USB的基本工作原理和發(fā)展歷程

二、USB工作原理

USB是一個外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊，USB接口即插即用和熱插拔功能，接口可連接127種外設(shè)，如鼠標(biāo)和鍵盤等。USB是在1994年底由英特爾等多家公司聯(lián)合在1996年推出后，已成功替代串口和并口，已成為當(dāng)今電腦與大量智能設(shè)備的必配接口。

三、USB發(fā)展歷程

1、USB 1.0

USB 1.0是在1996年出現(xiàn)的，速度只有1.5Mb/s，1998年升級為USB 1.1，速度也大大提升到12Mb/s，在部分舊設(shè)備上還能看到這種標(biāo)準(zhǔn)的接口。USB1.1是較為普遍的USB規(guī)范，其高速方式的傳輸速率為12Mbps，低速方式的傳輸速率為1.5Mbps，b/s 一般表示位傳輸速度，bps 表示位傳輸速率，數(shù)值上相等。B/s與b/s，BPS與bps不能混淆。

2、USB 2.0

USB2.0規(guī)范是由USB1.1規(guī)范演變而來的，傳輸速率達(dá)到了480Mbps，折算為MB為60MB/s，足以滿足大多數(shù)外設(shè)的速率要求。USB 2.0中的“增強(qiáng)主機(jī)控制器接口”定義了一個與USB 1.1相兼容的架構(gòu)，可以用USB 2.0的驅(qū)動程序驅(qū)動USB 1.1設(shè)備。也就是說，所有支持USB 1.1的設(shè)備都可以直接在USB 2.0的接口上使用而不必?fù)?dān)心兼容性問題，而且像USB 線、插頭等等附件也都可以直接使用。

對于工程師來說，開發(fā)USB2.0 接口產(chǎn)品主要障礙在于：要面對復(fù)雜的USB2.0協(xié)議、自己編寫USB設(shè)備的驅(qū)動程序、熟悉單片機(jī)的編程。這不僅要求有相當(dāng)?shù)腣C編程經(jīng)驗(yàn)、還能夠編寫 USB接口的硬件程序，所以大多數(shù)人放棄了自己開發(fā)USB產(chǎn)品。

3、USB 3.0

由Intel、微軟、惠普、德州儀器、NEC、ST-NXP等業(yè)界巨頭組成的USB 3.0Promoter Group，該組織負(fù)責(zé)制定的新一代USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)。USB 3.0的理論速度為5.0Gb/s，其實(shí)只能達(dá)到理論值的5成，那也是接近于USB 2.0的10倍了。USB3.0的物理層采用8b/10b編碼方式，這樣算下來的理論速度也就4Gb/s，實(shí)際速度還要扣除協(xié)議開銷，在4Gb/s基礎(chǔ)上要再少點(diǎn)?？蓮V泛用于PC外圍設(shè)備和消費(fèi)電子產(chǎn)品。

USB 3.0在實(shí)際設(shè)備應(yīng)用中將被稱為“USB SuperSpeed”，順應(yīng)此前的USB 1.1 FullSpeed和USB 2.0 HighSpeed。

下一代的type-c USB接口，可支持正反兩面插，并且傳輸數(shù)據(jù)信號強(qiáng)，但目前生產(chǎn)商有限。

4、USB 3.1

USB 3.1規(guī)范在2013年發(fā)布，分為Gen 1和Gen 2兩個版本。實(shí)際上Gen 1版本只是USB 3.0的一個馬甲（理論很高仍然是5Gbps，并無改變），但仍有type-c的USB 3.1 Gen 1銷售，也就相當(dāng)于USB 3.0 type-c。USB 3.1仍保留了Type-A版本。USB 3.1有很大改變，不僅Gen 2版本可以提供兩倍于 USB 3.0 的傳輸速度，而且同時發(fā)布的type-c接口使用了防呆設(shè)計(jì)，支持正、反插，但USB 3.1不向下支持，需要使用轉(zhuǎn)接頭。

2013年12月，USB 3.0推廣團(tuán)隊(duì)已經(jīng)公布了下一代 USB Type-C 連接器的渲染圖，隨后在2014年8月開始已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn)。新版接口的亮點(diǎn)在于更加纖薄的設(shè)計(jì)、更快的傳輸速度以及更強(qiáng)悍的電力傳輸。Type-C雙面可插接口很大的特點(diǎn)是支持USB接口雙面插入，正式解決了“USB永遠(yuǎn)插不準(zhǔn)”的世界性難題，正反面隨便插，同時與它配套使用的USB數(shù)據(jù)線也必須更細(xì)和更輕便。

USB 3.1和USB Type-C不是一個概念

有些人一定已經(jīng)注意到了，有時USB 3.1和USB Type-C這兩個詞在某些場合下是可以互換的，這就導(dǎo)致了許多人對這兩個概念之間的界限比較模糊。簡單的說，USB 3.1是一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時也是目前標(biāo)準(zhǔn)的修訂號，這是一項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并不是物理產(chǎn)品。但是USB Type-C則是一種新型的連接器，有Type-C插頭和Type-C插座組成。

更重要的是，雖然USB Type-C是基于USB 3.1進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是并不意味著使用這種連接方式的設(shè)備支持USB 3.1標(biāo)準(zhǔn)。比如諾基亞N1平板，盡管同樣使用了USB Type-C插頭，但是依然還是USB 2.0設(shè)備。同樣的概念也適用于OnePlus 2智能手機(jī)。

與此同時，對于使用USB 3.0 Type-A接口的設(shè)備來說，這種以藍(lán)色為標(biāo)志的接口經(jīng)常出現(xiàn)在筆記本電腦和臺式機(jī)上，卻兼容USB 3.1標(biāo)準(zhǔn)。所以這么做有什么意義呢？為什么有些設(shè)備使用了不兼容USB 3.1標(biāo)準(zhǔn)的USB Type-C接口呢？沒錯，就是為了方便。

總的來說USB Type-C具有以下特點(diǎn)：

1.很大數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)到10Gbit/秒，也是USB 3.1的標(biāo)準(zhǔn)；

2.Type-C接口插座端的尺寸約為8.3mm?2.5mm纖薄設(shè)計(jì)；

3.支持從正反兩面均可插入的“正反插”功能，可承受1萬次反復(fù)插拔；

4.配備Type-C連接器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格連接線可通過3A電流，同時還支持超出現(xiàn)有USB供電能力的“USB PD”，可以提供很大100W 的電力。

USB Type-C將成為USB連接的主導(dǎo)

USB Type-C插頭和接口可以支持USB 3.1高速連接，可以在顯示端口中傳送4K標(biāo)準(zhǔn)信號、并且承擔(dān)100w的電源，并且這一切都在同一時間完成，只要滿足所有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)就可以。由于目前來看 USB Type-C將不會過時，因此未來將很有可能成為USB連接的主導(dǎo)形式。

目前，一些廠商和產(chǎn)品已經(jīng)開始有所行動。比如蘋果的MacBook就是用了Type-C單接口設(shè)計(jì)，可以用來充電、傳輸數(shù)據(jù)以及視頻輸出等多個功能；谷歌的Chromebook Pixel也配備了兩個USB Type-C接口，并且實(shí)現(xiàn)相同的作用。

不過，USB Type-C的逐漸普及將導(dǎo)致目前大量的現(xiàn)有USB數(shù)據(jù)線纜失去作用，因?yàn)樗鼈儾⒉患嫒軺SB Type-C。我們無法將microUSB插入到USB Type-C接口中，不過相比于USB Type-C帶來的更多優(yōu)勢，淘汰舊有的一批連接標(biāo)準(zhǔn)也是大勢所趨。

總結(jié)

在未來一段時間內(nèi)，設(shè)備兼容性尚存在一定問題，在USB Type-C接口普及之前，用戶還需要使用各種轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行接口轉(zhuǎn)換才能夠順利使用。例如 USB-C to USB Adapter 轉(zhuǎn)換器，USB-C Digital AV MulTIport Adapter（HDMI轉(zhuǎn)換器）， 電源方面，還需要USB-C 電源適配器。