USB总算一统江湖！

　　四分之一世纪以来，USB 端口一直是忠诚的老朋友。衔接咱们的日常小工具和外围设备并为其供电，咱们需求做的便是将它们刺进并观看它们奇特地作业。

　　跟着时刻的推移，插座（socket）产生了改变，但不管你刺进什么，主机好像总是知道设备是什么。但这究竟是怎么产生的呢？它怎么知道何时衔接了鼠标而不是打印机？USB 2.0 和 USB 3.2 SuperSpeed 之间有什么区别？

　　欢迎来到咱们的 USB 内部作业解说器，看看它是怎么在其别人来来去去的情况下存活这么久的。

　　鼠标和键盘简直总是运用串行PS/2端口，每个端口都有一个专用的 6 针端口。打印机和扫描仪经过 25 针衔接器衔接到并行端口，其他悉数都经过经典串行端口衔接。

　　假如您不小心将鼠标刺进键盘插槽怎么办？它仅仅行不通，由于 PC 不知道刺进了过错的设备。现实上，这些接口都无法辨认设备是什么：本质上，你会告知核算机它是什么，然后手动为其装置正确的驱动程序。

　　假如悉数顺畅，在驱动程序装置后，快速重启和一点命运，这便是让悉数正常运转所需的悉数。不过，一般情况下，PC 用户需求深入研究 Windows 的操控面板或主板 BIOS 才干使其顺畅运转。

　　自然地，顾客想要更好的东西：能够这么说，“一个端口来操控他们”。一个插座，您能够将设备刺进和拔出，而无需重新发动机器，而且能够立即为您辨认和装备设备。

　　体系供货商也想要更通用的东西，以替代对许多不同插座的需求，而且生产本钱更低。多年来，它还需求有待开发和改善的规模，一起坚持向后兼容性。

　　在核算国际中，行星偶然会对齐并发动一个调和的生产力时期，谋福于每个人。这样的作业产生在 1994 年，其时 Intel、Microsoft、IBM、Compaq、DEC 和 Nortel 组成了一个联盟，共同以为是时分创立一个新的衔接体系来满意每个人的期望和需求了。

　　英特尔带头进行技术开发，Ajay Bhatt 成为该项意图首要架构师——他将继续为AGP（加快图形端口）和PCI Express做相同的作业。在两年的时刻里，发布了完好的规范，以及操控这悉数的芯片。

　　通用串行总线作为串行、并行和 PS/2 端口的替代品而诞生。它以洁净、简略的规划而骄傲，并供给了许多功用。新体系一开端选用缓慢，直到 1998 年发布 1.1 版才真实起飞。

　　修订版中的更改适当小，首要是关于电源办理和设备兼容性，但这并不是发动 USB 运用的原因。相反，微软在 1997 年秋季经过更新将 USB 1.1 支撑添加到 Windows 95 中。

　　微软还大力宣扬“即插即用”这一短语——一种旨在消除设置核算机和外围设备的复杂性的 PC 规划理念和体系要求。虽然不是最强壮的体系，但 USB 是它的完美模范。

　　可是，USB 最大的广告来自于苹果决议全心投入，并发布了一款将撼动整个 PC 职业的产品。

　　开端的 iMac于 1998 年 8 月推出，亮堂而斗胆，是第一批所谓的“无留传” PC 之一。该术语用于表明该机器避开了一切旧端口和设备：其间的一切内容都将是最新的硬件。虽然它一开端并没有遭到评论家的欢迎，但它继续许多出售——它的流行使 USB 真实地呈现在地图上，虽然 Windows 核算机在没有任何退让的情况下还需求出售许多年到曩昔的接口。

　　USB 规范继续进行了屡次修订，首要修订版是 2001 年的 2.0、2008 年的 3.0 和 2022 年发布的最新 4.0 规范。但咱们稍后会回过头来评论。

　　您能够在图表的左下部分看到 USB 端口，它们直接衔接到英特尔所谓的 PCH：渠道操控器集线器。在 USB 刚呈现的时分，这种芯片一般被称为南桥，它办理指令和数据流向硬盘驱动器、网络适配器、音频芯片等组件。

　　PCH 依然扮演相同的人物，虽然现在它有更多的作业要处理。趁便说一句，AMD Ryzen CPU 实践上能够直接处理这些使命：它们不需求 PCH/南桥，虽然大多数 Zen 主板都带有一个额定的操控器，以供给更多的端口和插座。

　　在 X299 芯片的硅内脏深处是一个称为USB 主机的部分，它包含两个要害元素：USB操控器和根集线器。前者是一个小型处理器，担任宣告一切指令、办理电源传输等。像一切此类集成电路相同，它需求驱动程序才干运转，但这些驱动程序简直总是内置在操作体系中。

　　根集线器是将 USB 设备衔接到核算机的首要阶段，但并非每个体系都以这种方法设置。有时设备衔接到其他集线器，这些集线器又以菊花链方法返回到 USB 主机（图画顶部的绿色框）。

　　最新规范答应最多 5 个集线器链，虽然这听起来或许不多，但相同的规范还规则单个 USB 操控器有必要支撑最多 127 个设备。需求更多？然后只需添加另一个操控器——这实践上是 USB 3.0 规范中的默许要求。

　　集线器和设备经过一组逻辑管道彼此通讯，每个衔接的外围设备最多有 32 个通讯通道（16 个上游，16 个下流）。不过，大多数只运用少量几个，而且会在需求时启用它们。

　　管道能够依据它们正在做的作业简略地分类：发送/接纳指令或传输数据。在后者的情况下，所运用的逻辑体系只向一个方向发送，而指令总是双向的。

　　例如，USB 扫描仪只会将数据发送到集线器，而打印机只会接纳数据。硬盘驱动器、网络摄像头和其他多功用设备两者兼而有之，因而将有更多活泼的管道作业。

　　在 USB 1.0 到 2.0 的情况下，仅运用 2 根电线即可完结，这显着少于旧的并行端口之类的电线。

　　此规范的衔接器包含 4 个引脚：一个用于 5 伏电源，两个用于数据，一个接地。5 V 引脚供给操作衔接器中的电子设备和设备自身所需的一切电流，最高可达以下约束：

　　经过电池充电或供电方法，USB 2.0 或更高版别能够绕过这些约束。像这样运用时，无法传输任何数据，但能够供给更多的电力——这是旧端口永久做不到的。

　　数据线作为差分对作业——它们之间的电压方法为主机操控器供给位流。当设备刺进 USB 插座时，操控器会检测到其间一个数据引脚上的电压改变，这会发动一个称为设备枚举的进程。首要重置外围设备，以防止其处于不正确的状况，然后操控器读取一切相关信息（例如设备类型和最大数据速度）。

　　USB 设备归于许多类别之一，每个类别都有一个固定代码——例如，蓝牙适配器归于无线适配器类别，而带有力反应的方向盘是物理接口设备。

　　一个十分重要的组是大容量存储类。开端是为外部硬盘驱动器和 CD 刻录机之类的设备而设置的，多年来它现已扩展到包含闪存棒、数码相机和智能手机——后者的存储容量有了巨大的添加，而且一般运用 USB 衔接来衔接将文件传输到核算机。

　　一次只能办理一个设备（因而它是串行总线），但操控器能够十分快速地在它们之间切换，给人一种它们都在一起处理的形象。虽然总线不如 SATA 接口快，例如，运用 USB 驱动器的核算机能够从它们发动，也能够在设备上运转便携式运用程序，而无需装置它们。

　　在 USB 1.0 规范的前期草案中，接口中的数据线规划为仅以一种速度运转：5 MHz。由于线 kB/s）的最大带宽。

　　这是对陈旧的串行端口的巨大改善，但低于装备为 ECP 方法 (20 Mbits/s) 的并行端口所能到达的作用。可是，在其时，这种速度会扫除许多十分简略的设备，例如鼠标和键盘，因而该规范被扩展为在两种时钟速率下作业，供给 1.5 Mbits/s 或 2 Mbits/s 的数据速率。在竭尽全力的艺术答应的情况下，规划师将这些标记为低速和全速。

　　当 USB 2.0 于 2001 年终究确守时，总线供给了更高的时钟速率，供给每秒 480 Mbits 的峰值带宽——还有什么比“全速”更快？当然是高速。

　　两条数据线现已到达了最大容量，要想继续进步带宽，就只能添加针脚了。开端的 USB 规划考虑了这样的改变，这便是为什么插座相对宽阔且整齐的原因。

　　这些额定的引脚答应数据一起双向活动（即双工方法），并供给每秒 5 Gbits 的理论峰值带宽——比原始规范高出 400 多倍。由于这些通道坐落旧通道上方的空间，USB 3.0 保留了完全向后兼容性。

　　当 USB 3.2 规范在 5 年后呈现时，协助拟定 USB 规范并达到共同的安排决议 3.2 的更强壮功用（高达 20 Gbits/s）需求再次重命名：

　　新体系在此之上有两个版别：Gen 3.2 1x2和2x2，其间两组数据线并行运用。有这么多不同的规范和速度可用，你会以为会有一个固定的规范来协助辨认事物。但你会想错了——看看技嘉主板上的这个背板：

　　上图共有 10 个 USB 端口，包含两个不同版别的 3.2 规范和两种类型的衔接器（稍后会具体介绍）。色彩编码和技嘉自己的网站都没有告知你它是哪个版别——它们都被标记为 USB 3.2，但为什么有些是蓝色的，有些是赤色的？

　　制作商能够运用官方徽标来指示它是哪个版别，但由于没有以任何方法强制运用它们，因而很少有人运用它们。最近产生了另一次重命名活动，主张制作商运用SuperSpeed USB 5 Gbps、SuperSpeed USB 10 Gbps等等，这凸显了 USB 变得多么紊乱。

　　当USB4（这不是打字过错，不是 USB 4.0）于 2019 年推出时，人们期望作业会变得愈加明晰。可悲的是，速度等级和标签依然缺少明确性。假如有的话，它实践上变得愈加紊乱，由于它很快宣告Thunderbolt 3 将集成 USB4 - 实践上变成了同一件事（除非对后者进行一些额定的调整）......

　　USB 的进一步修订于 2022 年 8 月以 USB4 2.0 的方法呈现，供给更快的数据传输速率和改善的向后兼容性。不久之后，又一次测验收拾命名约好，为 USB 电缆和端口添加了许多新徽标。

　　这些改变遭到欢迎而且早就应该产生，但由于终究无法以任何有意义的方法施行这些改变，制作商和零售商能够将称号、色彩和徽标与他们的产品混合调配。

　　例如，虽然AMD 在其芯片组中运用新体系，但主板供货商不断发布旧称号的新产品。每家公司都正确地做到这一点还需求许多年。

　　在规划 USB 时，工程师们期望使体系尽或许简略易用，然后防止浪费时刻测验装备一切内容。这个概念被遵循到插座的格局中——一种形状用于 USB 主机，另一种形状用于要衔接的设备。它们终究被称为A 型和B 型衔接器。

　　这背面的主意是，用户能够清楚电缆的哪一端衔接到哪里。不幸的是，规划者还期望体系的施行本钱尽或许低，而 Type A 的规划有时会使其难以刺进。

　　第一代 USB 的另一个问题是 B 型插头关于媒体播放器和手机等小型设备而言过于粗笨。因而，当 1.1 版于 1998 年发布时，引入了缩小版别，称为Mini-A和Mini-B。它们很快被手机和平板电脑选用，虽然它们也因适当软弱而出名。

　　但即便是这些也太大了，一旦智能手机制作商开端寻求更薄的设备。USB 2.0 处理了这个问题，不只供给了更快的速度，还为咱们供给了Micro -A和B衔接器。

　　此外，相同的规范还具有有点粗笨的Micro-B SuperSpeed衔接器，这违反了它“微型”的悉数意图。

　　一切这些改变都是为了寻求更高的功用（您能够清楚地看到 USB 3.0 中的额定数据引脚）并安慰辅导小组中不断强大的成员，该辅导小组被称为 USB 施行者论坛 ( USB - IF ) .

　　制作商和顾客都期望衔接器体积小，两头相同，并供给改善功用的规模。因而，跟着 USB 3.1（独自开发）的呈现，USB-C插头诞生了。

　　它不只替代了对不同 A/B 插座的要求，还能够以任何方向刺进，并用于 USB 以外的衔接体系（例如 DisplayPort、HDMI 和 Thunderbolt）。

　　USB-C 衔接器的数据线 Type A（抱愧，USB 3.2 SuperSpeed）多得多——两条完全专用于 USB 2.0 支撑，别的四组差分对供给双向通讯。这些改变在最新规范中供给了高达 80 Gbits/s 的带宽。

　　有了 USB4，与旧插座的联络就被完全扔掉了——它是 USB-C 或什么都不是——但咱们还需求许多年才干与 PC 和其他设备上的 Type A 插座说再会。

　　USB 在核算机和其他小工具中得到广泛选用现已超越 25 年了，虽然最新版别与原始规划简直没有相似之处，但其基本前提依然适用：刺进它，设备就会正常作业。

　　每一次规范修订都供给了更高的功用（USB4 2.0 比 1.1 快了近 7,000 倍）而且能够为设备供给更多的电力（现在高达 100 瓦，在供电方法下运用时）。

　　可是 USB 为何或怎么继续了这么久？有没有更好的能够供给更多带宽或功率的东西？简略的答案不是，或许至少不再是。

　　十二年前，英特尔发布了Thunderbolt。其时它好像比 USB 3.0 更具吸引力，具有更大的带宽和更大的灵活性。如前所述，称为 Thunderbolt 3 的最新版别现在作为 USB-C 的超集，抛弃了其原始衔接器 (Mini DisplayPort)，并具有与 USB4 相同的最大带宽。它供给了更多功用，例如能够为运转设备供给更多电力，但它并没有替代 USB，而是本质上被集成到 USB4 中。

　　是的，这是一个 USB-C 衔接器，但它实践上是一条 Thunderbolt 电缆

　　还有FireWire，它在某些时分供给了比 USB 2.0 更好的功用并支撑全双工数据传输，可是当 USB 3.0 到来并在包含功用在内的许多方面得到改善后，FireWire 不再供给任何显着的优势，也没有被广泛选用。

　　USB 对体系供货商和制作商的部分吸引力在于其相对敞开的规范。与 Thunderbolt 或 FireWire 不同，能够制作“USB 3.2”电缆并按原样出售，但不完全符合规范中的一切细节。例如，它或许不支撑全带宽或供给最大可用功率。

　　虽然这使得此类产品的制作和购买本钱低价，但这的确意味着在取得您实践需求的电缆时它是一个潜在的雷区。USB 供给多种传输速度和电源方法这一现实使问题进一步复杂化——虽然徽标和认证有了很大改善，但在可预见的未来仍将如此。

　　可是，虽然存在松懈规范、紊乱的命名计划和多种插座类型等缺点，USB 依然自始自终地普遍存在。简直每台核算机外围设备都运用它来衔接主机——即便它是无线的，它简直肯定会运用 USB 加密狗。

　　总有一天，USB 终究或许会重蹈其长辈的覆辙，但就现在而言，其简略的吸引力和继续的开展将使它继续前进。一个忠诚的老朋友，的确如此。