USB不就是连接设备的通用标准吗？ 好吧，不完全是。
通用串行总线 (USB) 是 1990 世纪 XNUMX 年代中期开发的行业标准，使用总线中的通信协议进行连接。 它旨在标准化计算机外围设备（包括键盘和打印机）与个人计算机的连接，以进行通信和供电。
但它是如何做到的呢？ 为什么我们需要它？ 让我们看看技术并找出答案。
了解通用串行总线 (USB) 的含义
设备的标准化连接
USB 是一种标准化连接，允许设备连接到计算机或其他设备。 它旨在增强各种设备的连接性，并允许它们相互通信。 USB 在工业中被广泛使用，是将设备连接到个人计算机的首选方法。
为 USB 设备建立协议
USB 建立了设备相互通信的协议。 它允许设备请求和接收大量数据。 例如，键盘可以向计算机发送输入一个字母的请求，计算机将把该字母发回键盘进行显示。
连接一系列设备
USB 可以连接多种设备，包括硬盘驱动器和闪存驱动器等媒体设备。 它还旨在允许设备的自发配置。 这意味着当设备连接时，计算机可以自动发现并配置它而无需重新启动。
USB的物理结构
USB由一个扁平的矩形 连接器 插入计算机或集线器上的端口。 有不同类型的 USB 连接器，包括方形和倾斜的外部连接器。 上游连接器通常是可拆卸的，使用电缆将其连接到计算机或集线器。
USB 电压和最大带宽
最新一代的 USB 支持最大 5 伏电压和最大 10 Gbps 带宽。 USB的结构包括以下接口：
- 主机控制器驱动程序 (HCD)
- 主机控制器驱动程序接口 (HCDI)
- USB设备
- USB 集线器
管理带宽和满足客户需求
USB 协议处理设备之间的互连并管理带宽以确保尽可能快地传输数据。 可用带宽取决于 USB 设备的技术规格。 USB软件管理和控制数据流，实现USB隐蔽部分之间的通信。
使用 USB 管道促进数据传输
USB 由促进设备之间数据传输的管道组成。 管道是用于在软件和硬件之间传输数据的逻辑通道。 USB 管道用于在设备和软件之间传输数据。
USB 的演变：从基本连接到全球标准
USB 的早期
USB 设备最初是作为一种设置具有多种外围设备的计算机的方式而开发的。 早期，USB 有两种基本类型：并行和串行。 USB 的开发始于 1994 年，其目标是从根本上简化 PC 与多种设备的连接。
USB 简化了困扰并行和串行连接的寻址和可用性问题，因为它允许对连接的设备进行软件配置，从而实现更强大的即插即用功能。 Ajay Bhatt 和他的团队研究了英特尔生产的支持 USB 的集成电路。 第一个 USB 接口于 1996 年 XNUMX 月在全球销售。
USB 1.0 和 1.1
USB 的最早修订版被广泛采用，并导致微软将 USB 指定为 PC 的标准连接方式。 USB 1.0 和 1.1 规范允许低带宽连接，最大传输速率为 12 Mbps。 这是对并行和串行连接的重大改进。
1998 年 1.1 月，第一批符合新标准的 USB XNUMX 设备问世。 但是，由于将外围设备视为拴在连接插座（称为“A”连接器）上，因此设计受到阻碍。 这导致了“B”连接器的开发，它允许更灵活地连接到外围设备。
USB 2.0
2000 年 2.0 月，USB 480 推出，增加了对更高带宽连接的支持，最大传输速率为 XNUMX Mbps。 这导致了更小设计的开发，例如微型连接器和 USB 闪存驱动器。 较小的设计允许更大的便携性和便利性。
USB 3.0 及更高版本
USB 3.0 于 2008 年 5 月推出，最高传输速率为 2.0 Gbps。 这是对 USB 3.1 的重大改进，并允许更快的数据传输速率。 后来推出了 USB 3.2 和 USB XNUMX，传输速率更高。
多年来，对 USB 的工程进行了修改，软件包中包含更改通知和重要的工程更改通知 (ECN)。 USB 电缆也得到了发展，引入了芯片间电缆，无需单独的 USB 连接即可在设备之间进行通信。
USB 还增加了对专用充电器的支持，从而可以更快地为设备充电。 USB 已成为全球标准，全球已售出数十亿台设备。 它彻底改变了我们与设备连接和通信的方式，并且不断发展以满足现代世界的需求。
USB 连接器类型
介绍
USB 连接器是 USB 系统的重要组成部分，提供了一种将 USB 设备连接到计算机或其他设备的方法。 有几种不同类型的 USB 连接器，每种都有自己特定的配置和名称。
USB 插头和连接器类型
USB 插头是 USB 电缆上常见的公连接器，而 USB 连接器是 USB 设备上的母插座。 有几种不同类型的 USB 插头和连接器，包括：
- A 型：这是最常见的 USB 插头类型，通常用于键盘、记忆棒和 AVR 设备等 USB 设备。 它的另一端端接一个 A 型连接器，该连接器插入计算机或其他设备上的 USB 端口。
- B 型：这种类型的 USB 插头通常用于需要比 A 型连接器所能提供的更多功率的 USB 设备，例如打印机和扫描仪。 它在另一端终止于 B 型连接器，该连接器插入计算机或其他设备上的 USB 端口。
- Mini-USB：这种类型的 USB 插头是 B 型插头的较小版本，通常用于数码相机和其他小型设备。 它的另一端端接 A 型或 B 型连接器，该连接器插入计算机或其他设备上的 USB 端口。
- Micro-USB：这种类型的 USB 插头比 Mini-USB 插头更小，通常用于智能手机和平板电脑等较新的设备。 它的另一端端接 A 型或 B 型连接器，该连接器插入计算机或其他设备上的 USB 端口。
- USB Type-C：这是最新类型的 USB 插头，并且越来越普遍。 它是一种旋转对称的插头，可以任意方向插入，使用起来更方便。 它还具有大量引脚和屏蔽，使其更加坚固，能够在恶劣环境中运行。 它的另一端端接 A 型或 B 型连接器，该连接器插入计算机或其他设备上的 USB 端口。
USB 连接器特性
USB 连接器具有多项旨在使其更易于使用和更可靠的功能。 这些包括：
- 极化：USB 插头和连接器名义上以特定方向插入，以避免混淆并确保连接正确的线路。
- 模制浮雕：USB 电缆通常采用塑料包覆成型模制而成，可提供浮雕效果并可能增加电缆的坚固性。
- 金属外壳：USB 连接器通常有一个金属外壳，可提供屏蔽并有助于保持电路完好无损。
- 蓝色：USB 3.0 连接器通常为蓝色，以表示其传输速度更快，并且与 USB 2.0 设备兼容。
了解 USB 传输速度
USB 世代和速度
USB自问世以来经历了多次迭代，每个版本都有自己的传输速度。 现代笔记本电脑和设备上的主要 USB 端口是 USB 2.0、USB 3.0 和 USB 3.1。 以下是每一代的传输速率：
- USB 1.0：每秒 1.5 兆比特 (Mbps)
- USB 1.1：12Mbps
- USB 2.0：480Mbps
- USB 3.0：每秒 5 吉比特 (Gbps)
- USB 3.1 Gen 1：5 Gbps（以前称为 USB 3.0）
- USB 3.1 第 2 代：10 Gbps
请务必注意，传输速率受连接到 USB 端口的最慢设备的限制。 因此，如果您将 USB 3.0 设备连接到 USB 2.0 端口，传输速率将限制为 480 Mbps。
USB 电缆和传输速度
您使用的 USB 数据线类型也会影响传输速度。 USB 电缆由其传输数据和电源的能力定义。 以下是常见的 USB 电缆及其定义的传输速度：
- USB 1.0/1.1 电缆：可以高达 12 Mbps 的速度传输数据
- USB 2.0 电缆：可以高达 480 Mbps 的速度传输数据
- USB 3.x 电缆：可以高达 10 Gbps 的速度传输数据
USB 超高速和超高速+
USB 3.0 是第一个引入 5 Gbps“超高速”传输速率的版本。 USB 3.0 的更高版本（称为 USB 3.1 Gen 2）引入了 10 Gbps 的“Superspeed+”传输速率。 这意味着 USB 3.1 Gen 2 的传输速率是 USB 3.1 Gen 1 的两倍。
USB 3.2 于 2017 年 XNUMX 月由 USB 实施者论坛公布，确定了两种传输速率：
- USB 3.2 Gen 1：5 Gbps（以前称为 USB 3.0 和 USB 3.1 Gen 1）
- USB 3.2 Gen 2：10 Gbps（以前称为 USB 3.1 Gen 2）
USB 供电 (PD) 和充电速度
USB 还有一个称为 USB Power Delivery (PD) 的规范，可以实现更快的充电速度和电力传输。 USB PD 可以提供高达 100 瓦的功率，足以为笔记本电脑充电。 USB PD 在较新的笔记本电脑和设备中很普遍，您可以通过寻找 USB PD 徽标来识别它。
识别 USB 传输速度
了解不同的 USB 传输速度可以帮助您识别和诊断设备的潜在问题。 以下是一些识别 USB 传输速度的方法：
- 在您的设备或电缆上寻找 USB 标志。 徽标将指示 USB 代数和速度。
- 检查设备的规格。 规格应列出 USB 版本和传输速度。
- 花一些时间在设备之间移动文件。 这将使您了解您可以期望的传输速度。
了解 USB 传输速度可能会很复杂，但如果您无法命名设备的最大值，那么理解它就很重要。 通过利用最新的 USB 技术，您可以获得更高的传输速率和更高的效率。
功率
USB 供电 (PD)
USB Power Delivery (PD) 是一种基于某些 USB 连接器和电缆的请求和传输技术，可提供更高的性能和充电能力。 PD 是一种允许高达 100W 功率传输的标准，足以为笔记本电脑充电。 某些 Android 设备和笔记本电脑以及某些 USB 充电器品牌支持 PD。
USB充电
USB 充电是一种允许 USB 设备通过 USB 端口充电的功能。 大多数 USB 设备都支持 USB 充电，包括智能手机、平板电脑和相机。 USB 充电可以通过连接到充电器或计算机的 USB 数据线来完成。
USB 工具和测试实验室
USB 工具和测试实验室是开发人员可以用来测试其 USB 产品是否符合 USB 规范的资源。 USB-IF 为 USB 一致性测试提供文档库、产品搜索和联系信息。
USB 专有充电
USB 专有充电是 USB 充电的一种变体，由某些公司开发，例如 NCR 的子公司 Berg Electronics 和 Microsoft。 这种充电方法使用 USB-IF 不认可的专有连接器和充电协议。
USB 许可和专利
USB-IF 拥有与 USB 技术相关的专利，并向想要使用 USB 标识和供应商 ID 的制造商收取许可费。 USB-IF 还授权了 PoweredUSB 标准，这是由 USB-IF 开发的专有充电和数据传输标准。 PoweredUSB 产品需要进行 USB 一致性测试。
USB 合规性和新闻稿
所有 USB 产品都需要进行 USB 合规性测试，包括那些使用专有充电方法的产品。 USB-IF 发布新闻稿并为 USB 规范的成员和实施者提供资源。 USB-IF 还为兼容的 USB 产品提供徽标和供应商 ID。
了解 USB 版本兼容性
为什么 USB 版本兼容性很重要？
尝试使用 USB 设备时，重要的是要考虑设备的 USB 版本及其将插入的端口的兼容性。 如果设备的 USB 版本和端口不兼容，则设备可能无法运行或运行速度低于预期。 这意味着该设备将无法发挥其最大潜力。
有哪些不同的 USB 版本？
USB 版本包括 USB 1.0、USB 2.0、USB 3.0、USB 3.1 和 USB 3.2。 USB 版本由传输速率、功率输出和物理连接器决定。
USB 版本兼容性的最大问题是什么？
USB 版本兼容性的最大问题是 USB 连接器随着时间的推移发生了变化，尽管这是有充分理由的。 这意味着即使计算机或主机设备支持特定的 USB 版本，物理端口也可能不是适合设备插头的正确类型。
如何确保您的 USB 设备兼容？
为确保您的 USB 设备兼容，您需要考虑以下变量：
- USB 版本的设备和端口
- USB 连接器类型（Type-A、Type-B、Type-C 等）
- USB 传输速率
- USB口电源输出
- USB 设备的所需功能
- USB端口的最高容量
- USB 设备类型（闪存驱动器、硬盘驱动器、充电设备等）
您可以使用兼容性图表找出哪些 USB 版本和插头相互兼容。
USB 版本兼容性对传输速度意味着什么？
USB 版本兼容性意味着设备的传输速度将限于两个组件的最低 USB 版本。 例如，如果将 USB 3.0 设备插入 USB 2.0 端口，传输速度将限制为 USB 2.0 传输速率。
USB设备
USB 设备简介
USB 设备是设计用于通过 USB 连接器连接到计算机的外部外围设备。 它们为扩展计算机的功能和能力提供了一种快速简便的解决方案。 USB 设备的形状和大小各不相同，而且数量每年都在增加。 如今，USB 设备是现代计算的重要组成部分，很难想象没有它们的计算机。
USB 设备示例
以下是 USB 设备的一些示例：
- USB 磁盘：一种包含用于存储数据的闪存的小型设备。 它是旧软盘的现代替代品。
- 操纵杆/游戏手柄：用于在计算机上玩游戏的设备。 它提供了很多按钮和快速的反应时间。
- 耳机：用于收听音频和录制人声的设备。 这是播客或接受采访的热门选择。
- iPod/MP3 播放器：一种用于存储和播放音乐的设备。 它可以装满数千首歌曲，并且可以连接到计算机进行同步。
- 键盘：用于输入数字和文本的设备。 它是全尺寸键盘的不错替代品。
- 闪存盘/拇指驱动器：一种包含用于存储数据的闪存的小型设备。 它是旧软盘的现代替代品。
- 声卡/扬声器：用于播放音频的设备。 它提供比计算机内置扬声器更好的音质。
- 网络摄像头：用于录制视频和拍照的设备。 它是视频会议和流媒体的热门选择。
- 打印机：用于打印文本和图像的设备。 它提供多种打印方式，例如喷墨、激光或热敏打印。
USB OTG 设备
USB On-The-Go (OTG) 是一些 USB 设备提供的功能。 它允许设备充当主机并与其他 USB 设备通信。 以下是 USB OTG 设备的一些示例：
- 移动电话：提供 USB OTG 功能的设备。 它可用于连接 USB 外围设备，例如键盘或鼠标。
- 相机：提供 USB OTG 功能的设备。 它可用于连接 U 盘以存储图片和视频。
- 扫描仪：提供 USB OTG 功能的设备。 它可用于将文档或图像的扫描件转换为数字文件。
定位设备上的 USB 端口
USB 端口的典型位置
USB 端口就像散装电缆接口，允许现代个人和消费电子产品相互连接。 它们可以在您设备上的多个位置找到，包括：
- 台式电脑：通常位于塔的背面
- 笔记本电脑：通常位于设备的侧面或背面
- 平板电脑和智能手机：额外的 USB 端口可能位于充电块或支架上
USB 枚举的工作原理
当您将 USB 设备连接到您的计算机时，称为枚举的过程会为该设备分配一个唯一地址并开始识别它的过程。 这称为被枚举。 然后计算机找出它是什么类型的设备并分配适当的驱动程序来控制它。 例如，如果您连接鼠标，计算机会向设备发送少量命令，要求它发回有关其参数的信息。 一旦计算机确认该设备是鼠标，它就会分配适当的驱动程序来控制它。
USB 速度和带宽
USB 2.0 是最常见的 USB 端口类型，最高速度为 480 Mbps。 USB 3.0 和 3.1 速度更快，速度分别高达每秒 5 吉比特和 10 吉比特。 但是，无法保证 USB 端口的速度，因为它会分配给所有连接的设备。 主机通过将数据分成帧来控制数据流，每个新帧都从一个新的时隙开始。 这确保每个设备都有足够的空间来发送和接收数据。
跟踪您的 USB 设备
有许多 USB 设备可供选择，很难分辨出哪个是哪个。 许多制造商用徽标或标签清楚地标记他们的设备，但如果您有很多设备，仍然很难确定哪个是哪个。 为此，您可以使用 USB 管理器打开所有已安装 USB 设备的列表，并确定要使用的设备。 只需单击您要使用的设备，它就会被分配到适当的端口。
结论
至此，您已了解有关 USB 的所有信息。 它是一种允许您与各种设备连接和通信的协议，它已经存在了将近 25 年。
它改变了我们连接和使用计算机的方式，并将继续存在。 所以不要害怕潜入水中弄湿你的脚！ 它并不像听起来那么可怕！
我是 Joost Nusselder，Neaera 的创始人，也是一名内容营销人员，父亲，我热爱以吉他为核心尝试新设备，并与我的团队一起，自 2020 年以来一直在撰写深度博客文章帮助忠实的读者获得录音和吉他技巧。
