USB

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USB(USB)是一种用于连接计算机与外部设备的位串行数据传输系统。配备USB的设备或存储介质,例如USB记忆棒,可以在运行期间相互连接(热插拔),并且可以自动识别连接的设备及其属性。在USB推出之前,有多种不同的接口类型和各种各样的连接器,用于将附件和外围设备连接到家用和个人计算机。几乎所有这些接口变体都已被USB取代,这为用户简化了操作,但大量不同的USB插头和插座已将其纳入考虑范围。USB于...

USB(USB)是一种用于连接计算机与外部设备的位串行数据传输系统。 配备 USB 的设备或存储介质,例如 USB 记忆棒,可以在运行期间相互连接(热插拔),并且可以自动识别连接的设备及其属性。 在 USB 推出之前,有多种不同的接口类型和各种各样的连接器,用于将附件和xxx设备连接到家用和个人计算机。 几乎所有这些接口变体都已被 USB 取代,这为用户简化了操作,但大量不同的 USB 插头和插座已将其纳入考虑范围。 USB 于 1996 年作为 USB 1.0 推出,最大数据传输速率为 12 Mbit/s。 2000 年,指定了 USB 2.0 版本,速度为 480 Mbit/s,它仍然是当今最广泛使用的版本。 随着 2014 年推出的 USB 3.1 Gen 2 标准,SuperSpeed+ 的xxx总数据传输速率为 10 Gbps。 2017 年,USB 3.2 被指定传输速率高达 20 Gbit/s。 尽管在 USB 名称中使用了术语“总线”,但 USB 使用以根集线器为根的形拓扑。

概览

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USB 以串行方式传输数据,即各个位一个接一个地传输。传输通过一对对称的线进行差分传输:如果xxx条线为高电平,则第二条线为低电平,反之亦然。 信号接收器评估终端电阻上的差分电压。 两个逻辑状态 0 或 1 来自它们的符号。 由于差分工艺和双绞线的使用,很大程度上消除了电辐射干扰。 这提高了传输安全性并抑制了共模干扰。 数据通过同一对电线以高达 480 MBit/s 的数据传输速率双向传输(从和到xxx设备); 只有 USB 3.0 引入的更快模式需要额外的线对。 两条额外的电线为连接的设备提供能量。 通过在一根电缆中仅使用四根电线(最高可达 480 MBit/s),与并行接口相比,它可以做得更薄且制造成本更低。 与 IEEE 1284(“Centronics”)等位并行连接相比,可以用相对较少的努力实现高数据传输速率,因为不必同时传输具有相同电气特性的多个信号。

提供一系列不同的传输速度。 根据应用产生的要求,xxx数据传输速率可以在 1.5 Mbit/s 和近 40 Gbit/s 之间(参见数据速率部分)。 xxx数据传输速率的选择会影响各种参数,例如实施工作、电缆材料的选择、连接器类型或使用的信号电压。

电气连接为直接连接(点对点连接); USB只是成为物理层面之上的总线系统。 总线规范提供了一个中央主机控制器(主控制器)来协调连接的xxx设备(所谓的从客户端)。 理论上,最多可以连接 127 台不同的设备。 一个 USB 端口一次只能连接一个 USB 设备。 如果要将多个设备连接到主机,则分配器(集线器)必须确保它们的耦合。 集线器创建的树结构都以主机控制器结尾。

USB的应用领域

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USB 适用于许多设备,如大容量存储设备(如硬盘驱动器软盘、DVD 驱动器)、打印机扫描仪网络摄像头鼠标键盘、有源扬声器,以及加密狗甚至图形卡和显示器。 USB 可以为鼠标、电话、键盘等低功耗设备供电,也可以为 CIS 扫描仪或一些 2.5 英寸硬盘和外部声卡供电。

今天,可以通过 USB 连接多种设备类型,而在引入 USB 之前,这些设备是通过大量不同的接口类型连接的。 被替换的旧类型包括串行(RS-232、键盘和鼠标的 PS/2 接口、Apple Desktop Bus)、并行(Centronics 接口)和模拟(游戏端口)接口。 一些旧接口在一些电脑主板笔记本电脑上仍然可用,即使相应的设备已经不再市售。 但是,许多地方仍然可以使用具有串行 56k 调制解调器或并行打印机等连接的旧设备。 在工业领域,RS-232 仍然经常通过旧 PC 或使用适配卡是因为相应的 USB 适配器不具备实时能力,而且这种环境下的xxx设备要耐用得多。 与此同时,USB 也在很大程度上取代了外部 SCSI 接口。

与以前的解决方案相比,USB 提供了明显更高的数据传输速率。 但是,数据以数据包的形式传输。 因此,它不太适合某些对时间要求严格的应用程序 - 例如,数据包仅包含几个字节会降低传输速率,或者如果收集字节来填充数据包会延迟传输。

自从引入 USB 2.0 规范以来,已经可以实现相对较高的数据传输速率。 这使得 USB 适合连接其他类型的设备,例如硬盘驱动器、电视接口和相机。 在外部大容量存储解决方案方面,USB 与 FireWire 和 eSATA 竞争,并且几乎完全取代了它们,至少在家庭中是这样。

双因素身份验证的通用附加因素还可以通过 USB 与操作系统或 Web 浏览通信,例如用于开放 U2F 标准的安全令牌

历史与发展

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USB 1.0

通用串行总线 (USB 1.0) 由康柏、DEC、英特尔、IBM、微软、NEC 和北电公司组成的联盟开发,并于 1996 年推出。 英特尔 Ajay Bhatt 领导的开发团队做出了重要贡献。 USB 取代了许多以前的 PC 接口,并标准化了键盘和xxx设备的连接。

为 Pentium Pro 开发并与 Pentium II 一起使用的 440FX 是 1996 年首批支持 USB 协议的芯片组之一,尽管在 ATX 主板推出之前几乎没有宣传过。 原因之一是 Windows 95 和 Windows NT 4.0 操作系统提供的 USB 支持较低。 一开始也缺少USB设备。

USB 1.1

USB 1.1 规范在 1998 年纠正了 1.0 规范中的错误和歧义,并添加了中断输出传输。 USB 1.x 不是 Apple 的 FireWire 标准 (IEEE 1394) 的竞争对手,该标准从 1995 年开始传输 400 Mbit/s,并在 2003 年加速到 800 Mbit/s。 尽管如此,Apple在1998年发布的iMac G3中使用了USB 1.1版本中的接口,从而取代了ADB。

USB 2.0

USB 2.0 于 2000 年指定。 这使得 480 Mbit/s 的数据速率成为可能。 这些使用的产品包括 2002 年的硬盘驱动器和视频设备。

USB 3.0

USB 3.0 SuperSpeed 规范于 2008 年发布。 这里传输5 Gbit/s。 这是使用的线路代码 8b10b 的数据速率,其中 8 个用户数据位被编码在 10 个信道位中用于传输。 这导致xxx总数据传输速率为 4 Gbit/s。 可能的净数据速率略低于总数据速率。 为此,引入了新的插头、电缆和插座,其中一些与旧的兼容。

从 2011 年 7 月开始,AMD 将 USB 3.0 集成到 A75 芯片组中,这意味着主板上不需要额外的芯片。 额外的芯片增加了主板制造商的成本和工作量,因此集成到芯片组中对 USB 3.0 的普及做出了决定性的贡献。 大约一年后,英特尔也将 USB 3.0 集成到 7 系列芯片组中。

USB 3.1

与 USB 3.0 相比,2013 年 7 月通过的 USB 3.1 Superspeed 规范将传输速度提高了一倍,达到 10 Gbit/s。 使用 128b132b 的更高效的线路代码在算术上启用了 1.2 GB/s。 这导致了重命名。 USB 3.0 规范合并到 USB 3.1 规范中,现在称为 USB 3.1 Gen 1。

更快的 SuperSpeed+ 标准也称为 USB 3.1 Gen 2。

USB

USB 3.2

USB 3.2 通过电缆两端的 USB-C 连接器将数据速率提高一倍,最高可达 20 Gbit/s。 并联使用完全有线的 USB-C 电缆中的第二对电线。

命名上区分 USB 3.2 Gen 1 或 SuperSpeed USB(5 Gbit/s)、USB 3.2 Gen 2 或 SuperSpeed USB 10 Gbps(10 Gbit/s)和 USB 3.2 Gen 2×2 或 SuperSpeed USB 20 Gbps(20 Gbit/秒)。 在 5 Gbps 和 10 Gbps 的速度下,这只是一个新命名; 从技术上讲,与 USB 3.1 使用的协议没有区别。

USB4

USB4 规范于 2019 年发布。 USB4 是 USB 3.2 和 Thunderbolt 3 的联合继承者。Thunderbolt 规范已于 2019 年初移交给 USB-IF。 这现在支持树状分支结构(集线器拓扑),就像使用集线器的 USB 一样。 USB-C 端口也已成为强制性要求。

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词条目录
  1. USB
  2. 概览
  3. USB的应用领域
  4. 历史与发展
  5. USB 1.0
  6. USB 1.1
  7. USB 2.0
  8. USB 3.0
  9. USB 3.1
  10. USB 3.2
  11. USB4

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