USB 接口的含义是通用串行总线,英文全称是 Universal Serial Bus。它是一种新的接口标准。USB 接口设备的优点是即插即用、支持热插拔、传输速度快、可通过扩展连接多达127个 USB 设备,不用担心 USB 加密锁与打印机等外设的冲突。
USB有两个规范,即USB1.1和USB2.0。
USB1.1是目前较为普遍的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。注意:这里的b是Bit的意思,1MB/s(兆字节/秒)=8MBPS(兆位/秒),12Mbps=1.5MB/s。目前,家用低端扫描仪主要为USB接口类型。
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。
速度再提10倍!或许这就是USB 3.0的宣传口号之一,在USB 2.0问世8年之后,这种理论传输速度高达5000Mb/s的即插即用接口再一次进行了飞跃。要知道14年前为配合Windows 95而提出的一种即插即用接口–USB,居然在3.0版本的时候速度整整提升了400倍!这不得不感慨技术发展的日新月异。
回顾历史,1996年,为对应Windows 95的即插即用功能,1.0版的USB规范正式制定出来了,当时其传输速度只有1.5Mb/s,但是在当时已经是相当高的外部传输速度了;随后1998年,USB规范升级到1.1,其传输速度提升到了12Mb/s(引入Full Speed传输标准)。这种规范的接口延续的时间最长,应用也最为广泛,目前常见的诸如鼠标、键盘等低速外部接口的设备都是基于USB 1.1规范的产品。
2000年,USB 2.0规范被正式提出,其引入的Hi-Speed传输标准已经让USB 2.0的传输速度从12Mb/s提升到了480Mb/s,目前几乎所有的高速USB设备均基于这种标准,无论是移动硬盘、还是诸如USB接口的外部存储器等等都是如此。
去年年底,USB Promoter Group组织提出了USB 3.0的正式规范,新规范中引入SUPERSPEED传输模式,速率从USB 2.0的480Mb/s增加到了5000MB/s。而这种标准将满足于那些移动存储设备需要进行大规模数据传输的需求,大大提升了传输效率,节约了传输时间。毕竟目前一个文件动辄几个G,大一些的就是几十个G,如果使用USB 2.0接口传输的话,显然有些跟不上趟了。
那么是什么让USB 3.0规范一下子把速度提升了10倍以上呢?这里就牵涉到一个设计问题了,在USB 3.0中开始采用了独特的双向数据传输支持,而原先USB 2.0还是基于那种古老的半双工二线制总线(USB 3.0采用四线制总线),即使不做任何改变USB 3.0也可以提供USB 2.0 4倍以上的传输速度。
双向四线传输模式
由于进入了双向全双工的传输模式,USB 3.0的好处可谓多多。原先USB 2.0的时候,由于是半双工模式,因此在传输数据的时候是无法接收数据的,必须等待数据传输完毕之后才能进行数据接收,这样显然浪费了大量的等待时间,USB 3.0可以在接受的同时传输数据,这也是现代化高速总线的必然需求。
其实,如果细细看来USB 3.0接口正是按照Serial ATA以及PCI Express这样的总线标准来进行设计的,全双工的模式是必须的,同时传输的线程更多,这样才能满足高速传输的需求,其实未来USB x.0接口只需要增加传输的线就可以理论上成倍的提升总体传输速率的,这里的传输总线有点类似于PCI Express中Lanes的设计,增加Lanes就可以提升总体传输带宽。
USB 3.0线缆设计
兼容性从来都是USB接口的一个特性,USB的向下兼容性一直有口皆碑,从USB1.0规范到现在的USB 3.0规范将都保持向下兼容性,也就是说USB 1.1设备依旧可以使用在USB 3.0接口上,只是速度依旧是USB 1.0规范而已。
USB 3.0规范中其接口和线缆的物理特性是一样的,因此只要是USB设备,那自然就可以提供完美的支持,不过同前面说的一样,只要设备、接口或者导线三种部件中的一样部件不支持USB 3.0,那么其将无法实现SUPERSPEDD的5000Mb/s的超高速传输带宽。
具体从线缆设计来看,USB 2.0线缆中一共有四条线,其中两条对应数据输入输出,另外聊天分别是供电和地线,而USB 3.0中增加了5条线,其中2条为数据输出、2条为数据接收,四条总线都可以实现双向的同时数据传递,刚刚已经说过了这样的模式是USB 3.0速度飞跃的最重要原因。
USB 3.0线缆粗细
不过,USB 3.0的线缆由于容纳了更多的传输信号线,因此直径也有所提升,一条USB 3.0的线缆直径大约同一条网线类似,同时制造成本也有所提升。
标准A接口
同目前的USB 2.0接口一样,USB 3.0也提出了多种不同类型的接口形式,包括标准A型(Standard-A)、标准B型(Standard-B)以及微型B型(Micro-B)三种接口。具体来看,标准A型接口同目前的USB 2.0标准A型接口看起来完全一样,且完全兼容,不过内部增加了用于USB 3.0信号的针脚。
具体来看就是在USB 2.0接口基础上多出了5个触点,新出点并排位于4个USB 2.0触点的后面,因此你直接从USB线缆或者USB接口就可以区分出是否是USB 3.0的线缆。
标准B接口
不过,不再向下兼容的标准B接口就有些造型奇特了,它的布局形式还是类似于USB 2.0的标准B接口,由于增加了增强供电的线缆,因此其主要针对于移动硬盘、打印机等大型外部设备而设计的,因此也是这次USB 3.0规范中的亮点接口。
所谓的提高供电能力就是在USB线缆中增加了对应的电源连接线,增强USB线缆的电力传输能力,目前越来越多的设备开始使用USB接口进行充电,但是原先仅仅150mAh,充满一些电池需要花费很长的时间,诸如如果你有一部采用1000mAh容量电池的手机,如果使用USB 2.0接口来充电,其至少需要6个多小时才能充满电!不过,现在的USB 3.0把传输电量增加到了900mAh,使得更快的速度就可以充满移动设备的电池。
典型的USB 3.0 USB HUB,为了保证其传输速度不受其他设备影响,每个接口都需要同时连接USB 2.0和USB 3.0的控制器,因此成本自然提高
同时,对于一些硬盘来说,目前采用USB接口进行供电的时候其实是低于其标准供电电量的,因此有时候容易出现这样那样的问题,并且也容易对硬盘造成损害,现在采用高电量接口,自然就不会遇到这样的问题。甚至HSB Hub也不再需要额外的电源供应也可以驱动多个设备。
不过USB 3.0的Hub的复杂度要大大高于目前的产品,并且成本也会很高,毕竟实现SuperSpeed Hub的需求高得多。
USB 3.0微型B接口
最后一种就是微型B接口,这种接口其实也是源自于USB 2.0的微型B接口,主要增加了USB 3.0的信号引脚,但可以保持同USB 2.0微型B接口的向下兼容。
值得注意的是在USB 3.0中除了引入了更高的传输速度以外,还引入了新的供电协议标准,其放弃了目前USB接口采用了普遍设备轮询的模式,而是采用了更为先进的中断模式。简单来说,在USB 3.0以前的规范中,只要你设备连接在USB接口上,无论是否参与工作还是进入待机状态,USB总线需要定期检查这些设备是否需要传输数据,这样一来,需要耗费一定的时钟周期来进行数据轮询,浪费了资源也浪费了功耗。
在USB 3.0中,采用中断的模式后,待机的USB设备将被直接同USB总线传输进行断开,USB总线不再为这些设备进行数据查询准备,而这些设备唤醒的时候会自动发送一个型号给USB总线,让控制器明白此设备已经接入USB接口,可以进行数据传输,这样节约了宝贵的传输相应时间,同时也降低了功耗。当然了,同刚刚叙述的一样,要实现这个功能,必须USB接口、设备和线缆均符合USB 3.0规范才可以实现。
除了轮询模式以外,USB 3.0还增加了休眠、暂停等几种模式,当设备进入休眠状态的时候,USB接口供电会完全关闭,此设备不再耗费任何的电能;而暂停模式下会保留设备的运行状态,以便恢复状态后可以迅速投入正常的使用中去。
μPD720200芯片初期成本达到了15美元,所以当前USB 3.0设备自然不会便宜
从USB 3.0规范与去年11月正式制定到现在,基于USB 3.0的设备还几乎看不到,不过各大厂商已经进行了相关产品的试制,至少从目前的情况来看,这些样品的表现都非常出色。而NEC更是拿出了全球首款支持USB 3.0规范的标准控制芯片μPD720200,这种芯片已经被应用在台式PCI Express扩展卡,笔记本ExpressCard的样卡上,并且已经实现了高速的传输。
采用NECμPD720200芯片的样品
PCIe接口的台式机专用USB 3.0接口设备
笔记本专用接口设备
从2007年标准开始制定到2008年年底的标准完成,USB 3.0的确立速度可谓迅速,2009年将是USB 3.0进行最终规范修正的一年,各种验证设备将大量的涌现(今年下半年商用设备将逐渐出现),在完成今年的各种开发和试制工作之后,明年开始USB 3.0将大规模的进入消费市场,届时人们将迅速体会到这种新即插即用接口带来的巨大优势。
超高的传输速度是其最大的优势,按照USB 3.0规范制定者的英特尔称,使用USB 3.0将带来每秒的数据传输体验,传输一部27GB的高清电影之需要70秒,而如果是USB 2.0接口最少需要13分钟以上。另一个好消息就是,Windows 7中将引入对USB 3.0的正式支持,届时最终版的Windows 7将整合全新的Mass Storage Device驱动来保证对USB 3.0的支持,这样软件问题就得到了解决。
Windows 7将直接引入对USB 3.0的支持
同时,英特尔将在下一代芯片组中正式引入USB 3.0规范,这样USB 3.0接口将逐渐普及,只要USB 3.0相关设备提供上能够迅速推出产品,很快的USB 3.0将渐入佳境。并且USB 3.0规范将免费向所有厂商进行开放,因此USB 3.0普及也是顺理成章的。
目前的USB 3.0验证设备的瞬时传输速度只有200MB/s,离开理论的625MB/s还有距离,但已经大大超越了当前机械硬盘的内部传输率
甚至原先IEEE 1394最坚实的支持者–苹果和索尼未来或许也将彻底放弃对IEEE 1394的支持,因为在最新的规范中IEEE 1394-2008规范中,其传输速度也只有3.2Gb/s,远低于USB 3.0,并且相关的设备提供商越来越少,未来的前景暗淡,或许USB 3.0的出现将彻底统一PC外部接口设备,甚至未来外部的eSATA是否需要存在也值得商榷了,因为以USB 3.0的传输速度来看,普通的机械式硬盘根本无法提供如此高的内部传输速度,或许只有闪存式的硬盘能够通过这个接口体会到质的飞跃。
无论如何,USB 3.0将逐渐的来到我们的身边,并且这种引入或许是悄无声息的,随着英特尔的芯片组引入USB 3.0的支持、WIndows 7的软件支持,或许只需要对应的设备出现,那么平稳升级到USB 3.0自然是必然的,同时由于良好的向下兼容性,目前的设备也将继续在USB 3.0接口上良好的运行下去,或许这也是USB 3.0依旧迷人的一个重要方面.
USB有两个规范,即USB1.1和USB2.0。
USB1.1是目前较为普遍的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。注意:这里的b是Bit的意思,1MB/s(兆字节/秒)=8MBPS(兆位/秒),12Mbps=1.5MB/s。目前,家用低端扫描仪主要为USB接口类型。
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。
速度再提10倍!或许这就是USB 3.0的宣传口号之一,在USB 2.0问世8年之后,这种理论传输速度高达5000Mb/s的即插即用接口再一次进行了飞跃。要知道14年前为配合Windows 95而提出的一种即插即用接口–USB,居然在3.0版本的时候速度整整提升了400倍!这不得不感慨技术发展的日新月异。
回顾历史,1996年,为对应Windows 95的即插即用功能,1.0版的USB规范正式制定出来了,当时其传输速度只有1.5Mb/s,但是在当时已经是相当高的外部传输速度了;随后1998年,USB规范升级到1.1,其传输速度提升到了12Mb/s(引入Full Speed传输标准)。这种规范的接口延续的时间最长,应用也最为广泛,目前常见的诸如鼠标、键盘等低速外部接口的设备都是基于USB 1.1规范的产品。
2000年,USB 2.0规范被正式提出,其引入的Hi-Speed传输标准已经让USB 2.0的传输速度从12Mb/s提升到了480Mb/s,目前几乎所有的高速USB设备均基于这种标准,无论是移动硬盘、还是诸如USB接口的外部存储器等等都是如此。
去年年底,USB Promoter Group组织提出了USB 3.0的正式规范,新规范中引入SUPERSPEED传输模式,速率从USB 2.0的480Mb/s增加到了5000MB/s。而这种标准将满足于那些移动存储设备需要进行大规模数据传输的需求,大大提升了传输效率,节约了传输时间。毕竟目前一个文件动辄几个G,大一些的就是几十个G,如果使用USB 2.0接口传输的话,显然有些跟不上趟了。
那么是什么让USB 3.0规范一下子把速度提升了10倍以上呢?这里就牵涉到一个设计问题了,在USB 3.0中开始采用了独特的双向数据传输支持,而原先USB 2.0还是基于那种古老的半双工二线制总线(USB 3.0采用四线制总线),即使不做任何改变USB 3.0也可以提供USB 2.0 4倍以上的传输速度。
双向四线传输模式
由于进入了双向全双工的传输模式,USB 3.0的好处可谓多多。原先USB 2.0的时候,由于是半双工模式,因此在传输数据的时候是无法接收数据的,必须等待数据传输完毕之后才能进行数据接收,这样显然浪费了大量的等待时间,USB 3.0可以在接受的同时传输数据,这也是现代化高速总线的必然需求。
其实,如果细细看来USB 3.0接口正是按照Serial ATA以及PCI Express这样的总线标准来进行设计的,全双工的模式是必须的,同时传输的线程更多,这样才能满足高速传输的需求,其实未来USB x.0接口只需要增加传输的线就可以理论上成倍的提升总体传输速率的,这里的传输总线有点类似于PCI Express中Lanes的设计,增加Lanes就可以提升总体传输带宽。
USB 3.0线缆设计
兼容性从来都是USB接口的一个特性,USB的向下兼容性一直有口皆碑,从USB1.0规范到现在的USB 3.0规范将都保持向下兼容性,也就是说USB 1.1设备依旧可以使用在USB 3.0接口上,只是速度依旧是USB 1.0规范而已。
USB 3.0规范中其接口和线缆的物理特性是一样的,因此只要是USB设备,那自然就可以提供完美的支持,不过同前面说的一样,只要设备、接口或者导线三种部件中的一样部件不支持USB 3.0,那么其将无法实现SUPERSPEDD的5000Mb/s的超高速传输带宽。
具体从线缆设计来看,USB 2.0线缆中一共有四条线,其中两条对应数据输入输出,另外聊天分别是供电和地线,而USB 3.0中增加了5条线,其中2条为数据输出、2条为数据接收,四条总线都可以实现双向的同时数据传递,刚刚已经说过了这样的模式是USB 3.0速度飞跃的最重要原因。
USB 3.0线缆粗细
不过,USB 3.0的线缆由于容纳了更多的传输信号线,因此直径也有所提升,一条USB 3.0的线缆直径大约同一条网线类似,同时制造成本也有所提升。
标准A接口
同目前的USB 2.0接口一样,USB 3.0也提出了多种不同类型的接口形式,包括标准A型(Standard-A)、标准B型(Standard-B)以及微型B型(Micro-B)三种接口。具体来看,标准A型接口同目前的USB 2.0标准A型接口看起来完全一样,且完全兼容,不过内部增加了用于USB 3.0信号的针脚。
具体来看就是在USB 2.0接口基础上多出了5个触点,新出点并排位于4个USB 2.0触点的后面,因此你直接从USB线缆或者USB接口就可以区分出是否是USB 3.0的线缆。
标准B接口
不过,不再向下兼容的标准B接口就有些造型奇特了,它的布局形式还是类似于USB 2.0的标准B接口,由于增加了增强供电的线缆,因此其主要针对于移动硬盘、打印机等大型外部设备而设计的,因此也是这次USB 3.0规范中的亮点接口。
所谓的提高供电能力就是在USB线缆中增加了对应的电源连接线,增强USB线缆的电力传输能力,目前越来越多的设备开始使用USB接口进行充电,但是原先仅仅150mAh,充满一些电池需要花费很长的时间,诸如如果你有一部采用1000mAh容量电池的手机,如果使用USB 2.0接口来充电,其至少需要6个多小时才能充满电!不过,现在的USB 3.0把传输电量增加到了900mAh,使得更快的速度就可以充满移动设备的电池。
典型的USB 3.0 USB HUB,为了保证其传输速度不受其他设备影响,每个接口都需要同时连接USB 2.0和USB 3.0的控制器,因此成本自然提高
同时,对于一些硬盘来说,目前采用USB接口进行供电的时候其实是低于其标准供电电量的,因此有时候容易出现这样那样的问题,并且也容易对硬盘造成损害,现在采用高电量接口,自然就不会遇到这样的问题。甚至HSB Hub也不再需要额外的电源供应也可以驱动多个设备。
不过USB 3.0的Hub的复杂度要大大高于目前的产品,并且成本也会很高,毕竟实现SuperSpeed Hub的需求高得多。
USB 3.0微型B接口
最后一种就是微型B接口,这种接口其实也是源自于USB 2.0的微型B接口,主要增加了USB 3.0的信号引脚,但可以保持同USB 2.0微型B接口的向下兼容。
值得注意的是在USB 3.0中除了引入了更高的传输速度以外,还引入了新的供电协议标准,其放弃了目前USB接口采用了普遍设备轮询的模式,而是采用了更为先进的中断模式。简单来说,在USB 3.0以前的规范中,只要你设备连接在USB接口上,无论是否参与工作还是进入待机状态,USB总线需要定期检查这些设备是否需要传输数据,这样一来,需要耗费一定的时钟周期来进行数据轮询,浪费了资源也浪费了功耗。
在USB 3.0中,采用中断的模式后,待机的USB设备将被直接同USB总线传输进行断开,USB总线不再为这些设备进行数据查询准备,而这些设备唤醒的时候会自动发送一个型号给USB总线,让控制器明白此设备已经接入USB接口,可以进行数据传输,这样节约了宝贵的传输相应时间,同时也降低了功耗。当然了,同刚刚叙述的一样,要实现这个功能,必须USB接口、设备和线缆均符合USB 3.0规范才可以实现。
除了轮询模式以外,USB 3.0还增加了休眠、暂停等几种模式,当设备进入休眠状态的时候,USB接口供电会完全关闭,此设备不再耗费任何的电能;而暂停模式下会保留设备的运行状态,以便恢复状态后可以迅速投入正常的使用中去。
μPD720200芯片初期成本达到了15美元,所以当前USB 3.0设备自然不会便宜
从USB 3.0规范与去年11月正式制定到现在,基于USB 3.0的设备还几乎看不到,不过各大厂商已经进行了相关产品的试制,至少从目前的情况来看,这些样品的表现都非常出色。而NEC更是拿出了全球首款支持USB 3.0规范的标准控制芯片μPD720200,这种芯片已经被应用在台式PCI Express扩展卡,笔记本ExpressCard的样卡上,并且已经实现了高速的传输。
采用NECμPD720200芯片的样品
PCIe接口的台式机专用USB 3.0接口设备
笔记本专用接口设备
从2007年标准开始制定到2008年年底的标准完成,USB 3.0的确立速度可谓迅速,2009年将是USB 3.0进行最终规范修正的一年,各种验证设备将大量的涌现(今年下半年商用设备将逐渐出现),在完成今年的各种开发和试制工作之后,明年开始USB 3.0将大规模的进入消费市场,届时人们将迅速体会到这种新即插即用接口带来的巨大优势。
超高的传输速度是其最大的优势,按照USB 3.0规范制定者的英特尔称,使用USB 3.0将带来每秒的数据传输体验,传输一部27GB的高清电影之需要70秒,而如果是USB 2.0接口最少需要13分钟以上。另一个好消息就是,Windows 7中将引入对USB 3.0的正式支持,届时最终版的Windows 7将整合全新的Mass Storage Device驱动来保证对USB 3.0的支持,这样软件问题就得到了解决。
Windows 7将直接引入对USB 3.0的支持
同时,英特尔将在下一代芯片组中正式引入USB 3.0规范,这样USB 3.0接口将逐渐普及,只要USB 3.0相关设备提供上能够迅速推出产品,很快的USB 3.0将渐入佳境。并且USB 3.0规范将免费向所有厂商进行开放,因此USB 3.0普及也是顺理成章的。
目前的USB 3.0验证设备的瞬时传输速度只有200MB/s,离开理论的625MB/s还有距离,但已经大大超越了当前机械硬盘的内部传输率
甚至原先IEEE 1394最坚实的支持者–苹果和索尼未来或许也将彻底放弃对IEEE 1394的支持,因为在最新的规范中IEEE 1394-2008规范中,其传输速度也只有3.2Gb/s,远低于USB 3.0,并且相关的设备提供商越来越少,未来的前景暗淡,或许USB 3.0的出现将彻底统一PC外部接口设备,甚至未来外部的eSATA是否需要存在也值得商榷了,因为以USB 3.0的传输速度来看,普通的机械式硬盘根本无法提供如此高的内部传输速度,或许只有闪存式的硬盘能够通过这个接口体会到质的飞跃。
无论如何,USB 3.0将逐渐的来到我们的身边,并且这种引入或许是悄无声息的,随着英特尔的芯片组引入USB 3.0的支持、WIndows 7的软件支持,或许只需要对应的设备出现,那么平稳升级到USB 3.0自然是必然的,同时由于良好的向下兼容性,目前的设备也将继续在USB 3.0接口上良好的运行下去,或许这也是USB 3.0依旧迷人的一个重要方面.