Vergleich der gängigen Datenkabelschnittstellen: USB 3 gegen USB 4 gegen Thunderbolt 3 gegen Thunderbolt 4

Diese Schnittstellen- und Porttypen unterscheiden sich je nach Daten, Video, Leistung, Funktionalität und Support. Dieser Artikel untersucht die verschiedenen Datenkabelschnittstellen. Erläutern Sie den Unterschied zwischen Port, Schnittstelle und Protokoll. Wir möchten Ihnen ausreichend Informationen zur Auswahl der geeigneten Schnittstelle für die Datenübertragung bieten.

Entwicklung von Datenkabelschnittstellen

Datenkommunikationsanschlüsse und Schnittstellentechnologien haben sich seit dem Aufkommen von Computern rasant verändert. Die Datenkabelschnittstelle begann mit seriellen, PS/2- und parallelen Anschlüssen und ist heute ein moderner Typ-C-Anschluss, der mit allen Geräten kompatibel ist. Werfen wir einen Blick auf die Hintergründe der USB-Schnittstellen und einen kurzen historischen Einblick. USB-Kabel Schnittstellen.

USB-Gründungsunternehmen

Intel stellte 1995 den ersten USB-Anschluss (Universal Serial Bus) vor. Später arbeiteten Unternehmen wie Compaq, Digital Equipment Corporation, IBM, Intel, Microsoft, NEC und Nortel zusammen, um USB für jeden Computer verfügbar zu machen. Diese Unternehmen waren auch Gründungsmitglieder des USB Implementers Forum (USB-IF).

USB-IF ist eine gemeinnützige Organisation, die Übertragungsverfahren für elektronische Geräte weltweit spezifiziert und deren Implementierung sicherstellt. Ihr Hauptziel ist die Standardisierung der USB-Schnittstelle, um ein einheitliches Designkonzept für Computer- und Elektronikgerätehersteller zu gewährleisten. Das USB-IF betreut außerdem Compliance-Programme und Wartungsstandards.

Geschichte des USB-Anschlusses, der Schnittstelle und des Protokolls

Seit dem monodirektionalen USB-A-Anschlussdesign wurden von USB-IF bis zur Einführung des Typ-C-Anschlusses einige interaktive Anschlussdesignänderungen vorgenommen. Wir müssen den Unterschied zwischen Anschluss, Schnittstelle und Protokoll kennen, um zu verstehen, was die Datenkabelschnittstelle bedeutet:

Was ist ein USB-Anschluss?

Der USB-Anschluss bezeichnet die physische Form des Steckers, der Geräte verbindet. Seit USB-A hat sich die physische Form mehrfach geändert. Werfen wir einen Blick auf die Details:

• USB-A: USB-A ist die erste Steckerform, die für die USB-Schnittstelle eingeführt wurde. Es handelt sich um einen nicht umkehrbaren, rechteckigen Stecker, der in Computern, Laptops, Fernsehern und anderen elektronischen Geräten zu finden ist. Es ist bis heute die beliebteste USB-Variante.
• USB-C: Unter allen USB-Anschlüssen hat sich die Form Typ C über ein Jahrzehnt gehalten, hauptsächlich aufgrund ihres minimalistischen Designs und ihrer umfassenden Funktionen. Typ-C-Anschlüsse finden sich in Smartphones, Tablets, Laptops, Computern, IoT-Geräten und allen Geräten, die eine Daten- oder Ladeverbindung benötigen. Das wichtigste Highlight ist der praktische ovale Stecker mit reversiblem Design.
• Micro-USB: Aufgrund seines nicht umkehrbaren, aber nicht symmetrischen Designs ist dieser Anschlussstecker weit verbreitet. Dank der abgerundeten Oberseite und der flachen Unterseite können Benutzer die richtige Einsteckrichtung leicht erkennen.
• USB-B: Der USB-B-Anschluss ähnelt in Konnektivität und Eigenschaften dem USB-A-Anschluss. Der einzige Unterschied ist die Form des Anschlusses. Er ist quadratisch mit abgeschrägten oberen Ecken.Durch die abgeschrägten Kanten ist der Stecker nicht umkehrbar.
• Mini-USB: Das Problem bei nicht umkehrbaren Anschlüssen besteht darin, dass es für Benutzer schwierig ist, die richtige Einsteckrichtung zu finden. Mini-USB hat eine Trapezform.

Was ist eine USB-Schnittstelle?

Ein USB-Anschluss kann zwar eine ähnliche Form haben, sich aber in der Anzahl der Pins und der Kommunikationsgeschwindigkeit unterscheiden. Als Benutzer ist es wichtig, USB-Schnittstellen und ihre Unterscheidungsmerkmale zu verstehen, damit es nicht zu Engpässen bei der Kommunikationsgeschwindigkeit zwischen Geräten kommt.

Derzeit gibt es zehn USB-Schnittstellen, die von Ein-/Ausgabeentwicklern genutzt werden. Hersteller setzen sie je nach Bedarf in Geräten ein. Einige Schnittstellen bieten Hochgeschwindigkeitsverbindungen, ihre Datenkabel und Anschlüsse sind jedoch teurer in der Herstellung. Geräte, die keine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung für die Stromübertragung benötigen, können Schnittstellen mit niedrigeren Datenübertragungsraten, aber niedrigeren Herstellungskosten verwenden. Hier sind die zehn USB-Schnittstellen mit ihren Merkmalen:

Schnittstelle	Veröffentlichungsdatum	Maximale Datenübertragungsrate	Anzahl der Port-PINs	Merkmale
USB 1.0	Mai 1996	12 Mbit/s	4	Erste USB-Spezifikation unterstützt sowohl Low-Speed- als auch Full-Speed-Geräte
USB 2.0	April 2000	480 Mbit/s	4	Erhöhte Datenübertragungsrate, unterstützt Plug-and-Play-Geräte
USB 3.0	November 2008	5 Gbit/s	9	Neuer SuperSpeed-Modus mit erhöhter Datenübertragungsrate, neues Steckerdesign
USB 3.1 Gen 1	Juli 2013	5 Gbit/s	9	Auch bekannt als USB 3.0 SuperSpeed
USB 3.2 Gen 1	Juli 2017	5 Gbit/s	9	Kombiniert USB 3.1 Gen 1 und USB 3.0 zu einem einzigen Standard
USB 3.2. Generation 2	Juli 2017	10 Gbit/s	9	Neuer SuperSpeed+ Modus mit erhöhter Datenübertragungsrate
USB 4	Marsch 2019	40 Gbit/s	24	Verdoppelt die Datenübertragungsrate von USB 3.2 Gen 2, unterstützt Thunderbolt 3
Thunderbolt 2	Februar 2011	20 Gbit/s	20	Erhöhte Datenübertragungsrate, unterstützt zwei 4K-Displays oder ein einzelnes 5K-Display
Thunderbolt 3	Juni 2015	40 Gbit/s	20	Verdoppelt die Datenübertragungsrate von Thunderbolt 2, unterstützt zwei 4K-Displays mit 60 Hz oder ein einzelnes 5K-Display mit 60 Hz
Blitz 4	Marsch 2020	40 Gbit/s	20	Verdoppelt die minimale PCIe-Bandbreite, unterstützt Thunderbolt 3-Docks und -Geräte

Was ist ein USB-Protokoll?

Der Controller aktiviert je nach angeschlossenem Gerätetyp bestimmte Protokolle. Jedes Protokoll hat seine Vor- und Nachteile. Hier sind einige der gängigsten USB-Protokolle:

• Bulk-, Interrupt-, Control- und Isochronous-Transfer: Die Massenübertragung wird aktiviert, sobald ein USB-Datenübertragungsgerät angeschlossen ist. Sie eignet sich ideal für die Massendatenübertragung, hat aber eine geringe Reaktionszeit. Bei Tastaturen und Mäusen bietet die Interrupt-Übertragung zwar eine schnelle Reaktionszeit, hat aber eine geringe Datenübertragungskapazität. Entwickler verwenden Steuerprotokolle zur Gerätenummerierung und -konfiguration. Die isochrone Übertragung ist die komplexeste Art des USB-Protokolls und kann Echtzeitdaten wie Audio und Video übertragen.
• DisplayPort: Es handelt sich um ein Videoübertragungsprotokoll, das auch Audio übertragen kann. Der Hauptzweck besteht darin, einen Monitoranschluss für Displays bereitzustellen, die hohe Auflösungen, Bildwiederholraten und Farbtiefen unterstützen.
• HDMI: Es handelt sich um ein Standardprotokoll für den Anschluss von Verbrauchergeräten wie Fernsehern, Spielekonsolen und Blu-ray-Playern. Die häufigste Anwendung ist die Audio- und Videoübertragung.
• MHL: Die Abkürzung steht für Mobile High-Definition Link. Das Protokoll ist in Smartphones und Tablets für die Audio-/Video-Ausgabe an Monitore und Fernseher verfügbar. Für Kompatibilität und Betrieb ist jedoch ein spezielles Kabel erforderlich.

In der folgenden Tabelle sind alle USB-Typen, -Anschlüsse, -Schnittstellen und -Protokolle zusammengefasst.

USB-Anschlusstyp	Anschlussform	Verfügbare Schnittstellen	Unterstützte Protokolle
USB-A und USB-B		USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0, USB 3.1 Gen 1, USB 3.2 Gen 1, USB 3.2 Gen 2x2 (20 Gbit/s)	Massenübertragung, Unterbrechungsübertragung, Steuerungsübertragung, isochrone Übertragung
Mini-USB		USB 1.0, USB 2.0	Keine wesentlichen Änderungen
Micro-USB		USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0	Keine wesentlichen Änderungen
USB-C		USB 2.0, USB 3.0, USB 3.1 Gen 1, USB 3.1 Gen 2, USB 3.2 Gen 1, USB 3.2 Gen 2, USB 4.0, Thunderbolt 3, Thunderbolt 4	Unterstützung für DisplayPort, MHL, HDMI hinzugefügt (nur Thunderbolt 3 und Thunderbolt 4)

Wichtige Funktionen der Hardwareschnittstelle

Derzeit gibt es zehn USB-Schnittstellen, und ihre Zahl steigt stetig. Jede Schnittstelle ist abwärtskompatibel, sofern das Datenkabel mit dem USB-Anschluss kompatibel ist. Nutzer können die maximale Daten-, Video-, Stromversorgungs-, Support- und andere Schnittstellenfunktionen nutzen, indem sie den richtigen Anschluss mit einem geeigneten Kabel verbinden. Hier ist die Aufschlüsselung der einzelnen USB-Funktionen:

1. Datenübertragungsgeschwindigkeit

Die Datenübertragungsgeschwindigkeit hängt von der Schnittstelle ab. Manche USB-Anschlüsse haben im Vergleich zu anderen eine geringere Datenübertragungsgeschwindigkeit. So gibt es beispielsweise eine USB-A-Schnittstelle mit einer maximalen Datenübertragungsgeschwindigkeit von 10 Gbit/s. Ein Typ-C-Anschluss mit Thunderbolt-Schnittstelle hingegen erreicht Datenübertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 40 Gbit/s. Achten Sie beim Kauf von elektronischen Geräten und Datenkabeln stets auf die richtige Schnittstelle, um die benötigten Übertragungsgeschwindigkeiten zu ermöglichen.

Ab sofort gibt es optische Thunderbolt-Kabel, die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung ermöglichen. Der Widerstand des Leiters im Kabel begrenzt die Leistung eines Datenkabels. Normalerweise haben sie einen großen Durchmesser und eine kurze Länge. Optische Thunderbolt-Kabel eignen sich am besten für die Datenübertragung über größere Entfernungen. Sie können Daten über eine Länge von bis zu 150 Zoll übertragen.

2. Videoübertragung

Die Videoübertragungsfunktion von USB-Schnittstellen ermöglicht es Herstellern von Laptops, Tablets und Smartphones, das kleine USB-C-Anschlussdesign im Vergleich zu DisplayPort- oder HDMI-Kabel die einen größeren Stecker erfordern.

3. Kraftübertragung

Dank der Stromübertragungsfunktion von USB können Geräte über ein einziges Kabel mit Strom versorgt und Daten angebunden werden. Die verschiedenen Stromübertragungsfunktionen hängen vom Typ und der Funktion des Anschlusses ab.Hier sind die beiden Anschlüsse und ihre Stromübertragungskapazität:

• USB-A: Die vierpoligen Schnittstellen USB 1.0 und USB 2.0 können Geräte mit einer Übertragungsleistung von 5 W versorgen. Die neunpoligen USB-A-Schnittstellen USB 3.0, USB 3.1 Gen 1, USB 3.2 Gen 1 und USB 3.2 Gen 2 liefern eine Leistung von 4,5 W. Angesichts der Lade- und Stromversorgungsanforderungen moderner Geräte ist die Übertragungsleistung des USB-A-Anschlusses gering.
• Typ C: Anschlüsse mit Typ-C-Design können bis zu 24 Pins in einem einzigen Stecker aufweisen. Dies ermöglicht eine hervorragende Datenübertragung und Stromversorgung. Ein einzelner USB-Anschluss vom Typ C kann bis zu 100 W Leistung liefern. Die meisten modernen Smartphones, Tablets, Laptops, IoT-Geräte und andere Geräte nutzen aufgrund ihrer Vielseitigkeit zunehmend Typ-C-Anschlüsse.

4. Geräteunterstützung

USB-Schnittstellen und -Anschlüsse sind allgegenwärtig – ob im Elektrorasierer, in der Zahnbürste oder im Milchaufschäumer für die morgendliche Routine oder im Smartphone, Laptop, Tablet oder Computer für den Alltag. Ihre Vielseitigkeit und ihr standardisiertes Design ermöglichen es Elektronikherstellern, sie in nahezu jedem Gerät zu verwenden.

Gamer, die Laptops als Gaming-Station nutzen, können die Thunderbolt-4-Schnittstelle mit USB-C-Schnittstelle nutzen, um externe Grafikkarten und Geräte mit PCIe-Anschluss anzuschließen. Moderne Computer nutzen PCIe-Lanes von CPU oder Mainboard für schnelle Datenübertragungsgeschwindigkeiten. Benutzer können die Anzahl der vom Port genutzten Lanes in ihren BIOS-Einstellungen anpassen. Der USB-C-Anschluss eröffnet neue Innovationspotenziale für Designer und Hersteller.

5. Funktionsskalierbarkeit

USB-Verbindungen haben alle anderen Kommunikationsmittel überholt. Fernseher, Audiosysteme, Speichergeräte, Grafikkarten, Monitore, Tastaturen, Mäuse, Webcams und andere Geräte können USB zur Übertragung von Strom, Video, Audio oder Daten nutzen. Smartphones nutzen den USB-C-Anschluss zunehmend, und selbst das iPhone steigt aufgrund seiner weiten Verbreitung und des standardisierten Designs, das Abfall reduziert, auf den USB-C-Anschluss um.

Anwendungsszenarien

Wiederaufladbare und strombetriebene Elektronikgeräte nutzen mittlerweile USB-Anschlüsse. Die Technologie, die ursprünglich aus Computern stammte, findet sich heute in Pflegegeräten, Haushaltsgeräten, medizinischen Geräten, Fernsehern, Lautsprechern und vielem mehr wieder. Die Einsatzmöglichkeiten einer Schnittstelle, die Strom-, Video-, Audio- und Datenübertragung unterstützt, sind praktisch unbegrenzt.Hier sind einige Geräte, die für den Betrieb unterschiedliche Schnittstellen verwenden:

Verwendung von USB A

• Tastatur und Maus
• Drucker oder Scanner
• USB-A-Kabel (Stecker auf Stecker) für externe Festplatte
• USB-Speicherstick
• Aufladen eines Smartphones mit einem USB-Ladegerät
• Medizinische Geräte

Verwendung von USB-C

• Laptop an einen Monitor
• Smartphone an einen Fernseher
• Externe Festplatte an einen Computer
• Aufladen eines Laptops mit einem USB-C-Ladegerät
• Externe Grafikkarte mit Laptop nutzen

Verwendung von USB 4

• Anschließen eines Laptops an einen hochauflösenden Monitor
• Anschließen eines externen Speichergeräts an einen Computer
• Externe Grafikkarte mit Laptop nutzen
• Andocken eines Laptops an einen Monitor, eine Tastatur, eine Maus und andere Geräte

Verwendung von Thunderbolt 3 oder 4

• Anschließen eines Laptops an einen hochauflösenden Monitor
• Anschließen eines externen Speichergeräts an einen Computer
• Externe Grafikkarte mit Laptop nutzen
• Andocken eines Laptops an einen Monitor, eine Tastatur, eine Maus und andere Geräte
• Mehrere Geräte per Daisy Chain mit einem Laptop verbinden

Zusammenfassung

Jeder USB-Anschluss, jede Schnittstelle und jedes Protokoll hat einzigartige und gängige Verwendungszwecke. Als Benutzer müssen wir beim Kauf eines USB-basierten Geräts oder Datenkabels vorsichtig sein. Das Gerät sollte die neueste Technologie unterstützen und eine geeignete Schnittstelle/einen geeigneten Anschluss für maximale Leistung bieten. Nachdem wir alle Typen durchgegangen sind, können wir die folgenden Anschlüsse und Schnittstellen zusammenfassen:

• USB-C: Es handelt sich um die langlebigste Anschlussform für USB. Dank seines reversiblen Designs ist dieser Typ nicht nur für Computer geeignet. IoT-Geräte, Tablets, Smartphones und Haushaltsgeräte profitieren von seinem kompakten Anschlussdesign und seiner 100-W-Stromversorgungskapazität. Dank der Unterstützung der Thunderbolt-4-Schnittstelle kann er Daten mit 40 Gbit/s übertragen.
• USB-A: Das älteste und erste Anschlussdesign überhaupt war USB-A. Dank seines einfachen Designs sind die Herstellungskosten gering. Es ist das kostengünstigste Anschlussdesign mit Datenübertragungsraten von bis zu 10 Gbit/s und einer Leistungsabgabe von 4,5 W.
• USB 4: Es handelt sich um die neueste Schnittstelle für die USB-Datenübertragung. Dank des 24-poligen Typ-C-Anschlusses kann sie 20 Gbit/s und 100 W Leistung liefern.
• Thunderbolt 3 und 4: Thunderbolt ist vor allem aufgrund seiner Fähigkeit zur Übertragung von Video, Audio, Strom und Daten beliebt. Es liefert 100 W Leistung und unterstützt die neuesten Anzeigeprotokolle wie HDMI, DisplayPort und MHL. Nutzer können eine Bildschirmauflösung von 4K bei 120 Hz, ein Dual-Screen-Setup mit 4K bei 60 Hz oder einen Einzelbildschirm mit 8K bei 60 Hz erreichen.

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Häufig gestellte Fragen

1. Ist die USB-C-Schnittstelle umkehrbar?

Ja, der USB-C- oder Typ-C-Anschluss ist ein reversibler Anschluss, der 2014 eingeführt wurde. Seitdem hat er für jedes elektronische Gerät höchste Priorität. Es gibt viele Schnittstellen für USB-C-Typen. Er unterstützt eine Datenübertragungsgeschwindigkeit von 20 Gbit/s bis hin zu 40 Gbit/s mit einem 20- oder 24-poligen Anschluss. Das neueste Thunderbolt-4-Protokoll für USB-C-Anschlüsse unterstützt die Übertragung von Video, Audio, Daten und Strom. Über den Anschluss kann eine Leistung von 100 W erreicht werden.

2. Ist es bei Verwendung einer USB-C- oder Thunderbolt-3-Verbindung möglich, Daten zu übertragen und gleichzeitig zu laden?

Ja, beide Anschlüsse sind USB-PD-fähig (Power Delivery). Sie können Daten übertragen und gleichzeitig das angeschlossene Gerät laden. Sie benötigen jedoch ein kompatibles Kabel mit der richtigen Anzahl an Anschlusspins, um die Konnektivität sicherzustellen. Der Thunderbolt 3 USB-C-Anschluss liefert 100 W Leistung und eine Datenübertragungsgeschwindigkeit von 40 Gbit/s.

3. Wie hoch ist die maximale Übertragungsrate von USB 4?

USB4 ist die neueste, von USB-IF standardisierte Schnittstelle. Es handelt sich um eine schnelle, zuverlässige und vielseitige Schnittstelle mit einer maximalen Übertragungsrate von 40 Gbit/s. Wichtig zu beachten: USB 4 ist eine Schnittstelle und benötigt einen 24-poligen USB-C-Anschluss für eine so schnelle Datenübertragung. Wählen Sie unbedingt ein High-End-Kabel wie das KABELZEIT USB4-Kabel, um die maximale Geschwindigkeit zu erreichen.

4. Welche Geschwindigkeit kann USB C in Bezug auf die Datenübertragung erreichen?

Der USB-C-Anschluss ist die am weitesten verbreitete Schnittstelle für Video-, Audio-, Daten- und Stromübertragung. Die neueste Schnittstelle im USB-C-Design ist Thunderbolt 4. Mit Thunderbolt 4 erreichen Nutzer eine Datenübertragungsrate von 40 Gbit/s. Sie benötigen lediglich ein passendes Datenkabel mit einem 24-poligen Stecker.

5. Ist das USB-C-Ladegerät mit allen USB-Ladegeräten kompatibel?

Ja, jedes USB-C-Ladegerät kann Geräte mit Typ-C-Anschluss laden. Ein Laptop benötigt jedoch möglicherweise 100 W Ladeleistung, während ein Blutdruckmessgerät nur 3,5 W benötigt. Es gibt Ladestandards wie QC, AFC, SCP usw. für verschiedene Smartphones. Achten Sie darauf, dass das Ladegerät, das Sie kaufen, ein Markenprodukt und kein Imitat ist.