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小接口中的大學(xué)問 ——USB標(biāo)準(zhǔn)概述

2022-03-05 22:01 作者:青春材制 0人讀過 | 我要投稿

初原載于? 愛學(xué)習(xí)的? 青春材制

2022-03-04

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????????當(dāng)你準(zhǔn)備購買一枚新優(yōu)盤用來交作業(yè)/拷課件/做演講時(shí)，面對擁有相同容量，價(jià)格卻天差地別的USB 2.0 / 3.0優(yōu)盤，你是否會產(chǎn)生這樣一個(gè)疑問：僅僅是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)代數(shù)的不同，對這枚優(yōu)盤的性能可以產(chǎn)生多大的影響？它們之間的區(qū)別是什么？下面就讓我們通過這篇文章，共同探索這小小的USB接口中隱藏的大學(xué)問吧！

概述

USB是什么？

????????USB（Universal Serial Bus 通用串行總線），是由Intel領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)的，于1994年由Intel, Microsoft, IBM, Compaq, DEC和Nortel共同研發(fā)的一種新的連接系統(tǒng)，被作為串行、并行和PS/2端口的替代品?，F(xiàn)在由USB-IF公司管理。

USB有什么？

????????自1996年發(fā)布了USB 1.0標(biāo)準(zhǔn)至今，USB-IF共推出了4代USB標(biāo)準(zhǔn)，每一代標(biāo)準(zhǔn)都為我們帶來了更高速的數(shù)據(jù)傳輸和更便捷的使用體驗(yàn)。

???????達(dá)到了前所未有的240 W。同時(shí)USB標(biāo)準(zhǔn)始終貫徹了“即插即用”的原則，這使得我們的信息化生活變得方便而又快捷。試想如果每為電腦接入一個(gè)新的設(shè)備就需重啟電腦以安裝其驅(qū)動(dòng)程序，使用電子設(shè)備將會是一件令人煩躁且痛苦的事情，這便是USB標(biāo)準(zhǔn)所產(chǎn)生的原因之一。

歷史

????????讓我們回到最初的問題：USB?2.0 和USB?3.0到底有什么區(qū)別？USB4又是什么？為了解答這些疑問，讓我們回到USB誕生的年代，一同探尋USB標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展至今所經(jīng)歷的起承轉(zhuǎn)合。

起：還沒有USB的時(shí)候

????????在USB還沒有出現(xiàn)的年代，計(jì)算機(jī)上配備了大量不同的接口，用于連接鼠標(biāo)、鍵盤、顯示器、揚(yáng)聲器等等外圍設(shè)備。然而不同設(shè)備的接口也各有不同，這導(dǎo)致了計(jì)算機(jī)上的接口極其復(fù)雜并且適用范圍狹小。

????????鼠標(biāo)和鍵盤通常使用串行PS/2端口（右1右2），每個(gè)端口都有專用的6針接口。打印機(jī)和掃描儀通過25針連接器（右3）連接到并行端口，而其他所有端口則通過經(jīng)典串行端口（左2左3）連接。然而這些端口并不能識別它所連接的設(shè)備，用戶必須告訴電腦它是什么，然后手動(dòng)為它安裝正確的驅(qū)動(dòng)程序。

????????用戶和制造商都需要一種通用的接口，來簡化操作和降低成本。由此，USB應(yīng)運(yùn)而生。USB接口連接至電腦的南橋，并在操作系統(tǒng)中預(yù)置了驅(qū)動(dòng)程序，這使得用戶可以用過USB接口實(shí)現(xiàn)更為簡易的設(shè)備連接操作。

承：USB的誕生和普及

????????自1996年發(fā)布了USB?1.0標(biāo)準(zhǔn)開始，其應(yīng)用推進(jìn)的并不順利。但在1997年秋微軟在其Windows?95系統(tǒng)中加入了對USB?1.1的支持后，USB擁有了發(fā)展的機(jī)會。

????????同時(shí)，微軟還大力推廣“即插即用”這一概念，并通過USB接口實(shí)現(xiàn)。這一概念的實(shí)現(xiàn)使得用戶不必再手動(dòng)為新設(shè)備安裝驅(qū)動(dòng)程序，而是在無需重新啟動(dòng)機(jī)器的情況下進(jìn)行插拔（也就是熱插拔），并立即識別和配置其所連接的設(shè)備。這一舉措極大的方便了用戶使用電腦設(shè)備，并使得我們現(xiàn)在可以USB接口方便地為電腦連接新的外設(shè)（如新購買的鼠標(biāo)或鍵盤）并通過優(yōu)盤快速拷取文件。

????????而USB得到普及并蓬勃發(fā)展，卻是在蘋果公司于1998年8月推出了它的第一代iMac后。第一代iMac是第一批“無傳統(tǒng)”PC，它采用了最新的硬件，并拋棄了所有舊端口和設(shè)備。第一代iMac的普及使得USB迅速進(jìn)入了市場并得到了普及。

轉(zhuǎn)：USB所面臨的的問題

????????然而在USB蓬勃發(fā)展的同時(shí)，命名混亂的問題也隨之產(chǎn)生并愈演愈烈。

????????在USB?1.0規(guī)范中，其最高傳輸速率僅為1.5 Mbps（即640 kB/s），所以在USB?1.1規(guī)范中，傳輸速率擴(kuò)展為1.5 Mbps和12Mbps兩種速率，但在規(guī)范中并未作明確表述。所以工程師們將兩種速率分別命名為Low-Speed USB和Full-Speed USB。

????????當(dāng)USB 2.0在2001年定版時(shí)，峰值帶寬為480 Mbps——還有什么比“Full-Speed”更快呢?當(dāng)然是High-Speed。于是USB?2.0被命名為High-Speed USB。7年后，當(dāng)3.0版本出現(xiàn)時(shí)，這種命名混亂達(dá)到了頂峰。

????????USB?3.0引入了5個(gè)額外的引腳，這些額外的引腳使數(shù)據(jù)可以同時(shí)雙向流動(dòng)，理論峰值帶寬為5 Gbps。于是，USB?3.0被命名為SuperSpeed USB……

????????USB?3.1于2013年推出，擁有更快的數(shù)據(jù)通道（10 Gbps），但由于某種原因，該版本被標(biāo)記為USB 3.1 Gen 2。因?yàn)?.0被重命名為3.1 Gen 1。

????????當(dāng)USB 3.2規(guī)范在5年后問世時(shí)，USB-IF認(rèn)為需要重新命名，于是：

USB 3.1 Gen 1 →?USB 3.2 Gen 1

USB 3.1 Gen 2 →?USB 3.2 Gen 2

USB?3.2 → USB 3.2 Gen 2x2

合：一種新的USB標(biāo)準(zhǔn)

????????在經(jīng)歷了如此混亂的USB?3.0時(shí)代后，USB-IF推出了USB4規(guī)范。該規(guī)范擁有兩種傳輸速率，被分別命名為USB4? 20Gbps和USB4? 40Gbps（看來USB-IF終于詞窮了）。

????????USB4融合了雷電3協(xié)議，能同時(shí)支持高速數(shù)據(jù)傳輸和視頻/音頻傳輸，這使得USB4真正具有了替代其他所有接口的潛能。也正因?yàn)槿绱耍琔SB4規(guī)范有且僅會有Type-C一種接口界面，這緩解了接口不同所帶來的煩惱，但也在某種程度上增加了USB4線纜的制造成本。

????????值得注意的是，與之前的USB標(biāo)準(zhǔn)不同USB4中間沒有空格，官方的解釋為刪除空格的目的是將重點(diǎn)從版本號轉(zhuǎn)移到品牌名稱上，這表明USB4或許將不再進(jìn)行版本號的迭代。

寫在最后

????????相信在讀完這篇文章后，你對于USB協(xié)議有了一個(gè)基礎(chǔ)的認(rèn)識。限于篇幅原因本文不再討論各類接口界面間的不同，但附上各USB協(xié)議對應(yīng)接口界面一覽表供參考。

????????通過上表可以得出一個(gè)初步的結(jié)論：USB?2.0優(yōu)盤與USB?3.0優(yōu)盤間的主要區(qū)別在于其接口界面的不同，USB?3.0優(yōu)盤較USB?2.0優(yōu)盤在接口上多出了5個(gè)額外的引腳，這也是判斷優(yōu)盤是否為USB?3.0優(yōu)盤最簡單直接的辦法，以供參考。