通用串行總線（USB）簡(jiǎn)介

一.USB是什么
---- USB是通用串行總線(UniversalSerialBus) ，是一種支持即插即用的新型串行接口。也有人稱之為“菊鏈(daisy－chaining)”，是因?yàn)樵谝粭l“線纜”上有鏈接127 個(gè)設(shè)備的能力。USB要比標(biāo)準(zhǔn)串行口快得多，其數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)每秒4Mb～12Mb (而老式的串行口最多是每秒115Kb)。除了具有較高的傳輸率外，它還能給外圍設(shè)備提供支持。

---- 需要注意的是，這不是一種新的總線標(biāo)準(zhǔn)，而是電腦系統(tǒng)連接外圍設(shè)備(如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)等)的輸入/輸出接口標(biāo)準(zhǔn)。到現(xiàn)在為止，電腦系統(tǒng)連接外圍設(shè)備的接口還無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)， 如鍵盤(pán)的插口是圓的、連接打印機(jī)要用9針或25針的并行接口、鼠標(biāo)則要用9針或25針的串行接口。 USB能把這些不同的接口統(tǒng)一起來(lái)，僅用一個(gè)4針插頭作為標(biāo)準(zhǔn)插頭。通過(guò)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)插頭，采用菊花鏈形式可以把所有的外設(shè)連接起來(lái)，并且不會(huì)損失帶寬。USB正在取代當(dāng)前PC上的串口和并口。

二.USB的“起源”
---- 隨著電腦應(yīng)用的拓展，PC機(jī)的外設(shè)越來(lái)越多，機(jī)箱后的插口也形形色色：并行口、串行口、鍵盤(pán)口、鼠標(biāo)口、游戲手柄接口、音頻輸入輸出口、視頻輸出口……， PC機(jī)有限的I/O插槽無(wú)法滿足日益增加的外設(shè)需要；不具備專業(yè)知識(shí)的普通用戶難于選擇合適的資源和完成復(fù)雜的安裝工作。因此，簡(jiǎn)化外設(shè)擴(kuò)充方法, 使之方便易行便成為各個(gè)PC機(jī)廠家面臨的重大研究課題。 在這個(gè)背景下， Microsoft公司于1994年提出了即插即用(Plug&Play)方案，這種技術(shù)解決了用戶選擇資源的困難，由系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置，但新外設(shè)的安裝仍然相當(dāng)麻煩，而且外設(shè)擴(kuò)充數(shù)量的問(wèn)題也沒(méi)有解決。因此, 在1996年召開(kāi)的面向PC機(jī)硬件技術(shù)工作者會(huì)議上，Compaq、 Intel和Microsoft三家廠商提出了設(shè)備插架(DeviceBay)概念。USB就是設(shè)備插架的一種規(guī)范。

三.USB的結(jié)構(gòu)及傳輸方式
---- 1.USB的結(jié)構(gòu)

---- USB規(guī)范將USB分為5個(gè)部分： 控制器、控制器驅(qū)動(dòng)程序、USB芯片驅(qū)動(dòng)程序、USB 設(shè)備以及針對(duì)不同USB設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。

---- (1)控制器：主要負(fù)責(zé)執(zhí)行由控制器驅(qū)動(dòng)程序發(fā)出的命令；

---- (2)控制器驅(qū)動(dòng)程序：在控制器與USB設(shè)備之間建立通信信道；

---- (3)USB芯片驅(qū)動(dòng)程序：提供對(duì)USB的支持；

---- (4) USB設(shè)備：包括與PC相連的USB外圍設(shè)備，分為兩類：一類設(shè)備本身可再接其他USB外圍設(shè)備， 另一類設(shè)備本身不可再連接其他外圍設(shè)備；前者稱為USB集線器（USB HUB），后者稱為設(shè)備。 或者說(shuō)，集線器帶有連接其他外圍設(shè)備的USB端口，而設(shè)備則是連接在計(jì)算機(jī)上用來(lái)完成特定功能并符合USB規(guī)范的設(shè)備單元，如鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等；

---- (5) 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：就是用來(lái)驅(qū)動(dòng)USB設(shè)備的程序，通常由操作系統(tǒng)或USB設(shè)備制造商提供，如平常所說(shuō)Modem驅(qū)動(dòng)程序、打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序等。

---- 2.USB的傳輸方式

---- 針對(duì)設(shè)備對(duì)系統(tǒng)資源需求的不同，在USB規(guī)范中規(guī)定了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式：

---- (1)、 等時(shí)傳輸方式：該方式用來(lái)連接需要連續(xù)傳輸，且對(duì)數(shù)據(jù)的正確性要求不高而對(duì)時(shí)間極為敏感的外部設(shè)備，如麥克風(fēng)、音箱以及電話等。等時(shí)傳輸方式以固定的傳輸速率，連續(xù)不斷地在主機(jī)與USB設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)，在傳送數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，USB 并不處理這些錯(cuò)誤，而是繼續(xù)傳送新的數(shù)據(jù)；

---- (2) 、中斷傳輸方式：該方式傳送的數(shù)據(jù)量很小，但這些數(shù)據(jù)需要及時(shí)處理，以達(dá)到實(shí)時(shí)效果，此方式主要用在鍵盤(pán)、鼠標(biāo)以及游戲手柄等外部設(shè)備上；

---- (3)、控制傳輸方式：該方式用來(lái)處理主機(jī)的USB設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。包括設(shè)備控制指令、 設(shè)備狀態(tài)查詢及確認(rèn)命令。當(dāng)USB設(shè)備收到這些數(shù)據(jù)和命令后，將依據(jù)先進(jìn)先出的原則按隊(duì)列方式處理到達(dá)的數(shù)據(jù)；

---- (4) 批傳輸方式。該方式用來(lái)傳輸要求正確無(wú)誤的數(shù)據(jù)。通常打印機(jī)、掃描儀和數(shù)碼相機(jī)以這種方式與主機(jī)連接。

---- 在這4種數(shù)據(jù)傳輸方式中，除等時(shí)傳輸方式外，其他3種方式在數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，都會(huì)試圖重新發(fā)送數(shù)據(jù)以保證其準(zhǔn)確性。 　

四.USB設(shè)備的的使用
---- 要使用USB設(shè)備，首先要求主板具有支持USB設(shè)備的功能，其次要求操作系統(tǒng)支持 USB設(shè)備。 目前生產(chǎn)的主板一般都采用支持USB功能的控制芯片組， 主板上也安裝有 USB接口插座。 Windows98內(nèi)置了對(duì)USB的支持，如果使用Windows95，還需取得USB驅(qū)動(dòng)程序
Usbsupp．Exe (在http: //www.microsoft.com/KB下載)才能使用主板提供的功能。在操作系統(tǒng)擁有了對(duì)USB設(shè)備的支持后，安裝USB設(shè)備以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序， (新增加的外設(shè)可以直接與主機(jī)上的USB接口相連，一般主板上只提供兩個(gè)USB接口，如果 USB的設(shè)備多于兩個(gè)，那么就必須用USB的Hub了。目前在中國(guó)大陸地區(qū)銷(xiāo)售的所有型號(hào)的PAVILION HOME PC都具有2個(gè)USB接口供用戶使用。)，設(shè)備就可以正常工作了。

五.USB的優(yōu)勢(shì)
---- 在USB方式下， 所有的外設(shè)都在機(jī)箱外連接，連接外設(shè)不必再打開(kāi)機(jī)箱；允許外設(shè)熱插拔，而不必關(guān)閉主機(jī)電源。USB采用“級(jí)聯(lián)”方式，即每個(gè)USB設(shè)備用一個(gè)USB 插頭連接到另一個(gè)外設(shè)的USB插座上，而其本身又提供一個(gè)USB插座供下一個(gè)USB外設(shè)連接用。通過(guò)這種類似菊花鏈?zhǔn)降倪B接，一個(gè)USB控制器可以連接多達(dá)127個(gè)外設(shè)，而每個(gè)外設(shè)間距離(線纜長(zhǎng)度)可達(dá)5米。USB能智能識(shí)別USB鏈上外圍設(shè)備的插入或拆卸。

---- 它可使多個(gè)設(shè)備在一個(gè)端口上運(yùn)行，速度也比現(xiàn)在的串行口或并行口快得多，而且其總的連線在理論上說(shuō)可以無(wú)限延長(zhǎng)。對(duì)PC來(lái)說(shuō)，以上這些都是一些難得的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)椴辉傩枰狿S/2端口、 MIDI/game端口等各種不同的端口了，還可以隨時(shí)隨地在各種設(shè)備上任意插撥。你可以在一個(gè)端口上運(yùn)行鼠標(biāo)、控制手柄、鍵盤(pán)以及其他輸入裝置(例如數(shù)碼相機(jī))，而且，你也不必重新啟動(dòng)系統(tǒng)去做這些工作?，F(xiàn)在USB設(shè)備正在快速增多，且由于操作系統(tǒng)已內(nèi)置支持USB的功能，因而用戶現(xiàn)在就可以方便的使用。 顯然，USB為PC的外設(shè)擴(kuò)充提供了一個(gè)很好的解決方案。

---- 目前USB技術(shù)的發(fā)展， 已經(jīng)允許用戶在不使用網(wǎng)卡、HUB的情況下，直接通過(guò)USB 技術(shù)將幾部電腦連接起來(lái)組成小型局域網(wǎng)，用戶只需要給各部電腦起個(gè)名字就可以開(kāi)始工作。這種網(wǎng)絡(luò)具備Ethernet網(wǎng)絡(luò)的各種優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)少了Ethernet網(wǎng)絡(luò)的許多限制。假設(shè)一位用戶上班時(shí)使用移動(dòng)電腦，回家時(shí)使用PC機(jī)，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，他可以通過(guò)采用USB技術(shù)的接口將兩部電腦連接起來(lái)交換資源， 其數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)12Mbps，這是傳統(tǒng)串行口無(wú)法比擬的。而且用戶在組網(wǎng)的時(shí)候根本無(wú)須考慮DIP、IRQ等等問(wèn)題。此類技術(shù)除支持兼容Ethernet的軟硬件外， 也支持標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，包括IPX/SPX、NetBEUI和TCP/IP，這為通過(guò)USB技術(shù)組成的小局域網(wǎng)連接至大型網(wǎng)絡(luò)或Internet提供了條件。

---- 從成本上看， PC機(jī)的控制芯片組和操作系統(tǒng)中已經(jīng)內(nèi)建了USB功能，因此PC機(jī)在硬件和軟件的價(jià)格上不會(huì)增加。而由于減少了接口插卡和供電電源，使得外設(shè)的成本可以降低。 此外USB的“熱插拔”功能允許用戶十分方便地連接和拆卸外設(shè)，實(shí)現(xiàn)外設(shè)的共享。這也就降低了這些外設(shè)的使用成本。

---- 此外，USB還在以下幾個(gè)方面加強(qiáng)并簡(jiǎn)化了用戶對(duì)PC外設(shè)的使用：

---- (1).可雙向傳輸資料，你可以得到從搖桿上傳回的強(qiáng)制回饋效果；

---- (2).是一種真正的即插即用設(shè)計(jì)——支持USB的產(chǎn)品只要將連接線接到電腦的USB插槽，電腦內(nèi)部就會(huì)自動(dòng)分配地址，不需用戶參照系統(tǒng)的硬件設(shè)定進(jìn)行設(shè)置。它為PC機(jī)的即插即用提供了極大的發(fā)展空間，所以Windows 95 OSR2.1及Windows 98均支持USB。

---- (3).更高的帶寬。USB端口的傳輸速率高達(dá)12Mbps，與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的串行端口相比，大約快出100倍，與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的并行端口相比，也快出近10倍。換句話說(shuō)，USB端口的傳輸速率快于當(dāng)前PC平臺(tái)上任何其他類型的端口。這意味著用戶將會(huì)擁有足夠的帶寬供新的數(shù)字外設(shè)使用，例如音頻系統(tǒng)、數(shù)字照相機(jī)、虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡以及數(shù)據(jù)手套等。

---- (4) .內(nèi)置的電源供給。USB可消除某些外設(shè)對(duì)體積較大的電源適配器的需求，因?yàn)樗勺R(shí)別一個(gè)設(shè)備所需的電力，并可自動(dòng)把這一電力提供給這一設(shè)備(最高可達(dá)500 毫安)。

---- (5).提供了對(duì)電話的兩路數(shù)據(jù)支持。遠(yuǎn)程通信設(shè)備需要兩路(異步)數(shù)據(jù)傳輸能力，而串、 并行或SCSI總線技術(shù)不支持這一能力。USB可支持異步以及等時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，因此使用這一技術(shù)后，電話已可與PC集成，共享話音郵件及其他特性。

---- (6).高保真音頻。傳統(tǒng)上，PC的音頻信息可按兩種方式加以生成：一是CD－ROM，它可讀取一個(gè)壓縮光盤(pán)上的數(shù)據(jù)，然后產(chǎn)生一個(gè)模擬輸入；另一個(gè)是聲卡，它能夠?qū)θ魏螖?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行譯碼， 并可將譯碼后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一個(gè)模擬輸入。USB音頻信息的生成位于計(jì)算機(jī)之外， 從而不需要聲卡。USB上的音頻數(shù)據(jù)在到達(dá)PC之前依然是數(shù)字的， 模擬轉(zhuǎn)換發(fā)生于外設(shè)自身，而不是計(jì)算機(jī)之內(nèi)。USB的這種設(shè)計(jì)減少了電子噪音干擾聲音質(zhì)量的機(jī)會(huì)，從而使音頻系統(tǒng)具有更高的保真度。

---- (7) .更小的系統(tǒng)空間。由于USB端口與其他端口技術(shù)共享PC和移動(dòng)的后面板，因此可減少外設(shè)對(duì)PC插槽的需求， 并可一次性替換掉標(biāo)準(zhǔn)的串、并行端口與PS2端口，從而可較大程度地減少計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)空間。