【圖拉丁初級教程】你真的了解USB嗎？

來自專欄失傳技術研究所小講堂

USB，是介於USA和USC之間的英文縮寫，相信各位都聽說了，也天天都在打交道。今天想簡單介紹一下關於USB的姿勢

通用串列匯流排（英語：Universal Serial Bus，縮寫：USB）是連接計算機系統與外部設備的一種串口匯流排標準，也是一種輸入輸出介面的技術規範，被廣泛地應用於個人電腦和移動設備等信息通訊產品，並擴展至攝影器材、數字電視（機頂盒）、遊戲機等其它相關領域。

說到串口，各位可能沒有概念,簡單講一下

要想完成兩台計算機設備的通信，就要有同樣的規範。這就好比兩個人說話，一個人說漢語，另一個人說鷹語，那還談個卵，所以必須有相同的語言。

串列介面簡稱串口，也稱串列通信介面或串列通訊介面（通常指COM介面），是採用串列通信方式的擴展介面。

比如說我們玩單片機的時候要想實現單片機和無線模塊的通信，就需要走串口

RX TX在串口通信中代表發送與接收，在串口助手中RX就是表示接到到的位元組數 RX是Receive(接收) TX就是表示發送的位元組數,TX其實就是Transmit(傳送)的縮寫,在計算機通信方面都這樣簡寫

兩台設備要通信，就必須在一個電路上。它們共用一個參考零電壓，也就是共用地線即共地。

而當進行串口通信的時候，兩台設備之間互相通信都要有發送與接收才能完成通信。而且它們之間的關係是這樣的：

TX就好比是嘴，負責發送信息，相對的，RX就是耳朵，用來接收信息。我的嘴（TX）發送的信息，對面必須用耳朵（RX）聽，不能用嘴聽。因此兩台串口通信的設備之間永遠是TX接RX。

此外介紹一下單工和雙工，還是用人與人之間打電話之類的作比方：

一般來說人與人之間打電話，你既可以聽也可以說，雖然兩邊同時說對於人來說可能沒什麼用，但是你可以做到一邊聽對方講話一邊說，這就叫全雙工。

而普通的對講機你在說的時候對方只能聽，他不能同時向你說，但是他能在你說完之後對你說一句收到然後再反過來對你說話，這時候你也只能聽著，這就叫半雙工。

而普通的收音機你只能聽電台說而你不能對電台說，這就叫單工。電台那邊就算在唱《愛的供養》你也不能跳出收音機去罵他，你得打電話，因此單工是單向的信息傳輸，是不可逆的。兩個單工才能組成雙工，而雙工是全雙工還是半雙工取決是否兩路單工可以同時工作

因此，要實現全雙工串口通信一般都需要兩根信號線和一根地線。

USB最初是由英特爾與微軟倡導發起，其最大的特點是支持熱插拔和即插即用。當設備插入時，主機枚舉到此設備並載入所需的驅動程序，因此在使用上遠比PCI和ISA匯流排方便。

USB在速度上遠比並行埠（例如EPP、LPT）與串列介面（例如RS-232）等傳統電腦用標準匯流排快上許多。USB 1.1的最大傳輸速率為12Mbps，USB 2.0為480Mbps，USB 3.0（USB 3.1 Gen1）為 5Gbps，USB 3.1（USB 3.1 Gen2）為 10Gbps。

USB最早開發的時候，是非常弱雞的通信協議，僅僅能用於滑鼠鍵盤之類的外設，而對外存數據的存取即需要大量傳輸數據的使用環境下依然是不適用的。我曾經試過用USB1.1介面的IBM T23從讀卡器拷數據到硬碟，那個速度讓我想起了家裡還在用2M寬頻的時候開FTP（不開迅雷）下載文件。直到USB2.0的時候USB才真正的適用於外存存取。

當傳輸速率為480Mbps時，對應的時鐘頻率為240MHz，而且這個240MHz的時鐘頻率還是USB晶元裡面晶振經過倍頻得到的，實際USB晶振有12MHz,24MHz,48MHz等

多媒體電腦剛問世時，外接式裝置的傳輸介面各不相同，如印表機只能接LPT port、數據機只能接RS232、滑鼠鍵盤只能接PS/2（串口好像也行）等。繁雜的介面系統，加上必須安裝驅動程式並重新開機才能使用的限制，都會造成使用者的困擾。因此，創造出一個統一且支援易插拔的外接式傳輸介面，便成為無可避免的趨勢。

所以USB一推出就幾乎光速被安利到了各大品牌的設備上，包括照相機等等

過去沒有USB的時候早期數碼相機與電腦通信傳照片之類的就需要使用串列/並行介面，有的甚至還會需要用軟盤。

目前USB的最新一代是USB 3.2，傳輸速度為20Gbit/s，三段式電壓5V/12V/20V，最大供電100W，另外除了舊有的 Type-A、B介面之外，新型USB Type-C接頭不再分正反。

並口，即並行介面，一種連接器的介面，它的主要特點就是能「並行」傳輸數據。可能這樣一概而論，大多數人對它感到非常的陌生，並不知道這種介面到底是拿來幹嘛用的。其實，在我們的日常生活中，它的出現還是相當地頻繁的

比如PCIE

串口形容一下就是一條車道，而並口就是有8個車道同一時刻能傳送8位(一個位元組)數據。但是並不是並口快，由於8位通道之間的互相干擾。傳輸時速度就受到了限制。而且當傳輸出錯時，要同時重新傳8個位的數據。串口沒有干擾，傳輸出錯後重發一位就可以了。所以後來串口要比並口快。

此外，USB3.1的概念有一個耍猴的地方需要各位了解，那就是USB3.1GEN1

USB3.1 Gen1與Gen2之間最大的差別就是傳輸速率的不同

* USB3.1 Gen1的最大傳輸速率可達5Gb/s的理論帶寬* USB3.1 Gen2的最大傳輸速率可達10Gb/s的理論帶寬其實現在大多數廠商宣稱支持USB3.1標準的設備，其實都只是使用了USB3.1 Gen1，也就是之前的你所認識的USB3.0，只不過是換了件馬甲而已,所以看到奸商拿著USB3.0就說自己是USB3.1GEN1那作為圖釘當然是肛他啊

USB是很有趣的，很多用電的設備都能夠使用USB

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早期的USB設備接頭提供一組5伏特（+5V）的電壓，可作為相連接USB設備的電源。（因此USB2.0以下的標準數據線實際上剖開是四根線，當然也有隻有兩根線的偷工減料充電線，它們沒有數據線不能用於傳輸數據）實際上，設備接收到的電壓可能會低於5V，只略高於4V（包括劣質數據線的線路電阻損失）。USB規範要求在任何情形下，電壓均不能超過5.25V；在最極端情形下（經由USB供電HUB所連接的LOW POWER設備）電壓均不能低於4.75V，一般情形電壓會接近5V。

一個USB的HUB最多只能提供500 mA的電流。如此的電流已足以驅動許多電子設備，不過連接在匯流排供電HUB的所有設備，需要共享500mA的電流

而現在我們用來給充電的雖然還是USB介面，但是早就不是5V0.5A（2.5W）這麼弱雞的玩意了，電流和電壓均在介面壽命允許下進行了提升：

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http://www.acfun.cn/a/ac4142679

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