原標題：USB端口的工作原理

　　USB 電纜可讓您將配件連接到計算機 伊莎貝爾·帕維亞/蓋蒂圖片社

　　幾乎任何 計算機 您今天購買的附帶一個或多個 通用串行總線 連接。這些 USB 連接器可讓您連接 小 鼠, 打印機 和其他配件快速輕松地連接到您的計算機。這 操作系統 也支持USB，因此設備驅動程序的安裝也快速簡便。與其他將設備連接到計算機的方式相比(包括 并行端口, 串行端口 以及安裝在計算機機箱內的特殊卡)，USB設備非常簡單。

　　在本文中，我們將從用戶和技術角度研究USB端口。您將了解為什么USB系統如此靈活，以及它如何能夠如此輕松地支持如此多的設備 - 它確實是一個了不起的系統。

　　任何在計算機周圍工作了一段時間的人都知道通用串行總線試圖解決的問題 - 過去，將設備連接到計算機一直是一個真正令人頭疼的問題。

　　打印機連接到并行打印機端口，大多數計算機只附帶一個。像外部存儲介質這樣需要高速連接到計算機的東西，將使用 并行端口 同樣，通常成功有限，速度也不快。

　　調制解調器使用 串行端口，但一些打印機和各種奇怪的東西也是如此，如個人數字助理 (PDA) 和 數碼相機.大多數計算機最多有兩個串行端口，而且在大多數情況下它們非常慢。

　　需要更快連接的設備帶有自己的卡，這些卡必須適合計算機機箱內的卡插槽。不幸的是，卡槽的數量有限，有些卡很難安裝。

　　USB的目標是結束所有這些令人頭疼的問題。通用串行總線為您提供了一種單一、標準化、易于使用的方式來連接 127 臺設備 到計算機。

　　現在幾乎每個外圍設備都有USB版本。您今天可以購買的 USB 設備示例列表包括：

　　打印機

　　掃描儀

　　小 鼠

　　操縱 桿

　　飛行軛

　　數碼相機

　　網絡攝像頭

　　科學數據采集設備

　　調制解調器

　　揚聲器

　　電話

　　可視電話

　　存儲設備

　　網絡連接

　　在下一節中，我們將介紹允許您的計算機與這些設備通信的 USB 電纜和連接器。

　　USB 電纜和連接器

　　矩形插座是典型的 USB 插座。將 USB 設備連接到計算機很簡單 - 您可以在機器背面找到 USB 連接器并將 USB 連接器插入其中。

　　如果是新設備， 操作系統 自動檢測它并要求提供驅動程序磁盤。如果已安裝該設備，計算機將激活它并開始與之通信。可以隨時連接和斷開 USB 設備。

　　典型的 USB 連接器，稱為“A”連接

　　許多 USB 設備都帶有自己的內置電纜，并且電纜上有一個“A”連接。如果沒有，則設備上有一個接受 USB“B”連接器的插座。

　　典型的“B”連接

　　USB 標準使用“A”和“B”連接器以避免混淆：

　　"一個“ 連接器”上游“朝向計算機。

　　"B“ 連接器朝向”下游“并連接到各個設備。

　　通過在上游和下游端使用不同的連接器，永遠不會混淆 - 如果您將任何USB電纜的“ B”連接器連接到設備中，您就知道它會起作用。同樣，您可以將任何“A”連接器插入任何“A”插座，并知道它會起作用。

　　無線集線器

　　您今天購買的大多數計算機都至少帶有一個或兩個USB插座。但是市場上有這么多的USB設備，你很容易很快用完插座。例如，您可以讓鍵盤，鼠標，打印機，麥克風和網絡攝像頭都運行在USB技術上，因此明顯的問題是，“您如何連接所有設備?

　　解決這個問題的簡單方法是購買便宜的USB集線器。USB 標準最多支持 127 臺設備，USB 集線器是該標準的一部分。

　　典型的 USB 四端口集線器接受 4 個“A”連接。

　　集線器通常有四個新端口，但可能有更多端口。將集線器插入計算機，然后將設備(或其他集線器)插入集線器。通過將集線器鏈接在一起，您可以在一臺計算機上建立數十個可用的 USB 端口。

　　集線器可以通電或無源。正如您將在下一頁看到的那樣，USB 標準允許設備從其 USB 連接獲取電源。打印機或掃描儀等高功率設備將有自己的電源，但鼠標和數碼相機等低功耗設備從總線獲取電源以簡化它們。電源(USB 2.0 在 5 伏時高達 500 毫安，對于 USB 3.0，高達 900 毫安)來自計算機。如果你有很多自供電設備(如打印機和掃描儀)，則你的集線器不需要通電 - 連接到集線器的設備都不需要額外的電源，因此計算機可以處理它。如果您有很多未通電的設備，如鼠標和相機，您可能需要一個有源集線器。樞紐有自己的 變壓器 它為總線供電，以便設備不會使計算機的電源過載。

　　USB 進程

　　當主機上電時，它會查詢連接到總線的所有設備，并為每個設備分配一個地址。此過程稱為 列舉 -- 設備在連接到總線時也會被枚舉。主機還從每個設備中找出它希望執行的數據傳輸類型：

　　中斷 - 鼠標或 鍵盤，這將發送很少的數據，將選擇中斷模式。

　　散裝 - 像打印機這樣的設備，在一個大數據包中接收數據，使用批量傳輸模式。數據塊被發送到打印機(以 64 字節塊為單位)并驗證以確保其正確無誤。

　　等時的 - 流媒體設備(如 揚聲器) 使用常時等量模式。設備和主機之間的數據流實時，沒有糾錯。

　　主機還可以使用控制數據包發送命令或查詢參數。

　　枚舉設備時，主機會跟蹤所有常時等量和中斷設備請求的總帶寬。它們可以消耗高達 90% 的可用 480 Mbps 帶寬(USB 3.0 將該速度提高到每秒 4.8 千兆位)。90% 用完后，主機將拒絕訪問任何其他常時等量或中斷設備。控制數據包和用于批量傳輸的數據包使用剩余的任何帶寬(至少 10%)。

　　通用串行總線將可用帶寬劃分為幀，主機控制幀。幀包含 1，500 個字節，每毫秒啟動一個新幀。在幀期間，常時等量和中斷設備獲得一個插槽，因此可以保證它們獲得所需的帶寬。批量和控制傳輸使用剩余的任何空間。如果您想了解更多信息，本文末尾的技術鏈接包含大量詳細信息。

　　USB特性

　　在USB電纜內部：有兩根電源線 - +5伏(紅色)和接地(棕色) - 以及一對雙絞線(黃色和藍色)來傳輸數據。電纜也是屏蔽的。通用串行總線具有以下功能：

　　計算機充當主機。

　　多達 127 臺設備可以直接或通過 USB 集線器連接到主機。

　　單根 USB 電纜可長達 5 米;使用集線器，設備可以距離主機最遠 30 米(六根電纜)。

　　使用USB 2.0，總線的最大數據速率為每秒480兆比特(是USB 1.0速度的10倍)。

　　USB 2.0 電纜有兩根電源線(+5 伏和接地)和一對雙絞線來傳輸數據。USB 3.0標準增加了四根用于數據傳輸的電線。USB 2.0 一次只能向一個方向(下游或上游)發送數據，而 USB 3.0 可以同時在兩個方向上傳輸數據。

　　在電源線上，計算機可以在 500 伏電壓下提供高達 5 毫安的功率。USB 3.0 電纜可提供高達 900 毫安的功率。

　　低功耗設備(如鼠標)可以直接從總線獲取電源。高功率設備(如打印機)有自己的電源，從總線消耗的功率最小。集線器可以有自己的電源，為連接到集線器的設備供電。

　　USB 設備是 熱插拔，這意味著您可以將它們插入總線并隨時拔下它們。USB 3.0 電纜與 USB 2.0 端口兼容 - 您不會獲得與 USB 3.0 端口相同的數據傳輸速度，但數據和電源仍將通過電纜傳輸。

　　當計算機進入省電模式時，主機可以將許多 USB 設備置于睡眠狀態。

　　連接到 USB 端口的設備依靠電纜來傳輸電源和數據。

　　USB 2.0 和 3.0 端口

　　USB 2.0 版標準于 2000 年 4 月發布，作為 USB 1.1 的升級版。

　　USB 2.0 (高速 USB) 為多媒體和存儲應用提供額外的帶寬，數據傳輸速度比 USB 1.1 快 40 倍。為了讓消費者和制造商都能平穩過渡，USB 2.0 與原始 USB 設備具有完全的向前和向后兼容性，并且也適用于為原始 USB 制造的電纜和連接器。

　　USB 2.0支持三種速度模式(每秒1.5、12和480兆比特)，支持低帶寬設備，例如 鍵盤 和 小 鼠，以及高分辨率等高帶寬 網絡攝像頭, 掃描儀, 打印機 和高容量 存儲系統.USB 2.0 的部署使 PC 行業領導者能夠推進 PC 外圍設備的開發，以補充現有的高性能 PC。除了改進功能和鼓勵創新外，USB 2.0 還提高了用戶應用程序的生產力，并允許用戶同時運行多個 PC 應用程序或同時運行多個高性能外圍設備。

　　USB 3.0(SuperSpeed USB)標準于2008年11月17日正式發布[來源： 一切 USB].USB 3.0 的速度比 USB 2.0 快 10 倍，每秒 4.8 千兆位。它適用于傳輸高清視頻片段或將整個硬盤驅動器備份到外部驅動器等應用程序。隨著硬盤容量的增長，對高速數據傳輸方法的需求也在增加。

　　USB 3.0標準的采用一直很慢。芯片制造商必須設計支持 USB 3.0 的主板硬件。計算機所有者可以選擇購買可以安裝在計算機中的卡，以提供USB 3.0支持。但硬件支持只是問題的一部分 - 您還需要操作系統的支持。盡管微軟宣布Windows 7最終將支持USB 3.0標準，但該公司發布的操作系統不支持USB 3.0。Linux 操作系統的最新發行版支持 USB 3.0。

　　您可能認為數據傳輸電纜不會引起爭議。但一些記者，如ZDNet作家Adrian Kingsley-Hughes認為，USB 3.0采用緩慢的一個原因是英特爾故意推遲了支持USB 3.0的主板的生產，以使自己的產品領先一步。該產品是 光峰，一種數據傳輸技術，初始最高數據傳輸速度為每秒 10 千兆位，未來理論速度達到每秒 100 千兆位。由于英特爾是芯片的主要制造商，目前只有少數計算機的主板由其他公司制造，支持USB 3.0。

　　英特爾代表否認了這種說法。公司高管表示，Light Peak技術不會取代USB端口，Light Peak和USB 3.0將協同工作。同時，您可以在當今市場上找到包含USB 3.0的計算機和配件。

　　常見問題

　　USB端口的三種類型是什么?

　　三種類型的 USB 端口是 USB A 型、USB B 型和 USB C 型。