Transmissão de Dados em Dispositivos USB

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Transmissão de Dados em Dispositivos USB 
 
Augusto Cézar Ferreira 
Engenharia de Computação 
Universidade Tecnológica Federal do Paraná 
Cornélio Procópio/PR – Brasil 
Email: augusto.c.ferreira@hotmail.com 
Gabriela Bobra Carvalho 
Engenharia de Computação 
Universidade Tecnológica Federal do Paraná 
Cornélio Procópio/PR – Brasil 
Email: gabrielacarvalho@alunos.utfpr.edu.br
Gabriela Mostasso Depizol 
Engenharia de Computação 
Universidade Tecnológica Federal do Paraná 
Cornélio Procópio/PR – Brasil 
Email: gabriela.depizol@hotmail.com 
 
 
 
Abstract—This article aims to explaine the operation and 
work of USB (Universal Serial Bus) devices in the data 
transmission and analyze in daily applications. 
Keywords— usb; bus, data transmission; devices; computer. 
I. RESUMO 
Este artigo tem como objetivo conceituar o 
funcionamento de dispositivos USB (Universal Serial Bus) 
na transmissão de dados e analisar em aplicações do dia a 
dia. 
II. INTRODUÇÃO 
A entrada USB está na maioria dos computadores de hoje 
em dia. A função dela é fazer a transferência de dados entre 
computadores e diversos periféricos. 
O objetivo dessa porta é substituir os vários tipos de 
entradas existentes nos computadores e ainda, fornecer mais 
velocidade de transmissão de dados e energia por um único 
cabo. 
Ao decorrer do artigo iremos explicar os diferentes tipos 
de entrada USB, como funciona a transmissão de dados 
nesse barramento, mostrar e analisar aplicações no dia a dia. 
 
III. PROPOSTA DE TRABALHO 
É proposto nesse trabalho analisar e mostrar a 
velocidade que trabalha o computador quando há a 
transmissão de dados na porta USB assim que é colocado 
um pen drive e um HD externo. Como há dois tipos de USB 
no computador utilizado para o trabalho (uma porta 2.0 e 
uma porta 3.0) será testada as duas para mostrar no artigo a 
diferença de funcionamento entre elas. 
 
IV. CRONOGRAMA 
Como não haverá compra de materiais para o trabalho, o 
cronograma será bem simples, como podemos ver a seguir: 
 
DATA ATIVIDADE 
05/05 Definição do tema: “Transmissão de dados 
em dispositivos USB” 
06/05 Definição dos métodos de pesquisa 
08/05 Elaboração do cronograma 
09 e 10/05 Estudo do tema, busca de referências 
16 e 17/05 Estudo do tema, busca de referências 
23 e 24/05 Definição de dispositivos a serem 
utilizados 
30 e 31/05 Teste de velocidade com os dispositivos 
escolhidos 
06 e 07/06 Análise dos dados obtidos 
13 e 14/06 Desenvolvimento do trabalho teórico 
20/06 Ensaio para a apresentação 
21/06 Apresentação do projeto 
 
V. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
A transmissão de dados via USB é baseada no envio de 
pacotes bilateral, ou seja, o dispositivo e o host podem 
enviar e receber informações. 
No USB são utilizados três tipos de pacotes e existem 
quatro tipos de transferência. 
O primeiro tipo é o Control, ele serve para configurar ou 
transmitir parâmetros de controle a um dispositivo. 
O segundo tipo de transferência é o Bulk, é usada em 
impressoras e scanners, para fazer a grande transferência de 
seus dados. 
O terceiro é o Interrupt, consiste em uma transferência 
de pequena quantidade de dados. 
O último tipo é Isochronous tráfego de dados criados, 
enviados e recebidos em tempo real. 
VI. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
Dispositivos USB – Universal Serial Bus, em português, 
Porta Universal – pode ser encontrada em praticamente 
todos os computadores. Além de realizar transferência de 
energia é também um dos mais usados meios de 
transferência de dados entre os mais diversos dispositivos 
encontrados no mercado. 
O dispositivo USB está a cada dia mais sendo inserido 
no meio da informática, com intuito de substituir as entradas 
mais antigas e menos eficientes, em relação a velocidade de 
transferência de dados e ao fornecimento de energia, tudo 
por um único cabeamento. 
Existem diversos tipos de cabeamento com portas USB, 
sendo cada tipo utilizado para determinado tipo de atividade 
ou comportamento computacional, dependendo de sua 
necessidade de energia e/ou velocidade. 
Pode-se separar as portas USB por USB 1.x, USB 2.0, 
USB 3.0, USB 3.1 gen1 e USB 3.2 gen2. As principais 
diferenças características entre essas versões são a 
velocidade, gerenciamento de energia, características 
mecânicas e elétricas de cabos, plug e conectores. 
Na versão 1.x possui duas velocidades, sendo elas 1.5 
Mbps na menor banda de transferência e 12 Mbps na maior. 
Já a versão 2.0 opera na velocidade de 480 Mbps na sua taxa 
de transferência enquanto que a versão 3.0 e 3.1 gen1 
operam em 5 Gbps. Atualmente a versão mais otimizada em 
relação a velocidade de transferência de dados é a 3.1 gen2 
com 10 Gbps. Todas as versões posteriores são retro 
compatíveis com as versões anteriores. 
 
Figura 1 – versões de USB com suas velocidades, retro 
compatibilidade e codificação 
 
Overhead é a quantidade de bits inclusos (bits uteis) em 
uma mensagem (dado) para que para que a mesma possa ser 
entregue corretamente a seu destino, destinados ao controle 
e sinalização da mensagem. Geralmente são inclusos 2 bits 
por byte, 8b da mensagem e 2b de overhead, geralmente um 
bit no início e outro no final da mensagem, podendo haver 
no entre os 8 bits, mais um bit de paridade da mensagem. A 
overhead é geralmente expressa em porcentagem e mostra 
qual a taxa de bits que não há possibilidade de ser 
aproveitada dos dados transmitidos. 
No sistema utilizado nas portas USB de 1.x até o 3.1 
gen1 a codificação overhead utilizada é a 8b/10b, onde são 8 
bits de dados utilizáveis e 2 bits de dados de 
sequenciamento overhead. 
 
Figura 2 – Sistema utilizado pelos USB de 1.x até 3.1 
gen1 
 
A porcentagem de aproveitamento (overhead) de 
transferência é dada pela ração entre os bits uteis da 
mensagem pelos bits de controle: 
 
 
Logo o overhead para as portas citadas é de 20%, ou 
seja, há 80% de aproveitamento da mensagem transmitida. 
Considerando uma porta USB 3.0/3.1 gen1 onde a 
velocidade de transmissão é de 5 Gbps, apenas 80% (4 
Gbps) são usados para transmissão de dados uteis. 
Para a versão 3.1 gen2 é utilizada a codificação 
128b/132b, onde houve uma minimização na perda do 
pacote utilizado, onde o pacote transfere 128 bits de dados 
utilizáveis e 4 bits de overhead, logo a taxa de transferência 
é 16 vezes maior, com menor utilização de overhead. 
Figura 3 – Sistema utilizado para a versão 3.1 gen2 
 
Neste caso há 97% de transferência de dados uteis nesta 
porta (9,7 Gbps). 
 
VII. MATERIAIS UTILIZADOS E MÉTODOS 
Para esse experimento foram utilizados os seguintes 
materiais: 
 
Hardware: 
- Notebook Dell Inspiron 3443 
- HD externo Samsumg M3 Portable 3.0 500 Gb 
- Pen drive Kingston DataTraveler 2.0 16 Gb 
 
Software: 
- USB Flash Benchmark: esse software possibilita 
efetuar testes de velocidade em pen drives e outros 
dispositivos USB. 
 
No computador, depois de plugados os dispositivos USB 
citados, testes foram realizados com a utilização do software 
USB Flash Benchmark. A avaliação feita pelo software 
proporciona dados como a velocidade de escrita e leitura do 
dispositivo selecionado para arquivos de 1KB até 16MB. Os 
resultados são representados graficamente possibilitando 
uma visão ampla do funcionamento da unidade testada para 
diferentes tamanhos de arquivos. 
 
VIII. ANÁLISES DOS RESULTADOS OBTIDOS 
Primeiramente os testes foram realizados utilizando o pen 
drive, que como descrito nos materias tem conexão USB 
2.0. 
 
Figura 4 - Teste com pen drive Kingston DataTraveler 
2.0 16 Gb na porta 2.0 
Figura5 – Teste com pen drive Kingston DataTraveler 
2.0 16 Gb na porta 3.0 
 
Com os testes as seguintes observações foram feitas: a retro 
compatibilidade entre as versões de USB existe mas existe 
uma defasagem de velocidade da porta 3.0 em função da 2.0 
considerando que o dispositivo é 2.0. A explicação vem do 
fato que quando um dispositivo de uma versão mais antiga e 
consequentemente mais lenta de USB é conectada a uma 
porta de uma versão de USB mais rápida, a porta funciona 
na velocidade compatível ao dispositivo conectado. 
A versão de USB 2.0 tem como valor teórico 480 Mbps, ou 
seja, 60MB/s. Para relacionar as velocidades obtidas, o teste 
da porta 3.0 foi descartado e os valores tomados foram os do 
teste com a porta 2.0. A velocidade de leitura obtida 
(20.43MB/s) é de 34.05% da velocidade teórica da porta, já 
a velocidade de escrita (11.36 MB/s) foi de 18.93%. Esses 
resultados serão mais aprofundados na conclusão. 
 
A seguir serão apresentadas as imagens com os resultados 
do teste de velocidade com o HD externo 3.0 nas duas 
portas USB. 
Figura 6 – Teste com HD externo Samsumg M3 Portable 
3.0 500 Gb na porta 2.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7 – Teste com HD externo Samsumg M3 Portable 
3.0 500 Gb na porta 3.0 
 
Após os testes a retro compatibilidade foi verificada 
novamente, como o dispositivo utilizado foi o HD 3.0, a 
condição do teste anterior foi invertida, ou seja, a velocidade 
do dispositivo na porta de versão mais lenta (2.0) seguiu os 
valores fixados pela porta tornando o dispositivo mais lento 
também. 
A versão de USB 3.0 tem como valor teórico 5 Gbps, ou 
seja, 625 MB/s. Para relacionar as velocidades obtidas, só o 
teste da porta 3.0 foi considerado. As velocidades obtidas 
foram 67.39 MB/s para leitura e 93.85 MB/s para escrita, 
esses valores comparados aos valores teóricos são de 
10.78% e 15.01% de eficácia respectivamente. Valores que 
também serão mais explanados na conclusão. 
 
 
IX. CONCLUSÃO 
Para uma análise completa dos dados obtidos existe uma 
obrigatoriedade em ressaltar alguns assuntos como as 
limitações de hardware e software utilizados, a dependência 
de um bom sistema para o funcionamento em alto nível do 
barramento USB é evidente. Com uma máquina de médio 
porte para a atualidade e com o sistema operacional 
utilizado (Windows 10) os resultados obtidos demonstram a 
necessidade de um computador cada vez mais potente para 
aguentar as taxas altíssimas que são propostas pelos 
dispositivos e portas USB mais recentes. A limitação física, 
ou seja, dependência de cabos e ligações físicas, é outro 
fator que pode interferir na transferência de dados. Portas ou 
cabos com problemas são comumente observados, 
problemas físicos que podem levar até a perda do 
barramento em questão. 
Como mostrado na figura 1 as diferenças entre as 
velocidades de transferência aumentaram consideravelmente 
das primeiras versões de USB para as mais novas. Antes o 
barramento utilizado para ligar dispositivos low speed como 
teclados e mouses agora é utilizado para transferências de 
grandes arquivos funcionando normalmente em high speed 
ou super speed. 
Pode se observar com os dados obtidos, que a 
compatibilidade entre portas e dispositivos de mesma versão 
torna a velocidade maior. Chegando a valores práticos 
razoáveis considerando que na transmissão de dados 
existem diferentes camadas de modulação e outros tipos de 
percas causadas por fatores variáveis. Devido a isso, os 
valores práticos encontrados são inferiores aos valores 
teóricos. 
Concluindo que apesar do grande avanço tecnológico na 
área, existem muitas melhorias que podem ser feitas 
considerando os hardwares e softwares atuais, as versões 
mais recentes de USB oferecem uma velocidade muito alta 
de transferência que praticamente não foi verificada nesse 
trabalho. Mas é inegável a diferença entre versões, 
considerando os valores mais altos obtidos nas portas 2.0 e 
3.0 com seus dispositivos de mesma versão conectados, 
20.43 MB/s e 93.85 MB/s respectivamente, existiu um 
aumento de 459% de velocidade de transferência no 
comparativo entre as versões. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
X. REFERÊNCIAS 
 
[1] PREUSS, Julio: USB – Universal Serial Bus. Acesso em 
05 de maio de 2017. Disponível em HARDWARE 
<http://www.clubedohardware.com.br/artigos/placas-
mae/usb-universal-serial-bus-r34053> 
 
[2] FREIRE, Thiago: Tudo sobre o barramento USB – Parte 
1 – Velocidade. Acesso em 08 de maio de 2017. Disponível 
em ADRENALINE 
<http://adrenaline.uol.com.br/2016/07/21/44524/tudo-sobre-
o-barramento-usb-parte-1-velocidade/#contenttop> 
 
[3] ALECRIM, Emerson: O que é USB (Universal Serial 
Bus). Acesso em 08 de maio de 2017. Disponível em 
INFOWESTER <https://www.infowester.com/usb.php> 
 
[4] BRITO, Edivaldo: USB Flash Benchmark. Acesso em 
27 de junho de 2017. Disponível em TECHTUDO 
<http://www.techtudo.com.br/tudo-sobre/usb-flash-
benchmark.html> 
 
[5] MORIMOTO, Carlos E.: Placas-mãe e barramentos. 
Acesso em 27 de junho de 2017. Disponível em 
HARDWARE <http://www.hardware.com.br/guias/placas-
mae-barramentos/usb3.html>