你了解那根你“离不开”的线吗：浅谈USB传输技术

多媒体电脑刚问世时，外接式设备的传输接口各不相同，如打印机只能接LPT port、调制解调器只能接RS-232、鼠标键盘只能接PS/2等。繁杂的接口系统，加上必须安装驱动程序并重启才能使用的限制，都不免造成用户的困扰。

因此，业界创造出一个统一且支持热插拔的外接式传输解决方案——USB。USB于1996年（实际在1994年年底已推出了USB V0.7，但业界习惯从USB 1.0认定它的发布）应势而出，在往后的20多年中成为人们使用电子产品时无法回避的重要传输设备。

▌只如初见：USB是一种标准

USB即Universal Serial Bus（通用串行总线）的简称，是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品，并扩展至摄影设备、数字电视（机顶盒）、游戏机等其它相关领域。补充标准On-The-Go（ OTG）使其能够用于在便携装置之间直接交换资料。

USB最初是由英特尔与微软倡导发起，1996年推出后，已成功替代串口（如RS-232）和并口（如LPT），成为当今电脑与大量智能设备的必配接口。其最大的特点是支持热插拔和即插即用。当设备插入时，主机枚举到此设备并加载所需的驱动程序，因此在使用上远比PCI和ISA总线方便。

理论上USB接口可用于连接多达127个外设。因为其设计为非对称式的，由一个主机控制器和若干通过集线器设备以树形连接的设备组成，用一个4针（USB3.0标准为9针）插头作为标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来。并且USB采用分块带宽分配方案，若外设超过当前带宽分配或潜在的要求，则不能进入该设备，这是不会损失带宽的。

可以连接127个外设，而且不损失带宽，再加上支持热插拔、连接灵活、独立供电等优点，USB标准一经推出，马上成为了众多外设的首选连接接口，像鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、闪存盘、MP3机、手机、数码相机、移动硬盘、外置光软驱、USB网卡等等，而且大部分多媒体设备都把USB已经作为默认接口。凭借其便利的连接方式与较高的传输带宽，USB已经在数据传输上处于霸主地位，2007年，USB还没有广泛地应用到高传输速率的高清数字显示设备上，但如今大部分的高清视频设备都增加了USB接口，极大地方便了用户进行高清影音数据的传输与播放。

▌更广泛的使用方式：USB接口分类

其实很多人都会把USB两端的接口都笼统地叫USB接口，其实并不是这样的。USB是一种统一的传输规范，但是接口有许多种，最常见的就是咱们电脑上用的那种扁平的，这叫做A型口（Type A），还有另一头的B型（Type B）等等分类。顺带提一下公母接口，一般线上带的是公口，机器上带的是母口，也就是我们常说的插头、插座。下面，我们就来认识一下自己手头上那些线的名字：

A型USB插头（Plug）和A型USB插座（Receptacle）：

B型USB插头（Plug）和B型USB插座（Receptacle）：

Mini B型USB插头（Plug）和Mini B型USB插座（Receptacle）：

Micro USB 接口：

2007年1月4日，USB-IF（USB制定委员会）颁布了Micro USB的插头标准。该标准将在许多新型智能手机和PDA上替代Mini USB。Micro USB插头的插拔寿命为10,000次，比Mini USB插头高度减半，宽度相差无几。Micro USB接口发展至今已成为移动设备广泛使用的数据和电源的接口。

关于插座和插头的兼容性，我们通过一张表格更清晰地表现：

▌不断追求更快的传输速度：USB技术的发展

USB 1.0

USB 1.0是在1996年出现的，速度只有1.5Mb/s(位每秒)； 1998年升级为USB 1.1（FullSpeed），速度也大大提升到12Mb/s，在部分旧设备上还能看到这种标准的接口。USB1.1是较为普遍的USB规范，其高速方式的传输速率为12Mbps，低速方式的传输速率为1.5Mbps（b是Bit的意思），b/s 一般表示位传输速度，bps 表示位传输速率，数值上相等。1MB/s（兆字节/秒）=8Mbps（兆位/秒），12Mbps=1.5MB/s。

USB2.0（HighSpeed）

USB2.0规范是由USB1.1规范演变而来的。它的传输速率达到了480Mbps，折算为MB为60MB/s，足以满足大多数外设的速率要求。USB 2.0中的“增强主机控制器接口”（EHCI）定义了一个与USB 1.1相兼容的架构。它可以用USB 2.0的驱动程序驱动USB 1.1设备。也就是说，所有支持USB 1.1的设备都可以直接在USB 2.0的接口上使用而不必担心兼容性问题，而且像USB 线、插头等等附件也都可以直接使用。

USB 3.0（SuperSpeed）

由Intel、微软、惠普、德州仪器、NEC、ST-NXP等业界巨头组成的USB 3.0Promoter Group在2004年制定了新一代USB 3.0标准。USB 3.0的理论速度为5.0Gb/s，其实只能达到理论值的5成，那也是接近于USB 2.0的10倍了。USB3.0的物理层采用8b/10b编码方式，这样算下来的理论速度也就4Gb/s，实际速度还要扣除协议开销，在4Gb/s基础上要再少点。可广泛用于PC外围设备和消费电子产品。

USB 3.1

USB3.0推广小组于2013年7月31日宣布USB 3.1规格，传输速度提升为10Gb/s，比USB3.0的5Gb/s快上一倍，并向下兼容。如果要得到10Gb/s的传输速度仍需在主机、目标端同时具备对应的芯片才能达成，电力供应可高达100瓦。

下面我们看一张关于USB发展历史传输速率变化图，我们需要明白的是这个传输速率是理想值，是需要主机、目标端芯片同时合格：

▌与消费无关：接口大战

传输速率不断提高，而且能够实现兼容，USB横行趋势就自然而然是既定事实，但还是有些人会拿另一通用外接设备接口——IEEE1394接口（前身是FireWire）与其相比，其实做一番比较也好，这样双方优劣很容易清楚。USB所说的自己拥有通用、大传输、多连接、热插拔等特点，其实IEEE1394也拥有，不过宣传得没有这么明显，下面我们重点看看它们的不同点：

传输速率上：USB3.0以前，IEEE1394一直是占优势的，并且稳定。USB最高的速度可达5Gbps，但那是指USB3.0，二十一世纪二十年代主流的USB2.0只有480Mbps，并且速度不稳定；相比之下，IEEE1394当前的速度虽然只有800Mbps，但较为稳定，故在数码相机等高速设备中还保留了IEEE1394接口，但USB的使用情况变得主流化，因为毕竟USB在不断提升传输速率。

结构上：HUB与网桥的竞争。USB在连接时必须至少有一台电脑（当然现在可以利用OTG解决这个问题），并且必须需要HUB来实现互连，整个网络中最多可连接127台设备；IEEE1394并不需要电脑来控制所有设备，也不需要HUB，IEEE1394可以用网桥连接多个IEEE1394网络，也就是说在用IEEE1394实现了63台IEEE1394设备之后也可以用网桥将其他的IEEE1394网络连接起来，达到无限制连接。

智能化上：?USB是以HUB来判断连接设备的增减；IEEE1394网络可以在其设备进行增减时自动重设网络。

普及程度上：现USB已经被广泛应用于各个方面，几乎每台PC主板都设置了USB接口，USB3.0也会进一步加大USB应用的范围；IEEE1394当前只被应用于音频、视频等多媒体方面，而且被逐步减少或保留的同时增加了USB接口。

比较而言，IEEE1394比较不常见还是有原因的。其一就是应用少，现在支持IEEE1394的设备也不太多，只有一些数码相机与MP3等一些使用高带宽的设备使用IEEE1394，其它的设备其实也用不了那么高的带宽。再说，USB也是在不断改变提升。其次就是CPU占用高，IEEE1394总线需要占用大量的资源，所以需要高速度的CPU。

既然说到了接口大战，我想Apple公司推广的雷电接口（Thunderbolt）也有必要提一下。有人说雷电的出现，会使因驱动关系而停战的接口大战再次暗涌不断，因为雷电毕竟打出了铜线10Gbps和光纤100Gbps的传输速率，但是，2011年就已经发布运用的整合型传输接口的雷电并没有大火大紫，不只是因为其传输速率值的理想化，也因为其专业化的要求会使应用面并不会那么宽泛，这也是厂商观望原因之一。