Die erste Spezifikation der Schnittstelle USB erblickte im Jahr 1996 das Licht der Welt – und es war eine Zusammenarbeit zwischen den Firmen IBM, Intel und Microsoft, die sich das Ziel gesetzt hatten, die Verbindung von Peripheriegeräten an PCs zu vereinheitlichen und zu verbessern. Um es klarzustellen, der PC verfügte über eine Reihe perfekt entwickelter Ports, die für alle möglichen Zwecke dienten: Parallelport für Drucker, sogar in mehreren Versionen inklusive EPP (Enhanced Parallel Port) und ECP (Enhanced Capability Port), die auch für bidirektionale Kommunikation genutzt werden konnten.
Der serielle Port RS-232, der den Anschluss einer Maus, eines Lichtstifts – aber auch eines Modems ermöglichte. Der Gameport, der den Anschluss analoger Joysticks ermöglichte. PS/2-Ports speziell für den Anschluss von Tastaturen und Mäusen, bei denen höhere Geschwindigkeiten und damit präzisere Erfassung der Nutzerreaktionen geboten wurden. Und so weiter und so fort. Es gab eine Reihe von Problemen, die gelöst werden mussten – neben dem offensichtlichen, nämlich dass es einfach zu viele Ports gab.
Zum einen hatte die Verkabelung unterschiedliche Qualitäten, die der Port nicht erkennen konnte, so dass man einen teuren und präzise gefertigten Kabel verwenden konnte, über den alles funktionierte – aber sobald ein anderes Kabel angeschlossen wurde, brachen alle anspruchsvolleren Übertragungen zusammen.
Zum anderen, obwohl es eine Chance gab, dass der Computer das Einstecken oder Ausstecken eines Kabels im Betrieb überlebt, war dies keineswegs sicher. Das Ein- oder Ausstecken eines Kabels konnte einen Stromstoß auf die ziemlich empfindlichen Schaltkreise des Controllers erzeugen, die möglicherweise nicht überleben. Zu dieser Zeit war es mehr als üblich, dass an einem PC vor allem serielle Ports und PS/2 Ports einfach deshalb ausfielen, weil dort Leute wiederholt Kabel ein- und ausgesteckt haben.
Bereits in der Ära der Acht-Bit-Computer wurde das Problem des Anschließens von Geräten im Betrieb (Hot Plug) gelöst und viele PC-Ports unterstützten dies theoretisch, aber die Praxis war, dass vor einer solchen Verbindung gewarnt wurde und die Handbücher forderten, dass der Computer zuerst ausgeschaltet werden müsse, das Gerät angeschlossen und dann wieder eingeschaltet werden müsse. Das war sehr unbequem.
Drittens war das Ein- und Ausschalten auch deshalb wünschenswert, damit das Betriebssystem korrekt auf Veränderungen reagieren konnte. Bei PCs mit MS DOS war es üblich, dass Gerätetreiber nur beim Start geladen wurden – und wenn ein Gerät später angeschlossen wurde, wusste das System einfach nicht, was damit anzufangen ist. Dies sollte durch die Methode Plug and Play ersetzt werden, bei der das Betriebssystem die Änderung erkennen und die notwendigen Treiber installieren sollte, wann immer es nötig war.
Ähnliche Technologie hat Microsoft bereits bei Acht-Bit-Computern des Standards MSX (MicroSoft eXtended, 1984) verwendet, aber in Kombination mit Hot Plug, also dem Anschließen jederzeit, war dies eine Neuheit. Und es war kompliziert: Bill Gates selbst verursachte einen Absturz des Windows 98-Systems auf der Comdex 1998, nachdem er ein neues Gerät eingesteckt hatte!
Wie ich bereits im Artikel über die Vorgänger von USB erwähnt habe, waren diese mit einer Verkettungsfunktion ausgestattet, bei der neue Geräte in die vorherigen in der Kette eingesteckt wurden. Dieses System hätte theoretisch mit nur einem Port im Computer ausgereicht und hätte den Anschluss von Dutzenden anderer Geräte ermöglicht, aber es war auch nicht perfekt. Zum einen – wenn Sie ein Gerät in der Mitte der Kette abziehen wollten, hätten Sie tatsächlich die gesamte Kette der Geräte dahinter abgezogen. Unpraktisch für den Benutzer – ganz zu schweigen von dem System, das zuerst den gesamten Verlust des abgezogenen Astes verarbeiten und dann wiederherstellen müsste, sobald der Benutzer das Kabel wieder angeschlossen hätte.
Zum anderen ist die Verkettung eine ziemlich komplexe Technologie, die ein wenig an Computernetzwerke erinnert. USB verwendet ein wesentlich einfacheres Host-Gast-System, bei dem jedes Gerät an genau einen Controller angeschlossen ist. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Änderungen bei jedem Ändern der Verbindung auszuhandeln, und stattdessen generiert der entsprechende Controller des USB-Geräts ein Ereignis, das durch den Kommunikationsbaum bis zum Root-Controller (Wurzel-Controller) gesendet wird, der das Betriebssystem informiert, dass eine solche und solche Änderung stattgefunden hat.
Der Preis für diese Designentscheidung ist, dass USB Verteiler (Hubs) verwenden muss. Jeder Root-Controller unterstützt bis zu 127 Geräte – es reicht aus, Verteiler anzuschließen und er wird sich selbst darum kümmern. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass nicht jeder Port in einem Computer notwendigerweise ein Root-Controller ist. Die meisten Ratschläge zur Nichtfunktionalität von USB sagen „stecken Sie das Kabel direkt in den Computer“, aber damit werden nur Probleme mit externen USB-Hubs umgangen. Die meisten Computer haben nur einige oder sogar nur einen Root-Controller und die Ports, die Sie am Computer sehen, sind über den ersten Verteiler angeschlossen. Dieser ist jedoch in der Regel wesentlich hochwertiger und besser getestet als billige externe Hubs, so dass es mit ihm keine Probleme geben sollte.
Abhängig vom Typ des Controllers wird die tatsächliche Grenze der angeschlossenen Geräte auf etwa hundert reduziert, was in der Praxis mehr als genug ist. Wenn Sie mehr Geräte benötigen, können Sie Karten mit separaten USB-Controllern kaufen, aber dann werden Sie wahrscheinlich dem Betriebssystem schwere Kopfschmerzen bereiten: es könnte die Buchstaben für die Bezeichnung der Laufwerke ausgehen, es könnte zu viele Drucker haben und so weiter. USB ermöglicht Ihnen, beispielsweise fünf Tastaturen und drei Mäuse gleichzeitig anzuschließen – aber brauchen Sie das wirklich?
USB hat eine ganze Reihe von Problemen, die oft damit zu tun haben, dass es billig entworfen wurde und insbesondere zu Beginn relativ geringe Anforderungen an die Qualität der Verkabelung und ähnliches hatte. Die meisten praktischen Probleme mit USB haben damit zu tun, dass Komponenten, Kabel und Hubs sehr unterschiedliche Qualitäten haben und es schwierig ist, den Betrieb einer komplizierten Verbindung mit minimalem Fehler zu halten.
Insgesamt können wir aber sagen, dass das Design von USB erfolgreich war, von Anfang an gut war und den meisten Anforderungen, die in der ersten Hälfte der 90er Jahre an es gestellt wurden, gerecht wurde – heute kann sich kaum jemand vorstellen, dass man nach dem Einstecken eines USB-Flash-Laufwerks den Computer zwingend neu starten müsste!
USB-C Notebooks
