原標(biāo)題：USB端口的工作原理

　　USB 電纜可讓您將配件連接到計(jì)算機(jī) 伊莎貝爾·帕維亞/蓋蒂圖片社

　　幾乎任何 計(jì)算機(jī) 您今天購買的附帶一個(gè)或多個(gè) 通用串行總線 連接。這些 USB 連接器可讓您連接 小 鼠, 打印機(jī) 和其他配件快速輕松地連接到您的計(jì)算機(jī)。這 操作系統(tǒng) 也支持USB，因此設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的安裝也快速簡便。與其他將設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)的方式相比(包括 并行端口, 串行端口 以及安裝在計(jì)算機(jī)機(jī)箱內(nèi)的特殊卡)，USB設(shè)備非常簡單。

　　在本文中，我們將從用戶和技術(shù)角度研究USB端口。您將了解為什么USB系統(tǒng)如此靈活，以及它如何能夠如此輕松地支持如此多的設(shè)備 - 它確實(shí)是一個(gè)了不起的系統(tǒng)。

　　任何在計(jì)算機(jī)周圍工作了一段時(shí)間的人都知道通用串行總線試圖解決的問題 - 過去，將設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)一直是一個(gè)真正令人頭疼的問題。

　　打印機(jī)連接到并行打印機(jī)端口，大多數(shù)計(jì)算機(jī)只附帶一個(gè)。像外部存儲(chǔ)介質(zhì)這樣需要高速連接到計(jì)算機(jī)的東西，將使用 并行端口 同樣，通常成功有限，速度也不快。

　　調(diào)制解調(diào)器使用 串行端口，但一些打印機(jī)和各種奇怪的東西也是如此，如個(gè)人數(shù)字助理 (PDA) 和 數(shù)碼相機(jī).大多數(shù)計(jì)算機(jī)最多有兩個(gè)串行端口，而且在大多數(shù)情況下它們非常慢。

　　需要更快連接的設(shè)備帶有自己的卡，這些卡必須適合計(jì)算機(jī)機(jī)箱內(nèi)的卡插槽。不幸的是，卡槽的數(shù)量有限，有些卡很難安裝。

　　USB的目標(biāo)是結(jié)束所有這些令人頭疼的問題。通用串行總線為您提供了一種單一、標(biāo)準(zhǔn)化、易于使用的方式來連接 127 臺(tái)設(shè)備 到計(jì)算機(jī)。

　　現(xiàn)在幾乎每個(gè)外圍設(shè)備都有USB版本。您今天可以購買的 USB 設(shè)備示例列表包括：

　　打印機(jī)

　　掃描儀

　　小 鼠

　　操縱 桿

　　飛行軛

　　數(shù)碼相機(jī)

　　網(wǎng)絡(luò)攝像頭

　　科學(xué)數(shù)據(jù)采集設(shè)備

　　調(diào)制解調(diào)器

　　揚(yáng)聲器

　　電話

　　可視電話

　　存儲(chǔ)設(shè)備

　　網(wǎng)絡(luò)連接

　　在下一節(jié)中，我們將介紹允許您的計(jì)算機(jī)與這些設(shè)備通信的 USB 電纜和連接器。

　　USB 電纜和連接器

　　矩形插座是典型的 USB 插座。將 USB 設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)很簡單 - 您可以在機(jī)器背面找到 USB 連接器并將 USB 連接器插入其中。

　　如果是新設(shè)備， 操作系統(tǒng) 自動(dòng)檢測它并要求提供驅(qū)動(dòng)程序磁盤。如果已安裝該設(shè)備，計(jì)算機(jī)將激活它并開始與之通信。可以隨時(shí)連接和斷開 USB 設(shè)備。

　　典型的 USB 連接器，稱為“A”連接

　　許多 USB 設(shè)備都帶有自己的內(nèi)置電纜，并且電纜上有一個(gè)“A”連接。如果沒有，則設(shè)備上有一個(gè)接受 USB“B”連接器的插座。

　　典型的“B”連接

　　USB 標(biāo)準(zhǔn)使用“A”和“B”連接器以避免混淆：

　　"一個(gè)“ 連接器”上游“朝向計(jì)算機(jī)。

　　"B“ 連接器朝向”下游“并連接到各個(gè)設(shè)備。

　　通過在上游和下游端使用不同的連接器，永遠(yuǎn)不會(huì)混淆 - 如果您將任何USB電纜的“ B”連接器連接到設(shè)備中，您就知道它會(huì)起作用。同樣，您可以將任何“A”連接器插入任何“A”插座，并知道它會(huì)起作用。

　　無線集線器

　　您今天購買的大多數(shù)計(jì)算機(jī)都至少帶有一個(gè)或兩個(gè)USB插座。但是市場上有這么多的USB設(shè)備，你很容易很快用完插座。例如，您可以讓鍵盤，鼠標(biāo)，打印機(jī)，麥克風(fēng)和網(wǎng)絡(luò)攝像頭都運(yùn)行在USB技術(shù)上，因此明顯的問題是，“您如何連接所有設(shè)備?

　　解決這個(gè)問題的簡單方法是購買便宜的USB集線器。USB 標(biāo)準(zhǔn)最多支持 127 臺(tái)設(shè)備，USB 集線器是該標(biāo)準(zhǔn)的一部分。

　　典型的 USB 四端口集線器接受 4 個(gè)“A”連接。

　　集線器通常有四個(gè)新端口，但可能有更多端口。將集線器插入計(jì)算機(jī)，然后將設(shè)備(或其他集線器)插入集線器。通過將集線器鏈接在一起，您可以在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上建立數(shù)十個(gè)可用的 USB 端口。

　　集線器可以通電或無源。正如您將在下一頁看到的那樣，USB 標(biāo)準(zhǔn)允許設(shè)備從其 USB 連接獲取電源。打印機(jī)或掃描儀等高功率設(shè)備將有自己的電源，但鼠標(biāo)和數(shù)碼相機(jī)等低功耗設(shè)備從總線獲取電源以簡化它們。電源(USB 2.0 在 5 伏時(shí)高達(dá) 500 毫安，對(duì)于 USB 3.0，高達(dá) 900 毫安)來自計(jì)算機(jī)。如果你有很多自供電設(shè)備(如打印機(jī)和掃描儀)，則你的集線器不需要通電 - 連接到集線器的設(shè)備都不需要額外的電源，因此計(jì)算機(jī)可以處理它。如果您有很多未通電的設(shè)備，如鼠標(biāo)和相機(jī)，您可能需要一個(gè)有源集線器。樞紐有自己的 變壓器 它為總線供電，以便設(shè)備不會(huì)使計(jì)算機(jī)的電源過載。

　　USB 進(jìn)程

　　當(dāng)主機(jī)上電時(shí)，它會(huì)查詢連接到總線的所有設(shè)備，并為每個(gè)設(shè)備分配一個(gè)地址。此過程稱為 列舉 -- 設(shè)備在連接到總線時(shí)也會(huì)被枚舉。主機(jī)還從每個(gè)設(shè)備中找出它希望執(zhí)行的數(shù)據(jù)傳輸類型：

　　中斷 - 鼠標(biāo)或 鍵盤，這將發(fā)送很少的數(shù)據(jù)，將選擇中斷模式。

　　散裝 - 像打印機(jī)這樣的設(shè)備，在一個(gè)大數(shù)據(jù)包中接收數(shù)據(jù)，使用批量傳輸模式。數(shù)據(jù)塊被發(fā)送到打印機(jī)(以 64 字節(jié)塊為單位)并驗(yàn)證以確保其正確無誤。

　　等時(shí)的 - 流媒體設(shè)備(如 揚(yáng)聲器) 使用常時(shí)等量模式。設(shè)備和主機(jī)之間的數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)，沒有糾錯(cuò)。

　　主機(jī)還可以使用控制數(shù)據(jù)包發(fā)送命令或查詢參數(shù)。

　　枚舉設(shè)備時(shí)，主機(jī)會(huì)跟蹤所有常時(shí)等量和中斷設(shè)備請(qǐng)求的總帶寬。它們可以消耗高達(dá) 90% 的可用 480 Mbps 帶寬(USB 3.0 將該速度提高到每秒 4.8 千兆位)。90% 用完后，主機(jī)將拒絕訪問任何其他常時(shí)等量或中斷設(shè)備。控制數(shù)據(jù)包和用于批量傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包使用剩余的任何帶寬(至少 10%)。

　　通用串行總線將可用帶寬劃分為幀，主機(jī)控制幀。幀包含 1，500 個(gè)字節(jié)，每毫秒啟動(dòng)一個(gè)新幀。在幀期間，常時(shí)等量和中斷設(shè)備獲得一個(gè)插槽，因此可以保證它們獲得所需的帶寬。批量和控制傳輸使用剩余的任何空間。如果您想了解更多信息，本文末尾的技術(shù)鏈接包含大量詳細(xì)信息。

　　USB特性

　　在USB電纜內(nèi)部：有兩根電源線 - +5伏(紅色)和接地(棕色) - 以及一對(duì)雙絞線(黃色和藍(lán)色)來傳輸數(shù)據(jù)。電纜也是屏蔽的。通用串行總線具有以下功能：

　　計(jì)算機(jī)充當(dāng)主機(jī)。

　　多達(dá) 127 臺(tái)設(shè)備可以直接或通過 USB 集線器連接到主機(jī)。

　　單根 USB 電纜可長達(dá) 5 米;使用集線器，設(shè)備可以距離主機(jī)最遠(yuǎn) 30 米(六根電纜)。

　　使用USB 2.0，總線的最大數(shù)據(jù)速率為每秒480兆比特(是USB 1.0速度的10倍)。

　　USB 2.0 電纜有兩根電源線(+5 伏和接地)和一對(duì)雙絞線來傳輸數(shù)據(jù)。USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)增加了四根用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娋€。USB 2.0 一次只能向一個(gè)方向(下游或上游)發(fā)送數(shù)據(jù)，而 USB 3.0 可以同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸數(shù)據(jù)。

　　在電源線上，計(jì)算機(jī)可以在 500 伏電壓下提供高達(dá) 5 毫安的功率。USB 3.0 電纜可提供高達(dá) 900 毫安的功率。

　　低功耗設(shè)備(如鼠標(biāo))可以直接從總線獲取電源。高功率設(shè)備(如打印機(jī))有自己的電源，從總線消耗的功率最小。集線器可以有自己的電源，為連接到集線器的設(shè)備供電。

　　USB 設(shè)備是 熱插拔，這意味著您可以將它們插入總線并隨時(shí)拔下它們。USB 3.0 電纜與 USB 2.0 端口兼容 - 您不會(huì)獲得與 USB 3.0 端口相同的數(shù)據(jù)傳輸速度，但數(shù)據(jù)和電源仍將通過電纜傳輸。

　　當(dāng)計(jì)算機(jī)進(jìn)入省電模式時(shí)，主機(jī)可以將許多 USB 設(shè)備置于睡眠狀態(tài)。

　　連接到 USB 端口的設(shè)備依靠電纜來傳輸電源和數(shù)據(jù)。

　　USB 2.0 和 3.0 端口

　　USB 2.0 版標(biāo)準(zhǔn)于 2000 年 4 月發(fā)布，作為 USB 1.1 的升級(jí)版。

　　USB 2.0 (高速 USB) 為多媒體和存儲(chǔ)應(yīng)用提供額外的帶寬，數(shù)據(jù)傳輸速度比 USB 1.1 快 40 倍。為了讓消費(fèi)者和制造商都能平穩(wěn)過渡，USB 2.0 與原始 USB 設(shè)備具有完全的向前和向后兼容性，并且也適用于為原始 USB 制造的電纜和連接器。

　　USB 2.0支持三種速度模式(每秒1.5、12和480兆比特)，支持低帶寬設(shè)備，例如 鍵盤 和 小 鼠，以及高分辨率等高帶寬 網(wǎng)絡(luò)攝像頭, 掃描儀, 打印機(jī) 和高容量 存儲(chǔ)系統(tǒng).USB 2.0 的部署使 PC 行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者能夠推進(jìn) PC 外圍設(shè)備的開發(fā)，以補(bǔ)充現(xiàn)有的高性能 PC。除了改進(jìn)功能和鼓勵(lì)創(chuàng)新外，USB 2.0 還提高了用戶應(yīng)用程序的生產(chǎn)力，并允許用戶同時(shí)運(yùn)行多個(gè) PC 應(yīng)用程序或同時(shí)運(yùn)行多個(gè)高性能外圍設(shè)備。

　　USB 3.0(SuperSpeed USB)標(biāo)準(zhǔn)于2008年11月17日正式發(fā)布[來源： 一切 USB].USB 3.0 的速度比 USB 2.0 快 10 倍，每秒 4.8 千兆位。它適用于傳輸高清視頻片段或?qū)⒄麄€(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器備份到外部驅(qū)動(dòng)器等應(yīng)用程序。隨著硬盤容量的增長，對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸方法的需求也在增加。

　　USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)的采用一直很慢。芯片制造商必須設(shè)計(jì)支持 USB 3.0 的主板硬件。計(jì)算機(jī)所有者可以選擇購買可以安裝在計(jì)算機(jī)中的卡，以提供USB 3.0支持。但硬件支持只是問題的一部分 - 您還需要操作系統(tǒng)的支持。盡管微軟宣布Windows 7最終將支持USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)，但該公司發(fā)布的操作系統(tǒng)不支持USB 3.0。Linux 操作系統(tǒng)的最新發(fā)行版支持 USB 3.0。

　　您可能認(rèn)為數(shù)據(jù)傳輸電纜不會(huì)引起爭議。但一些記者，如ZDNet作家Adrian Kingsley-Hughes認(rèn)為，USB 3.0采用緩慢的一個(gè)原因是英特爾故意推遲了支持USB 3.0的主板的生產(chǎn)，以使自己的產(chǎn)品領(lǐng)先一步。該產(chǎn)品是 光峰，一種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，初始最高數(shù)據(jù)傳輸速度為每秒 10 千兆位，未來理論速度達(dá)到每秒 100 千兆位。由于英特爾是芯片的主要制造商，目前只有少數(shù)計(jì)算機(jī)的主板由其他公司制造，支持USB 3.0。

　　英特爾代表否認(rèn)了這種說法。公司高管表示，Light Peak技術(shù)不會(huì)取代USB端口，Light Peak和USB 3.0將協(xié)同工作。同時(shí)，您可以在當(dāng)今市場上找到包含USB 3.0的計(jì)算機(jī)和配件。

　　常見問題

　　USB端口的三種類型是什么?

　　三種類型的 USB 端口是 USB A 型、USB B 型和 USB C 型。