usb 技术入门

只看该作者 · 2011-10-26 20:36

现在电脑系统连接外围设备的接口并无统一的标准，如键盘用PS/2接口，连接打印机要用25针的并行接口，鼠标则要用串行或PS/2接口。USB则将这些不同的接口统一起来，使用一个4针插头作为标准插头。通过这个标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，并且不会损失带宽。
USB规范中将USB分为五个部份：控制器、控制器驱动程序、 USB芯片驱动程序、USB 设备以及针对不同USB设备的客户驱动程序。

　　根据设备对系统资源需求的不同，在 USB规范中规定了四种不同的数据传输方式：

　　等时传输方式(Isochronous)、中断传输方式(Interrupt)、控制传输方式(Control)和批(Bulk)传输方式，这些传输方式各有特点，分别用于不同的场所。

　　USB需要主机硬件、操作系统和外设三个方面的支持才能工作。目前主板一般都采用支持USB功能的控制芯片组，而且也安装了USB接口插座。Windows98操作系统内置了对 USB功能的支持（但WindowsNT尚不支持USB）。目前已经有数字照相机、数字音箱、数字游戏杆、打印机、扫描仪、键盘、鼠标等很多USB外设问世。

　　随着大量的支持USB的个人电脑的普及以及Windows98的广泛应用，USB逐步成为PC机的一个标准接口已经是大势所趋。最新推出的PC机几乎100％支持USB，另一方面使用USB接口的设备也在以惊人的速度发展。
USB是英文Universal Serial Bus的缩写，中文含义是“通用串行总线”。它不是一种新的总线标准，而是应用在PC领域的新型接口技术。早在1995年，就已经有PC带有USB接口了，但由于缺乏软件及硬件设备的支持，这些PC机的USB口都是闲置未用的。1997年，微软在WIN95OSR2（WIN97）中开始以外挂模块的形式提供对USB的支持， 1998年后随着微软在Windows98中内置了对USB接口的支持模块，加上 USB设备的日渐增多， USB逐步走进了实用阶段。

什么是USB?

　　USB是Universal Serial

Bus的缩写,中文意思就是“通用串行总线”,不过这个译名感觉上还是很见外,所以以下本文还是直接称呼“USB”好了。

　　目前x86个人电脑的外接规格十分混乱,例如键盘要接AT规格的接孔,鼠标要接COM口或PS/2接口，Modem要接另一个COM口、打印机要接Parallel

Port(并口),而摇杆则是要跟MIDI装置共抢Game/MIDI口，每个周边外设都是单独与电脑连接,如果各位绕到电脑背后看看,一定可以看到一堆惨不忍睹的“纠结”现象,这正是USB想解决的一个问题。

　　除了线路紊乱与安装模糊混淆外,这些线路都不是可以随意插拔的,必须在开机前装妥才能正常使用。如果在电脑工作期间插上或拔出,虽然有时电脑还是可以继续工作,但大多数时候电脑会停止响应,或是插入的装置无法工作,甚至死机。

　　USB就是要解决上述这些问题,它是一种新规格的外接串联口,提出该规格的厂商希望用USB来取代现有种种的外接设备接口。它还具备连接单一化、软件自动“侦测”以及热插拔的功能,也就是说,在电脑不关机的情况下,就可以将设备连接到电脑上或是将设备从电脑上拔下来拿走。这可以说是做到了真正的即插即用。

　　USB由谁提出

　　USB是由Compaq(康柏)、DEC、IBM、Intel、NEC、微软以及Northern

Telecom(北方电讯)等公司于1994年11月共同提出的,这跟PCI、AGP、AMR等单独由Intel提出的硬件标准不同。有些厂商指出:PCI、AGP等属于Intel单独提出的硬件标准,所以Intel的芯片组可以充分支持这些标准,而其他厂家依据公布的规格文件标准设计芯片,反而因此处于劣势,这个道理是显尔易见的。然而USB标准是多家公司一同提出的,自然不会发生上述情况。

　　USB的传输速度如何

　　USB既然是用来接键盘、摇杆、鼠标之类的周边外设接口,那速度自然也不是很快,依据USB的规格文件所言,区分成低速、中速、高速等三种传输等级。

　　低速主要就是针对这些鼠标、键盘而来的,这些称为“Interactive Device”，中文暂且称做“交互式设备”吧。USB指的低速为10-100kbps。

　　中速是针对音效(Audio)、电话(Phone)、压缩视频(Compressed Video)等用途的传输而设,速度范围为500k-10Mbps。至于高速就是指视频(Video)、磁盘(Disk)等用途,速度为25-500Mbps。

目前v1.0、v1.1版的USB,是针对中速与低速应用所制订,最高传输上限为12Mbps,低速通道则为1.5Mbps,高速部分目前尚未有明确规格。

　　USB可以接哪些周边设备

　　可以以USB接口与计算机相联结的外设有：电话、Modem、键盘、光驱、摇杆、磁带机、软驱、扫描仪、打印机、ISDN

Modem、Cable Modem、ADSL

Modem等宽频拨接装置等等,还可以连接Zip、LS-120等新型高容量软驱,传统软磁盘的传输率仅60KB/Sec,实在太慢了!

　　但是请读者注意一点,一个USB设备最多可以得到6Mbps的传输频宽,而无法将12Mbps全部供应给一个USB设备,这可能是为了确保USB至少能同时使用两个装置而设的规定吧。

　　因此若要外接光驱,至多能接六倍速光驱而已,无法再高。而若要即时播放MPEG-1的VCD影片,至少要1.5Mbps的传输频宽,这点USB办得到,但是要完成数据量大四倍的MPEG-2

DVD影片播放,USB可能就很吃力了,若再加上AC-3音频数据,USB设备就很难实现即时播放了。

　　一部电脑最多可以接几个USB设备

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这个问题的答案相信许多人都已知道了:127个,但是,这是理论,即使是COMDEX98的插拔大会,目前也只做到111个可同时工作而已,还没到127个。但实际上这个数字已非常够用,一般电脑也甚少接超过10个周边外设。 USB的主要结构大都是树状拓扑结构。它最多可以分为五层,第一层是我们的电脑,第二层可以连接外设或HUB,HUB的中文名称为集线器,与以太网上用的集线器所起的作用是一样的,都是用作数据的集散处理和外设的分接装置。一个HUB可以多接几个外设,还可以串联HUB,但向下串联不能超过三层。此外,USB标准还规定,所有装置的连线不得超过5米,这样也就意味着所有外设向外的长度不能超过20米。 USB早期无法普及的原因 USB从1996年提出,到现在1999年已经历经三年了,这三年内虽然有一些厂商努力推动USB(包括Intel的芯片组从82430VX之后,一律内建USB Host Controller功能电路,以此强制推销USB),但一直未见流行,一直到苹果公司推出外型很酷且大受市场欢迎的iMac电脑,USB ZIP-100或USB LS-120高容量软驱成为iMac的首选配备后,USB设备才逐渐风行。目前全世界许多都推出了各种USB接口的外设,一时之间,USB红遍全球。 USB现在红了,那以前为何不红呢?这是有多方面的原因： 1.USB周边外设与传统周边外设无明显差异这是最主要的一个原因,因为传统键盘是键盘,USB键盘也是键盘,使用者并不会因为换了USB键盘,而加快打字的速度。同样的，其他USB装置都只是传统装置的“Bus规格转变”而已,没有明显的提升效应。 2.USB文件观念过于抽象因为部分规格观念过于抽象,使得USB的实际产品开发进度缓慢,首先是USB芯片开发缓慢,其次是周边设备,至于驱动程序、操作系统支持和应用软件的开发就更迟缓了。 3.操作系统支持不够微软的Windows 95并不支持USB,OSR2也不支持,直到OSR2.1才开始支持,而OSR2.1也仅限于支持少数的USB设备,例如比较基本的USB鼠标、USB键盘等,功能比较复杂的USB装置还是不大支持,这样的情形在OSR2.5也大致类似,直到Windows98,对USB支持的全面性才逐渐形成。 4.USB周边芯片过于昂贵除了USB产品开发延缓外,USB周边芯片的价格在初期也是颇高的,以千颗批发价来算,可能一颗USB周边芯片的成本是5美元,但是一个传统鼠标的制造成本可能只有3美元,芯片比整个产品成本还贵,因此USB鼠标就比较不容易推广开来。如今整体而言,USB的周边设备还是比传统周边设备要贵,但价差也在逐渐拉近,加上许多新周边产品只推出USB版本,USB便会渐渐盛行。无论您愿不愿意,随着时间迁移,USB的春天就要来临了,让我们享受USB设备方便的安装特性吧。 USB带来电脑机背新面貌目前电脑的机箱背部,总是纠缠着各式各样的接线,但是这种情形在日后USB设备普及之后,将会有所转变。假若彻底改用USB外设,则大多数的接口、插孔可以省略,例如使用USB键盘,则传统AT、PS/2规格的键盘接孔就可省略;;如使用USB Modem、USB鼠标,则COM口可以省略;;使用USB打印机、扫描仪,则PrinterPort可以省略;;而使用USB摇杆、USB音箱、USB麦克风等,则Game Port、Line-in/Out/MIC/Spk等音源接孔也可以省略。当然还是有些接口是USB无法取代的,例如显示器接口、SCSI接口、P1394接口以及电源线等,都是USB无法取代的。将来USB外设普及后,一台电脑使用三、五个USB周边设备的情形是可以想像的,因此直接在机箱后设置三、五个USB口也将是趋势,而不再局限于现在的USB×2的配置,事实上我国台湾的ALi公司与SiS公司也已经推出支持USB×3及USB×5的南桥芯片组,因此一部电脑直接内建三、五个USB接口,将可满足初期使用者的USB使用,而省去多购买一个USB Hub的花费。 USB 存在的优缺点 USB之所以能得到广泛支持和快速普及，是因为它具备下列的很多特点: 　　1.使用方便　　使用USB接口可以连接多个不同的设备，支持热插拔，在软件方面，为USB设计的驱动程序和应用软件可以自动启动，无需用户干预。 USB设备也不涉及IRQ冲突等问题，它单独使用自己的保留中断，不会同其它设备争用PC机有限的资源，为用户省去了硬件配置的烦恼。USB设备能真正做到“即插即用”。　　2.速度加快　　快速性能是USB技术的突出特点之一。USB接口的最高传输率目前可达12Mb／s，比串口快了整整100倍，比并口也快了十多倍。今后USB的速度还将会提高到100Mb／s以上。　　3.连接灵活　　USB接口支持多个不同设备的串列连接，一个USB口理论上可以连接127个USB设备。连接的方式也十分灵活，既可以使用串行连接，也可以使用中枢转接头 (Hub)，把多个设备连接在一起，再同PC机的USB口相接。在USB方式下，所有的外设都在机箱外连接，不必打开机箱；允许外设热插拔，而不必关闭主机电源。USB采用“级联”方式，即每个 USB设备用一个USB插头连接到一个外设的USB插座上，而其本身又提供一个USB插座供下一个 USB外设连接用。通过这种类似菊花链式的连接，一个USB控制器可以连接多达127个外设，而每个外设间距离(线缆长度)可达5米。USB还能智能识别USB链上外围设备的接入或拆卸。　　 4.独立供电　　普通使用串口、并口的设备都需要单独的供电系统，而USB设备则不需要，因为USB接口提供了内置电源。USB电源能向低压设备提供5V的电源，因此新的设备就不需要专门的交流电源了,从而降低了这些设备的成本并提高了性价比。　　5.支持多媒体　　 USB提供了对电话的两路数据支持，USB可支持异步以及等时数据传输,使电话可与PC集成,共享语音邮件及其它特性。USB还具有高保真音频。由于USB音频信息生成于计算机外，因而减少了电子噪音干扰声音质量的机会,从而使音频系统具有更高的保真度。　　6.USB存在的问题　　尽管在理论上，USB可以实现高达127个设备的串列连接，但是在实际应用中，也许串联3到4个设备就可能导致一些设备失效。而且大多数USB产品，只有一个输入口，根本无法再连接下一个USB设备。另外，尽管USB本身可以提供500mA的电流，但一旦碰到高电耗的设备，就会导致供电不足。解决这些问题的办法是使用USBHub，但Hub的价格目前还太贵了点。