1 USB簡(jiǎn)介

USB大家想必并不陌生，但是你知道USB是從何而來(lái)的嗎？USB都有哪些版本？USB將來(lái)會(huì)統(tǒng)一變成什么樣？ 帶著這些問(wèn)題，硬件花園梳理出各個(gè)USB版本的不同與特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在硬件接口、傳輸速率。關(guān)注我，回復(fù)USB，領(lǐng)取USB技術(shù)資料。

1.1 什么是USB

USB（Universal Seiral Bus，通用串行總線）是連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與外部設(shè)備的一種串口總線標(biāo)準(zhǔn)，也是一種輸入輸出接口的技術(shù)規(guī)范，被廣泛地應(yīng)用于個(gè)人計(jì)算機(jī)和移動(dòng)設(shè)備等信息通訊產(chǎn)品，并擴(kuò)展至攝影器材、數(shù)字電視（機(jī)頂盒）、游戲機(jī)等其它相關(guān)領(lǐng)域。

USB標(biāo)志及海神

1.2 USB標(biāo)志含義

咦？怎么上圖右下角還有個(gè)希臘神話的海神波塞冬？ 原來(lái)USB標(biāo)志的設(shè)計(jì)靈感是來(lái)源于海神的武器「三叉戟」，一支強(qiáng)有力的三齒魚叉。就像海神的三叉戟象征著力量一樣，USB三叉戟同樣象征著與USB相關(guān)的技術(shù)強(qiáng)大有力！ 不過(guò)，設(shè)計(jì)成魚叉的形狀，可能暗示人們拿著自己的USB設(shè)備到處亂插（叉）。設(shè)計(jì)師又對(duì)三叉戟的三根尖齒進(jìn)行了修改，將左右兩根的三角形分別改成了圓形和正方形。

箭頭表示串行數(shù)據(jù)，即構(gòu)成所有信息的位（1和0）；圓圈代表5V，即USB工作的電壓；正方形代表接地電壓。 這三個(gè)不同的形狀也意味著，各種不同的外部設(shè)備都可以使用USB這一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行連接。現(xiàn)在這個(gè)圖標(biāo)可以在各類USB線纜的接頭及設(shè)備插座上看到。

1.3 USB歷史

USB接口由 Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC及Northern Telecom 等計(jì)算機(jī)公司和通信公司于1995年聯(lián)合制定，經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，逐漸形成了現(xiàn)在的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

USB已經(jīng)迭代了USB1.0/1.1、USB2.0、USB3.x幾個(gè)版本，最終發(fā)展到了現(xiàn)在的USB4；傳輸速率也從最開始的1.5Mbps，大幅提高到了最新的40Gbps！

1.4?USB特點(diǎn)

USB 具有傳輸速度快、使用方便、支持熱插拔、連接靈活、獨(dú)立供電、協(xié)議向下兼容等優(yōu)點(diǎn)，可以連接鍵盤、鼠標(biāo)、大容量存儲(chǔ)設(shè)備等多種外設(shè)，該接口也被廣泛用于智能 手機(jī)中。

2 USB各版本傳輸標(biāo)準(zhǔn)

USB傳輸標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了USB1.0/USB1.1->USB2.0->USB3.x->USB4.0的演進(jìn)。每個(gè)版本的標(biāo)志、傳輸速率和理論速度如下圖。

USB版本概述 從上圖可以看出，USB1.0、USB1.1分別對(duì)應(yīng)USB2.0的低速版本Low-Speed、中速版本Full-Speed，USB2.0對(duì)應(yīng)USB2.0?高速High-Speed。

USB 1.0 -> USB 2.0 Low-Speed

USB 1.1 -> USB 2.0 Full-Speed

USB 2.0 -> USB 2.0 High-Speed

從USB3.0開始，可能是借鑒了USB2.0以前的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)（命名混亂，后文會(huì)提到），USB3.0開始分Gen1、Gen2，小版本的更新歸屬于Gen1、Gen2，大版本的更新歸屬于USB3.0、USB3.1、USB3.2（其實(shí)還是比較混亂）。

USB 3.0 -> USB 3.1 Gen1 -> USB 3.2 Gen1

USB 3.1 -> USB 3.1 Gen2 -> USB 3.2 Gen2x1

USB 3.2 -> USB 3.2 Gen2x2

發(fā)展到今天，最新的版本已經(jīng)更新到USB4！

USB 4 -> USB 4 Gen3x2

2.1 USB1.0

1996年1月15日推出USB1.0接口規(guī)范不過(guò)因?yàn)楫?dāng)時(shí)支持 USB 的周邊裝置少的可憐，所以主機(jī)板商不太把 USB Port 直接設(shè)計(jì)在主機(jī)板上。

規(guī)定低速傳輸速率為1.5Mbit/s

對(duì)外提供供電電壓為5V，最大電流500mA

一般適用于鼠標(biāo)、鍵盤等低速HID設(shè)備。

支持熱插

2.2 USB1.1

1998年9月23日對(duì)原來(lái)的USB1.0進(jìn)行升級(jí)，提出了USB1.1。

USB1.1規(guī)定了全速傳輸速率為12Mbit/s,并兼容USB1.0的1.5Mbit/s

傳輸線纜最大長(zhǎng)度3m

對(duì)外提供供電電壓為5V，最大電流500mA

一般適用于鼠標(biāo)、鍵盤、U盤，光驅(qū)等。

一個(gè)USB接口理論上可以支持127個(gè)設(shè)備。

2.3 USB2.0

2000年4月27日由USB-IF組織提出了USB2.0總線協(xié)議規(guī)范。這在當(dāng)時(shí)是很快的傳輸速度了，但是在今天隨便一個(gè)移動(dòng)硬盤都是TB級(jí)別的，隨便一部2k、4k 的電影也是GB級(jí)別，USB 2.0 的傳輸速度已經(jīng)不夠用了。

具備480Mbit/s的高速傳輸速率，向下兼容低速1.5Mbit/s和全速12Mit/s

傳輸線纜最大長(zhǎng)度5m

對(duì)外提供供電電壓為5V，最大電流500mA

通過(guò)HUB級(jí)聯(lián)的方式，一個(gè)USB接口理論上可以擴(kuò)展127個(gè)USB設(shè)備

支持 4種傳輸方式：控制傳輸、中斷傳輸、同步傳輸和塊傳輸。

2.4 USB3.0 /USB 3.1?Gen1 / USB 3.2 Gen1

超高速USB3.0規(guī)范于2008年11月17日于USB-IF組織推出。

提供更高的5.0Gbit/s的超高速傳輸速度，并向下兼容低速1.5Mbits/s、全速12Mbit/s和高速480Mbit/s傳輸速率

對(duì)外提供供電電壓為5V，最大電流900mA

傳輸線纜最大長(zhǎng)度3m

增加了新的電源管理功能，支持待機(jī)、睡眠以及暫定模式，更加省電。

全雙工通訊。

2.5 USB 3.1 2013年，USB 3.1 發(fā)布，傳輸速度達(dá)到了 10Gbps。但是從這里開始，USB-IF 開始了魔幻操作，對(duì)之前的接口標(biāo)準(zhǔn)重命名了，導(dǎo)致現(xiàn)在接口名稱混亂。 以前的 USB 3.0 改名為 USB 3.1 Gen 1 又稱為第一代 USB 3.1，新發(fā)布的 USB 3.1 改名為 USB 3.1 Gen 2 又稱為第二代 USB 3.1。前面提到的 USB 3.0 消失在了歷史長(zhǎng)河。

速度翻番至10Gbps

新增USB A/V影音傳輸。更適合作為移動(dòng)設(shè)備的輸出接口，尤其是可逆的Type-C。

將供電的最高允許標(biāo)準(zhǔn)提高到了20V/5A，供電100W。

必須使用USB Type-C接口才能達(dá)到10Gbps的速度。

2.6 USB 3.2 2017 年，USB 3.2 發(fā)布，最高速度達(dá)到了 20Gbps。沒(méi)有錯(cuò)，USB-IF 組織又對(duì)接口標(biāo)準(zhǔn)重命名了。

第一代 USB 3.1 改名為 USB 3.2 Gen 1 又稱為第一代 USB 3.2，第二代 USB 3.1 改名為 USB 3.2 Gen 2 又稱為第二代 USB 3.2。就這樣，USB 3.1 也消失在了歷史長(zhǎng)河。

新發(fā)布的 USB 3.2 （傳輸速度 20Gbps），叫做 USB 3.2 Gen 2x2 又稱為雙通道第二代 USB 3.2。之所以想出USB 3.2 Gen2x2這樣的名字，大概是因?yàn)樗褂昧薝SB Type-C接口的上下兩端全部pin腳，速度得以翻番。

USB 3.2 Gen 1、USB 3.2 Gen 2、USB 3.2 Gen 2x2還各自有一個(gè)市場(chǎng)推廣命名，分別是SuperSpeed USB、SuperSpeed USB 10Gbps、SuperSpeed USB 20Gbps。

USB 3.x版本 2.7 USB4

2019 年，USB4 發(fā)布，分為兩個(gè)版本，一個(gè)是 20Gbps，一個(gè)是 40Gbps。物理接口形態(tài)統(tǒng)一使用 USB Type-C 接口。

最大支持 40Gbps 帶寬

物理接口僅有 USB Type-C 一種

支持動(dòng)態(tài)分配帶寬

可選是否支持 Thunderbolt 3，只有這樣才能達(dá)到最大帶寬 40Gbps

需要強(qiáng)制使用 USB-PD 充電協(xié)議

為了保證設(shè)備兼容性，USB所有協(xié)議都向下兼容！這個(gè)特點(diǎn)也是USB能廣泛應(yīng)用的一大原因！

3 USB硬件接口

前面說(shuō)的 USB 2.0、USB 3.1、USB 3.2、USB4 指的都是傳輸標(biāo)準(zhǔn)，需要依賴于物理接口才能實(shí)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)、充電等功能。?

USB硬件接口在USB3.2 Gen2x1以前的版本，基本上都存在TypeA/B 、Mini、Micro版本。Mini和Micro版本的出現(xiàn)能夠更好地應(yīng)對(duì)輕薄類、移動(dòng)類產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)景。 在USB Type-C橫空出世，解決掉“正反插”的世紀(jì)性難題之后，USB將逐步統(tǒng)一到USB Type-C接口上。

3.1 USB Type A/B

USB Type A(左)和USB Type B(右)

USB Type A：該標(biāo)準(zhǔn)一般適用于個(gè)人電腦PC中，是應(yīng)用于最廣泛的接口標(biāo)準(zhǔn)

USB Type B：一般用于3.5寸移動(dòng)硬盤、以及打印機(jī)、顯示器等連接。

3.2 USB Mini A/B

一般用于數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、測(cè)量?jī)x器以及移動(dòng)硬盤等移動(dòng)設(shè)備。 3.3 USB Micro A/B

微型USB接口，適用于移動(dòng)設(shè)備

Micro USB口是USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)便攜版本，Mini USB的下一代規(guī)格，比早期部分手機(jī)使用的Mini USB接口更小。上一代我們的手機(jī)的充電接口就是Micro USB接口。

3.4 USB3.1 Type C

USB3.1 Type C接口 為了區(qū)分不同的接口協(xié)議，通常使用 USB 3.0 協(xié)議的 USB-A 接口顏色使用藍(lán)色。

3.5? TYPE C

USB Type C接口

又稱 USB-C，作為新一代通用接口，集成 USB 數(shù)據(jù)、PD 充電、音視頻顯示輸出等功能，有望成為市場(chǎng)的統(tǒng)一接口。它是隨著 USB 3.1 （這里特指 USB 3.1 Gen2，現(xiàn)名：USB 3.2 Gen 2，下同）標(biāo)準(zhǔn)被提出來(lái)的。

USB4 只有 USB Type-C 一種物理接口。在傳輸鏈路上 USB4 分出了不同「隧道」來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，并且能「動(dòng)態(tài)分配帶寬」，根據(jù)每條「隧道」的實(shí)時(shí)情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整每一部分的帶寬。目前支持：數(shù)據(jù)傳輸（USB 3.2 隧道）、視頻傳輸（DisplayPort 1.4a 隧道）、可選隧道（PCI-E 隧道）三種。

審核編輯：劉清