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Jean-Claude Sohm (CERIG / EFPG)
(12 octobre 1998)
 
Consultez la note technique récente (janvier 2002) consacrée à la version 2 de l'USB, la nouvelle interface quarante fois plus rapide !

 
Préambule

Sommaire :

Sur un Mac, le clavier et la souris sont raccordés à l'ADB (Apple Desktop Bus) débitant 10 Kbps (kilobits par seconde), et l'imprimante à une sortie série débitant 230 Kbps. Les autres périphériques se branchent sur la sortie SCSI débitant 5 Mbps (mégabits par seconde), ou sur la sortie série (GeoPort) débitant 2 Mbps.

Sur un PC, le clavier est raccordé à un connecteur dédié, la souris à une sortie série, et l'imprimante à une sortie parallèle. Pour les autres périphériques, il n'y a pas de règle : certains peuvent se brancher sur une sortie série ou parallèle, d'autres nécessitent une carte d'interface, qui peut être ou non une carte SCSI. Chaque nouvelle carte utilise au moins une valeur d'IRQ, et les PC récents arrivent sur le marché avec seulement deux ou trois valeurs d'IRQ disponibles -- souvent moins que le nombre de connecteurs d'extension !

L'USB (Universal Serial Bus) est une nouvelle interface permettant de relier plus facilement des périphériques à un micro-ordinateur, Mac ou PC. Ce nouveau bus va supplanter l'interface SCSI pour toutes les applications qui ne sont pas trop rapides. Accessoirement, il simplifiera la connectique des micro-ordinateurs en traitant le clavier, la souris et l'imprimante comme des périphériques ordinaires.

 
Les caractéristiques techniques de l'USB

Une comparaison rapide entre l'USB et le SCSI fait apparaître les points caractéristiques suivants :

    L'USB peut accepter 127 périphériques (parce que leur adresse est codée sur 7 bits), alors que le SCSI ordinaire est limité à 7 ;
  Dans les deux cas, les périphériques sont montés en chaîne sur le bus. Dans le cas de l'USB, la segmentation du bus est recommandée (ou obligatoire si les périphériques ont une entrée USB et pas de sortie) quand le nombre de périphériques augmente ; on utilise alors un concentrateur (hub). On obtient ainsi une structure en arbre, alors que la structure du SCSI est obligatoirement linéaire ;
  Sur le bus USB, l'adressage est dynamique, c'est à dire que c'est le contrôleur du bus qui se charge de l'opération. C'est à l'utilisateur, par contre, d'attribuer un numéro à chaque périphérique SCSI ;
  Pour brancher un périphérique sur un bus SCSI, il faut arrêter tout le système. L'USB, par contre, est "hot-plug" : on peut brancher ou débrancher un périphérique alors que l'ordinateur et les autres périphériques sont en fonctionnement. Le contrôleur détecte automatiquement que le périphérique vient d'être mis en service, ou qu'il vient d'être retiré. Dès qu'il est détecté, un périphérique est automatiquement configuré ;
  Le débit du bus USB, qui culmine à 12 Mbps (mégabits par seconde) est par contre beaucoup plus faible que celui des diverses variantes du SCSI, dont la meilleure culmine actuellement à 80 Mo/sec. De ce fait, il ne parait pas raisonnable d'utiliser l'USB pour brancher un disque dur externe, un lecteur de CD-ROM ou un lecteur de DVD ;
  Sur un bus SCSI, deux périphériques peuvent échanger de l'information entre eux, sans que l'unité centrale soit impliquée. Cette dernière peut alors s'occuper d'une autre tâche, si le système d'exploitation le permet. Sur un bus USB, ceci n'est pas possible. Le contrôleur, qui se trouve à la tête de l'arbre, fonctionne toujours en maître, et les périphériques en esclaves ;
  Les périphériques USB sont "cross-plateform". Les programmes pilotes, par contre, sont spécifiques de la plate-forme considérée. Ces programmes sont d'autant plus faciles à écrire que le système d'exploitation de la plate-forme supporte le protocole USB -- ce qui est le cas de Windows 98, et sera bientôt celui de l'OS du Mac (système 8.5) ;
  Enfin, l'USB est plus économique à implémenter que le SCSI.

Le principal avantage de l'USB est son coté réellement "Plug and Play" : pas de carte à insérer dans l'ordinateur, pas de commutateur DIP à basculer, pas de cavalier à enlever ou à remettre, pas de soucis avec l'adresse I/O, l'IRQ ou le DMA, pas de numéro de périphérique à attribuer... La simplicité de l'USB est une qualité particulièrement prisée au moment où les périphériques numériques se multiplient, en particulier ceux destinés au grand public (scanner, appareil photo numérique, et même caméra vidéo ou caméscope numérique).

On notera que deux périphériques particuliers ne peuvent pas être reliés à l'unité centrale à l'aide du bus USB, parce que les signaux qu'ils reçoivent sont de nature analogique. Il s'agit du moniteur et des enceintes acoustiques.

    Le moniteur doit obligatoirement être branché sur une carte graphique, qui lui transmet les signaux analogiques issus du ramdac. Lorsque l'on voit de la publicité pour un "moniteur USB", il s'agit en fait d'un dispositif qui relaye simplement le bus USB, en servant éventuellement de mini-concentrateur (une entré, deux sorties).
  Les enceintes acoustiques (qui équipent les micro-ordinateurs multimédias) doivent être reliées à une carte son (ou à une sortie adéquate si la carte son est intégrée à la carte mère), carte qui leur fournit le signal analogique dont elles ont besoin. Mais les constructeurs conçoivent actuellement des systèmes acoustiques qui recevront leur information sous forme numérique via le bus USB, et la convertiront localement ("Smart speakers") en signal analogique. Cette solution est pour l'instant plus onéreuse que la méthode traditionnelle consistant à utiliser une carte son, et elle ne paraît pas encore au point.

Note : malgré notre avis pessimiste, les "digital speakers" se sont développés, comme le montre une visite sur le site de allUSB (octobre 2000).

 
La petite histoire de l'USB

Les premières spécifications furent rédigées par un groupe d'entreprises comprenant Compaq, Digital Equipment, IBM, Intel, Microsoft, NEC et le constructeur de matériel téléphonique Nortel. L'USB est normalisé, et son usage est libre. Son évolution est contrôlée par une association de constructeurs, le "USB Implementers Forum" (http://www.usb.org/). Cette association a été créée par un groupe de sept sociétés comportant des producteurs de PC et des éditeurs de logiciel.

L'USB a fait son apparition au Comdex de novembre 1995. En 1996, l'USB était comme l'Arlésienne : on en parlait beaucoup, mais personne ne trouvait de périphérique USB sur le marché.

A partir du début de 1997, sur l'initiative d'Intel, la plupart des cartes mères des nouveaux PC furent équipées d'un contrôleur USB. Mais dans 60 % des cas, ce contrôleur n'était pas relié à un connecteur situé à l'arrière des machines.

Depuis le début de cette année, les PC sont livrés avec le fameux connecteur, et même souvent avec deux. On estime qu'il y a actuellement une base installée de 50 à 60 millions de PC pourvus d'un connecteur USB, qui reste vide dans l'immense majorité des cas (source : Dataquest). En effet, il s'est vendu moins de 500.000 périphériques USB l'an dernier.

Aujourd'hui, les périphériques USB arrivent pour de bon sur le marché américain. Même si les ventes sont encore faibles, l'offre est abondante. A l'exposition USB Implementors' Forum du mois de mai dernier, 400 exposants exhibèrent une soixantaine de PC "USB-enabled" et plus de 200 périphériques USB. On estime qu'il y a maintenant 250 périphériques USB sur le marché américain, et qu'il y en aura 100 de plus l'an prochain. On trouve également des cartes PCI comportant un contrôleur USB, pour équiper les PC non pourvus d'un connecteur USB en standard. Sur le marché européen par contre, les périphériques USB sont encore difficiles à trouver.

La spécification initiale de l'USB a été ratifiée en janvier 1996. La première révision (nommée 1.1) a été publiée à l'automne 1998. Une nouvelle spécification (USB 2.0) a vu le jour en 2000.

 
Le cas particulier du iMac

Avec le iMac, arrivé sur le marché à la mi-août, Apple joue résolument la carte de la modernité, et pas seulement dans le design. Les entrées-sorties habituelles ont été remplacées par deux connecteurs USB -- pour faire bonne mesure, Apple a aussi supprimé le lecteur de disquettes ! Les utilisateurs chevronnés de la micro-informatique ne seront pas surpris : la société Apple est coutumière de ces ruptures, qui sont par contre très mal tolérées dans le monde PC, où le respect de la compatibilité ascendante est pratiquement érigé au rang d'un dogme. Il y a là deux mentalités différentes -- on pourrait dire deux cultures distinctes, pour employer un terme à la mode.

Concrètement, ce changement d'entrée/sortie a deux conséquences :

    Les utilisateurs de Mac qui achètent la nouvelle machine doivent, pour réutiliser leurs anciens périphériques, attendre que les constructeurs mettent sur le marché des adaptateurs type USB->série et USB->ADB ;
  Les propriétaires de iMac qui cherchent des périphériques USB trouvent actuellement peu de choses. Ce ne sont pas les matériels qui manquent, ce sont les programmes pilotes. Ces derniers, initialement prévus pour le PC, doivent être récrits pour le Mac.

La société Apple s'est donnée beaucoup de mal pour expliquer sa nouvelle philosophie sur son site Internet, où l'on trouvera également la liste des périphériques USB disponibles. On peut également consulter le site destiné aux développeurs.

 
Pourquoi l'USB tarde-t-il ?

La première raison réside dans le fait que l'USB n'apporte aucun plus à l'utilisateur lorsqu'il s'agit de connecter un périphérique courant à l'ordinateur. Toutes les machines possèdent en face arrière un connecteur pour le clavier. La souris se branche sur une sortie série, et l'imprimante sur une sortie parallèle (sur le PC). Le fait de brancher ces trois dispositifs en série sur un même connecteur USB ne simplifie pas vraiment la vie de l'utilisateur -- même si cela allège un peu la connectique.

La deuxième raison réside dans le fait que les micro-ordinateurs n'étaient pas réellement prêts pour accueillir l'USB. Le iMac, arrivé sur le marché le 15 août dernier, est la première machine d'Apple à posséder un connecteur USB. Les PC étaient matériellement en avance -- depuis un an, beaucoup possédaient un connecteur USB -- mais leur système d'exploitation (Windows 95) ne reconnaissait pas l'USB dans sa version de base. En pratique, il fallut attendre l'arrivée de Windows 98 au mois de juin dernier pour que les périphériques USB commencent leur carrière dans le monde PC. Les choses, d'ailleurs, débutèrent mal : l'action antitrust à l'encontre de Microsoft rendit la date de publication de Windows 98 incertaine, ce qui empêcha les fournisseurs de périphériques USB de lancer les campagnes de publicité prévues. C'est ainsi que le ministère de la justice du gouvernement américain entend "défendre le consommateur" : la fable de l'ours et du dormeur est toujours d'actualité, spécialement chez les politiciens.

A titre de curiosité, l'utilisateur d'un PC pourra faire un tour sur le site de Hewlett Packard, où il se verra proposer un scanner USB, mais où il sera dûment prévenu qu'il ne peut l'utiliser que si sa machine remplit les trois conditions suivantes :

    Le PC doit posséder un connecteur USB ;
  Le système d'exploitation doit être Windows 98, ou une version constructeur récente de Windows 95 ;
  Le BIOS doit reconnaître l'USB.

Comme chacun sait, le PC est souvent un peu plus compliqué à utiliser que le Mac, comme le montrent les deux exemples suivants :

    Sur les PC non pourvus d'un BIOS récent reconnaissant l'USB, l'utilisation d'un clavier USB empêche la machine de démarrer ;
  Si le BIOS est "USB-enabled", mais si Windows 98 ne possède pas le pilote du clavier, on ne peut se servir de ce dernier quand la machine est amorcée, et on ne peut donc pas charger le pilote... On sort de ce cercle vicieux en démarrant avec deux claviers, un ancien et un USB, et en supprimant le clavier ancien au démarrage suivant, quand le pilote est chargé. Simple, non ?

 
L'avenir

Comme chacun a pu s'en apercevoir, le scanner (à plat, en couleur, format A4) est devenu un objet de grande consommation : dans les grandes surfaces, on trouve des modèles fonctionnant tout à fait correctement et coûtant moins de 1 KF TTC. L'époque où seuls les graphistes utilisaient un scanner est révolue : on trouve couramment des scanners dans les secrétariats et chez les particuliers. Mais le caractère Plug-and-Play de ces appareils n'est pas absolument parfait, et les utilisateurs novices n'arrivent pas toujours à les installer correctement. Il en résulte que le taux de retour peut atteindre 15 % ou plus, ce qui diminue singulièrement la marge du distributeur et/ou du fabricant. Les scanners d'entrée de gamme devraient donc être les premiers bénéficiaires de l'USB. Aux Etats-Unis, le premier scanner USB est arrivé sur le marché en juin dernier : il est fabriqué par Storm Technology, et coûte 150 $. Il est suivi maintenant de plusieurs autres.

Toujours optimistes, les analystes américains parlent d'un marché de 10 millions d'appareils USB pour l'année en cours (1998). C'est sans doute exagéré, même si tous les dispositifs dont la vitesse de transfert ne dépasse pas 12 Mbps peuvent en principe être raccordés à un micro-ordinateur via l'interface USB. Le marché fera le tri entre toutes ces possibilités :

    Les périphériques classiques : clavier, souris ou trackball, imprimante, numériseur (scanner), appareil photo numérique, manette de jeu, lecteur de code barre, microphone numérique, magnétophone numérique, caméra vidéo d'entrée de gamme, et dispositifs de stockage peu rapides (super disquettes par exemple) ;
  Les adaptateurs remplaçant des cartes d'interface : Ethernet 10 Base-T (10 Mbps), et la plupart des modems : pour le téléphone analogique (56 Kbps), le RNIS (128 Kbps), et l'ADSL (quelques Mbps) ;
  Les appareils électroniques ménagers (digital home appliances) tels que thermostat ou téléphone numérique ;
  Les appareils de mesure électroniques, qui nécessitent actuellement l'installation d'une carte d'acquisition ;
  Le partage de périphériques entre deux ordinateurs, ou même la liaison de deux machines entre elles -- comme avec le SCSI -- si l'expérience vérifie que cela marche effectivement.

Certains dispositifs ont un débit à cheval sur la limite de 12 Mbps imposée par l'USB :

    Les modems câbles les plus rapides, dont le débit atteint plusieurs dizaines de Mbps ;
  Le lecteur de DVD, qui atteint 11 Mbps dans sa version 2X.

Comme nous l'avons déjà signalé, certains périphériques ne devraient pas utiliser le bus USB, trop lent pour eux -- à moins qu'on ne bride leur entrée-sortie, ce qui paraît être une bien mauvaise idée. Ce sont :

    Le disque dur externe, et tous les dispositifs rapides de stockage (qui utilisent l'interface SCSI) ;
  Le lecteur externe de CD-ROM (compte tenu de son actuelle vitesse de lecture -- mais un lecteur de CD-Audio est envisageable). Cette limitation n'a plus guère d'importance aujourd'hui, presque tous les micro-ordinateurs étant livrés avec un lecteur interne de CD-ROM au standard ATAPI ;
  L'Ethernet 100 Base-T et le gigabit Ethernet ;
  Le caméscope numérique (qui utilisera probablement l'interface IEEE 1394, encore appelée Firewire).

Le lecteur peut consulter des listes de produits existants ou annoncés sur les sites suivants :

    http://www.usbnews.com/html/product_listing.htm
  http://www.usbstuff.com/

L'interface USB est considérée comme si pratique qu'on songe à l'étendre à d'autres plates-formes, telle Unix. Les connecteurs "historiques" (clavier, série et parallèle) disparaîtront-ils rapidement de la face arrière de nos micro-ordinateurs ? C'est peu probable (iMac excepté), quand on songe à la longévité de l'interface ISA dans le monde PC, par exemple.

Ceci dit, l'USB n'est pas la panacée universelle de la micro-informatique. Un journaliste plein de bon sens (mais si, mais si, cela existe ! mais le lien correspondant est rompu) fait remarquer fort justement qu'en faisant trop de "hype" au sujet de l'USB, on génère des utilisateurs déçus. Car l'USB a un vice caché. La plupart des périphériques USB qui arrivent sur le marché ont un connecteur USB et un seul : on ne peut donc pas les chaîner. La solution consiste à acheter un concentrateur USB (USB hub), possédant autant de sorties qu'il y a de périphériques à connecter. L'USB a donc un coût caché, ce que la publicité faite autour de ce dispositif ne mentionne évidemment pas.

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