細(xì)說(shuō)USB的演化史

USB 1.1/1.0：簡(jiǎn)化復(fù)雜的連接方式

老式設(shè)備中常見(jiàn)的LPT和COM接口已被USB取代

在USB接口誕生之前，那時(shí)候的計(jì)算機(jī)大多通過(guò)串行接口和并行接口與外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)。但問(wèn)題是，這些接口的傳輸速率都比較低，有時(shí)這些接口甚至還不能同時(shí)運(yùn)行，而隨著處理器速度的快速提升，電腦與外部設(shè)備之間的接口數(shù)據(jù)傳輸速度也需要逐步提高，不然就會(huì)成為電腦發(fā)展的瓶頸。此外，外部設(shè)備的傳輸接口也不盡相同，如打印機(jī)需要用并口、MODEM要使用串口、鼠標(biāo)鍵盤(pán)要接PS/2口等等。數(shù)量繁多的接口種類，還要安裝驅(qū)動(dòng)才能正常使用，都容易造成用戶的困擾。于是乎，隨著PC硬件的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越需要一種適用性廣、傳輸速度快、軟件配置簡(jiǎn)單的外部接口，這就促成了USB（通用串行總線）接口的誕生。1994年，一個(gè)由Intel、微軟、IBM、NEC、Compaq、DEC、Nortel等公司為成員組成的USB開(kāi)發(fā)者論壇（USB-IF）正式成立。

iMac G3大膽啟用USB取代傳統(tǒng)接口

在1994到1995年間歷經(jīng)多個(gè)預(yù)發(fā)布版本之后，1996年1月，USB 1.0正式版終于發(fā)布，它支持兩種數(shù)據(jù)傳輸速率，一種為1.5Mb/s的低速速率（Low Speed），另一種則是12Mb/s的全速速率（Full Speed）。但作為一種新興接口，當(dāng)時(shí)支持USB接口設(shè)備較少，而且因?yàn)檠訒r(shí)和供電問(wèn)題，USB 1.0接口也不支持使用延長(zhǎng)線，對(duì)比傳統(tǒng)的傳輸接口，USB尚未具備明顯的優(yōu)勢(shì)。USB 1.1標(biāo)準(zhǔn)在1998年8月發(fā)布，著力改進(jìn)了此前USBHUB方面的問(wèn)題，理論上最多可支持127個(gè)外部設(shè)備。同年，PC歷史上具有里程碑意義的蘋(píng)果iMac G3發(fā)布，它非常激進(jìn)地使用了USB接口取代傳統(tǒng)的串行和并行接口；Intel也在其主板芯片組上不斷加強(qiáng)對(duì)USB的支持，這些都為日后USB的普及鋪平了道路，也是從此時(shí)USB開(kāi)始逐漸被人們所接受。憑借其易用性、更高的傳輸速率和其他技術(shù)特性，USB終于一舉超越先前其他各種接口，直至今天依然是最被廣泛使用的接口標(biāo)準(zhǔn)。

TREK拇指盤(pán)，首款在市場(chǎng)上銷售的U盤(pán)類設(shè)備

正如外部設(shè)備催生了USB接口標(biāo)準(zhǔn)，USB的普及同時(shí)也推動(dòng)了其他外部設(shè)備的快速發(fā)展。已知的第一款正式在市場(chǎng)上銷售的U盤(pán)，在2000年由新加坡的TREK公司推出，支持USB 1.1標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在我們可以輕松地一眼認(rèn)出這是一個(gè)U盤(pán)，因?yàn)閺耐庥^上說(shuō)它跟目前市面上很多其他的U盤(pán)并無(wú)大的區(qū)別，但它只有8MB大的存儲(chǔ)空間；而現(xiàn)在市售的U盤(pán)中，我們可以買到容量高達(dá)1TB的U盤(pán)（嗯沒(méi)錯(cuò)就是國(guó)民老公同款U盤(pán)），達(dá)到了前者10萬(wàn)倍以上。

問(wèn)題1：USB 3.1 Type-C的大小規(guī)格是多少？比micro-b接口大多少？比蘋(píng)果 Lightning接口大多少？

回復(fù)：USB 2.0 Micro-B接口大小為6.85mm*1.8mm，USB 3.0 Micro-B接口大小為12.2mm*1.8mm，Type-C接口大小為8.3mm*2.5mm，蘋(píng)果Lightning接口大小為6.7mm*1.5mm。

問(wèn)題2：首個(gè)U類產(chǎn)品明顯是朗科先做的，還是朗科的專利。

回復(fù)：圍繞U盤(pán)是誰(shuí)發(fā)明這一點(diǎn)有很多的爭(zhēng)論，朗科贏得了專利，但就誰(shuí)先開(kāi)始生產(chǎn)和銷售U盤(pán)類產(chǎn)品，從國(guó)際上的很多資料記載來(lái)看都是Trek。

問(wèn)題3：蘋(píng)果的Lightning從設(shè)計(jì)上來(lái)說(shuō)，比type-c好，可惜蘋(píng)果不會(huì)開(kāi)放給其他人使用的。

回復(fù)：Lightning與Thunderbolt類似，在接頭上還配備了專門(mén)的芯片，因此可實(shí)現(xiàn)的功能也更多，而且尺寸更小巧，但目前尚未支持USB 3.0，故傳輸速度較慢。相對(duì)地，Type-C接口要單純很多，作用就只有傳輸數(shù)據(jù)和供電，生產(chǎn)成本更低，而在設(shè)計(jì)上屏蔽和保護(hù)措施也較Lightning更多。兩者對(duì)比互有勝負(fù)，而從適用性上講，成本更低的Type-C顯然要更高一些。

問(wèn)題4：20v充手機(jī)會(huì)怎樣？

回復(fù)：從第四頁(yè)的圖上可以看到，USB 3.1針對(duì)手機(jī)設(shè)備的充電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是5V/2A，20/3A和20V/5A的充電設(shè)計(jì)主要是針對(duì)較大型的筆記本和移動(dòng)工作站，Type-C接口最大的供電是12V/3A，主要是應(yīng)用在超極本、輕薄本等設(shè)備上，所以應(yīng)該是看不到20V充手機(jī)這種情況的。

USB 2.0：More than PC

　　不過(guò)隨著各種外部設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率需求的提高，USB 1.1那12Mb/s的帶寬也是越發(fā)捉襟見(jiàn)肘，在接入較多外部設(shè)備時(shí)，多個(gè)數(shù)據(jù)流同時(shí)傳輸容易引發(fā)瓶頸效應(yīng)，為了解決傳輸速率問(wèn)題，USB 2.0應(yīng)運(yùn)而生。USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)在2000年正式發(fā)布，加入了40倍于原先全速速率（Full Speed）的高速速率（Hi-Speed），理論帶寬達(dá)到480Mb/s，同時(shí)也向下兼容USB1.1標(biāo)準(zhǔn)的全速速率（因此需要注意的是，并非所有宣稱支持USB 2.0的設(shè)備都能達(dá)到高速速率，也可能是速度較低的全速速率）。由于受制于BOT傳輸協(xié)議和NRZI編碼方式，實(shí)際USB 2.0的最大傳輸速度在30~35MB/s之間。

Micro B、Mini B開(kāi)拓便攜設(shè)備市場(chǎng)

但USB接口的演化并非只有速率變化那么簡(jiǎn)單。對(duì)于體積比較輕薄小巧的外部設(shè)備來(lái)說(shuō)，PC上面常見(jiàn)的Type-A接口，顯然不太適合。同年10月，USB-IF非常有預(yù)見(jiàn)性地發(fā)布了Mini A、Mini B接口標(biāo)準(zhǔn)，為USB接口在移動(dòng)設(shè)備上的普及打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2007年加入的Micro USB標(biāo)準(zhǔn)，比起Mini USB更加小巧和耐用，目前已經(jīng)被應(yīng)用于大部分的移動(dòng)設(shè)備上。

非標(biāo)準(zhǔn)USB的Nokia Pop-Port、蘋(píng)果 Lightning接口

雖然基于技術(shù)和市場(chǎng)等原因，曾經(jīng)也有不少?gòu)S商沒(méi)有使用標(biāo)準(zhǔn)的USB接口，而采用自己設(shè)定的一套接口規(guī)范（比如Nokia Pop-Port），但如今也只有牛氣如蘋(píng)果，才能繼續(xù)堅(jiān)持這樣做下去。

USB OTG使傳統(tǒng)的從屬設(shè)備也能成為主機(jī)端

另一個(gè)USB 2.0后帶來(lái)的重要變化，就是引入了USB OTG（On-The-Go）作為其補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)的USB使用主從式的架構(gòu)，USB主機(jī)端（PC）為“主”，而USB外部設(shè)備為“從”，只有主機(jī)端可以調(diào)度該鏈接的設(shè)置與數(shù)據(jù)傳輸，而外接的USB設(shè)備不能夠自行啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，只能回應(yīng)主機(jī)端的指令。OTG的加入改變了這種狀況，傳統(tǒng)的外部設(shè)備也并不一定就只能是外部設(shè)備，它們也可以成為主機(jī)端。比如，手機(jī)、平板等設(shè)備在連接電腦時(shí)作為外接存儲(chǔ)設(shè)備存在，但當(dāng)它們通過(guò)OTG與U盤(pán)等設(shè)備連接時(shí)，又能作為主機(jī)端，修改和讀取U盤(pán)內(nèi)的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，除了U盤(pán)，這些設(shè)備還可以是鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)等等很多……

USB誕生的初衷是為了簡(jiǎn)化電腦和外部設(shè)備的連接，但至此USB已經(jīng)從PC跨越到其他電子產(chǎn)品領(lǐng)域上，并由此衍生出了多種新的應(yīng)用。

USB 3.0：速度大爆發(fā)

隨著技術(shù)的發(fā)展和高清播放時(shí)代的來(lái)臨，就如當(dāng)初USB 1.1一樣，USB 2.0 Hi-Speed 480Mb/s的傳輸速度逐漸也不能滿足我們的需求，于是在2008年，USB-IF又帶來(lái)了USB3.0標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)帶來(lái)了高達(dá)5Gb/s（Super Speed）的理論帶寬，達(dá)到原有USB 2.0 480Mb/s的十倍以上，但同時(shí)也向下兼容USB 2.0和1.1標(biāo)準(zhǔn)。

USB 3.0新增兩對(duì)線路（SDP SignalPair）使數(shù)據(jù)可以同時(shí)雙向傳輸

USB 2.0時(shí)代使用半雙工的傳輸方式，即只能提供單向的數(shù)據(jù)傳輸；而USB 3.0接口增加了在2.0基礎(chǔ)上增加了4條線路（一對(duì)負(fù)責(zé)發(fā)送，一對(duì)負(fù)責(zé)接收），實(shí)現(xiàn)了全雙工傳輸，發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)可以同步進(jìn)行，從而大大提高了傳輸帶寬。

8b/10b 編碼方式

為了實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速度，USB 3.0沒(méi)有再使用此前的NRZI編碼方式，而是引入了被廣泛應(yīng)用于PCIE 2.0、SATA 3.0、光纖通道上的8b/10b編碼方式，因此從傳輸角度上看，比起USB 2.0，USB 3.0反而與PCIE 2.0、SATA3.0更為相似。這種編碼方式是在每8bit數(shù)據(jù)內(nèi)插入2bit校驗(yàn)數(shù)據(jù)，以保證接收端數(shù)據(jù)能正確還原。當(dāng)然這種編碼方式也會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸時(shí)不能達(dá)到理論的最大帶寬，實(shí)則為5Gb/s的八成，即4Gb/s（500MB/s）。傳輸協(xié)議同樣會(huì)導(dǎo)致一定的可用帶寬損失，不過(guò)在實(shí)際使用中，仍然能夠達(dá)到接近400MB/s的極限傳輸速度。

USB 3.0接口的最大輸出電流達(dá)到900mA，比起USB 2.0的500mA增加了80%。USB 2.0時(shí)代，不少7200轉(zhuǎn)的2.5英寸移動(dòng)硬盤(pán)，都需要使用Y型的USB線材，接入多一個(gè)額外的USB接口才能作為補(bǔ)充供電，才能正常運(yùn)行；而USB 3.0充足的電力供應(yīng)使單接口就能夠驅(qū)動(dòng)更多類似的設(shè)備，同時(shí)也能縮短移動(dòng)設(shè)備的充電時(shí)間。雖然因?yàn)樗俣鹊奶岣撸瑪?shù)據(jù)傳輸時(shí)USB 3.0要比USB 2.0更加耗電，但與此同時(shí)傳輸耗時(shí)大大縮短，每1GB數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮碾娏恳h(yuǎn)低于USB 2.0。電源管理方面也更加智能，在USB 3.0中，除了原有的U0（連接）及U3（暫停）外，還加入了U1（待機(jī)和快速恢復(fù)）和U2（待機(jī)和緩慢恢復(fù)）兩種電源狀態(tài)，可有效降低設(shè)備在不傳輸或接收數(shù)據(jù)時(shí)的耗電量。

USB 3.0擴(kuò)展卡可能不能完全發(fā)揮性能

然而，USB 3.0同樣存在著一些小問(wèn)題。雖然在2008年該標(biāo)準(zhǔn)就已正式發(fā)布，但直至2012年7系主板推出之后，Intel才正式原生提供對(duì)USB 3.0支持。而在USB 3.0普及的前期，接口主要是通過(guò)第三方芯片接入主板南橋提供的，通道的速率最大可能只有2.5Gb/s，這還只有USB 3.0的5Gb/s的一半，因此性能受到了一定的限制。

使用延長(zhǎng)線避免無(wú)線設(shè)備受到USB 3.0干擾

此外，USB 3.0接口在使用時(shí)，有可能會(huì)對(duì)附近使用2.4GHz頻段的無(wú)線和藍(lán)牙設(shè)備造成干擾，從而引起設(shè)備信號(hào)衰減甚至是失去響應(yīng)，因此需要使用HUB延長(zhǎng)線或是將無(wú)線設(shè)備接入到離USB 3.0接口較遠(yuǎn)的接口處，才能解決這個(gè)問(wèn)題。

USB 3.1與Type-C：接口大一統(tǒng)時(shí)代來(lái)臨？

USB 3.1速度翻一番

最后我們來(lái)談?wù)勛钚碌腢SB 3.1標(biāo)準(zhǔn)。USB 3.1標(biāo)準(zhǔn)于2013年7月發(fā)布，最大理論帶寬相比3.0時(shí)翻了一番，達(dá)到10Gb/s（Super Speed+），與第一代的Thunderbolt相同。USB 3.1編碼方式從此前的8b/10b換成了128b/132b，帶寬損耗率從20%大幅下降到3%左右，換算之后帶寬同樣超過(guò)了1.2GB/s，這也意味著在真實(shí)使用中USB 3.1的極限傳輸速率有望突破每秒1GB。USB 3.1可向下兼容USB3.0/2.0/1.1等舊標(biāo)準(zhǔn)。

加入屏蔽處理措施避免電磁干擾

另外，針對(duì)USB 3.0時(shí)出現(xiàn)的電磁干擾問(wèn)題， USB 3.1的Type-A接口處加入了金屬屏蔽罩和更多的接地彈片，從而有效降低了對(duì)附近其他設(shè)備的干擾。

小巧、正反可插的USB 3.1 Type-C接口被寄予厚望

雖然像過(guò)去的升級(jí)一樣，USB 3.1同樣帶來(lái)了更高的傳輸速率，并修復(fù)了此前存在的各方面問(wèn)題，但人們談?wù)摳嗟亩际请SUSB 3.1引入的全新Type-C接口。與蘋(píng)果的Lightning接口相似，Type-C接口取消了曾經(jīng)的防呆保護(hù)設(shè)計(jì)，因此不分正反均可正常插入使用，免去了辨識(shí)插入方向的麻煩。而在尺寸上，8.3mm*2.5mm比標(biāo)準(zhǔn)的Type-A也小了很多，僅比目前常用的USB 2.0 Micro B稍大，因此也特別適合用在各種輕薄設(shè)備上面。但是如上圖所示，USB3.1的速度竟然也分了Gen1（5Gb/s）和Gen2（10Gb/s）兩個(gè)版本，所以并非所有Type-C接口就一定是最大10Gb/s的版本，也可能只有5Gb/s的理論帶寬，蘋(píng)果的New MacBook就是一個(gè)很好的例子。

Type-C接口的最大供電為12V/3A

而USB 3.1 Type-C的另一個(gè)大賣點(diǎn)就是對(duì)移動(dòng)設(shè)備充電能力的的增強(qiáng)。USB 3.1接口下的供電最高允許標(biāo)準(zhǔn)大幅提高到了20V/5A（僅限于Type-A/B），能夠提供達(dá)100W的供電輸出能力。而Type-C的最高標(biāo)準(zhǔn)為12V/3A，36W的充電能力已經(jīng)足夠一些輕薄型筆記本的使用，這也是New MacBook敢于放棄MagSafe而采用Type-C作為充電接口的重要原因。

Type-C Alt Mode已獲得DisplayPort和MHL支持

從功能上看，USB 3.1 Type-C還引入了全新的Alternate Mode（交替模式），這意味著Type-C接口和數(shù)據(jù)線能傳送非USB數(shù)據(jù)信號(hào)。目前Alt Mode已經(jīng)能夠支持DisplayPort 1.3和MHL 3.2規(guī)范，而USB-IF同時(shí)也在尋求對(duì)其他的功能標(biāo)準(zhǔn)的支持，除了視頻接口，像以太網(wǎng)等其他接口同樣也可以被Type-C支持。

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