USB Mass Storage Device Protocol – Wat is het?

Het USB Mass Storage Device Protocol definieert hoe USB-apparaten die zijn aangesloten op een hostcomputer (zoals USB-sticks, externe harde schijven en geheugenkaarten) met elkaar moeten communiceren. Dit protocol is essentieel om communicatie in de computerwereld mogelijk te maken. Hier is een overzicht van de belangrijkste componenten:

Opdat een USB-stick uitwisselbaar werkt met andere apparaten, moet er een universele standaard worden gecreëerd, gedefinieerd en geïmplementeerd, zowel voor de fabrikanten van de apparaten (de USB-sticks) als voor de hostfabrikanten (waar de USB-sticks op worden aangesloten). De term “Mass Storage Device” is de technische benaming voor de classificatie van een USB-stick (of USB-harde schijf of ander opslagapparaat). Deze classificatie beschrijft hoe de communicatie tussen de hostcomputer en het USB-apparaat werkt.

De volgende informatie is een algemene richtlijn en bedoeld voor niet-technische lezers om beter te begrijpen wat een USB-mass storage device is. Een link onderaan verwijst de lezers naar een technischere bron, bijvoorbeeld voor iemand die leest in het kader van een informatica-les.

Laten we beginnen met de “Apparaatklasse en Protocol”

Zoals vermeld is de Mass Storage Class (ook bekend als MSC) een set specificaties die een gestandaardiseerde manier definieert waarop het USB-apparaat zichzelf presenteert en communiceert met de host (waar het op is aangesloten); bijvoorbeeld een computer, smartphone, autoradio of zelfs de USB-poort die je in een vliegtuig vindt. Al deze “hosts” moeten een specifieke manier volgen om met het apparaat te communiceren.

Hoewel we de USB-poort van een vliegtuig noemen, is in die specifieke situatie geen “gegevensoverdracht” vereist en is deze alleen bedoeld voor stroom; er is echter nog steeds een specificatie vereist, zelfs als het alleen om stroom en/of opladen gaat. Dat gezegd hebbende, is het meest gebruikte protocol voor MSC-apparaten “Bulk Only Transport” of BOT. BOT is een methode die bepaalt hoe gegevens van het ene apparaat naar het andere worden gelezen of geschreven. BOT is ontworpen om snel te zijn en de gegevensoverdracht te optimaliseren, terwijl het tegelijkertijd een betrouwbare en stabiele codebasis biedt voor het overdragen van gegevens.

Als aanvullende opmerking: BOT werd verbeterd met UASP. Het nieuwere UASP (USB Attached SCSI Protocol) werd geïntroduceerd voor de snelheid van USB 3.0+-apparaten. UASP verbetert het oudere BOT door hogere gegevensoverdrachtsnelheden en betere prestaties te bieden voor de apparaten die het nieuwere UASP ondersteunen.

Dus, of de host en het aangesloten apparaat, zoals een USB-stick, nu BOT of UASP gebruiken, de gebruikte commando’s komen van het SCSI (Small Computer System Interface)-protocol. Dit protocol werd eind jaren 70 ontwikkeld en uiteindelijk in 1986 voor het publiek geïntroduceerd. Het SCSI-protocol bestaat dus al heel lang.

Een belangrijke pijler van het SCSI-protocol is het “blokapparaat”-uiterlijk van een apparaat dat is aangesloten op een computer. Deze aanpak van blokapparaten helpt gegevens te organiseren en stelt de twee in staat om in blokken te communiceren. Herinner je je nog de basiswaarde 1024? De blokapparaat-aanpak maakt een efficiëntere en georganiseerde gegevensoverdracht mogelijk in vergelijking met andere benaderingen.

De Mass Storage Device-specificatie classificeert de gegevensoverdrachtsnelheden. Dit type classificatie stelt de hostcomputer en het apparaat in op de beste communicatiemethode. Dit is belangrijk omdat je het vermogen van een Mass Storage Device om gegevens over te dragen, zowel tijdens de lees- als de schrijfoperatie, op een optimale snelheid voor de beste prestaties wilt definiëren. Je wilt bijvoorbeeld niet dat een USB 3.0-harde schijf met USB 2.0-snelheden met de hostcomputer communiceert. De classificatie voor gegevensoverdracht stemt het juiste protocol af.

Een snel overzicht van de snelheidsprotocollen die we hebben:

• 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+)

Het volgende punt op de prioriteitenlijst voor het Mass Storage Device-protocol zijn de stroomvereisten. Het is vrij duidelijk dat het LED-lampje van die USB-stick dat knippert tijdens het gebruik ergens stroom vandaan moet halen. Maar er is meer aan de stroomspecificatie dan alleen de LED-lampjes van stroom voorzien.

De hostcomputer, die stroom levert aan het aangesloten USB-apparaat, begon met 500 mA voor USB 1.1 en USB 2.0. Dit was voldoende om het apparaat van stroom te voorzien voor normaal gebruik toen USB voor het eerst werd geïntroduceerd. Echter, met de introductie van USB 3.0, 3.1 en 3.2 werd ook de stroomcapaciteit verhoogd. Dit werd gedaan omdat werd ingezien dat er apparaten worden aangesloten die meer stroom nodig hebben, zoals computermonitors die via USB worden aangesloten of SSD-harde schijven die meer vermogen nodig hebben voor de snellere prestaties die ze bieden. USB 3.0 en USB 3.1 kunnen tot 900 mA per aansluiting leveren.

De hoogste stroomuitvoer die momenteel via USB-C haalbaar is, bedraagt 240 watt. Dit vermogensniveau werd mogelijk gemaakt door de introductie van de USB Power Delivery (USB PD) 3.1-specificatie in 2021, waarmee het maximale vermogen werd verhoogd van de vorige 100 watt (20V bij 5A) naar 240 watt (48V bij 5A).

Hadden we het acroniem voor USB al behandeld? Universal Serial Bus. En van dat acroniem is het sleutelwoord “universeel”, de hoeksteen van het USB Mass Storage Device-protocol. De plug-and-play-functionaliteit maakt USB zo geweldig. “Plug and play” verwijst naar het vermogen van een apparaat om op een computer of systeem te worden aangesloten en onmiddellijk te functioneren zonder complexe configuratie of handmatige installatie. Wanneer een apparaat plug-and-play is, herkent het systeem het automatisch, installeert de benodigde stuurprogramma’s en maakt het onmiddellijk na aansluiting klaar voor gebruik.

Naast de universele connectiviteit van USB is er ook de mogelijkheid tot hot-swapping. Het Mass Storage Device-protocol ondersteunt dit. In de informatietechnologie verwijst hot-swapping naar het vermogen om randapparatuur aan een systeem toe te voegen of te verwijderen terwijl het aan staat en werkt, zonder dat het systeem hoeft te worden uitgeschakeld of opnieuw opgestart. Deze functie stelt gebruikers in staat om onderdelen te vervangen of up te graden zonder de systeemactiviteiten te onderbreken, wat vooral nuttig is in servers, datacenters en bepaalde consumentenelektronica. Een snel voorbeeld is dat we allemaal weten dat een USB-stick of USB-harde schijf kan worden aangesloten en losgekoppeld zonder dat de hostcomputer hoeft te worden uitgeschakeld.

Samengevat maakt de USB-mass storage-specificatie gestandaardiseerde, snelle en flexibele opslagoplossingen mogelijk die compatibel zijn met een breed scala aan apparaten, wat het een voorkeursmethode maakt voor externe opslag.

Het USB-IF of Implementers Forum for USB is de instantie die het Mass Storage Device-protocol definieert. De oprichters omvatten Compaq, Digital Equipment Corporation, IBM, Intel, Microsoft, NEC en Nortel. In de loop der tijd is USB-IF uitgegroeid tot meer dan 1.000 bedrijven.

Voor een volledige specificatie van de USB-technologie, bezoek:
https://www.usb.org/documents