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在本文中，我們將從用戶和技術(shù)這兩個(gè)角度來介紹USB接口。您將了解到USB系統(tǒng)為何如此靈活，它如何能夠支持如此多的設(shè)備。您將會(huì)切實(shí)感受到，這真是一種神奇的系統(tǒng)！
如果您使用計(jì)算機(jī)已有兩三年時(shí)間，那么一定知道，過去將設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)上是一件讓人十分頭痛的事情，而這也正是通用串行接口在努力解決的問題。
- 過去，打印機(jī)都是連接到并行打印接口，而大多數(shù)計(jì)算機(jī)只有一個(gè)接口。諸如Zip驅(qū)動(dòng)器之類的裝置需要與計(jì)算機(jī)建立高速連接，它們也要使用并行接口，但通常成功率很低，且速度不快。
- 調(diào)制解調(diào)器使用的是串行接口，而一些打印機(jī)以及諸如掌上電腦和數(shù)碼相機(jī)等的特殊設(shè)備也使用串行接口。大多數(shù)計(jì)算機(jī)最多有兩個(gè)串行接口，而且在多數(shù)情況下它們的速度都很慢。
- 那些需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備會(huì)被制成專用硬卡，這就需要將它們裝在計(jì)算機(jī)機(jī)箱的卡槽中。遺憾的是，這些卡槽的數(shù)目也是有限的，而且為某些硬卡安裝驅(qū)動(dòng)程序非常復(fù)雜，您恐怕需要請(qǐng)一位專家?guī)兔Σ拍芨愣ā?
USB的目標(biāo)就是結(jié)束這些令人頭痛的麻煩。通用串行總線提供的方法單一、規(guī)范且易于使用，它可以將多達(dá)127臺(tái)設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)上。
如今生產(chǎn)的所有外設(shè)幾乎都配有USB端口。下面列舉了一些現(xiàn)在可以買到的USB設(shè)備：
- 打印機(jī)
- 掃描儀
- 鼠標(biāo)
- 操縱桿
- 模擬飛行操縱桿
- 數(shù)碼相機(jī)
- 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)
- 科學(xué)數(shù)據(jù)采集設(shè)備
- 調(diào)制解調(diào)器
- 揚(yáng)聲器
- 電話
- 視頻電話
- 存儲(chǔ)設(shè)備，如Zip驅(qū)動(dòng)器
- 網(wǎng)絡(luò)連接
將USB設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)上非常簡單——您只需在計(jì)算機(jī)上找到USB接口，然后插入U(xiǎn)SB接頭即可。
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個(gè)人計(jì)算機(jī)背面的典型USB插孔為方型插孔。 |
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稱為“A”接口的典型USB接頭 |
如果是一個(gè)新設(shè)備，操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)到它，并尋找驅(qū)動(dòng)程序。如果設(shè)備已經(jīng)安裝，則計(jì)算機(jī)會(huì)激活該設(shè)備，并開始與之對(duì)話。此后，您便可以隨時(shí)連接和斷開USB設(shè)備了。
許多USB設(shè)備都自帶內(nèi)置線纜，線纜上配有“A”接口。如果未提供內(nèi)置線纜，則設(shè)備上會(huì)有一個(gè)用于插入U(xiǎn)SB“B”接頭的插孔。
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典型的“B”接頭 |
USB標(biāo)準(zhǔn)使用“A”和“B”兩種接頭以避免產(chǎn)生混淆：
- “A”接頭表示“向上”連接至計(jì)算機(jī)。
- “B”接頭表示“向下”連接到各個(gè)設(shè)備。
如今出售的大部分計(jì)算機(jī)都會(huì)提供一到兩個(gè)USB插孔。目前市場上提供的USB設(shè)備很多，計(jì)算機(jī)上的插孔很快就會(huì)被用光了。比如在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，有一臺(tái)USB打印機(jī)、一臺(tái)USB掃描儀、一個(gè)USB網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和一個(gè)USB網(wǎng)絡(luò)連接。但這臺(tái)計(jì)算機(jī)上只有一個(gè)USB接口。很明顯，現(xiàn)在的問題是“應(yīng)該如何將這些設(shè)備都連接到計(jì)算機(jī)上”？
解決問題的簡單辦法就是購買一個(gè)價(jià)格不高的USB集線器。USB標(biāo)準(zhǔn)可支持多達(dá)127臺(tái)設(shè)備，而USB集線器也屬于該標(biāo)準(zhǔn)的一部分。
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典型的USB四口集線器可插入4個(gè)“A”接頭。 |
集線器通常具有4個(gè)新端口，但也可能更多。您需要將集線器插入計(jì)算機(jī)，然后將設(shè)備（或其他集線器）插入集線器。通過將集線器串連在一起，您可以在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上建立數(shù)十個(gè)可用的USB端口。
集線器有的帶電源，也有些不帶電源。正如您將在下一頁所看到的那樣，USB標(biāo)準(zhǔn)允許設(shè)備從它們的USB連接中獲取電能。顯而易見，打印機(jī)或掃描儀這樣的高功率設(shè)備將配有自己的電源，而像鼠標(biāo)和數(shù)碼相機(jī)這樣的低功率設(shè)備則會(huì)靠總線供電，以簡化自身的構(gòu)造。這些電能（5伏電壓可提供高達(dá)500毫安的電流）都來自計(jì)算機(jī)。如果您擁有許多自已供電的設(shè)備（如打印機(jī)和掃描儀），那么就不需要為集線器提供電源了——由于任何連接到該集線器的設(shè)備都不再需要額外電源，因而計(jì)算機(jī)自身便足以滿足集線器的需要了。反之，如果您有許多像鼠標(biāo)和攝像機(jī)之類本身不提供電源的設(shè)備，則可能需要一個(gè)有電源的集線器。集線器配有自己的變壓器，它會(huì)為總線提供電源，以使設(shè)備不會(huì)加重計(jì)算機(jī)供電的負(fù)擔(dān)。
啟動(dòng)主機(jī)后，它會(huì)查詢所有與總線相連的設(shè)備，并為每個(gè)設(shè)備分配一個(gè)地址。這個(gè)過程稱為枚舉——在將設(shè)備連接到總線時(shí)，主機(jī)也會(huì)枚舉它們。此外，主機(jī)還會(huì)查出每臺(tái)設(shè)備要執(zhí)行的數(shù)據(jù)傳輸類型。
- 中斷——鼠標(biāo)或鍵盤等設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)非常少，它們會(huì)選擇中斷模式。
- 批量——打印機(jī)等設(shè)備接收的數(shù)據(jù)包含在一個(gè)大的數(shù)據(jù)包中，它們會(huì)使用批量傳輸模式。這種模式會(huì)將大塊數(shù)據(jù)發(fā)送到打印機(jī)（塊的大小為64個(gè)字節(jié)），并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，以確保它們的正確性。
- 同步——流式設(shè)備（如揚(yáng)聲器）都使用同步模式。在這種模式下，設(shè)備與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)傳輸?shù)模溟g沒有數(shù)據(jù)糾正過程。
此外，主機(jī)還可以通過控制數(shù)據(jù)包發(fā)送命令或查詢參數(shù)。
列舉設(shè)備時(shí)，主機(jī)會(huì)一直跟蹤所有同步和中斷設(shè)備所請(qǐng)求的總帶寬情況。如果總帶寬為480Mbps（兆比特每秒），這些設(shè)備最多可占用90%的帶寬。在用完這部分帶寬后，主機(jī)就會(huì)拒絕訪問任何其他同步或中斷設(shè)備，控制數(shù)據(jù)包和用于批量傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包將使用剩下的帶寬（至少有10%）。
通用串行總線會(huì)將可用帶寬分成多個(gè)幀，而主機(jī)則控制著這些幀。每個(gè)幀包含1,500個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，每隔一毫秒就會(huì)啟動(dòng)一個(gè)新幀。在形成幀的過程中，將為同步和中斷設(shè)備分配一個(gè)槽，以便保證它們得到所需要的帶寬。批量和控制傳輸將使用剩下的空間來傳輸數(shù)據(jù)。如果想了解更多信息，您可以查看本文末尾的技術(shù)鏈接，它們提供了大量的詳細(xì)信息。
USB性能特點(diǎn)
通用串行總線具有以下性能特點(diǎn)：
- 計(jì)算機(jī)可以充當(dāng)主機(jī)。
- 主機(jī)上可以連接多達(dá)127臺(tái)設(shè)備（可直接連接，也可以通過USB集線器連接）。
- 單根USB線纜可達(dá)5米之長；使用集線器后，設(shè)備最多可以在遠(yuǎn)離主機(jī)30米的地方工作，這相當(dāng)于六根線纜的長度。
- 使用USB 2.0時(shí)，總線的最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到每秒480兆比特。
- USB線纜包含兩根電源線（一根電壓為5伏的電線，另一根是地線）和一對(duì)用來承載數(shù)據(jù)的雙絞線。
- 在電源線上，計(jì)算機(jī)在5伏電壓下可提供高達(dá)500毫安的電流。
- 低功率設(shè)備（如鼠標(biāo)）可以直接使用總線中的電流。高功率設(shè)備（如打印機(jī)）則配有自己的電源，總線只向它們提供很少一部分電能。集線器也自己有電源，能夠直接為與之相連的設(shè)備供電。
- USB設(shè)備都是熱插拔型的，這表示您隨時(shí)都可以將它們插入總線和拔掉它們。
- 當(dāng)計(jì)算機(jī)進(jìn)入省電模式時(shí)，主計(jì)算機(jī)可以將許多USB設(shè)備置于睡眠狀態(tài)。
與USB端口相連的設(shè)備依靠USB線纜來承載電源和數(shù)據(jù)。
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USB線纜的內(nèi)部構(gòu)成：兩根電源線，其中一根是電壓為5伏的電線（紅色），另一根是地線（棕色）；一對(duì)用來承載數(shù)據(jù)的雙絞線（黃色和藍(lán)色）。該線纜還是屏蔽電纜。 |
USB 2.0
USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)是USB 1.1的升級(jí)版本，于2000年4月推出。
USB 2.0（高速USB）為多媒體和存儲(chǔ)應(yīng)用程序提供了額外帶寬，其數(shù)據(jù)傳輸速度比USB 1.1快40倍。為了讓消費(fèi)者和制造商順利實(shí)現(xiàn)這一過渡，USB 2.0具有完全的向前和向后兼容性，它不僅可以用于原來的USB設(shè)備，而且還能使用之前USB制造的線纜和接口。
USB 2.0支持三種速度模式（每秒1.5、12和480兆比特），這樣它既可支持鍵盤和鼠標(biāo)等低帶寬設(shè)備，也可支持高分辨率的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、掃描儀、打印機(jī)和高容量的存儲(chǔ)系統(tǒng)等高帶寬設(shè)備。隨著USB 2.0的廣泛應(yīng)用，個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者可以加快新一代PC外設(shè)的開發(fā)，以跟上現(xiàn)有高性能PC的發(fā)展步伐。USB 2.0的傳輸速度也促進(jìn)了新一代PC和應(yīng)用程序的發(fā)展。除了改進(jìn)功能和鼓勵(lì)創(chuàng)新外，USB 2.0還提高了用戶應(yīng)用程序的效率，用戶可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)PC應(yīng)用程序或高性能外設(shè)。
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