスの仕様しよう)にしたがって作成さくせいされたデバイスには統一とういつした制御せいぎょインターフェースが用意よういされ、クラス仕様しよう準拠じゅんきょした機器ききるいは、クラス・ドライバーばれる共通きょうつうデバイスドライバ・ソフトウェアによって動作どうささせることができるため、どういちクラスであれば製品せいひんごとに個別こべつのドライバ・ソフトウェアをつく必要ひつようがなくなっている。たとえば、おおくのUSBメモリマスストレージ・クラスというクラスにぞくしており、OSがわがマスストレージ・クラス対応たいおうのクラス・ドライバを用意よういしていれば、USBメモリがクラス仕様しよう準拠じゅんきょするかぎり、あらたにドライバをインストールする必要ひつようがなく、はじめて接続せつぞくしてもすぐに動作どうさする。ただし、実際じっさいにはデバイスがわ仕様しよう違反いはん特定とくていホストの動作どうさ依存いぞんしたデバイスの実装じっそう仕様しようじょう曖昧あいまいさによるぶれなどにより、共通きょうつうのクラス・ドライバでは動作どうさしない、ドライバない不具合ふぐあい回避かいひ処理しょりまれる、専用せんようドライバが提供ていきょうされる、という場合ばあいもある。

2009ねん11がつ現在げんざい、USB.orgによって定義ていぎされているデバイス・クラスは以下いかとおりである[18]

クラスID 使用しようするディスクリプタ クラスめい 用途ようと
00h Device 未定義みていぎ[19] (デバイス・クラスが未定義みていぎであることをしめす。この場合ばあい、インターフェース・ディスクリプタによって使用しようするドライバが特定とくていされる。)
01h Interface オーディオ スピーカーマイクサウンドカードMIDI機器きき
02h Both USB communications device class (Communications and CDC Control) イーサネットカードモデム
03h Interface USB human interface device class(ヒューマンインターフェースデバイス (HID)) キーボードマウスジョイスティック
05h Physical Interface Device (PID) フォースフィードバックジョイスティック
06h イメージ Webカメライメージスキャナ
07h プリンター プリンターCNC
08h USB mass-storage device class(マスストレージ) USBメモリメモリーカードリーダライタデジタルオーディオプレーヤーデジタルスチルカメラ外部がいぶ記憶きおく装置そうち
09h Device USB hub USBハブ
0Ah Interface CDC-Data (クラスコード02hのCommunications and CDC Controlと同時どうじ使つかわれる。)
0Bh Smart Card USB ICカードリーダー
0Dh Content security 指紋しもん
0Eh USB video device class(ビデオ) Webカメラ
0Fh Personal Healthcare 脈拍みゃくはくけい脈拍みゃくはくけいつき時計とけい
DCh Both Diagnostic Device USB コンプライアンステストようデバイス
E0h Interface Wireless Controller Wi-Fiアダプタ、Bluetoothアダプタ
EFh Both Miscellaneous Microsoft ActiveSync device
FEh Interface アプリケーション定義ていぎ IrDAブリッジ、Test & Measurement Class (USBTMC)[20]、USB DFU (Direct Firmware update)[21]
FFh Both ベンダー定義ていぎ (ベンダー定義ていぎのドライバを使用しようすることをしめす。)

ホストコントローラの種類しゅるい

編集へんしゅう

USB規格きかくではホストコントローラ規格きかく定義ていぎしておらず、以下いかのホストコントローラ規格きかくはUSBの仕様しようがいである。複数ふくすうのホストコントローラ規格きかくがある。これらは制御せいぎょ方法ほうほうことなるため、それぞれべつのドライバが必要ひつようである。ただしどういちホストコントローラ規格きかくないでは共通きょうつうのものが通常つうじょう使つかえる。

UHCI (Universal Host Controller Interface)
インテルしゃ開発かいはつし、インテルおよびVIAしゃのx86ようチップセットで採用さいようされている。USB 1.x時代じだい開発かいはつされ、Full/Low Speed対応たいおう
OHCI (Open Host Controller Interface)
マイクロソフトしゃナショナル セミコンダクターしゃ、コンパックしゃ開発かいはつし、インテル・VIAしゃ以外いがいのチップセットで使つかわれている。USB 1.x時代じだい開発かいはつされ、Full/Low Speed対応たいおう
EHCI (Enhanced Host Controller Interface)
インテルしゃ開発かいはつした。ただしコントリビューター(貢献こうけんしゃ)としてコンパックしゃルーセント・テクノロジーしゃ、マイクロソフトしゃ、NECがげられている。USB 2.0規格きかく新設しんせつされたHigh Speedをサポートする。通常つうじょうFull/Low Speedデバイスとの通信つうしんおこなうための"Companion HostController"(UHCI、OHCIが普通ふつう)が同一どういつチップうち実装じっそうされ、Full/Low Speedデバイスがハブをとおさず直接ちょくせつ接続せつぞくされたときに通信つうしん担当たんとうする。EHCIはFull/Low Speedデバイスとの通信つうしんおこなうことができるが、その場合ばあいにはデバイスとのあいだにあるUSB 2.0規格きかくハブによりHigh Speedへの通信つうしん速度そくど変換へんかんおこなわれたうえ実行じっこうされる。
xHCI (eXtensible Host Controller Interface)
インテルしゃ開発かいはつした。USB 3.0規格きかく新設しんせつされたSuperSpeedをサポートする。すでにインテルより提供ていきょう開始かいしされ、周辺しゅうへん機器きき開発かいはつはじめられている。
WHCI (Wireless Host Controller Interface)
インテルしゃ開発かいはつした、Wireless USBのホスト規格きかくである。UWB一般いっぱん制御せいぎょとWireless USBのホスト複数ふくすう機能きのう同時どうじ定義ていぎしている。Wireless USB部分ぶぶん制御せいぎょ方法ほうほうはEHCIとている。
ScanLogicのSL811HST、NXPセミコンダクターズのISP1160とう
用途ようとけのマイコンバス直結ちょっけつがたUSBホストコントローラー。規格きかくはされていないのでメーカーがことなるとまった互換ごかんせいい。

物理ぶつり接続せつぞく

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端子たんしるい/コネクタ

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コネクタ一覧いちらん
規格きかく USB 1.0
1996
USB 1.1
1998
USB 2.0
2001
USB 2.0
改訂かいていばん
USB 3.0
2008
USB 3.1
2013
USB 3.2
2017
USB4
2019
最大さいだい転送てんそう速度そくど 12 Mbps 480 Mbps 5 Gbps 10 Gbps 20 Gbps 40 Gbps
A コネクタ       推奨すいしょう
B コネクタ     推奨すいしょう
C コネクタ 後方こうほう互換ごかんのみ  
(Enlarged to show detail)
ミニA コネクタ N/A   推奨すいしょう
ミニB コネクタ N/A   推奨すいしょう
ミニAB コネクタ[注釈ちゅうしゃく 1] N/A   推奨すいしょう
マイクロA コネクタ N/A     推奨すいしょう
マイクロB コネクタ N/A     推奨すいしょう
マイクロAB コネクタ N/A     推奨すいしょう

端子たんしるい/コネクタの形状けいじょうはUSB 2.0までは転送てんそうプロトコルとおな規格きかくで、3.0以降いこう転送てんそうプロトコルとは独立どくりつした規格きかくさだめられている。ミニA端子たんしB端子たんし、ABソケットについては拡張かくちょう規格きかくであるUSB On-The-Go規格きかくないさだめられている。定義ていぎされている端子たんし形状けいじょうには以下いかのものがある。

  • USB 2.0までの対応たいおうひん
    • USB Aプラグとソケット (Standard-A)
    • USB Bプラグとソケット (Standard-B)
    • ミニUSB仕様しよう
      • ミニAプラグとソケット
      • ミニBプラグとソケット
      • ミニABソケット
    • マイクロUSB仕様しよう
      • マイクロAプラグとソケット
      • マイクロBプラグとソケット
      • マイクロABソケット
  • USB 3.0までの対応たいおうひん
    • USB Aプラグとソケット (Standard-A)
    • USB Bプラグとソケット (Standard-B)
    • マイクロBプラグとソケット
  • USB 3.1までの対応たいおうひん
    • USB Aプラグとソケット (Standard-A)
    • USB Cプラグとソケット

A端子たんしるいはコンピュータ本体ほんたいやハブ(下流かりゅう・デバイス接続せつぞくがわ)に、B端子たんしるい周辺しゅうへん機器ききやハブ(上流じょうりゅう・ホスト接続せつぞくがわ)に使つかわれている。ミニB端子たんしるいは、デジタルカメラなどの小型こがたデバイスに使用しようされる。端子たんし形状けいじょうえることにより接続せつぞく方法ほうほう制限せいげんし、バストポロジーの構造こうぞうたもたれるように配慮はいりょされている。

ミニABソケット(メスがわコネクタ)は、ミニAプラグとミニBプラグのどちらでも接続せつぞくできるものであり、マイクロABソケット(メスがわコネクタ)についても同様どうようである。くわしくはUSB On-The-Go参照さんしょうのこと。携帯けいたい情報じょうほう端末たんまつスマートフォンなどの一部いちぶ使つかわれている。これらの搭載とうさいはパソコンに接続せつぞくする場合ばあいは『』として動作どうさし、単体たんたい場合ばあいのUSB機材きざい接続せつぞくして『おや』として使つかうことを前提ぜんていとしていること小型こがたのために採用さいようしている。使用しよう接続せつぞくケーブルを交換こうかんすることでどちらの動作どうさをすべきなのかを判断はんだんしている。本体ほんたいがわもUSBホスト機能きのう内蔵ないぞうしている。

USB 3.0まで対応たいおう出来でき端子たんしとソケットが2008ねん11月からあたらしく仕様しようくわわった。従来じゅうらいどおりUSB 1.1以降いこうでの上位じょうい互換ごかんせいまもり、USB 3.0まで対応たいおう可能かのう端子たんしとソケットはUSB 1.1以降いこうものとの混用こんよう可能かのうである。USB 3.0でのピンすう増加ぞうか対応たいおうしてあらたな端子たんしとソケットは、USB 2.0までの規格きかく形状けいじょうたしながら、おくまった位置いち (A) や2だんかさね (B)、よこ位置いち(SideCarとばれる横並よこならびの配置はいち、Micro-B)に追加ついか端子たんしやされた。(このやされた端子たんしぶんだけ、USB 3.0のBコネクタ、Micro-Bコネクタは、USB 2.0までのBコネクタやMicro-Bコネクタよりもおおきく、USB 3.0よう接続せつぞくケーブルをUSB 2.0機器きき接続せつぞくすることができない。)

どの世代せだいにおいても、端子たんしは、データ端子たんしよりも電源でんげん端子たんしほうながくなっている。これは、機器ききが挿抜されるさい電源でんげんはいっていない状態じょうたいでデータ端子たんし電圧でんあつがかかり、機器きき破損はそんするのを防止ぼうしするためである。

補足ほそくWACOMしていた液晶えきしょうタブレットPL-550はミニDINコネクタ4ピン形状けいじょうのコネクタを採用さいようしている。しかし、ピンアサインはS端子たんしともADB (Apple Desktop Bus) ともことなる。現在げんざい日本にっぽん国内こくないでこのケーブル単体たんたいでの入手にゅうしゅ困難こんなんである。

 
カードリーダーきのフロントパネルのれい。USB3.0スイッチのオレンジしょく充電じゅうでん専用せんようUSBポート(ひだり)。
 
USBコネクタ (USB 3.0) 推奨すいしょうあお採用さいようされたUSBポート(Sagemcom F @ ST 3864OPADSLモデムルータ)。
通常つうじょうのUSBカラーコーディング
カラー ポート プラグ 説明せつめい
ブラック、またはホワイト Type-A、またはType-B
ブルー Type-A、またはType-B, SuperSpeed(3.x系統けいとう
ティールブルー Type-A、またはType-B, SuperSpeed+(3.x系統けいとう
グリーン Type-A、またはType-B, Qualcomm Quick Charge[22]
パープル Type-A、またはUSB-C, Huawei SuperCharge
イエロー、またはレッド ハイカレント(だい電流でんりゅう) またはスリープ&チャージ
オレンジ おも産業さんぎょうようハードウェアで使用しようされるこう保持ほじコネクタ。

USBポートとコネクタは、さまざまな機能きのうとUSBバージョンを区別くべつするために色分いろわけされていることがよくある。ただし、これらのいろはUSB仕様しよう一部いちぶではなく、メーカーによってことなる場合ばあいがある。たとえば、USB 3.0仕様しようでは適切てきせつ色分いろわけが義務付ぎむづけられているが、標準ひょうじゅんAのUSB3.0コネクタとプラグには青色あおいろ (Pantone 300C) のインサートのみが推奨すいしょうされている[23]初期しょきがたPlayStation 3のコラボモデルは例外れいがいてきに、本体ほんたいカラーにUSB端子たんしいろ変更へんこうされている場合ばあいがある。

 
USB-Cプラグ

2014ねん8がつ、USB 3.0 Promoter Groupによって策定さくていされた[24]。スマートフォンなどの小型こがた機器ききけたサイズの縮小しゅくしょうと、最大さいだい100Wまでの電力でんりょく供給きょうきゅう可能かのうにするUSB Power Deliveryへの対応たいおう、そして表裏ひょうりどちらきでもせる構造こうぞう特徴とくちょう。 ただし、USB Type-Cコネクタを装備そうびする機器ききであってもUSB 3.1やUSB Power Deliveryに対応たいおうするとはかぎらないので注意ちゅうい必要ひつよう(コネクタ形状けいじょう機能きのう別々べつべつかんがえる必要ひつようがある)。

特徴とくちょう以下いかとおり。

  • 裏表うらおもてがない[25]
  • データ転送てんそう動画どうが転送てんそう給電きゅうでん可能かのう[25]
  • きゅう規格きかくUSB2.0、およ将来しょうらい規格きかく対応たいおう[25]
  • HDMIやVirtualLinkとう、USB以外いがいのプロトコルにも対応たいおう

ピン配置はいち

編集へんしゅう
 
USB 2.0まで対応たいおうのプラグ
 
USB 2.0まで対応たいおうのプラグとソケット。この場合ばあいの「ソケット」はレセプタクルともばれる機器ききがわぐちとなる「コネクタ」をす。(ひだりからみぎへ)
UC-E6互換ごかんプラグ
ミニBプラグ
標準ひょうじゅん)Bプラグ
標準ひょうじゅん)Aソケット
標準ひょうじゅん)Aプラグ
 
USB 2.0まで対応たいおうのStandard AとStandard Bのプラグ
 
USB 3.0対応たいおうのマイクロBプラグ
USB 2.0規格きかくのマイクロ仕様しようのコネクタのよこにUSB 3.0規格きかくえたはし子分こぶんのコネクタがならべられる。
No.1: 電源でんげん (VBUS)
No.2: USB 2.0どうたい (D−)
No.3: USB 2.0どうたい (D+)
No.4: USB OTGのID識別しきべつせん
No.5: GND
No.6: USB 3.0信号しんごう送信そうしんせん (−)
No.7: USB 3.0信号しんごう送信そうしんせん (+)
No.8: GND
No.9: USB 3.0信号しんごう受信じゅしんせん (−)
No.10: USB 3.0信号しんごう受信じゅしんせん (+)
ピン配置はいち
標準ひょうじゅんUSBコネクタ ミニ・マイクロUSBコネクタ
Pin Function(ホストがわ Function(機器ききがわ Pin Function(ホストがわ Function(機器ききがわ
1 VBUS (4.75 - 5.25 V) VBUS (4.4 - 5.25 V) 1 VBUS (4.75 - 5.25 V) VBUS (4.4 - 5.25 V)
2 D− 2 D−
3 D+ 3 D+
4 GND 4 ID※
5 GND

※ID信号しんごうはOTGのホスト|デバイスの区別くべつ使つかわれ、ホストケーブルのプラグ内部ないぶでV-につながれる。[よう確認かくにん]

端子たんし形状けいじょう方向ほうこう

編集へんしゅう

USB A端子たんしはその端子たんし正面しょうめんからるといずれのがわからもたんなる長方形ちょうほうけいとなっており、接続せつぞくするための裏表うらおもて間違まちがことがある。実際じっさいにはオスがわあなのあるがわ表面ひょうめんにかかれているUSBのマークにより判断はんだん可能かのうだが、それを利用りようしゃ意識いしきせずぎゃくししようとすることがある。USBポートおよびオスがわコネクタないあつみの半分はんぶんほどをプラスチックのいたふさぐことにより、ぎゃくしが物理ぶつりてき不可能ふかのうになるようにしてあるので(ほん記事きじないかく写真しゃしん参照さんしょう)USBプラグがせない、という状況じょうきょうになる。

バッファローはA端子たんし表裏ひょうりどちらをしても正常せいじょう使用しようできる独自どくじ仕様しようの「どっちもUSB」シリーズ(USBハブ・ケーブルとう)を2012ねん発売はつばいした[26][27]

USB 2.0規格きかくではケーブルはHigh/Full SpeedようとLow Speedようの2つがさだめられている。安価あんか製造せいぞうできるようLow Speedよう電気でんきてき特性とくせいゆるい。Low Speedデバイスではケーブルが分離ぶんりできるように設計せっけいすることが明示めいじてき禁止きんしされているため、単独たんどくのケーブルはすべてHigh/Full Speedようとなる。

USB 3.0規格きかくはSuperSpeedよう信号しんごうせんやされているためにケーブルもUSB 3.0ようのものがもちいられる。

あやま接続せつぞくふせぐため、A端子たんしはホストがわ、B端子たんしはデバイスがわ規定きていされている。このため、両側りょうがわがA端子たんし、あるいは両側りょうがわがB端子たんしであるようなケーブルは規格きかく違反いはんひんである。

またこれとはべつに、A端子たんしとAソケットがいたUSB延長えんちょうケーブルはA・B端子たんし使つかけのてんでは問題もんだいがないが、複数ふくすう接続せつぞくによって規定きていながさをえる危険きけんせいがあるため、これも規格きかく明示めいじてき禁止きんしされている[28]

互換ごかんせい

編集へんしゅう

バージョンあいだ

編集へんしゅう

USB 2.0規格きかくはUSB 1.1規格きかく互換ごかんせいたもつように設計せっけいされたため、USB 2.0規格きかくのUSBポートにUSB 1.1規格きかく設計せっけいされた機器ききをつないでも使つかえる。また、USB 2.0規格きかく新設しんせつされたHigh Speed機器ききをUSB 1.1規格きかく設計せっけいされたポート、ハブにつないだ場合ばあいでも、Full Speedの転送てんそう速度そくど使用しようできる。また、USB 3.0規格きかくは、USB 2.0規格きかく互換ごかんせいがあるように設計せっけいされている。しかし、現在げんざいのUSB 3.0規格きかく準拠じゅんきょしていない製品せいひんにもかかわらず、USB 3.0をうたっている製品せいひんがある。これらは、USB 2.0との互換ごかんせいがない・転送てんそう速度そくどおそいなどの不具合ふぐあいこす可能かのうせいがある。

USBケーブル規格きかくはUSB 2.0で変更へんこうされていないので、おなじものが使つかえることになっている。USB 1.1の規格きかくまさしくまもっていないてい品質ひんしつのケーブルでは、High Speed通信つうしんにおいてケーブルのながさなどに制約せいやくけることもある。また「USB 2.0対応たいおう」としょうするケーブルも発売はつばいされている。これはシールドせん構造こうぞうとう外部がいぶからのノイズふせ工夫くふうがなされているものとかんがえられる。

見落みおとされがちであるが、ACアダプターに十分じゅうぶん給電きゅうでん能力のうりょくがあっても、その規格きかく見合みあうケーブルが使つかわれていない場合ばあい給電きゅうでん能力のうりょく制限せいげんされるので注意ちゅうい必要ひつようである。

相性あいしょう

編集へんしゅう

USBホストコントローラとUSBデバイスがわのコントローラのメーカー、モデル、ファームウェアひとし差異さい、かつてはさらにOSやドライバがわ問題もんだいなどによっても相性あいしょう問題もんだいしょうじたこともられており、とく規格きかく成立せいりつ初期しょき登場とうじょうしたコントローラ同士どうし接続せつぞくしたさい混乱こんらんしょうじたこともあった。

この「初期しょき相性あいしょう問題もんだい」については、インテルしゃ自社じしゃせいのPCようチップセットにUSBホストコントローラを内蔵ないぞうすることによってかくデバイスがインテルしゃせいチップセットのホストコントローラおよびWindowsへの接続せつぞくたいして互換ごかんせい確保かくほはかることで、間接かんせつてき機器ききあいだ相性あいしょう問題もんだい収斂しゅうれんしてゆくという結果けっかを、USB 1.1、2.0ともに辿たどっている。

また、USB 1.1までの仕様しようでは、インピーダンスひとし電気でんきてき特性とくせいにおける仕様しようがゆるく、規格きかく適合てきごうせい試験しけん必須ひっすでなかったため、相性あいしょう問題もんだい発生はっせい抑制よくせいれないという事情じじょうもあった。USB 2.0仕様しようからは電気でんきてき仕様しよう厳密げんみつになり、USBロゴを取得しゅとくするための規格きかく適合てきごうせい試験しけん必須ひっすとなったため、「相性あいしょう問題もんだい」はほぼ解消かいしょうされたといわれる。

しかし、市場いちばやユーザーの手元てもとには、初期しょき製造せいぞうされ相性あいしょう問題もんだいかかえる製品せいひん現存げんそんしている場合ばあいもあり、また、一部いちぶのメーカー・ベンダーせいホストコントローラとコントローラあいだなどにおいては、相性あいしょう問題もんだい発生はっせいする状況じょうきょう依然いぜんとして存在そんざいつづけている。

具体ぐたいてき症状しょうじょうとしては、USBメモリが認識にんしきはされるが中身なかみ表示ひょうじされない(べつのコネクタに接続せつぞくすると正常せいじょう動作どうさする)、ストレージモードで接続せつぞくしている携帯けいたいがた音楽おんがくプレーヤーが途中とちゅうでシャットダウンする、などがげられる。

複数ふくすう機器きき接続せつぞく

編集へんしゅう

規格きかくじょうは、最大さいだい127だいまでの機器ききひとつのバスに接続せつぞくすることができる。構造こうぞうの「ふかさ」をしめすTierは、ルートハブ(ホスト)をふくめ7だんまでに制限せいげんされている。つまりデバイスとホストのあいだにハブは最大さいだい5だいまで存在そんざいすることができる。ケーブルの最大さいだいちょう規格きかくでは遅延ちえん時間じかんとVBUSの電圧でんあつ降下こうか最大さいだいとしてさだめられており、ケーブル1ほんあたり最大さいだい26 nsおよび125 mVである (§7.1.16, 7.2.2)。

しかし実際じっさいには、USBコントローラやハブとUSB機器ききの「相性あいしょう」や、ハブのそなえる物理ぶつりてきなポートすうなどによって制約せいやくけ、USB関連かんれんデバイスの開発かいはつメーカーとうにおける接続せつぞくテストのような場合ばあいのぞけば、日常にちじょうてき実際じっさいに127だいのデバイスを接続せつぞくして利用りようするれいきわめてまれといえる。いいかえるなら、エンドユーザーが規格きかくじょう論理ろんり接続せつぞくすう一般いっぱんてき利用りよう範囲はんいない飽和ほうわさせるという使用しようれいはまずありず、余裕よゆうをもった規格きかくであるといえる。

週刊しゅうかんアスキー実験じっけんしたところ、80だいあたりからエラーが頻発ひんぱつしたものの、つなかた工夫くふうすれば100だいまでは実用じつようえたという[29]

USB給電きゅうでん

編集へんしゅう
USB給電きゅうでん規格きかく
規格きかく 電流でんりゅう 電圧でんあつ 電力でんりょく
USB 1.x and 2.0 500 mA[注釈ちゅうしゃく 2] 5 V 2.5 W
USB 3.x 900 mA[注釈ちゅうしゃく 3] 4.5 W
USB Battery Charging
Revision 1.2
0.5 - 1.5 A 2.5 - 7.5 W
USB Type-C[注釈ちゅうしゃく 4] 1.5 A 7.5 W
3 A 15 W
USB Power Delivery
Revision 1.0[注釈ちゅうしゃく 5]
2 A 10 W
1.5 A 12 V 18 W
3 A 36 W
5 A 60 W
3 A 20 V
5 A 100 W
USB Power Delivery Revision 3.0 パワールール[30]
給電きゅうでん出力しゅつりょく電力でんりょく (W) 電流でんりゅう (A)
+5 V +9 V +15 V +20 V
0.5–15 0.1–3.0 No No No
15–27 3.0
(15 W)
1.7–3.0
27–45 3.0
(27 W)
1.8–3.0
45–60 3.0
(45 W)
2.25–3.0
60–100 3.0–5.0

USBは、基本きほんてきには信号しんごうケーブルとして設計せっけいされている。その一方いっぽう実際じっさいてき利便りべんせいにも配慮はいりょし、しょう電力でんりょくのデバイスについては、接続せつぞくされる周辺しゅうへん機器きき駆動くどうよう電源でんげんをUSBケーブルで供給きょうきゅうするバスパワード(「バスパワー」と省略しょうりゃくされることがおおい)による駆動くどうにも対応たいおうしている。供給きょうきゅう電圧でんあつは5 V (±10%)、電流でんりゅうローパワーデバイスは100 mA(USB 3.xは150 mA)、ハイパワーデバイス最大さいだいは500 mA (USB 2.0)・900 mA (USB 3.0) まで[31]とされている。USBデバイスがサスペンド状態じょうたい場合ばあい最大さいだい電流でんりゅうは500 μみゅーAまでだったが、2007ねんリリースのLink Power Management Addendum ECNにより2.5 mAまでとなった[32]

USB Battery Charging Specification (USB BC)

編集へんしゅう

USB給電きゅうでんのための規格きかくで、USB 2.0規格きかく給電きゅうでん仕様しよう拡張かくちょうこころみられている。USB IFにより2007ねんにRevision 1.1、2010ねんにRevision 1.2がリリースされた[33]従来じゅうらいのUSB 2.0ポートはStandard Downstream Port (SDP) と定義ていぎ[34]あらたにチャージングポートとぶ2種類しゅるい規格きかくされている。

Charging Downstream Port (CDP)
1.5 Aまでの給電きゅうでんくわタ通信たつうしんもサポート。データラインでのハードウェアハンドシェイクをおこなうことで、エニュメレーション(接続せつぞく認識にんしき)のまえでも1.5 Aまでの給電きゅうでん可能かのう。ハイスピードモードでは900 mAまで。
Dedicated Charging Port (DCP)
1.5 Aまでの給電きゅうでんのみをサポートしタ通信たつうしんおこなわない。端子たんしのD+とD−ピンを短絡たんらくさせることでDCPと認識にんしきさせる。エニュメレーションはおこなわない。

USB Power Delivery (USB PD)

編集へんしゅう

2012ねん7がつにUSB 3.0プロモーターグループは、USB Power Delivery (USB PD) Revision 1.0 Version 1.0 の規格きかく完了かんりょうしたと発表はっぴょうした[35]。USB Battery Charging Revision 1.2と共存きょうぞんして使用しようされる。10 W・18 W・36 W・60 W・100 W の5つのパワープロファイル (Power Profile) があり、認証にんしょうされたPD対応たいおうUSBケーブル、USB A/Bコネクタを使用しようすることで20 V, 100 Wまでの電源でんげん供給きょうきゅう可能かのうとなる。マイクロUSB B/ABコネクタでは最大さいだい20 V, 60 Wまでとなる。ホストからデバイス、デバイスからホストへの電源でんげん供給きょうきゅうがケーブルのつなぎかえなしで可能かのう

2014ねんにUSB 3.1の一部いちぶとして USB Power Delivery Revision 2.0 Version 1.0 がリリースされ、USB Type-Cケーブルに対応たいおうした。

2016ねんにリリースされた USB Power Delivery Revision 2.0 Version 1.2 と USB Power Delivery Revision 3.0 Version 1.0 では5つのパワープロファイルにわって、パワールール (Power Rules) という給電きゅうでん仕様しようにとなった。 USB Power Delivery Revision 2.0 との後方こうほう互換ごかんせいつ。5V・9V・15V・20Vの電圧でんあつ仕様しようがあり、供給きょうきゅうがわは3Aで最大さいだい供給きょうきゅう電力でんりょく以下いかとなる電圧でんあつはすべてサポートする必要ひつようがある。パワールール以外いがい電圧でんあつ電流でんりゅうもオプションで許可きょかされている[36]正式せいしきにUSB Type-C専用せんよう給電きゅうでん規格きかくとなり、USB A/BコネクタでのPDは普及ふきゅうすることなく規格きかくから削除さくじょされた。

USB Power Delivery Revision 3.0 Version 1.0 では、オプションでプログラマブル・パワー・サプライ (Programmable Power Supply; PPS) の機能きのうがあり、電圧でんあつ可変かへんにでき、充電じゅうでん余計よけい発熱はつねつらし、電力でんりょく利用りよう効率こうりつげられる[37]一部いちぶのスマートフォンなどで利用りようされている[38]

また USB Power Delivery Revision 3.0 Version 1.0 では、オプションでファスト・ロール・スワップ (Fast Role Swap; FRS) の機能きのうがあり、0.15ミリびょう以内いない給電きゅうでん受電じゅでん役割やくわりえることができる[37]

2021ねんにはUSB Power Delivery Revision 3.1がリリースされ、28V、36V、48Vの電圧でんあつ追加ついかされ240Wまでの電力でんりょく供給きょうきゅう可能かのうとなった。

USB給電きゅうでん仕様しようは、当初とうしょはローパワーデバイスについてはPC/AT互換ごかんにおけるPS/2コネクタえを念頭ねんとうに、マウスやキーボードに搭載とうさいされるしょう電力でんりょく半導体はんどうたいロジックひとし駆動くどう前提ぜんていとして設計せっけいされた。またハイパワーデバイスについてもそれらのロジック回路かいろなどよりは電力でんりょく要求ようきゅうすることを想定そうていしているものの、いずれもスピンドルモーター)の駆動くどう機器きき充電じゅうでん手段しゅだんとうとしてのだい電力でんりょく利用りよう想定そうていしたものではなかった。このため小型こがたノートパソコンの一部いちぶなどのように供給きょうきゅう電流でんりゅうおさえてある場合ばあい、500 mAにちか電流でんりゅううごこと想定そうていしているUSB接続せつぞく機材きざい動作どうさ不安定ふあんていだったり動作どうさしないこともある。

ハイパワーデバイスとしての仕様しよう以上いじょう電力でんりょく要求ようきゅうするディスクドライブひとしのモーター駆動くどうしき機器ききや、だい規模きぼ集積しゅうせき回路かいろなどをふく電力でんりょく消費しょうひする画像がぞうようキャプチャー機器ききとうについては、USBバスは純粋じゅんすい信号しんごうバスとしてのみ利用りようし、電力でんりょく機器ききがわ用意よういする「セルフパワー」とばれる接続せつぞく手段しゅだんもちいることとされた。

バスパワードのデバイスを多数たすう接続せつぞく、あるいはバスパワードのハブを使用しようして多段ただん接続せつぞくをすると、給電きゅうでん能力のうりょくえるため、ポートがわには給電きゅうでんシャットダウンする機能きのうそなわっている。ユーザーがわでも不用意ふようい過大かだいたこあし配線はいせんとならないよう、市販しはんのバスパワー駆動くどうのUSBハブはほとんどが4ポート以下いか構成こうせいされている。

USBポート、バスパワードのハブにおいて、給電きゅうでん能力のうりょく大幅おおはばえた合計ごうけい消費しょうひ電力でんりょくとなるポートの接続せつぞくはサポートしておらず、最悪さいあく場合ばあい、ハブやPCがわインターフェース・カードやバス、電源でんげん回路かいろなどの保護ほご回路かいろ作動さどうするか、機器ききにダメージをあたえることがある。

より電力でんりょく消費しょうひおおきいデバイス

編集へんしゅう

しかし市場いちばでは実際じっさいに、USBの普及ふきゅうともないこのわずかな供給きょうきゅう電力でんりょくを、2.5インチおよび1.8インチのポータブルハードディスクドライブ、また、消費しょうひ電力でんりょくおおきいDVD-Rみドライブとうのスピンドル媒体ばいたいへの供給きょうきゅう電力でんりょく転用てんようしたり、携帯けいたい電話でんわPHSなどの電池でんち充電じゅうでんよう電源でんげんとして流用りゅうようするれい目立めだはじめた。

コンピュータ本体ほんたいとの接続せつぞくケーブルとAC電源でんげんべつ用意よういするわずらわしさをなくすために、1ほんのケーブルで機器きき接続せつぞくしたいというユーザーの要求ようきゅう根強ねづよく、USBの給電きゅうでん能力のうりょく増強ぞうきょうするべくPlusPowerという電圧でんあつ電流でんりゅう拡張かくちょう検討けんとうされていた。しかし、安全あんぜんせい互換ごかんせい問題もんだいなどの指摘してき相次あいついだことから正式せいしき仕様しようにはまれなかった。

この問題もんだい解決かいけつするため、PoweredUSBという、USB 2.0ポートを拡張かくちょうした規格きかくがIBMより登場とうじょうした[39][40]供給きょうきゅう電圧でんあつ5 V・12 V・24 V。最大さいだい電流でんりゅうは6 A。PoweredUSBに対応たいおうした接続せつぞくケーブルが必要ひつようとされる。しかし、2012ねん11がつ現在げんざい、この規格きかくはUSB-IFから正式せいしき承認しょうにんられていない。

また、デバイスとは認識にんしきさせず、電源でんげんのみを供給きょうきゅうさせる周辺しゅうへん機器きき存在そんざいする。1だい機器ききたいして、2つのホストコネクターから2だいぶんのバスパワーを供給きょうきゅうするための特殊とくしゅ二股ふたまたケーブルなどが該当がいとうする。

モバイル機器きき充電じゅうでんよう規格きかく

編集へんしゅう

中華人民共和国ちゅうかじんみんきょうわこく情報じょうほう産業さんぎょうでは2006ねん携帯けいたい電話でんわ充電じゅうでんにUSBポートをもうけ、複数ふくすうキャリアあいだでもACアダプターが共用きょうようできるようにする方針ほうしんしている[41]

2007ねん4がつには、USB経由けいゆでの充電じゅうでん時間じかん短縮たんしゅくするための規格きかく「Battery Charging Revision 1.0」が策定さくていされた[42]。これは、充電じゅうでんなどが、USBのホストがだい電流でんりゅうながすことができるかを検知けんちすることで、従来じゅうらいのUSB 2.0規格きかくにおける上限じょうげんの500 mAをえる電流でんりゅうることを実現じつげんする仕組しくみの規格きかくである。

2009ねん6がつ携帯けいたい電話でんわ業界ぎょうかい団体だんたいEUでも携帯けいたい電話でんわ端末たんまつ充電じゅうでんのコネクタにマイクロUSBを採用さいようし、共通きょうつうするうごきがでてきた[43][44][45]

給電きゅうでん専用せんようポートとしてのUSB

編集へんしゅう
 
USB小型こがた扇風機せんぷうき

市場いちばでは、PCやセルフパワーがたのハブのUSBポートからコンセントのように電力でんりょくられるてん利用りようして、USBを電源でんげん供給きょうきゅうにのみもちいる周辺しゅうへん機器きき次第しだい登場とうじょうするようになった。モバイル機器ききだけでなく、携帯けいたいゲームデジタルオーディオプレーヤーひとし携帯けいたい機器ききよう充電じゅうでん充電じゅうでんようケーブルや、小型こがた扇風機せんぷうき電灯でんとうといったデバイスとは認識にんしきされない周辺しゅうへん機器ききなかにはUSBから電源でんげん利点りてんがほとんど見出みだせないようなものも商品しょうひんされており、電気でんきがい商品しょうひんだなをにぎわせている。年末ねんまつになると登場とうじょうする卓上たくじょうクリスマスツリーや、夏季かき扇風機せんぷうきなどはもはや風物詩ふうぶつしでさえある。なかには、USBによるバスパワー30ほんぶん並列へいれつ接続せつぞくで15アンペア、けい75ワット)を電源でんげんとしてもちいる「にくプレート」を自作じさくした人物じんぶつ存在そんざいする[46]。これらの商品しょうひんなかには、電力でんりょく回路かいろ設計せっけい杜撰ずさんであったために、接続せつぞくするだけでPCやスマートフォンのUSBポートを物理ぶつりてき破壊はかいしてしまうような事例じれい存在そんざいした[47]

一方いっぽう、これらのような「給電きゅうでん専用せんようポートとしてのUSB」タイプ周辺しゅうへん機器きき展開てんかいかたちで、たん電源でんげん供給きょうきゅうするために電力でんりょく供給きょうきゅう機能きのうのみに限定げんていした、USBポートと同一どういつ形状けいじょうのコネクタをACアダプタや、充電じゅうでんしき電池でんち乾電池かんでんちひとし使用しようした給電きゅうでんユニットとう発売はつばいされている。このような製品せいひん使用しようすることによって、外出がいしゅつ機器ききごとにACアダプタをあるかずに充電じゅうでん可能かのうで、かつ複数ふくすう機器きき単一たんいつのACアダプタで使用しようすることが出来でき利便りべんせいがある。またこくごとにちがコンセント形状けいじょう周波数しゅうはすう電圧でんあつとうたいして機器ききがわ対応たいおうするのではなく各国かっこく市販しはんされているUSBアダプタがわ対応たいおうできるためメーカーとしては輸出ゆしゅつ機械きかい設計せっけい容易よういになるメリットもる。壁面へきめんのコンセントボックスにんで給電きゅうでんようUSBポートを提供ていきょうするUSBコンセントも市販しはんされている。

ただし、メーカーが保証ほしょうしている一部いちぶ機種きしゅのぞいて、これら「電力でんりょく供給きょうきゅう専用せんようのUSBポート関連かんれん製品せいひん」をもちいて充電じゅうでんすることは機器ききメーカーの保証ほしょう対象たいしょうがいとなる。

また、これらの「給電きゅうでん専用せんようポートとしてのUSB」タイプ周辺しゅうへん機器ききと、通常つうじょうのインターフェースとしてのUSBポートを接続せつぞくする場合ばあいも、ほとんどが動作どうさ保証ほしょう対象たいしょうがいとなる(そもそも、ホストがわ許可きょかずにターゲットが勝手かってに「電力でんりょくうばう」実装じっそうはUSB規格きかく違反いはんである)。

最近さいきんでは、高性能こうせいのうなUSB電源でんげん供給きょうきゅう能力のうりょくうたったマザーボード販売はんばいされている。

USB給電きゅうでんとセキュリティ

編集へんしゅう

2010年代ねんだい初頭しょとうから、カフェ、ホテル、空港くうこう旅客機りょかくき鉄道てつどう長距離ちょうきょりバス・タクシーの車内しゃないで、利用りようしゃのスマートフォンの充電じゅうでんやノートパソコンの利用りよう便宜べんぎはかるため、電源でんげん提供ていきょうするれいえている。

おおくは商用しょうよう電源でんげん提供ていきょうであるが、商用しょうよう電源でんげんのプラグ形状けいじょう電圧でんあつは、国家こっか地域ちいきによってことなるため、海外かいがい旅行りょこうしゃ手持てもちのACアダプタを使つかえない場合ばあいなどに配慮はいりょして、壁面へきめんUSBコンセントを使つかったUSB電源でんげん提供ていきょうや、USB-ACアダプタの貸出かしだしおこなっている場合ばあいもある。

しかしUSBは、もともとデータ通信つうしんよう接続せつぞく規格きかくとして制定せいていされたものであり、電力でんりょく供給きょうきゅう専用せんようとして使つかうことを想定そうていされた規格きかくではない。一見いっけん電力でんりょく供給きょうきゅう専用せんようえる機器きき・コネクタであっても、それが接続せつぞくされた機器ききからデータをったり、コンピュータプログラムおくんだりしないと保証ほしょうすることは困難こんなんである。一部いちぶのUSB充電じゅうでん充電じゅうでん専用せんようであることを明示めいじするために、USBコネクタの樹脂じゅし部品ぶひん部分ぶぶん赤色あかいろ緑色みどりいろ黄色おうしょくといった色分いろわけをしている(青色あおいろはUSB3.xのであり給電きゅうでんようではない)が、統一とういつされた規格きかくではないうえ、不正ふせい機器きき偽装ぎそうのためこれらのいろきコネクタを使つかうことも容易ようい可能かのうである。

そのため、情報じょうほう機器ききからのデータのりやコンピュータウイルスへの感染かんせん未然みぜん防止ぼうしする観点かんてんから、自宅じたくなどの信用しんようできる場所ばしょ以外いがい施設しせつでは、給電きゅうでんようにUSBポートが提供ていきょうされている場合ばあいであっても、これらのUSB(USB-C, マイクロUSBやLightningなど、タ通信たつうしん可能かのうなケーブルの接続せつぞくされたものや、貸出かしだされたUSB-ACアダプタも同様どうよう)を使用しようせず、スマートフォンやタブレット端末たんまつ情報じょうほう機器ききは、自前じまえ純正じゅんせいアダプタを用意よういして、商用しょうよう電源でんげんコンセントから充電じゅうでんすることが、コンピュータセキュリティうえのぞましい。

2023ねん4がつ6にちには、米国べいこく連邦れんぽう捜査そうさきょく (FBI) も同様どうよう注意ちゅうい喚起かんきおこなうツイートをおこなった[48]

USB ACアダプタ

編集へんしゅう

2010年代ねんだい以降いこう、スマートフォンやUSB充電じゅうでん対応たいおうしたワイヤレスヘッドホンの登場とうじょうとともにUSB ACアダプタが普及ふきゅうしている。ただし、それ以前いぜんの2000年代ねんだいでも、形状けいじょういま時代じだいとはことなるUSB ACアダプターが製造せいぞう使用しようされていたことがある。

スマートフォンようとしては、一般いっぱんにUSB Type-AポートをつUSB ACアダプタが登場とうじょうしたが、スマートフォンがUSB Type-Cポートをサポートするようになってからは、USB Type-CポートをつUSB ACアダプタも登場とうじょうしている[49]。2019ねんごろより窒化ガリウム技術ぎじゅつ採用さいようすることにより、小型こがた軽量けいりょうすすみ、複数ふくすうのポートを搭載とうさいし、同時どうじに2だい以上いじょうのデバイスの充電じゅうでん対応たいおうした製品せいひん登場とうじょうしている[50]

なお、日本にっぽん国内こくないでの使用しよう想定そうていしてUSB ACアダプタを購入こうにゅうするさいには、特定とくてい電気でんき用品ようひんPSEマーク製造せいぞう事業じぎょうしゃとう名称めいしょうていかく電圧でんあつていかく消費しょうひ電力でんりょくとう表示ひょうじのある機器きき選択せんたくすること[51]。そのほか、メーカー(機器きき自社じしゃのブランドをけて販売はんばいしている業者ぎょうしゃ)が信用しんようできるか、にせブランドひんではないかなど留意りゅういするとともに、購入こうにゅうしたおぼえのない機器きき出所しゅっしょあきらかでない機器きき使用しようしないことがのぞましい(前述ぜんじゅつのコンピュータセキュリティにたいする懸念けねんのほか、盗聴とうちょう内蔵ないぞうされているなどの懸念けねんたいする防御ぼうぎょのため)。

USBと接触せっしょく不良ふりょう

編集へんしゅう

USBはUSB 1.0のころから接触せっしょく不良ふりょうおおられた。とくにUSB 1.0では機器ききのオスがわ接点せってんめんうえいた状況じょうきょう使つかわれると塵埃じんあいったり腐蝕ふしょくせい物質ぶっしつ塩分えんぶん)の付着ふちゃくにより接触せっしょく不良ふりょうとなることがおおい。また、たびたび端子たんし脱着だっちゃくかえあいだ金属きんぞくわく部分ぶぶん変形へんけいし、接点せってん圧力あつりょく低下ていかすることが接触せっしょく不良ふりょう原因げんいんとなりうる。

スマホなどのモバイル機器ききではUSBマイクロ端子たんし通信つうしんだけでなく、たん給電きゅうでん充電じゅうでん使つかわれることがおおいが、ポケットなどにれることで端子たんし塵埃じんあいはい接触せっしょく不良ふりょうとなることがある。また脱着だっちゃくかえすたびに金属きんぞくわく変形へんけいし、接点せってん圧力あつりょく低下ていかすることで接触せっしょく不良ふりょうとなることもある。

接触せっしょく不良ふりょうこるとたん給電きゅうでん充電じゅうでん不安定ふあんていになるだけでなく、通信つうしん不安定ふあんていになることで、たとえばハードディスクやUSBメモリーなどでは深刻しんこくで、たんにデーターエラーとなるだけでなく、とき可逆かぎゃくなハードエラーとなることがある。

まず、接触せっしょく不良ふりょうきた場合ばあいには端子たんし金属きんぞくわく変形へんけいしていないか確認かくにんする必要ひつようがある。おおくは脱着だっちゃくにより端子たんしわく変形へんけいしてひろくなり、接点せってん圧力あつりょく低下ていかする方向ほうこうなるのでもちいしゅてき金属きんぞくわくせまくすることで解決かいけつすることがある。

接点せってん塵埃じんあい腐蝕ふしょくたいしては、エアを以外いがい適切てきせつ解決かいけつ方法ほうほうがないが、コンタクトRしょうしてレシートをもちいて接点せってん研磨けんまする方法ほうほう報告ほうこくされている[52]。これはレシートにられた炭酸たんさんカルシウムのそうにより接点せってん塵埃じんあい酸化さんかぶつ研磨けんましてとりさる方法ほうほうである。簡便かんべん入手にゅうしゅしやすく、しるべでんのため接点せってんのショートなどの危険きけんいのが特長とくちょうである。

USBは、それまでのレガシーインターフェースにわるあらたな汎用はんようバス・インターフェースとして、コンパックげんヒューレット・パッカード)インテル、マイクロソフト、NECなどにより策定さくていされた。

USBは、当初とうしょからホットプラグを可能かのうとする画期的かっきてきなインターフェースとして注目ちゅうもくあつめ、Microsoft WindowsではWindows 95 OSR2から、Macintoshでは暫定ざんていてき初代しょだいiMac専用せんようMac OS 8.1からサポートされるようになった。ただし、Windows 95 OSR2とUSB Supplemental Support、およびメーカー提供ていきょうデバイスドライバわせによる対応たいおう追加ついか仕様しようであり、周辺しゅうへん機器ききメーカーもではなく、OSの標準ひょうじゅん仕様しようとしてまれるWindows 98登場とうじょうするまでは様子見ようすみかんつよかった。Macintosh環境かんきょうにおいてiMacがUSB以外いがいのインターフェースをてて登場とうじょうしたために、USBの普及ふきゅう急速きゅうそくすすんだが、標準ひょうじゅんサポートとなるMac OS 8.6まではすうおおくの不具合ふぐあい問題もんだいかかえていた。

日本にっぽん国内こくないにおいてUSBにたいしてうごきが素早すばやかったのは、USBの仕様しよう策定さくていにもかかわったNECである。NECはPC-9821シリーズPC98-NXシリーズにUSBポートを搭載とうさいするだけでなく、1997ねんにはターミナルアダプタ、マウス、キーボード、スキャナ、プリンター、ジョイスティックひとし多種たしゅのUSBデバイスを登場とうじょうさせていた。ただし、これらの素早すばや展開てんかい一部いちぶにWindows 98以降いこうでサポートされないものてくるなど混乱こんらんしょうじる原因げんいんともなった。

PC/AT互換ごかん

編集へんしゅう

最初さいしょのホストアダプタ製品せいひんは、1996ねんにPCけのPCIインターフェースに増設ぞうせつするカードとして登場とうじょうした。

またインテルが1996ねんにリリースしたPCけチップセット430HXにおいてUSBホストアダプター機能きのう内蔵ないぞうすると、USBを搭載とうさいしたPCは急速きゅうそく普及ふきゅう開始かいしする。

当初とうしょ

編集へんしゅう

IBMは、AptivaJ/Hシリーズ1996ねん11月モデルでオンボードのUSBポートをそなえた機種きしゅ登場とうじょうさせた(前述ぜんじゅつの430HXチップセットの採用さいようによる)。しかしキーボードやマウスはPS/2コネクタ接続せつぞくされていた。

当時とうじのWindows 95 OSR2では、USBデバイスのサポートは限定げんていてきなものだったため、IBMがわでは動作どうさ保証ほしょうしない非公式ひこうしきのUSBドライバーを添付てんぷするにめ、該当がいとう機種きしゅ付属ふぞくしたマニュアルにはこのドライバーのはいった付属ふぞくディスクに動作どうさ保証ほしょう明記めいきされ、同社どうしゃサポートダイアルでもプリインストールのWindows 95と付属ふぞくドライバーで動作どうささせていた環境かんきょうでは動作どうさ保証ほしょうはないとアナウンスしていた。これらはAptivaにかぎらず、どう時期じきほか互換ごかんについても同様どうようである。これらの機種きしゅのUSBポートは、Windows 98とうのUSBサポート機能きのうのあるOSを導入どうにゅうしたさいに、はじめて正式せいしき対応たいおうされる性質せいしつのものだった。

標準ひょうじゅん添付てんぷのマウスやキーボードをUSBによって接続せつぞくしPS/2コネクタをはいした製品せいひんは、日本にっぽん国内こくないではNECが1997ねんあき発売はつばいしたPC98-NXシリーズじゅんPC/AT互換ごかん)が最初さいしょである。これはUSB接続せつぞくのマウスとキーボードを「レガシー・エミュレーション」によりPS/2デバイスとして動作どうさするようにしたものである。ただし、初期しょきのPC98-NXシリーズについてはPS/2コネクタはマザーボードじょう存在そんざいし、筐体きょうたいあなけられていないだけにまり、またシリアル/パラレルとうのレガシーポートも健在けんざいであるひとし、レガシーフリーを徹底てっていしたものではなかった。また当時とうじ一部いちぶ機種きしゅではBIOSの既定きてい設定せってい問題もんだいがあり、当時とうじのLinux 2.4けいカーネル(カーネルがわでもレガシーエミュレーションを想定そうていしていなかった)のインストールまさしく認識にんしきすることができなかった。このような経緯けいいけ、のちサードパーティー各社かくしゃから発売はつばいされたUSB機器ききなかには、トラブルを嫌忌けんきしてPC98-NXシリーズでは動作どうさ保証ほしょうしないむね表示ひょうじするものも存在そんざいした。

なおUSB 1.1に正式せいしき対応たいおうしたのはWindows 98 Second Editionからで、その登場とうじょうしたUSBデバイスは初期しょきばんWindows 98以前いぜん対応たいおう環境かんきょうふくめない場合ばあいがほとんどである。ただしSecond EditionもUSBマスストレージ・クラスなどおおくの汎用はんようドライバを標準ひょうじゅん装備そうびしていないため個別こべつにドライバをインストールする必要ひつようがあり、してすぐに使つかえる便利べんりさはそなえていない。

このようにUSBホストアダプタの実現じつげん搭載とうさいはやかったものの、PC互換ごかん中心ちゅうしんとした市場いちばでは急速きゅうそく移行いこういられることはなく、USBへの移行いこうゆるやかなものとなった。長年ながねんわたって互換ごかんせい検証けんしょうされ、よくメンテナンスされたレガシーインターフェースはハード・ソフト(ドライバ)とも「れて」動作どうさ安定あんていしており、単純たんじゅん仕様しようによりCPUにたいする負荷ふかすくないというメリットもあった。またパラレルポートもECPによる転送てんそう速度そくどはUSB 1.1よりも高速こうそくであり、SCSIはさらに高速こうそくである。これらのレガシーインターフェースのおおくは、ホットスワップにこそ対応たいおうしないもののプラグアンドプレイへの対応たいおう完了かんりょうしており、ユーザビリティのめんでもとく不自由ふじゆうがなかったため、USB 1.1の段階だんかいでは利便りべんせいめんにおいても移行いこうにメリットを見出みいだがたいという事情じじょう存在そんざいしていた。

なお、とくにキーボードについては、USB HIDの仕様しようでキーロールオーバーすうが6に制限せいげんされるため(それ以上いじょう同時どうじしにたいしては、さきされたキーがはなされたことにするなどする必要ひつようがある)、ゲームようなどでPS/2接続せつぞくのキーボードの需要じゅようがある(標準ひょうじゅんのドライバではないせんよう特殊とくしゅなドライバと独自どくじ設計せっけいのプロトコルで、USB接続せつぞくでこの問題もんだい解決かいけつしたキーボードもある)。

USB 2.0以降いこう

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PC市場いちばにおいてUSBデバイスはUSB 2.0が登場とうじょうした2000ねんころより本格ほんかくてき普及ふきゅう開始かいしし、現在げんざいではそとよう周辺しゅうへん機器きき接続せつぞくようバスの主流しゅりゅうはUSBにうつっている。レガシーバスを搭載とうさいしないレガシーフリーPCもあらわれており、とくラップトップPCでは比較的ひかくてきはや時期じきからとくめずらしいものではなくなっていた。しかしUSBとレガシーポートの併用へいようもまた、じつに10ねん以上いじょう長期ちょうきわたつづいている。レガシーポートを搭載とうさいしたPCもごく最近さいきんまで一般いっぱんてき販売はんばいされつづけてており、2000年代ねんだいにおける現状げんじょうとしては、完全かんぜん移行いこうはUSBの登場とうじょうから10ねんをもってようやく完了かんりょうしつつある、という状態じょうたいである。

べい調査ちょうさ会社かいしゃIn-Statしゃは2007ねんぜん世界せかい出荷しゅっかされたUSBのポートすうは26おくポートにたっしたとつたえた。同社どうしゃはこのかず2012ねんには43おくポートになり、このうちUSB 3.0は4.5おくポートとなると予測よそくしている[53]

 
外部がいぶ機器きき接続せつぞくにUSBを全面ぜんめんてき採用さいようした初代しょだいiMac

1998ねんにUSBを標準ひょうじゅん搭載とうさいしたiMacは、モニタいち体型たいけい斬新ざんしんなデザインとともに、従来じゅうらい汎用はんようインターフェースADBのみならずSCSIRS-422シリアルポートもはいしてUSBへ一本いっぽんするなど、PC98-NXよりさらにおもった仕様しよう登場とうじょうし、話題わだい議論ぎろんんだ。

従来じゅうらい、USB機器きき製造せいぞう販売はんばい躊躇ちゅうちょしていた周辺しゅうへん機器ききメーカーも、既存きそんのインターフェースをあつかうことができなくなったiMacシリーズけとしてUSBへの対応たいおうせまられるかたちとなり、普及ふきゅう一気いっきすすんだ。iMac本体ほんたいわせたトランスルーセントデザインのUSB周辺しゅうへん機器きき流行りゅうこうとなり、幅広はばひろそうれられていった。こうしたUSBデバイスにはMacintoshとWindows双方そうほうのドライバが添付てんぷされ、結果けっかとしてPC/AT互換ごかんにおけるUSBの普及ふきゅう後押あとおししたという側面そくめんもある。

USB 3.1(初期しょきはGen 1のため5 Gbps)の登場とうじょうとともに、USB-Cだけを採用さいようしたMacBookが2015ねん3がつ10日とおか発表はっぴょうされた。電源でんげんポートもUSB Power Deliveryでね、従来じゅうらいのUSB-AやMagSafe 2すら搭載とうさいしないという大胆だいたんなI/Oポートの構成こうせいっている。

PC-9821シリーズ

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NECPC-9821シリーズ他社たしゃ先駆さきがけてUSBに対応たいおうしたモデルをしていたが、USB登場とうじょう時点じてんですでにPC-9821シリーズ自身じしん末期まっきだったこともあり、NECせい機器ききのぞ対応たいおう機器きき非常ひじょうかぎられているが、Windows 98 SEやWindows 2000では、おおくのデバイスが動作どうさするようになった。

 
PlayStation 2のUSBポート

家庭かていようゲームではドリームキャストXboxがUSBをアレンジした独自どくじ形状けいじょう端子たんしによるコントローラ接続せつぞく採用さいようした。最初さいしょ汎用はんようUSB端子たんし採用さいようしたのはPlayStation 2だが、キーボード、マウス、ボイスチャットようヘッドセットなど一部いちぶ周辺しゅうへん機器きき接続せつぞくのぞけば積極せっきょくてきには活用かつようされなかった。また、キーボードとマウスはPC/AT互換ごかんようUSB仕様しようのものがそのまま流用りゅうようできるが、あまりられなかった。ただし、PS2本体ほんたい改造かいぞうし、ゲームデータをバックアップ起動きどうするときは頻繁ひんぱんにUSBメモリを接続せつぞくする。また、PS2を採用さいようしたアーケードゲーム基板きばんのバージョンアップにも使用しようする。

2000年代ねんだい後半こうはん登場とうじょうしたXbox 360PlayStation 3汎用はんようUSB 2.0端子たんしはコントローラーを接続せつぞくするほか、パソコンにちか柔軟じゅうなん活用かつようせいっている。双方そうほうとも、のちの本体ほんたいアップデートでそとけHDDを自由じゆう接続せつぞくできるようになった。WiiもUSB 2.0端子たんしそなえるが、用途ようとはネットワークアダプターやキーボード、Wiiよう周辺しゅうへん機器ききなどの接続せつぞくかぎられる。

PlayStation 4AUえーゆーX端子たんしおよびAUX端子たんし接続せつぞくするPlayStation Cameraの実態じったいはUSB 3.0であり、機器ききとの同時どうじ接続せつぞく通信つうしん速度そくど確保かくほできない可能かのうせい回避かいひするため独自どくじ形状けいじょう端子たんしとなっている。

携帯けいたいゲームPlayStation PortablePlayStation Vitaはそれ自体じたいがUSBデバイスとして機能きのうし、パソコンやPlayStation 3に接続せつぞくしてデータのやりりや、一部いちぶのモデルをのぞ充電じゅうでんなどをおこなう。

最近さいきんアーケードゲーム基板きばんNAOMISYSTEM246ひとしのI/O通信つうしんように、物理ぶつりてきにUSBケーブルが流用りゅうようされているが、こちらは業界ぎょうかい団体だんたいJAMMA策定さくていされたJAMMA VIDEO規格きかく (JVS) となっており、信号しんごうレベル・プロトコルともUSBとは互換ごかんせいはない。

デジタル家電かでん

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携帯けいたい電話でんわ端末たんまつはUSBケーブルを使つかってパソコンに接続せつぞくしデータのやりりや充電じゅうでん携帯けいたい電話でんわ通信つうしんもう使つかったタ通信たつうしんなどをおこなう。携帯けいたい電話でんわがわ端子たんし独自どくじのものがおおいが、汎用はんようUSBポートを採用さいようしたものもある。携帯けいたい音楽おんがくプレーヤーなどの小型こがたデバイスも汎用はんようUSB端子たんしそなえPCに接続せつぞくするものがおおい。薄型うすがたテレビ、AVアンプデジタルフォトフレーム、DVD/BDレコーダー/プレーヤーなどもUSB端子たんしつものがあり、USBメモリないのマルチメディア・ファイルを再生さいせいしたりデジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどとの接続せつぞく利用りようする。薄型うすがたテレビにはUSB接続せつぞくされたHDDにTV放送ほうそう録画ろくができるものがある[54]

はやければ2009ねん年末ねんまつからストレージ機器ききなどの採用さいよう機器きき登場とうじょうすると見込みこまれていた[55]バッファローが2009ねん10がつ28にちにUSB 3.0対応たいおうそとハードディスクドライブとUSB 3.0ポートを増設ぞうせつするためのインターフェースカードを発売はつばい。これは個人こじん購入こうにゅうできるUSB 3.0対応たいおう機器ききとインターフェースカードとしては世界せかいはつとなる[56]。コンシューマけに販売はんばいされているマザーボード、インターフェースボードではNECエレクトロニクス(げんルネサス エレクトロニクスせいUSB 3.0コントローラチップと、マーベルせいSATA 3.0 (SATA 6 Gb/s) コントローラーチップが同一どういつ基板きばんじょう搭載とうさいされ、単一たんいつ製品せいひんとして販売はんばいされる事例じれいおおい。PlayStation 4,Xbox Oneのみ、そとけHDDをUSB3.0の規格きかく接続せつぞくでき、そとけHDDのゲームデータを直接ちょくせつ起動きどうすることも可能かのうである。

なお、実効じっこう500 MB/secであるUSB 3.0のインターフェースカードを増設ぞうせつする場合ばあいは、増設ぞうせつバスの帯域たいいきはば実効じっこう500 MB/secのものが必要ひつようとなり、さもなくば動作どうさはするが増設ぞうせつバスがボトルネックとなる。PCI Express 2.0 x1(実効じっこう500 MB/sec)対応たいおうのものが標準ひょうじゅんてきである。

2010ねん8がつ初期しょき登場とうじょうしたUSB-IF認証にんしょうのコントローラーを採用さいようしたマザーボードでUSB 1.x/2.0機器きき接続せつぞくしても動作どうさしない問題もんだいきている[57]

サポートするOS

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USB 2.0規格きかく対応たいおうするUSBデバイスは幅広はばひろいオペレーティングシステム (OS) でサポートされている。以下いかおもものしめす。

USBクラス仕様しよう周辺しゅうへん機器きき場合ばあいは、USBクラスデバイスをサポートするOS環境かんきょうであれば利用りよう可能かのうである。けいやゲーム、デジタル家電かでんとう場合ばあいは、ホストがわのUSBクラスデバイスのサポートがかったり、不完全ふかんぜんだったりする場合ばあいもある。またクラスデバイスでない周辺しゅうへん機器きき場合ばあいも、かくOSけに周辺しゅうへん機器きき認識にんしきするドライバ・ソフトウェアさえ用意よういされれば、おな機器きき利用りようできる。

USB 3.0規格きかく対応たいおうしたUSBデバイスや、USBコントローラーを内蔵ないぞうしたマザーボード、インターフェースボードとうは、2009ねんまつから2010ねん前半ぜんはん出揃でそろはじめている。

OSのサポートじょうきょうは、それぞれのコントローラーやデバイスのドライバー(USB 3.0のマスストレージ、クラスドライバとうふくむ)のサポートにしゅとして依存いぞんするとされている。OS自体じたいがサポートりの場合ばあい正式せいしきなドライバーのサポートはけられないこと通例つうれいである。

おもなUSBデバイス

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脚注きゃくちゅう

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注釈ちゅうしゃく

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  1. ^ 「ミニUSBコネクタ(ミニ8ピンたいらがた)」ともばれる。
  2. ^ 5ユニットロードまで。USB 1.xと2.0の1ユニットロードは100 mA。
  3. ^ 6ユニットロードまで。USB 3.xの1ユニットロードは150 mA。
  4. ^ Type-C - Type-Cあいだのケーブルの場合ばあいのみ1.5 Aに対応たいおう。3.0 Aはオプション。データプロトコルはUSB 2.0かUSB 3.x。
  5. ^ Type-A/BもしくはType-Cケーブル。

出典しゅってん

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参考さんこう文献ぶんけん

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関連かんれん項目こうもく

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外部がいぶリンク

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