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细说USB的演化史

USB,全称为通用串行总线,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I/O接口的技术规范。如今的USB接口可以说已经是最为人…

USB,全称为通用串行总线,是衔接计算机体系与外部设备的一种串口总线规范,也是一种I/O接口的技能规范。现在的USB接口能够说现已是最为人们所熟知的一种I/O接口,被广泛地运用于个人电脑和移动电子设备之中。而作为一种通用性极强的技能规范,它的开展也并非咱们幻想中那么一往无前,瓜熟蒂落。跟着装备最新USB 3.1接口设备的逐步到来,今日咱们就来细说一下USB接口那一段不普通的演化史

USB 1.1/1.0:简化杂乱的衔接方法

旧式设备中常见的LPT和COM接口已被USB替代

在USB接口诞生之前,那时候的计算机大多经过串行接口并行接口与外部设备交流数据。但问题是,这些接口的传输速率都比较低,有时这些接口乃至还不能一起运转,而跟着处理器速度的快速进步,电脑与外部设备之间的接口数据传输速度也需求逐步进步,否则就会成为电脑开展的瓶颈。此外,外部设备的传输接口也不尽相同,如打印机需求用并口、MODEM要运用串口、鼠标键盘要接PS/2口等等。数量繁复的接口品种,还要装置驱动才干正常运用,都简略形成用户的困扰。所以乎,跟着PC硬件的开展,人们越来越需求一种适用性广、传输速度快、软件装备简略的外部接口,这就促成了USB(通用串行总线)接口的诞生。1994年,一个由Intel、微软、IBM、NEC、Compaq、DEC、Nortel等公司为成员组成的USB开发者论坛(USB-IF)正式建立。

iMac G3斗胆启用USB替代传统接口

在1994到1995年间历经多个预发布版别之后,1996年1月,USB 1.0正式版总算发布,它支撑两种数据传输速率,一种为1.5Mb/s的低速速率(Low Speed),另一种则是12Mb/s的全速速率(Full Speed)。但作为一种新式接口,其时支撑USB接口设备较少,并且由于延时和供电问题,USB 1.0接口也不支撑运用延长线,比照传统的传输接口,USB没有具有显着的优势。USB 1.1规范在1998年8月发布,着力改进了此前USBHUB方面的问题,理论上最多可支撑127个外部设备。同年,PC历史上具有里程碑含义的苹果iMac G3发布,它十分急进地运用了USB接口替代传统的串行和并行接口;Intel也在其主板芯片组上不断加强对USB的支撑,这些都为日后USB的遍及铺平了路途,也是从此刻USB开端逐步被人们所承受。凭仗其易用性、更高的传输速率和其他技能特性,USB总算一举逾越从前其他各种接口,直至今日依然是最被广泛运用的接口规范。

TREK拇指盘,首款在商场上出售的U盘类设备

正如外部设备催生了USB接口规范,USB的遍及一起也推动了其他外部设备的快速开展。已知的第一款正式在商场上出售的U盘,在2000年由新加坡的TREK公司推出,支撑USB 1.1规范。现在咱们能够轻松地一眼认出这是一个U盘,由于从外观上说它跟现在市面上许多其他的U盘并无大的差异,但它只要8MB大的存储空间;而现在市售的U盘中,咱们能够买到容量高达1TB的U盘(嗯没错便是国民老公同款U盘),到达了前者10万倍以上。

问题1:USB 3.1 Type-C的巨细规范是多少?比micro-b接口大多少?比苹果 Lightning接口大多少?

回复:USB 2.0 Micro-B接口巨细为6.85mm*1.8mm,USB 3.0 Micro-B接口巨细为12.2mm*1.8mm,Type-C接口巨细为8.3mm*2.5mm,苹果Lightning接口巨细为6.7mm*1.5mm。

问题2:首个U类产品显着是朗科先做的,仍是朗科的专利。
回复:环绕U盘是谁创造这一点有许多的争辩,朗科赢得了专利,但就谁先开端出产和出售U盘类产品,从国际上的许多材料记载来看都是Trek。

问题3:苹果的Lightning从规划上来说,比type-c好,惋惜苹果不会开放给其他人运用的。
回复:Lightning与Thunderbolt类似,在接头上还装备了专门的芯片,因而可完成的功用也更多,并且尺度更细巧,但现在没有支撑USB 3.0,故传输速度较慢。相对地,Type-C接口要单纯许多,效果就只要传输数据和供电,出产本钱更低,而在规划上屏蔽和维护办法也较Lightning更多。两者比照互有胜负,而从适用性上讲,本钱更低的Type-C明显要更高一些。

问题4:20v充手时机怎样?
回复:从第四页的图上能够看到,USB 3.1针对手机设备的充电规划规范应该是5V/2A,20/3A和20V/5A的充电规划主要是针对较大型的笔记本和移动工作站,Type-C接口最大的供电是12V/3A,主要是运用在超极本、轻浮本等设备上,所以应该是看不到20V充手机这种情况的。

USB 2.0:More than PC

  不过跟着各种外部设备对数据传输速率需求的进步,USB 1.1那12Mb/s的带宽也是越发绰绰有余,在接入较多外部设备时,多个数据流一起传输简略引发瓶颈效应,为了处理传输速率问题,USB 2.0应运而生。USB 2.0规范在2000年正式发布,参加了40倍于原先全速速率(Full Speed)的高速速率(Hi-Speed),理论带宽到达480Mb/s,一起也向下兼容USB1.1规范的全速速率(因而需求留意的是,并非一切声称支撑USB 2.0的设备都能到达高速速率,也或许是速度较低的全速速率)。由于受制于BOT传输协议和NRZI编码方法,实践USB 2.0的最大传输速度在30~35MB/s之间。

Micro B、Mini B开辟便携设备商场

但USB接口的演化并非只要速率改变那么简略。关于体积比较轻浮细巧的外部设备来说,PC上面常见的Type-A接口,明显不太合适。同年10月,USB-IF十分有预见性地发布了Mini A、Mini B接口规范,为USB接口在移动设备上的遍及打下了坚实的根底。2007年参加的Micro USB规范,比起Mini USB愈加细巧和经用,现在现已被运用于大部分的移动设备上。

非规范USB的Nokia Pop-Port、苹果 Lightning接口

尽管根据技能和商场等原因,从前也有不少厂商没有运用规范的USB接口,而选用自己设定的一套接口规范(比方Nokia Pop-Port),但现在也只要牛气如苹果,才干持续坚持这样做下去。

USB OTG使传统的隶属设备也能成为主机端

另一个USB 2.0后带来的重要改变,便是引进了USB OTG(On-The-Go)作为其弥补规范。简略来说,规范的USB运用主从式的架构,USB主机端(PC)为“主”,而USB外部设备为“从”,只要主机端能够调度该链接的设置与数据传输,而外接的USB设备不能够自行发动数据传输,只能回应主机端的指令。OTG的参加改变了这种情况,传统的外部设备也并不必定就只能是外部设备,它们也能够成为主机端。比方,手机、平板等设备在衔接电脑时作为外接存储设备存在,但当它们经过OTG与U盘等设备衔接时,又能作为主机端,修正和读取U盘内的数据。当然,除了U盘,这些设备还能够是键盘、鼠标、打印机等等许多……

USB诞生的初衷是为了简化电脑和外部设备的衔接,但至此USB现已从PC跨越到其他电子产品范畴上,并由此衍生出了多种新的运用。

USB 3.0:速度大迸发

跟着技能的开展和高清播映年代的降临,就如最初USB 1.1相同,USB 2.0 Hi-Speed 480Mb/s的传输速度逐步也不能满意咱们的需求,所以在2008年,USB-IF又带来了USB3.0规范。新规范带来了高达5Gb/s(Super Speed)的理论带宽,到达原有USB 2.0 480Mb/s的十倍以上,但一起也向下兼容USB 2.0和1.1规范。

USB 3.0新增两对线路(SDP SignalPair)使数据能够一起双向传输

USB 2.0年代运用半双工的传输方法,即只能供给单向的数据传输;而USB 3.0接口增加了在2.0根底上增加了4条线路(一对担任发送,一对担任接纳),完成了全双工传输,发送数据和接纳数据能够同步进行,然后大大进步了传输带宽。

8b/10b 编码方法

为了完成更高的传输速度,USB 3.0没有再运用此前的NRZI编码方法,而是引进了被广泛运用于PCIE 2.0、SATA 3.0、光纤通道上的8b/10b编码方法,因而从传输角度上看,比起USB 2.0,USB 3.0反而与PCIE 2.0、SATA3.0更为类似。这种编码方法是在每8bit数据内刺进2bit校验数据,以确保接纳端数据能正确复原。当然这种编码方法也会导致数据传输时不能到达理论的最大带宽,实则为5Gb/s的多半,即4Gb/s(500MB/s)。传输协议相同会导致必定的可用带宽丢失,不过在实践运用中,依然能够到达挨近400MB/s的极限传输速度。

USB 3.0接口的最大输出电流到达900mA,比起USB 2.0的500mA增加了80%。USB 2.0年代,不少7200转的2.5英寸移动硬盘,都需求运用Y型的USB线材,接入多一个额定的USB接口才干作为弥补供电,才干正常运转;而USB 3.0满足的电力供应使单接口就能够驱动更多类似的设备,一起也能缩短移动设备的充电时刻。尽管由于速度的进步,数据传输时USB 3.0要比USB 2.0愈加耗电,但与此一起传输耗时大大缩短,每1GB数据传输的耗电量要远低于USB 2.0。电源办理方面也愈加智能,在USB 3.0中,除了原有的U0(衔接)及U3(暂停)外,还参加了U1(待机和快速康复)和U2(待机和缓慢康复)两种电源状况,可有用下降设备在不传输或接纳数据时的耗电量。

USB 3.0扩展卡或许不能彻底发挥功用

可是,USB 3.0相同存在着一些小问题。尽管在2008年该规范就已正式发布,但直至2012年7系主板推出之后,Intel才正式原生供给对USB 3.0支撑。而在USB 3.0遍及的前期,接口主要是经过第三方芯片接入主板南桥供给的,通道的速率最大或许只要2.5Gb/s,这还只要USB 3.0的5Gb/s的一半,因而功用遭到了必定的约束。

运用延长线防止无线设备遭到USB 3.0搅扰

此外,USB 3.0接口在运用时,有或许会对邻近运用2.4GHz频段的无线和蓝牙设备形成搅扰,然后引起设备信号衰减乃至是失掉呼应,因而需求运用HUB延长线或是将无线设备接入到离USB 3.0接口较远的接口处,才干处理这个问题。

USB 3.1与Type-C:接口大一统年代降临?

USB 3.1速度翻一番

最终咱们来谈谈最新的USB 3.1规范。USB 3.1规范于2013年7月发布,最大理论带宽比较3.0时翻了一番,到达10Gb/s(Super Speed+),与第一代的Thunderbolt相同。USB 3.1编码方法从此前的8b/10b换成了128b/132b,带宽损耗率从20%大幅下降到3%左右,换算之后带宽相同超过了1.2GB/s,这也意味着在实在运用中USB 3.1的极限传输速率有望打破每秒1GB。USB 3.1可向下兼容USB3.0/2.0/1.1等旧规范。

参加屏蔽处理办法防止电磁搅扰

别的,针对USB 3.0时呈现的电磁搅扰问题, USB 3.1的Type-A接口处参加了金属屏蔽罩和更多的接地弹片,然后有用下降了对邻近其他设备的搅扰。

细巧、正反可插的USB 3.1 Type-C接口被寄予厚望

尽管像曩昔的晋级相同,USB 3.1相同带来了更高的传输速率,并修正了此前存在的各方面问题,但人们议论更多的都是随USB 3.1引进的全新Type-C接口。与苹果的Lightning接口类似,Type-C接口取消了从前的防呆维护规划,因而不分正反均可正常刺进运用,免去了辨识刺进方向的费事。而在尺度上,8.3mm*2.5mm比规范的Type-A也小了许多,仅比现在常用的USB 2.0 Micro B稍大,因而也特别合适用在各种轻浮设备上面。可是如上图所示,USB3.1的速度居然也分了Gen1(5Gb/s)和Gen2(10Gb/s)两个版别,所以并非一切Type-C接口就必定是最大10Gb/s的版别,也或许只要5Gb/s的理论带宽,苹果的New MacBook便是一个很好的比如。

Type-C接口的最大供电为12V/3A

而USB 3.1 Type-C的另一个大卖点便是对移动设备充电才能的的增强。USB 3.1接口下的供电最高答应规范大幅进步到了20V/5A(仅限于Type-A/B),能够供给达100W的供电输出才能。而Type-C的最高规范为12V/3A,36W的充电才能现已满足一些轻浮型笔记本的运用,这也是New MacBook勇于抛弃MagSafe而选用Type-C作为充电接口的重要原因。

Type-C Alt Mode已取得DisplayPort和MHL支撑

从功用上看,USB 3.1 Type-C还引进了全新的Alternate Mode(替换形式),这意味着Type-C接口和数据线能传送非USB数据信号。现在Alt Mode现已能够支撑DisplayPort 1.3和MHL 3.2规范,而USB-IF一起也在寻求对其他的功用规范的支撑,除了视频接口,像以太网等其他接口相同也能够被Type-C支撑。

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