USB

USB
ユニバーサル シリアル バス

USB、Thunderbolt、その他のプロトコル用の現在のコネクタ、USB-C（プラグとレセプタクルを表示）
タイプ	バス
生産履歴
デザイナー	コンパック 12月 IBM インテル マイクロソフト 日本電気 ノーテル
設計	1996年1月; 28年前 ( 1996-01 )
生産	1996年5月以降[1]
廃止	シリアルポート、パラレルポート、ゲームポート、Apple Desktop Bus、PS/2 ポート、FireWire (IEEE 1394)

ユニバーサルシリアルバス（USB）は、多くの種類の電子機器間でのデータ交換と電力供給を可能にする業界標準です。USBは、パーソナルコンピュータなどのホスト、ディスプレイ、キーボード、大容量記憶装置などの周辺機器、およびホストのポートの数を増やす中間ハブとの間のデータ転送と電力供給のためのアーキテクチャ、特に物理インターフェイスと通信プロトコルを規定しています。^[2]

1996年に導入されたUSBは、もともとシリアルポート、パラレルポート、ゲームポート、ADBポートなどのさまざまなインターフェースを置き換えて、周辺機器とコンピュータの接続を標準化するために設計されました。^[3] USBの初期バージョンは、キーボード、マウス、カメラ、プリンター、スキャナー、フラッシュドライブ、スマートフォン、ゲームコンソール、パワーバンクなど、幅広いデバイスで一般的になりました。^[4] USBはそれ以来、コンピューター、モバイルデバイス、周辺機器、電源、その他さまざまな小型電子機器のほぼすべての一般的なポートを置き換える標準規格へと進化しました。

現在の標準では、USB-Cコネクタは、電源 (最大 240 W)、ディスプレイ (DisplayPort、HDMI など)、およびその他の多くの用途のさまざまなコネクタ、および以前のすべての USB コネクタに取って代わります。

2024年現在、 USBはUSB 1.x、USB 2.0、 USB 3.x 、 USB4の^{[アップデート]}4世代の仕様で構成されています。USB4は、データ転送と電力供給機能を強化し、

...USB4ファブリックの全体的な速度とパフォーマンスを動的に共有できるように、複数のプロトコルを単一の物理インターフェースに組み合わせるように設計された接続指向のトンネリングアーキテクチャです。^[2]

USB4は特にThunderbolt 3プロトコル、すなわちPCI Express（PCIe、ロード/ストアインターフェース）とDisplayPort （ディスプレイインターフェース）のトンネリングをサポートしています。USB4はホスト間インターフェースも追加します。^[2]

各仕様のサブバージョンは、 USB 1.0の合計1.5および12 Mbit/sからUSB4の80 Gbit/s（各方向）まで、さまざまな信号速度をサポートしています。 ^{[5] [6] [7] [2]} USBは周辺機器への電力供給も行っており、最新バージョンの規格では、バッテリー充電や最大240ワットを必要とするデバイスへの電力供給制限が拡張されています（USB Power Delivery（USB-PD））。^[8]長年にわたり、USB（-PD）は携帯電話などの多くのモバイルデバイスの標準電源および充電形式として採用されており、専用充電器の必要性が低減しています。^[9]

USBは、データの交換と電力供給の両方を目的として、周辺機器とパソコンの接続を標準化するために設計されました。USB は、シリアル ポートやパラレル ポートなどのインターフェイスに取って代わり、さまざまなデバイスで一般的に使用されるようになりました。USB 経由で接続される周辺機器には、コンピューターのキーボードやマウス、ビデオ カメラ、プリンター、ポータブル メディア プレーヤー、モバイル (ポータブル) デジタル電話、ディスク ドライブ、ネットワーク アダプターなどがあります。

ポータブル デバイス用の他のタイプの充電ケーブルに代わって、USB コネクタが使用されるケースが増えています。

USB コネクタ インターフェイスは、ホスト、ハブ、周辺機器に見られるさまざまなレガシー タイプ A (アップストリーム) およびタイプ B (ダウンストリーム) コネクタと、USB4 に唯一適用可能なコネクタとして多くのレガシーコネクタに代わる最新のタイプ C ( USB-C ) コネクタの 3 種類に分類されます。

タイプAおよびタイプBコネクタには、標準、ミニ、マイクロのサイズがありました。標準フォーマットは最も大きく、主にデスクトップや大型の周辺機器に使用されていました。ミニUSBコネクタ（ミニA、ミニB、ミニAB）はモバイルデバイス用に導入されましたが、すぐにより薄いマイクロUSBコネクタ（マイクロA、マイクロB、マイクロAB）に置き換えられました。USB-Cとも呼ばれるタイプCコネクタはUSB専用ではなく、USBの唯一の現在の標準であり、USB4に必須であり、最新のDisplayPortやThunderboltを含む他の標準でも必須です。リバーシブルで、USBを含むさまざまな機能とプロトコルをサポートできます。ハードウェアの種類（ホスト、周辺機器、ハブ）に応じて、一部は必須で、多くはオプションです。^{[10] [11]}

USB 仕様は下位互換性を提供し、通常は信号速度、最大電力、その他の機能が低下します。USB 1.1 仕様は USB 1.0 に代わるものです。USB 2.0 仕様は USB 1.0/1.1 と下位互換性があります。USB 3.2 仕様は USB 2.0 仕様を含みながら USB 3.1 (および USB 3.0) に代わるものです。USB4 は USB 3.2 を「機能的に」置き換えますが、USB 2.0 バスは並行して動作します。^{[5] [6] [7] [2]}

USB 3.0 仕様では、SuperSpeed (別名SuperSpeed USB、SSとして販売) という新しいアーキテクチャとプロトコルが定義されました。これには、新しい信号コーディング方式 (8b/10b シンボル、5 Gbit/s、後にGen 1とも呼ばれる) 用の新しいレーンが含まれており、物理的に 5 本のワイヤとピンを追加で必要とする全二重データ転送を提供します。その一方で、USB 2.0 のアーキテクチャとプロトコルは維持され、USB 2.0 の下位互換性のために元の 4 本のピン/ワイヤが保持され、合計 9 本のワイヤ (コネクタ インターフェイスに 9 本または 10 本のピン、ID ピンは配線されていません) になります。

USB 3.1 仕様では、 SuperSpeedアーキテクチャとプロトコル ( SuperSpeed USB )を維持しながら、拡張 SuperSpeed システムが導入されました。これには、新しいコーディング スキーマ (128b/132b シンボル、10 Gbit/s、 Gen 2とも呼ばれる) を追加した追加の SuperSpeedPlus アーキテクチャとプロトコル (別名SuperSpeedPlus USB) が含まれており、しばらくの間S​​uperSpeed+ ( SS+ ) として販売されていました。

USB 3.2仕様^[7]では、他の機能強化に加えて、Enhanced SuperSpeed Systemに2番目のレーンを追加し、 SuperSpeedPlus USBシステム部分がGen 1×2、Gen 2×1、およびGen 2×2動作モードを実装しています。 ただし、システムのSuperSpeed USB部分は、1レーンのGen 1×1動作モードを実装したままです。 そのため、2レーン動作、すなわちUSB 3.2 Gen 1× 2（10Gbit/s）とGen 2× 2（20Gbit/s）は、フル機能USB-Cでのみ可能です。 2023年現在、これらはあまり実装されていません。 ただし、Intelは第11世代SoCプロセッサモデルにこれらを含め始めましたが、Appleは提供しませんでした。 一方、USB 3.2 Gen 1（×1）（5Gbit/s）とGen 2（×1）（10Gbit/s）は、ここ数年かなり一般的になっています。

各 USB 接続は、レセプタクルとプラグの2 つのコネクタを使用して行われます。図にはレセプタクルのみが表示されています。

ユニバーサルシリアルバスは、従来の標準またはアドホックな独自インターフェースと比較して、パーソナルコンピュータと携帯電話、コンピュータアクセサリ、モニタなどの周辺機器間のインターフェースを簡素化および改善するために開発されました。^[12]

コンピュータ ユーザーの観点から見ると、USB インターフェイスはいくつかの点で使いやすさを向上させます。

• USBインターフェースは自己構成型であるため、ユーザーがデバイスの速度やデータ形式の設定を調整したり、割り込み、入出力アドレス、直接メモリアクセスチャネルを構成したりする必要がない。^[13]
• USB コネクタはホストで標準化されているため、どの周辺機器でも利用可能なほとんどのレセプタクルを使用できます。
• USB は、周辺機器に経済的に投入できる追加の処理能力を最大限に活用し、周辺機器が自己管理できるようにします。そのため、USB デバイスには、ユーザーが調整できるインターフェイス設定がないことがよくあります。
• USB インターフェースはホットスワップ可能です(ホスト コンピュータをシャットダウンせずにデバイスを交換できます)。
• 小型デバイスは USB インターフェースから直接電源を供給できるため、追加の電源ケーブルは不要です。
• USB ロゴの使用はコンプライアンス テスト後にのみ許可されるため、ユーザーは設定や構成を頻繁に操作しなくても USB デバイスが期待どおりに動作することを確信できます。
• USBインターフェースは一般的なエラーからの回復のためのプロトコルを定義しており、以前のインターフェースよりも信頼性が向上しています。^[12]
• USB 標準に依存するデバイスをインストールするには、最小限のオペレータ操作が必要です。ユーザーが実行中のコンピュータのポートにデバイスを接続すると、既存のデバイス ドライバーを使用してデバイスが完全に自動的に構成されるか、システムがユーザーにドライバーの検索を要求し、ドライバーが自動的にインストールされて構成されます。

USB 規格は、ハードウェア メーカーとソフトウェア開発者に、特に実装の容易さという点で、さまざまな利点をもたらします。

• USB 規格により、新しい周辺機器に対する独自のインターフェースを開発する必要がなくなります。
• USB インターフェースから利用できる幅広い転送速度は、キーボードやマウスからストリーミング ビデオ インターフェースに至るまで、さまざまなデバイスに適しています。
• USB インターフェイスは、時間的に重要な機能に対して最適なレイテンシを提供するように設計することも、システム リソースにほとんど影響を与えずに大量のデータをバックグラウンドで転送するように設定することもできます。
• USBインターフェースは汎用化されており、1つのデバイスの1つの機能にのみ専用の信号線はありません。^[12]

すべての標準規格と同様に、USB の設計には複数の制限があります。

• USB ケーブルは、部屋や建物間ではなく、同じテーブル上の周辺機器を対象にした規格であるため、長さに制限があります。ただし、USB ポートを、離れた場所にあるデバイスにアクセスするゲートウェイに接続することは可能です。
• USB のデータ転送速度は、 100 ギガビット イーサネットなどの他の相互接続よりも遅くなります。
• USBは厳密なツリーネットワークトポロジと周辺機器のアドレス指定のためのマスター/スレーブプロトコルを持っています。スレーブデバイスはホストを経由しない限り相互に通信できず、2つのホストはUSBポートを介して直接通信することはできません。この制限はUSB On-The-Go、Dual-Role-Devices ^[14]、プロトコルブリッジを通じていくらか拡張可能です。
• ホストはすべての周辺機器に一度に信号をブロードキャストすることはできません。各周辺機器を個別にアドレス指定する必要があります。
• 特定のレガシー インターフェイスと USBの間にはコンバーターが存在しますが、レガシー ハードウェアを完全に実装できない場合があります。たとえば、USB からパラレル ポートへのコンバーターはプリンターでは適切に機能しますが、データ ピンの双方向使用を必要とするスキャナーでは機能しません。

製品開発者にとって、USB を使用するには複雑なプロトコルの実装が必要であり、周辺機器に「インテリジェント」なコントローラが必要です。一般に販売を目的とした USB デバイスの開発者は、USB ID を取得する必要があり、そのためにはUSB Implementers Forum (USB-IF) に料金を支払う必要があります。USB 仕様を使用する製品の開発者は、USB-IF との契約に署名する必要があります。製品に USB ロゴを使用するには、年会費と組織のメンバーシップが必要です。^[12]

1995年にUSBの開発を開始した企業は7社あった^{[16] 。} コンパック、DEC、IBM、インテル、マイクロソフト、NEC、ノーテル。目標は、PCの背面にある多数のコネクタを置き換え、既存のインターフェースの使いやすさの問題を解決し、USBに接続されたすべてのデバイスのソフトウェア構成を簡素化し、外部デバイスのデータ転送速度を向上させ、プラグアンドプレイ機能を可能にすることで、PCへの外部デバイスの接続を根本的に容易にすることだった。^[17] Ajay Bhattと彼のチームはインテルで標準規格の開発に取り組んだ。^{[18] [19]} USBをサポートする最初の集積回路は1995年にインテルによって製造された。^[20]

1996年1月にリリースされたUSB 1.0は、1.5 Mbit/s（低帯域幅または低速）および12 Mbit/s（フルスピード）の信号速度を指定しました。^[21]タイミングと電力の制限により、延長ケーブルは使用できませんでした。1998年8月にUSB 1.1がリリースされるまで、市場に流通したUSBデバイスはほとんどありませんでした。USB 1.1は広く採用され、Microsoftが「レガシーフリーPC」と名付けた最も初期の改訂版でした。^{[22] [23] [24]}

USB 1.0 も 1.1 も、標準のタイプ A またはタイプ B よりも小さいコネクタの設計は指定していませんでした。小型のタイプ B コネクタの設計は多くの周辺機器に見られましたが、小型コネクタを備えた周辺機器をテザー接続 (つまり、周辺機器側にプラグやレセプタクルがない) として扱うことで、 USB 1.x標準への準拠が妨げられました。USB 2.0 (リビジョン 1.01) で導入されるまで、小型のタイプ A コネクタは知られていませんでした。

USB 2.0は2000年4月にリリースされ、 USB 1.xのフルスピード信号速度12Mbit/s（理論上の最大データスループット1.2MByte/s）に加えて、高速または高帯域幅と呼ばれる最大信号速度480Mbit/s（理論上の最大データスループット53MByte/s ^{[25] ）が追加されました。 [26]}

USB仕様の変更は、エンジニアリング変更通知（ECN）を通じて行われてきました。これらのECNの中で最も重要なものは、USB.orgから入手できるUSB 2.0仕様パッケージに含まれています。^[27]

• Mini-A および Mini-B コネクタ
• Micro-USB ケーブルおよびコネクタ仕様 1.01
• InterChip USBサプリメント
• On-The-Go Supplement 1.3 USB On-The-Goを使用すると、別のUSBホストを必要とせずに2つのUSBデバイスが相互に通信できるようになります。
• バッテリー充電仕様 1.1専用充電器、バッテリー切れのデバイスに対するホスト充電器の動作のサポートを追加
• バッテリー充電仕様1.2：^[28]未設定デバイスの充電ポートの電流を1.5Aに増加し、最大1.5Aの電流で高速通信を可能にする。
• リンク電源管理補遺ECNはスリープ電源状態を追加します

USB 3.0仕様は2008年11月12日にリリースされ、その管理はUSB 3.0プロモーターグループからUSB実装者フォーラム（USB-IF）に移管され、2008年11月17日のSuperSpeed USB開発者会議で発表されました。^[29]

USB 3.0 では、 SuperSpeedという新しいアーキテクチャとプロトコルが追加され、それに関連する下位互換性のあるプラグ、レセプタクル、ケーブルが提供されます。SuperSpeed プラグとレセプタクルは、標準形式のレセプタクルに独特のロゴと青いインサートで識別されます。

SuperSpeed アーキテクチャは、既存の 3 つの動作モードに加えて、5.0 Gbit/s の速度での動作モードを提供します。その効率は、物理的なシンボル エンコーディングやリンク レベルのオーバーヘッドなど、いくつかの要因に依存します。8b/10b エンコーディングで 5 Gbit/s の信号速度では、各バイトの送信に 10 ビットが必要なので、生のスループットは 500 MB/s です。フロー制御、パケット フレーミング、プロトコル オーバーヘッドを考慮すると、生のスループットの約 3 分の 2、つまり 330 MB/s をアプリケーションに送信するのが現実的です。^{[30] : 4–19} SuperSpeed のアーキテクチャは全二重です。以前のすべての実装 (USB 1.0-2.0) はすべて半二重で、ホストによって調停されます。^[31]

低電力デバイスと高電力デバイスはこの規格でも動作しますが、SuperSpeedを実装したデバイスは150mAから900mAまで150mAずつ段階的に増加した電流を供給することができます。^{[30] : 9–9}

USB 3.0 では、USB Attached SCSI プロトコル (UASP)も導入されました。このプロトコルは、一般的に BOT (Bulk-Only-Transfer) プロトコルよりも高速な転送速度を提供します。

2013 年 7 月にリリースされたUSB 3.1には 2 つのバリエーションがあります。最初のバージョンは USB 3.0 のSuperSpeedアーキテクチャとプロトコルを保持し、その動作モードは新たに USB 3.1 Gen 1 と名付けられました[ 32 ^{] [33]。2}番目のバージョンでは、まったく新しいSuperSpeedPlusアーキテクチャとプロトコルが導入され、2 番目の動作モードはUSB 3.1 Gen 2と名付けられました( SuperSpeed+ USBとして販売されています)。SuperSpeed+ は最大信号速度を 10 Gbit/s に倍増し (後にUSB 3.2 仕様でSuperSpeed USB 10 Gbpsとして販売される)、エンコード方式を128b/132bに変更することでラインエンコードのオーバーヘッドをわずか 3% に削減します。^{[32] [34]}

2017年9月にリリースされたUSB 3.2 ^{[35] は}、既存のUSB 3.1 SuperSpeedおよびSuperSpeedPlusアーキテクチャとプロトコル、およびそれぞれの動作モードを保持していますが、新しいUSB -Cファブリックを使用して、信号速度が10および20 Gbit/s（生データ速度は1212および2424 MB/s）の2つの追加のSuperSpeedPlus動作モード（USB 3.2 Gen 1×2およびUSB 3.2 Gen 2×2）を導入しています。帯域幅の増加は、もともとUSB-Cコネクタのフリップフロップ機能のために意図されていた既存のワイヤでの2レーン動作の結果です。^[36]

USB 3.2仕様から、USB-IFは新しい命名方式を導入しました。^[37]企業がさまざまな動作モードをブランド化できるように、USB-IFは5、10、20 Gbit/sの機能をそれぞれSuperSpeed USB 5Gbps、 SuperSpeed USB 10Gbps、SuperSpeed USB 20Gbpsとしてブランド化することを推奨しました。^[38]

2023年には再び置き換えられ、^[39] 「SuperSpeed」が削除され、USB 5Gbps、USB 10Gbps、USB 20Gbpsになりました。新しいパッケージとポートのロゴが付きました。^[40]

USB4仕様は2019年8月29日にUSB実装者フォーラムによってリリースされました。^[41]

USB4 2.0仕様は、2022年9月1日にUSB実装者フォーラムによってリリースされました。^[42]

USB4はThunderbolt 3プロトコルに基づいています。^[43] 40Gbit/sのスループットをサポートし、Thunderbolt 3と互換性があり、USB 3.2およびUSB 2.0と下位互換性があります。^{[44] [45]}このアーキテクチャは、単一の高速リンクを複数のエンドデバイスタイプで動的に共有する方法を定義し、タイプとアプリケーションによるデータ転送に最適です。

CES 2020において、USB-IF と Intel は、すべてのオプション機能をサポートする USB4 製品をThunderbolt 4製品として許可する意向を表明しました。

80Gbit/sの速度を持つUSB4 2.0は2024年11月に発表される予定である。^{[46] [47]}さらなる技術的な詳細は、2024年11月に予定されている2つのUSB開発者デーで発表される予定である。^[48]

USB4仕様では、以下の技術がUSB4でサポートされることが規定されている。^[41]

以前の混乱を招く命名規則のため、USB-IFは再度変更することを決定しました。2022年9月2日現在、マーケティング名は「USB  x Gbps」という構文に従います。ここで、xはGbit/s単位の転送速度です。^[49]更新された名前とロゴの概要は、隣の表で確認できます。

動作モード USB 3.2 Gen 2×2 と USB4 Gen 2×2、または USB 3.2 Gen 2×1 と USB4 Gen 2×1 は交換可能でも互換性もありません。すべての参加コントローラーは同じモードで動作する必要があります。

^{USBシステムは、1つ以上のダウンストリーム対向ポート（DFP） [57]}を持つホストと複数の周辺機器で構成され、階層型スタートポロジを形成します。追加のUSBハブを含めることができ、最大5層まで可能です。USBホストには、それぞれ1つ以上のポートを持つ複数のコントローラが存在する場合があります。最大127台のデバイスを1つのホストコントローラに接続できます。^{[58] [30] ：8～29台の}USBデバイスがハブを介して直列に接続されます。ホストコントローラに組み込まれたハブはルートハブと呼ばれます。

USB デバイスは、デバイス機能と呼ばれる複数の論理サブデバイスで構成される場合があります。複合デバイスは、たとえば、内蔵マイク (オーディオ デバイス機能) を備えたウェブカメラ(ビデオ デバイス機能) など、複数の機能を提供する場合があります。これに代わるデバイスとして複合デバイスがあります。複合デバイスでは、ホストが各論理デバイスに個別のアドレスを割り当て、すべての論理デバイスが物理 USB ケーブルに接続する内蔵ハブに接続されます。

USB デバイスの通信は、パイプ(論理チャネル)に基づいています。パイプとは、ホスト コントローラからデバイス内の論理エンティティ(エンドポイントと呼ばれる) への接続です。パイプはエンドポイントに対応するため、これらの用語は互換的に使用されることがあります。各 USB デバイスには最大 32 個のエンドポイント (16 個の入力と 16 個の出力) を設定できますが、これほど多くのエンドポイントを設定することはまれです。エンドポイントは、初期化 (物理接続後の「列挙」と呼ばれる期間) 中にデバイスによって定義および番号付けされるため、比較的永続的ですが、パイプは開いたり閉じたりすることができます。

パイプには、ストリームとメッセージの 2 種類があります。

• メッセージパイプは双方向であり、制御転送に使用されます。メッセージパイプは通常、デバイスへの短くて単純なコマンドや、デバイスからのステータス応答に使用され、たとえばバス制御パイプ番号 0 によって使用されます。
• ストリームパイプは、アイソクロナス、^[59] 割り込み、またはバルク転送を使用してデータを転送する単方向エンドポイントに接続された単方向パイプです。

  アイソクロナス転送

  一定のデータレートが保証されている（固定帯域幅のストリーミングデータの場合）が、データ損失の可能性がある（リアルタイムのオーディオやビデオなど）

  割り込み転送

  ポインティングデバイス、マウス、キーボードなど、保証された素早い応答（制限された遅延）を必要とするデバイス

  一括送金

  残りの利用可能な帯域幅をすべて使用する大規模な散発的な転送。ただし、帯域幅や遅延は保証されません (例: ファイル転送)

ホストがデータ転送を開始すると、(device_address, endpoint_number)のタプルで指定されたエンドポイントを含む TOKEN パケットを送信します。転送がホストからエンドポイントへの場合、ホストは目的のデバイス アドレスとエンドポイント番号を含む OUT パケット (TOKEN パケットの特殊化) を送信します。データ転送がデバイスからホストへの場合、ホストは代わりに IN パケットを送信します。宛先エンドポイントが、製造元の指定方向が TOKEN パケットと一致しない単方向エンドポイントである場合 (たとえば、製造元の指定方向が IN であるのに TOKEN パケットが OUT パケットである場合)、TOKEN パケットは無視されます。それ以外の場合、TOKEN パケットは受け入れられ、データ トランザクションを開始できます。一方、双方向エンドポイントは、IN パケットと OUT パケットの両方を受け入れます。

エンドポイントはインターフェイスにグループ化され、各インターフェイスは単一のデバイス機能に関連付けられます。例外として、エンドポイント 0 はデバイス構成に使用され、どのインターフェイスにも関連付けられていません。独立して制御されるインターフェイスで構成される単一のデバイス機能は、複合デバイスと呼ばれます。ホストは機能にデバイス アドレスのみを割り当てるため、複合デバイスには単一のデバイス アドレスしかありません。

USB デバイスが USB ホストに初めて接続されると、USB デバイスの列挙プロセスが開始されます。列挙は、USB デバイスにリセット信号を送信することによって開始されます。USB デバイスの信号速度は、リセット信号中に決定されます。リセット後、USB デバイスの情報はホストによって読み取られ、デバイスには一意の 7 ビット アドレスが割り当てられます。デバイスがホストによってサポートされている場合は、デバイスとの通信に必要なデバイス ドライバーが読み込まれ、デバイスは構成済みの状態に設定されます。USB ホストが再起動されると、接続されているすべてのデバイスに対して列挙プロセスが繰り返されます。

ホスト コントローラはデバイスへのトラフィック フローを誘導するため、ホスト コントローラからの明示的な要求がなければ、USB デバイスはバス上でデータを転送できません。USB 2.0 では、ホスト コントローラは、通常はラウンドロビン方式でバスのトラフィックをポーリングします。各 USB ポートのスループットは、USB ポートまたはポートに接続されている USB デバイスのどちらか遅い方の速度によって決まります。

高速 USB 2.0 ハブには、高速 USB 2.0 バスと全速バスおよび低速バスを変換するトランザクション トランスレータと呼ばれるデバイスが含まれています。ハブまたはポートごとに 1 つのトランスレータがある場合があります。

各 USB 3.0 ホストには 2 つの個別のコントローラがあるため、USB 3.0 デバイスは、そのホストに接続されている USB 2.0 以前のデバイスに関係なく、USB 3.0 信号速度で送受信を行います。以前のデバイスの動作信号速度は、従来の方法で設定されます。

USB デバイスの機能は、USB ホストに送信されるクラス コードによって定義されます。これにより、ホストはデバイスのソフトウェア モジュールをロードし、さまざまなメーカーの新しいデバイスをサポートできるようになります。

デバイスクラスには以下が含まれる: ^[60]

USB大容量ストレージ デバイス クラス(MSC または UMS) は、ストレージ デバイスへの接続を標準化します。当初は磁気ドライブと光学ドライブを対象としていましたが、フラッシュ ドライブとSD カードリーダーをサポートするように拡張されました。USB アダプタを使用して書き込みロックされたSD カードを起動する機能は、起動メディアの整合性と破損のない元の状態を維持するのに特に便利です。

2005 年初頭以降のほとんどのパーソナル コンピュータは USB 大容量ストレージ デバイスから起動できますが、USB はコンピュータの内部ストレージのプライマリ バスとして意図されたものではありません。ただし、USB にはホットスワップが可能という利点があり、さまざまな種類のドライブを含むモバイル周辺機器に役立ちます。

いくつかのメーカーが外付けポータブル USBハード ディスク ドライブ、またはディスク ドライブ用の空のエンクロージャを提供しています。これらは内蔵ドライブに匹敵するパフォーマンスを提供しますが、接続された USB デバイスの数と種類、および USB インターフェイスの上限によって制限されます。外付けドライブ接続の他の競合規格には、eSATA、ExpressCard、FireWire (IEEE 1394)、そして最近ではThunderbolt があります。

USB大容量記憶装置のもう一つの用途は、ソフトウェアアプリケーション（WebブラウザやVoIPクライアントなど）をホストコンピュータにインストールすることなくポータブルに実行できることである。^{[64] [65]}

メディア転送プロトコル(MTP) は、USB マス ストレージよりも高いレベルのデバイスのファイル システム アクセス (ディスク ブロックではなくファイル レベル) を提供するためにMicrosoftによって設計されました。オプションのDRM機能もあります。MTP はポータブル メディア プレーヤーで使用するために設計されましたが、その後、バージョン 4.1 Jelly Bean 以降、および Windows Phone 8 からAndroid オペレーティング システムの主要なストレージ アクセス プロトコルとして採用されました(Windows Phone 7 デバイスは、MTP の進化形である Zune プロトコルを使用していました)。その主な理由は、MTP は UMS のようにストレージ デバイスへの排他的アクセスを必要とせず、Android プログラムがコンピューターに接続されているときにストレージを要求した場合に発生する可能性のある問題を軽減するためです。主な欠点は、MTP が Windows オペレーティング システム以外では十分にサポートされていないことです。

USB マウスやキーボードは、通常、小型の USB-PS/2 アダプタを使用することで、PS/2ポートを備えた古いコンピュータで使用できます。デュアル プロトコルをサポートするマウスやキーボードの場合は、ロジック回路を含まないパッシブ アダプタを使用できます。キーボードやマウスのUSB ハードウェアは、USB ポートに接続されているか PS/2 ポートに接続されているかを検出し、適切なプロトコルを使用して通信するように設計されています。^[要出典] USB キーボードとマウス (通常はそれぞれ 1 つ) を PS/2 ポートに接続するアクティブ コンバータも存在します。^[66]

デバイスファームウェアアップグレード（DFU）は、USBデバイスのファームウェアをメーカーが提供する改良版にアップグレードするための一般的なメカニズムであり、（例えば）ファームウェアのバグ修正を展開する方法を提供します。ファームウェアアップグレード操作中、USBデバイスは動作モードを変更し、実質的にPROMプログラマーになります。USBデバイスのどのクラスでも、公式のDFU仕様に従うことでこの機能を実装できます。これにより、DFU互換のホストツールを使用してデバイスを更新できます。^{[63] [67] [68]}

DFUは、USBブートローダ機能を内蔵したマイクロコントローラのフラッシュメモリプログラミングプロトコルとして使用されることがあります。 ^[69]

USBデバイスワーキンググループは、オーディオストリーミングの仕様を策定し、マイク、スピーカー、ヘッドセット、電話、楽器などのオーディオクラスの用途向けに特定の標準が開発され、実装されています。ワーキンググループは、オーディオデバイス仕様の3つのバージョンを公開しています。^{[70] [71]} USBオーディオ1.0、2.0、3.0は、「UAC」^[72]または「ADC」と呼ばれます。^[73]

UAC 3.0では、主にポータブルデバイス向けの改善が導入されており、データのバーストや低電力モードの頻繁な維持による電力使用量の削減、デバイスのさまざまなコンポーネントの電源ドメインによる未使用時のシャットダウンなどが可能になっています。^[74]

UAC 2.0では、フルスピードに加えてハイスピードUSBのサポートが導入され、マルチチャンネルインターフェースの帯域幅の拡大、サンプルレートの向上、^[75]固有のレイテンシの低減、^{[76] [72]}同期モードとアダプティブモードでのタイミング解像度の8倍の向上が可能になりました。^[72] UAC2では、クロックドメインの概念も導入されました。これは、どの入力端末と出力端子が同じソースからクロックを取得しているかをホストに提供するほか、DSDなどのオーディオエンコーディング、オーディオエフェクト、チャンネルクラスタリング、ユーザーコントロール、デバイスの説明のサポートが改善されました。^{[72] [77]}

UAC 1.0デバイスは、クロスプラットフォームのドライバーレス互換性のため、依然として一般的です。^[75]また、MicrosoftがUAC 2.0の公開後10年以上実装に失敗し、2017年3月20日のCreators UpdateでようやくWindows 10にサポートを追加したことも一因です。 ^{[78] [79] [77] UAC 2.0は}macOS、iOS、Linuxでもサポートされていますが、^[72] AndroidはUAC 1.0仕様のサブセットのみを実装しています。^[80]

USBは3つのアイソクロナス（固定帯域幅）同期タイプを提供しており、^[81]これらはすべてオーディオデバイスで使用されています。^[82]

• 非同期 - ADC または DAC はホスト コンピュータのクロックとまったく同期されず、デバイスのローカルなフリーランニング クロックで動作します。
• 同期 — デバイスのクロックはUSBのフレーム開始信号（SOF）またはバスインターバル信号に同期されます。たとえば、11.2896MHzのクロックを1kHzのSOF信号に同期させる必要があり、大きな周波数逓倍が必要になります。^{[83] [84]}
• 適応型 - デバイスのクロックはホストからフレームごとに送信されるデータ量に同期されます^[85]

USB仕様では当初、非同期モードは「低価格スピーカー」で、アダプティブモードは「高級デジタルスピーカー」で使用されると説明されていたが、^[86]ハイファイの世界ではその逆の認識があり、非同期モードは機能として宣伝され、アダプティブ/同期モードは悪い評判がある。^{[87] [88] [80]}実際には、エンジニアリングの品質とアプリケーションに応じて、すべてのタイプが高品質または低品質になる可能性があります。^{[84] [72] [89]非同期には、コンピューターのクロックから切り離されるという利点がありますが、複数のソースを組み合わせるときに}サンプルレートの変換が必要になるという欠点があります。

USB委員会が規定するコネクタは、USBの基本的な目標のいくつかをサポートし、コンピュータ業界が使用してきた多くのコネクタから学んだ教訓を反映している。ホストまたはデバイスに取り付けられたメスコネクタはレセプタクルと呼ばれ、ケーブルに接続されたオスコネクタはプラグと呼ばれる。 [ ^{30] : 2-5–2-6}公式のUSB仕様書では、定期的にオスという用語がプラグを表し、メスという用語がレセプタクルを表すと定義されている。^[90]

この設計は、USBプラグをレセプタクルに誤って挿入することを困難にすることを目的としています。USB仕様では、ユーザーが正しい向きを認識できるように、ケーブルプラグとレセプタクルにマークを付けることが義務付けられています。 ^[30]ただし、USB-Cプラグはリバーシブルです。USBケーブルと小型USBデバイスは、一部のコネクタで使用されるネジ、クリップ、サムターンを使用せずに、レセプタクルのグリップ力によって所定の位置に保持されます。

A プラグと B プラグが異なるため、誤って 2 つの電源を接続することがありません。ただし、多目的 USB 接続 (スマートフォンのUSB On-The-Goや USB 電源の Wi-Fi ルーターなど) の登場により、この指向性トポロジの一部が失われ、A 対 A、B 対 B、場合によっては Y/スプリッター ケーブルが必要になります。

USB コネクタの種類は、仕様が進化するにつれて増加しました。元の USB 仕様では、標準 A および標準 B のプラグとレセプタクルが詳細に規定されていました。コネクタは異なっていたため、ユーザーは 1 つのコンピュータ レセプタクルを別のコンピュータ レセプタクルに接続することはできませんでした。標準プラグのデータ ピンは電源ピンに比べて凹んでいるため、デバイスはデータ接続を確立する前に電源を入れることができます。一部のデバイスは、データ接続が確立されているかどうかに応じて異なるモードで動作します。充電ドックは電源を供給し、ホスト デバイスやデータ ピンを含まないため、対応している USB デバイスであれば標準の USB ケーブルから充電または操作できます。充電ケーブルは電源接続を提供しますが、データは提供しません。充電専用ケーブルでは、データ ワイヤがデバイス側で短絡されています。そうしないと、デバイスが充電器を不適切として拒否する場合があります。

USB 1.1規格では、デバイスがフルスピード（12Mbit/s）で動作している場合の標準ケーブルの最大長は5メートル（16フィート5インチ）、デバイスが低速（1.5Mbit/s）で動作している場合の標準ケーブルの最大長は3メートル（9フィート10インチ）と規定されています。^{[91] [92] [93]}

USB 2.0は、高速（480Mbit/s）で動作するデバイスに対して最大5メートル（16フィート5インチ）のケーブル長を規定しています。^[93]

USB 3.0規格ではケーブルの最大長を直接規定しておらず、すべてのケーブルが電気仕様を満たすことのみを要求しています。AWG 26ワイヤを使用した銅ケーブルの場合、実用 的な最大長は3メートル（9フィート10インチ）です。^[94]

市場には、PC 同士を直接接続できる USB ブリッジ ケーブル、またはデータ転送ケーブルがあります。ブリッジ ケーブルは、ケーブルの中央にチップとアクティブ エレクトロニクスを備えた特殊なケーブルです。ケーブルの中央にあるチップは、両方のコンピューターの周辺機器として機能し、コンピューター間のピアツーピア通信を可能にします。USB ブリッジ ケーブルは、2 台のコンピューターの USB ポートを介してファイルを転送するために使用されます。

Microsoft によってWindows Easy Transferとして普及したこの Microsoft ユーティリティは、特別な USB ブリッジ ケーブルを使用して、以前のバージョンの Windows を実行しているコンピューターから新しいバージョンの Windows を実行しているコンピューターに個人ファイルと設定を転送します。Windows Easy Transferソフトウェアの使用の文脈では、ブリッジ ケーブルはEasy Transfer ケーブルと呼ばれることもあります。

多くの USB ブリッジ / データ転送ケーブルは依然として USB 2.0 ですが、USB 3.0 転送ケーブルも多数あります。USB 3.0 は USB 2.0 より 10 倍高速ですが、USB 3.0 転送ケーブルは設計上、2 ～ 3 倍しか高速ではありません。^{[説明が必要]}

USB 3.0 仕様では、2 台の PC を接続するための電源なしの A-to-A クロスオーバー ケーブルが導入されました。これらはデータ転送用ではなく、診断用途を目的としています。

USB ブリッジケーブルは、USB 3.1 仕様で導入された USB デュアルロールデバイス機能により、重要性が低下しました。最新の仕様では、USB は、Type-C ケーブルでシステムを直接接続するほとんどのシナリオをサポートしています。ただし、この機能が機能するには、接続されたシステムがロールスイッチングをサポートしている必要があります。デュアルロール機能には、システム内に2 つのコントローラーとロールコントローラーが必要です。これは、タブレットや電話などのモバイルプラットフォームでは期待できますが、デスクトップ PC やラップトップでは、デュアルロールをサポートしていないことがよくあります。^[95]

アップストリーム USB コネクタは、V_BUS ピンを介してダウンストリーム USB デバイスに公称 5 V DC の電力を供給します。

このセクションでは、 Power-Delivery (USB-PD)以前に存在していた USB の電力分配モデルについて説明します。PD を使用しないデバイスでは、USB は Type-A および Type-B コネクタを介して最大 7.5 W、USB-C を介して最大 15 W を供給します。PD 以前のすべての USB 電源は 5 V で供給されます。

デバイスに電力を供給するホストの場合、USB にはユニット負荷の概念があります。どのデバイスも 1 ユニットの電力を消費し、デバイスはこれらの個別のステップでより多くの電力を要求する場合があります。ホストが要求された電力を供給する必要はなく、デバイスはネゴシエートされた以上の電力を消費することはできません。

1 ユニット以下の電力を消費するデバイスは、低電力デバイスと呼ばれます。すべてのデバイスは、構成されていない状態で起動すると、低電力デバイスとして動作する必要があります。USB 2.0 までの USB デバイスの場合、ユニット負荷は 100 mA (または 500 mW) ですが、USB 3.0 ではユニット負荷が 150 mA (750 mW) と定義されています。フル機能の USB-C は、ユニット負荷が 250 mA (または 1250 mW) の低電力デバイスをサポートできます。

1 ユニット以上を消費するデバイスは、高電力デバイスです (一般的な 2.5 インチ ハード ディスク ドライブなど)。USB 2.0 までは、ホストまたはハブが各デバイスに最大 2.5 W を 100 mA の 5 段階で供給でき、SuperSpeed デバイス (USB 3.0 以上) では、ホストまたはハブが最大 4.5 W を 150 mA の 6 段階で供給できます。USB-C は、最大 7.5 W を 250 mA の 6 段階で供給する高電力デバイスをサポートします。フル機能の USB-C は最大 15 W をサポートできます。

バッテリー充電モードを認識するために、専用充電ポートはD+端子とD-端子間に200Ωを超えない抵抗を配置します。D+端子とD-端子間の抵抗が200Ω未満の短絡または短絡に近いデータレーンは、充電速度が不定の専用充電ポート（DCP）を意味します。^{[96] [97]}

標準の USB のほかに、1990 年代に開発され、主にレジなどの POS 端末で使用されている PoweredUSBと呼ばれる独自の高出力システムがあります。

USB信号は、90 Ω ± 15%の特性インピーダンスを持つツイストペアデータ線上の差動信号を使用して送信されます。^{[98] USB 2.0およびそれ以前の仕様では、}半二重（HDx）で1つのペアを定義しています。USB 3.0以降の仕様では、USB 2.0互換性のために1つの専用ペアと、データ転送用に2つまたは4つのペアを定義しています。シングルレーンバリアントの全二重（FDx）で2つのペアには、少なくともSuperSpeed（SS）コネクタが必要です。2レーン（×2）バリアントの全二重で4つのペアには、USB-Cコネクタが必要です。USB4 Gen 4では、4つのペアすべてを使用する必要がありますが、非対称のペア構成が許可されています。^[99]この場合、1つのレーンはアップストリームデータに使用され、他の3つはダウンストリームデータに使用されるか、その逆になります。 USB4 Gen 4は3レベルのパルス振幅変調を使用し、送信されるボーごとに1ビットの情報を提供します。12.8GHzの送信周波数は25.6GBdの送信速度に変換されます^[100]。また、11ビットから7ビットへの変換により、理論上の最大送信速度は40.2Gbit/sを超えます^{[101] 。}

• 低速 (LS) モードと全速 (FS)モードでは、半二重で D+ と D- というラベルの付いた単一のデータ ワイヤ ペアを使用します。送信される信号レベルは、論理低レベルで0.0～0.3 V、論理高レベルで2.8～3.6 Vです。信号線は終端されていません。
• 高速 (HS)では同じワイヤ ペアを使用しますが、電気的な規則が異なります。信号電圧は、低レベルでは-10 ～ 10 mV 、論理高レベルでは360 ～ 440 mV と低く、データ ケーブルのインピーダンスに合わせて 45 Ω のグランド終端または 90 Ω の差動終端を使用します。
• SuperSpeed (SS) は、別の接地線に加えて、シールドされたツイスト データ線 (およびほぼ互換性のある新しい拡張コネクタ) のペアを 2 つ追加します。これらは、全二重 SuperSpeed 操作専用です。SuperSpeed リンクは、USB 2.0 チャネルとは独立して動作し、接続時に優先されます。リンク構成は、LFPS (低周波周期信号、約 20 MHz の周波数) を使用して実行され、電気的機能には、送信側での電圧デエンファシス、および伝送ラインでの電気的損失に対抗するための受信側での適応型線形イコライゼーションが含まれ、リンクはリンク トレーニングの概念を導入します。
• SuperSpeed+ (SS+) は、信号速度の向上 (Gen 2×1 モード) と USB-C の追加レーン (Gen 1×2 および Gen 2×2 モード) を備えた新しいコーディング スキームを使用します。

USB 接続は、常にA端 (ホストまたはハブのダウンストリーム ポート) とB端 (周辺機器またはハブのアップストリーム ポート) の間で行われます。歴史的に、ホストにはタイプ A ポートのみ、周辺機器にはタイプ B ポートのみがあり、すべての (有効な) ケーブルにはタイプ A プラグとタイプ B プラグが 1 つずつあることから、このことは明らかでした。USB-C (タイプ C) は、すべてのタイプ A およびタイプ B コネクタ (レガシーコネクタ) に代わる単一のコネクタであるため、両側が USB-C ポートを備えた最新の機器である場合、どちらがホスト(A) でどちらがデバイス(B)であるかをネゴシエートします。

USB 通信中、データはパケットとして送信されます。最初に、すべてのパケットはホストからルート ハブ (場合によっては複数のハブ) を経由してデバイスに送信されます。これらのパケットの一部は、デバイスに応答としてパケットを送信するように指示します。

USB の基本的なトランザクションは次のとおりです。

• OUTトランザクション
• INトランザクション
• SETUPトランザクション
• 制御転送交換

USBインプリメンターズフォーラムは、2015年7月29日にUSBプロトコルに基づくメディアアグノスティックUSB（MA-USB）v.1.0無線通信規格を発表しました。ワイヤレスUSBはケーブルに代わる技術であり、最大480Mbit/sのデータレートを実現する超広帯域 無線技術を使用しています。 ^[103]

USB-IFは、MA-USB仕様の初期基盤としてWiGig Serial Extension v1.2仕様を使用し、SuperSpeed USB (3.0および3.1)およびHi-Speed USB (USB 2.0)に準拠しています。MA-USBを使用するデバイスは、製品が認証プログラムに合格した場合、「Powered by MA-USB」というブランド名が付けられます。^[104]

InterChip USBは、通常のUSBに見られる従来のトランシーバーを排除したチップツーチップの変種です。HSIC物理層は、USB 2.0と比較して約50％の消費電力と75％の基板面積を削減します。^{[105]これは、} SPIとI2Cの代替規格です。

USB-C (正式にはUSB Type-C ) は、新しいコネクタといくつかの新しい接続機能を定義する標準です。その中でも、 USB-C コネクタとケーブルを介して他のプロトコルを転送できる代替モードをサポートしています。これは通常、DisplayPortまたはHDMIプロトコルをサポートするために使用され、コンピューター モニターやテレビなどのディスプレイをUSB-C 経由で接続できます。

その他のコネクタはUSB 3.2の2レーン動作（Gen 1×2およびGen 2×2）には対応していませんが、1レーン動作（Gen 1×1およびGen 2×1）には使用できます。^[106]

DisplayLink は、USB 経由で複数のディスプレイをコンピューターに接続できるようにするテクノロジーです。2006 年頃に導入され、USB-C 経由の代替モードが登場する前は、USB 経由でディスプレイを接続する唯一の方法でした。これは独自のテクノロジーであり、USB Implementers Forum によって標準化されておらず、通常、コンピューターに 別のデバイス ドライバーが必要です。

当初、USB は、ディスク ドライブ、オーディオ インターフェイス、ビデオ機器などの周辺機器を効率的に相互接続する高帯域幅シリアル バスとして設計された FireWire ( IEEE 1394 ) テクノロジを補完するものと考えられていました。初期の設計では、USB ははるかに低いデータ レートで動作し、それほど高度なハードウェアを使用していませんでした。キーボードやポインティング デバイスなどの小型周辺機器に適していました。

FireWire と USB の最も重要な技術的な違いは次のとおりです。

• USB ネットワークは階層型スタートポロジを使用し、IEEE 1394 ネットワークはツリートポロジを使用します。
• USB 1.0、1.1、および 2.0 は、「speak-when-spoken-to」プロトコルを使用します。つまり、各周辺機器は、ホストが通信を明示的に要求したときにホストと通信します。USB 3.0 では、デバイスからホストへの通信を開始できます。FireWire デバイスは、ネットワークの状態に応じて、いつでも他のノードと通信できます。
• USB ネットワークは、ツリーの最上部にある単一のホストに依存してネットワークを制御します。すべての通信は、ホストと 1 つの周辺機器の間で行われます。FireWire ネットワークでは、対応ノードであればどれでもネットワークを制御できます。
• USB は 5 V の電源ラインで動作します が、FireWire は 12 V を供給し、理論上は最大 30 V を供給できます。
• 標準 USB ハブ ポートは、通常 500 mA/2.5 W の電流を供給できますが、非ハブ ポートからは 100 mA しか供給できません。USB 3.0 および USB On-The-Go は 1.8 A/9.0 W (専用バッテリー充電の場合は、全帯域幅で 1.5 A/7.5 W、高帯域幅で 900 mA/4.5 W) を供給します。一方、FireWire は理論上最大 60 ワットの電力を供給できますが、通常は 10 ～ 20 ワットです。

これらの違いやその他の違いは、2つのバスの設計目標が異なることを反映している。USBはシンプルさと低コストのために設計されたのに対し、FireWireは特にオーディオやビデオなどの時間に敏感なアプリケーションにおける高性能のために設計された。理論上の最大信号速度は似ているものの、FireWire 400は実際の使用ではUSB 2.0の高帯域幅よりも高速であり、^[107]特に外付けハードドライブなどの高帯域幅での使用では高速である。^{[108] [109] [110] [111]}新しいFireWire 800規格は、FireWire 400の2倍の速度で、理論上も実用上もUSB 2.0の高帯域幅よりも高速である。^{[112]ただし、FireWireの速度の利点は、}ダイレクトメモリアクセス（DMA）などの低レベル技術に依存しており、これがDMA攻撃などのセキュリティ上の弱点を生み出している。

USBとFireWireを実装するために使用されるチップセットとドライバーは、周辺機器との互換性とともに、仕様で規定された帯域幅が現実世界でどれだけ達成されるかに重大な影響を及ぼします。^[113]

IEEE 802.3af、802.3at、および802.3bt Power over Ethernet (PoE) 規格は、Powered USB よりも複雑な電力ネゴシエーション方式を規定しています。これらは 48 V  DCで動作し、最大 100 メートルのケーブルでより多くの電力 ( 802.3afの場合は最大 12.95 W 、 802.3at (別名PoE+ )の場合は最大 25.5 W 、 802.3bt (別名4PPoE ) ) を供給できます。USB 2.0 では、最大ケーブル長 5 メートルで 2.5 W を供給します。このため、PoE は、Voice over IP電話、閉回路テレビカメラ、セキュリティ カメラ、ワイヤレス アクセス ポイント、および建物内のその他のネットワーク デバイスで人気があります。ただし、距離が短く電力需要が低い場合は、USB の方が PoE よりも安価です。

イーサネット規格では、ネットワークデバイス（コンピュータ、電話など）とネットワークケーブルの間に、最大1500 V ACまたは2250 V DCを60秒間電気的に絶縁することが求められています。^[114] USBにはそのような要件はありません。USBはホストコンピュータに密接に関連する周辺機器用に設計されており、実際には周辺機器とホストの接地を接続しているからです。これにより、ケーブルやDSLモデムなどの周辺機器が外部配線に接続され、特定の障害条件下では危険な電圧がかかる可能性があるという点において、イーサネットはUSBよりも安全性の面で大きな利点があります。^{[115] [116]}

MIDIデバイスのUSBデバイスクラス定義は、 USB経由で音楽楽器デジタルインターフェース（MIDI）音楽データを送信します。^[117] MIDI機能は、最大16本の仮想MIDIケーブルを同時に使用できるように拡張されており、各ケーブルは通常のMIDI 16チャンネルとクロックを伝送できます。

USB は、低コストで物理的に隣接するデバイスでは競争力があります。ただし、Power over Ethernet とMIDIプラグ規格は、ケーブルが長い可能性のあるハイエンド デバイスでは有利です。USB は両方のトランシーバーの接地基準を接続するため、機器間で接地ループの問題を引き起こす可能性があります。対照的に、MIDI プラグ規格とEthernet には、 500 V以上 の絶縁が組み込まれています。

eSATAコネクタは、外付けハード ドライブや SSD への接続を目的とした、より堅牢なSATAコネクタです。eSATA の転送速度 (最大 6 Gbit/s) は、USB 3.0 (最大 5 Gbit/s) や USB 3.1 (最大 10 Gbit/s) の転送速度と同等です。eSATA で接続されたデバイスは通常の SATA デバイスとして表示され、内蔵ドライブに関連する完全なパフォーマンスと完全な互換性の両方を提供します。

eSATA は外部デバイスに電力を供給しません。これは USB と比べてますます不利になっています。USB 3.0 の 4.5 W は外部ハード ドライブに電力を供給するには不十分な場合もありますが、技術が進歩し、外部ドライブに必要な電力が徐々に少なくなり、eSATA の利点は薄れつつあります。eSATAp (power over eSATA、別名 ESATA/USB)は2009 年に導入されたコネクタで、新しい下位互換性のあるコネクタを使用して接続されたデバイスに電力を供給します。ノートブックでは、eSATAp は通常 2.5 インチ HDD/SSD に電力を供給するために 5 V のみを供給します。デスクトップ ワークステーションでは、さらに 12 V を供給して、3.5 インチ HDD/SSD や 5.25 インチ光学ドライブなどの大型デバイスに電力を供給できます。

eSATAp サポートは、マザーボードの SATA、電源、USB リソースを接続するブラケットの形でデスクトップ マシンに追加できます。

eSATA は USB と同様にホットプラグをサポートしていますが、OS ドライバーやデバイス ファームウェアによって制限される場合があります。

ThunderboltはPCI ExpressとMini DisplayPortを新しいシリアルデータインターフェースに統合します。オリジナルのThunderbolt実装には2つのチャネルがあり、それぞれの転送速度は10Gbit/sで、結果として総単方向帯域幅は20Gbit/sになります。^[118]

Thunderbolt 2はリンクアグリゲーションを使用して、2つの10Gbit/sチャネルを1つの双方向20Gbit/sチャネルに結合します。^[119]

Thunderbolt 3とThunderbolt 4はUSB-Cを使用します。^{[120] [121] [122]} Thunderbolt 3には2つの物理的な20 Gbit/s双方向チャネルがあり、1つの論理的な40 Gbit/s双方向チャネルとして集約されています。Thunderbolt 3コントローラーはUSB 3.1 Gen 2コントローラーを組み込むことができ、USBデバイスとの互換性を提供します。また、DisplayPort Alternate ModeやDisplayPort over USB4 Fabricも提供できるため、Thunderbolt 3ポートの機能はUSB 3.1 Gen 2ポートのスーパーセットになります。

DisplayPort 代替モード 2.0: USB4 (USB-C が必要) では、ハブが USB-C 代替モードを介して DisplayPort 2.0 をサポートする必要があります。DisplayPort 2.0 は、HDR10 カラーで 60 Hz で 8K 解像度をサポートできます。^[123] DisplayPort 2.0 は最大 80 Gbit/s を使用できます。これは、すべてのデータを一方向 (モニターへ) に送信するため、一度に 8 本のデータ ワイヤをすべて使用できるため、USB データで使用できる量の 2 倍です。^[123]

仕様がロイヤリティフリーとなり、Thunderboltプロトコルの管理がIntelからUSB Implementers Forumに移管された後、Thunderbolt 3はUSB4仕様に効果的に実装されました。Thunderbolt 3との互換性はオプションですが、USB4製品では推奨されています。^[124]

USB データ信号を他の通信規格に変換したり、他の通信規格から USB データ信号を変換したりする さまざまなプロトコル コンバータが利用可能です。

USB 規格が普及しているため、USB 規格を利用したエクスプロイトが数多く存在します。現在、その最も大きな例の 1 つは、USB キラーと呼ばれるもので、データ ラインに高電圧パルスを送信して USB デバイスに損傷を与えるデバイスです。

Windows XPより前のバージョンのMicrosoft Windowsでは、WindowsはAutoRunを介して特定のデバイス上でスクリプト（存在する場合）を自動的に実行していましたが、その1つはUSB大容量記憶装置であり、悪意のあるソフトウェアが含まれている可能性があります。^[125]

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