说说usb基本工作原理和发展历程

一、前言在科技领域近二十年发展中，usb承担着举足轻重的作用，比如在传输数据和电量方面，很大程度上影响着我们的生活，加之usb type-c技术的普及，再一次将usb推上了风口浪尖。为此，本文侧重介绍usb基本工作原理、发展历程，以及usb3.1与type-c的一些特点，希望对读者有些帮助。

二、usb工作原理usb是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯，usb接口即插即用和热插拔功能，接口可连接127种外设，如鼠标和键盘等。usb是在1994年底由英特尔等多家公司联合在1996年推出后，已成功替代串口和并口，已成为当今电脑与大量智能设备的必配接口。

三、usb发展历程1、usb 1.0USB 1.0是在1996年出现的，速度只有1.5Mb/s，1998年升级为usb 1.1，速度也大大提升到12Mb/s，在部分旧设备上还能看到这种标准的接口。usb1.1是较为普遍的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，b/s 一般表示位传输速度，bps 表示位传输速率，数值上相等。B/s与b/s，BPS与bps不能混淆。2、usb2.0规范是由usb1.1规范演变而来的，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”定义了一个与usb 1.1相兼容的架构，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。对于工程师来说，开发usb2.0 接口产品主要障碍在于：要面对复杂的usb2.0协议、自己编写usb设备的驱动程序、熟悉单片机的编程。这不仅要求有相当的VC编程经验、还能够编写usb接口的硬件程序，所以大多数人放弃了自己开发usb产品。3、usb 3.0由Intel、微软、惠普、德州仪器、NEC、ST-NXP等业界巨头组成的usb 3.0Promoter Group，该组织负责制定的新一代usb 3.0标准。usb 3.0的理论速度为5.0Gb/s，其实只能达到理论值的5成，那也是接近于usb 2.0的10倍了。usb3.0的物理层采用8b/10b编码方式，这样算下来的理论速度也就4Gb/s，实际速度还要扣除协议开销，在4Gb/s基础上要再少点。可广泛用于PC外围设备和消费电子产品。usb 3.0在实际设备应用中将被称为“USB SuperSpeed”，顺应此前的USB 1.1 FullSpeed和usb 2.0 HighSpeed。下一代的type-c usb接口，可支持正反两面插，并且传输数据信号强，但目前生产商有限。4、usb3.1规范在2013年发布，分为Gen 1和Gen 2两个版本。实际上Gen 1版本只是usb 3.0的一个马甲（理论更高仍然是5Gbps，并无改变），但仍有type-c的usb 3.1 Gen 1销售，也就相当于usb 3.0 type-c。usb 3.1仍保留了type-a版本。usb 3.1有很大改变，不仅Gen 2版本可以提供两倍于usb 3.0 的传输速度，而且同时发布的type-c接口使用了防呆设计，支持正、反插，但usb 3.1不向下支持，需要使用转接头。

2013年12月，usb 3.0推广团队已经公布了下一代usb type-c连接器的渲染图，随后在2014年8月开始已经准备好进行大规模量产。新版接口的亮点在于更加纤薄的设计、更快的传输速度以及更强悍的电力传输。type-c双面可插接口更大的特点是支持usb接口双面插入，正式解决了“usb永远插不准”的世界性难题，正反面随便插，同时与它配套使用的usb数据线也必须更细和更轻便。usb 3.1和usb type-c不是一个概念有些人一定已经注意到了，有时usb 3.1和usb type-c这两个词在某些场合下是可以互换的，这就导致了许多人对这两个概念之间的界限比较模糊。简单的说，usb 3.1是一个行业标准，同时也是目前标准的修订号，这是一项技术标准，并不是物理产品。但是usb type-c则是一种新型的连接器，有type-c插头和type-c插座组成。更重要的是，虽然usb type-c是基于usb 3.1进行设计，但是并不意味着使用这种连接方式的设备支持usb 3.1标准。比如诺基亚N1平板，尽管同样使用了usb type-c插头，但是依然还是usb 2.0设备。同样的概念也适用于OnePlus 2智能手机。

与此同时，对于使用usb 3.0 type-a接口的设备来说，这种以蓝色为标志的接口经常出现在笔记本电脑和台式机上，却兼容usb 3.1标准。所以这么做有什么意义呢？为什么有些设备使用了不兼容usb 3.1标准的usb type-c接口呢？没错，就是为了方便。总的来说usb type-c具有以下特点：1.更大数据传输速度达到10Gbit/秒，也是usb 3.1的标准；2.type-c接口插座端的尺寸约为8.3mm×2.5mm纤薄设计；3.支持从正反两面均可插入的“正反插”功能，可承受1万次反复插拔；4.配备type-c连接器的标准规格连接线可通过3A电流，同时还支持超出现有usb供电能力的“USB PD”，可以提供更大100W 的电力。usb type-c将成为usb连接的主导usb type-c插头和接口可以支持usb 3.1高速连接，可以在显示端口中传送4K标准信号、并且承担100w的电源，并且这一切都在同一时间完成，只要满足所有技术标准就可以。由于目前来看usb type-c将不会过时，因此未来将很有可能成为usb连接的主导形式。目前，一些厂商和产品已经开始有所行动。比如苹果的MacBook就是用了type-c单接口设计，可以用来充电、传输数据以及视频输出等多个功能；谷歌的Chromebook Pixel也配备了两个usb type-c接口，并且实现相同的作用。不过，usb type-c的逐渐普及将导致目前大量的现有usb数据线缆失去作用，因为它们并不兼容usb type-c。我们无法将micro usb插入到usb type-c接口中，不过相比于usb type-c带来的更多优势，淘汰旧有的一批连接标准也是大势所趋。

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