大顯身手的ＵＳＢ

劉　露

隨著計(jì)算機(jī)硬件飛速發(fā)展，外圍設(shè)備日益增多，鍵盤、鼠標(biāo)、調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)、掃描儀早已為人所共知，數(shù)碼相機(jī)、MP3、MP4隨身聽接踵而至。這么多的設(shè)備，如何接入個(gè)人計(jì)算機(jī)?USB就是基于這個(gè)目的產(chǎn)生的。

在談?wù)揢SB技術(shù)之前，不妨讓我們來看看外設(shè)接口技術(shù)的發(fā)展歷程。電腦系統(tǒng)連接外圍設(shè)備的接口并無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，如鍵盤用PS/2接口，連接打印機(jī)要用25針的并行接口，鼠標(biāo)則要用串行或PS/2接口。多年來個(gè)人計(jì)算機(jī)的串口與并口的功能和結(jié)構(gòu)并沒有什么變化。串口的出現(xiàn)是在1980年前后，數(shù)據(jù)傳輸率是115Kb/s～230Kb/s，串口一般用來連接鼠標(biāo)和外置調(diào)制解調(diào)器；標(biāo)準(zhǔn)并口的數(shù)據(jù)傳輸率為1Mb/s，一般用來連接打印機(jī)、掃描儀等。原則上每一個(gè)外設(shè)必須插在一個(gè)接口上，如果所有的接口均被用上了就只能通過添加插卡來追加接口了。串、并口不僅速度有限，而且在使用上很不方便。

USB(UniversalSerialBus，通用串行總線)則將這些不同的接口統(tǒng)一起來，使用一個(gè)4針插頭作為標(biāo)準(zhǔn)插頭。通過這個(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，并且不會(huì)損失帶寬。

USB不是一種新的總線標(biāo)準(zhǔn)，而是應(yīng)用在個(gè)人電腦(Pc)領(lǐng)域的新型接口技術(shù)。它是一種串行總線系統(tǒng)，帶有5伏電壓，支持即插即用功能，支持熱拔插功能，最多能同時(shí)連入127個(gè)USB設(shè)備，由各個(gè)設(shè)備均分帶寬。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“級聯(lián)”方式，即每個(gè)usB設(shè)備用一個(gè)USB插頭連接到一個(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)連接使用。

1994年，英特爾、康柏、NEC、IBM、微軟等7家世界著名的計(jì)算機(jī)和通訊公司成立了USB論壇，花了近兩年的時(shí)間形成了統(tǒng)一的意見，于1995年11月正式制定了USB0.9通用串行總線規(guī)范，并于1996年升級到正式的1.1版。當(dāng)年，就已經(jīng)有PC帶有USB接口了。

USB1.1標(biāo)準(zhǔn)接口傳輸速率為12Mb/s，但是一個(gè)USB設(shè)備最多只可以得到6Mb/s的傳輸頻寬。因此若要外接光驅(qū)，至多能接六倍速光驅(qū)，無法再高。而若要即時(shí)播放MPEG-1的VCD影片，至少要1.5Mb/s的傳輸頻寬，這點(diǎn)USB1.1能夠?qū)崿F(xiàn)，但是要完成數(shù)據(jù)量高出4倍的MPEG-2的DVD影片播放，USB1.1可能就很吃力了，若再加上AC-3音頻數(shù)據(jù)，USB設(shè)備就很難實(shí)現(xiàn)即時(shí)播放了。

隨著USB設(shè)備被廣泛應(yīng)用，它僅為12Mb/s的傳輸速率成為了制約自身發(fā)展的瓶頸，于是1999年USB2.0接口標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。它是由USB1.1規(guī)范演變而來的，最初的目標(biāo)是將USB1.1的傳輸數(shù)率提高10～20倍，而實(shí)際上卻提高了40倍。達(dá)到了480Mb/s。速度的提高對于用戶的最大好處就是意味著用戶可以使用到更高效的外部設(shè)備，同時(shí)具有多種速度的周邊設(shè)備都可以被連接到USB2，0的線路上，而且無需擔(dān)心數(shù)據(jù)傳輸時(shí)遭遇瓶頸。

現(xiàn)在，隨著大量支持usB接口設(shè)備的PC的普及，USB逐步成為Pc的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口。USB已經(jīng)在PC的多種外設(shè)上得到應(yīng)用。掃描儀和數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)是最早從USB中獲益的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的掃描儀，在執(zhí)行掃描操作之前，用戶必須先啟動(dòng)圖像處理軟件和掃描驅(qū)動(dòng)軟件，然后通過軟件操作掃描儀。而USB掃描儀則不同，用戶只需放好要掃描的圖文，按一下掃描儀的按鈕，屏幕上會(huì)自動(dòng)彈出掃描儀驅(qū)動(dòng)軟件和圖像處理軟件，并實(shí)時(shí)監(jiān)視掃描的過程。usB數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)更得益于USB的高速數(shù)據(jù)傳輸能力，使大容量的圖像文件傳輸在短時(shí)間內(nèi)即可完成。此外，USB技術(shù)在輸入設(shè)備上的應(yīng)用也很成功，USB鍵盤、鼠標(biāo)以及游戲桿都表現(xiàn)得極為穩(wěn)定，很少出現(xiàn)問題。

而新興的Pc外設(shè)和數(shù)字娛樂產(chǎn)品如優(yōu)盤、移動(dòng)硬盤以及攝像頭、MP3、MP4等也無一例外都使用了UsB接口，這些都表明了目前USB技術(shù)在該領(lǐng)域所處的統(tǒng)治地位。

對于筆記本電腦來說，使用USB接口的意義更加重大。通用的USB接口不僅使筆記本電腦對外的連接變得方便，更可以使筆記本電腦生產(chǎn)廠商不再需要為不同配件在主板上安置不同的接口。這使主板的線路、組件的數(shù)量以及復(fù)雜程度都有不同程度的削減，從而使系統(tǒng)運(yùn)行中的散熱問題得到了改善。同時(shí)還將促進(jìn)更高主頻的處理器可以迅速應(yīng)用在筆記本電腦中，使筆記本電腦與Pc的差距進(jìn)一步縮小。

USB之所以能得到廣泛支持和快速普及，是因?yàn)樗邆湎铝刑攸c(diǎn)：

1.使用方便

USB接口設(shè)備支持熱插拔，這就讓用戶在使用外接設(shè)備時(shí)，不需要重復(fù)“關(guān)機(jī)，將并口或串口電纜接上，再開機(jī)”這樣的動(dòng)作，而是在開機(jī)時(shí)，就可以直接將USB電纜插上使用。

2.連接靈活

在USB方式下，所有的外設(shè)都在機(jī)箱外連接，不必打開機(jī)箱。USB在PC上往往具有多個(gè)接口，可以同時(shí)連接幾個(gè)設(shè)備，如果接上一個(gè)有4個(gè)端口的USB集線器，就可以再連上4個(gè)USB設(shè)備，以此類推，盡可以連下去，將你家的設(shè)備都同時(shí)連在一臺(tái)PC上也不會(huì)有任何問題，而且每個(gè)外設(shè)間距離(線纜長度)可達(dá)5米。USB還能智能識別USB鏈上外圍設(shè)備的接入或拆卸。

3.獨(dú)立供電

普通使用串口、并口的設(shè)備都需要單獨(dú)的供電系統(tǒng)，而USB設(shè)備則不需要，因?yàn)閁SB接口提供了內(nèi)置電源。USB電源能向低壓設(shè)備提供5伏的電源，因此新的設(shè)備就不需要專門的交流電源了，從而降低了這些設(shè)備的成本并提高了性價(jià)比。

4、支持多媒體

USB提供了對電話的兩路數(shù)據(jù)支持，可支持異步以及等時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，使電話可與Pc集成，共享語音郵件及其他特性。usB還具有高保真音頻。由于usB音頻信息生成于計(jì)算機(jī)外，因而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。

5、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一

以前不同設(shè)備接口都不一樣，硬盤是IDE接口，鼠標(biāo)、鍵盤是串口，打印機(jī)、掃描儀是并口?？墒怯辛薝SB之后，這些應(yīng)用外設(shè)統(tǒng)統(tǒng)可以用同樣的標(biāo)準(zhǔn)與PC連接，這時(shí)就有了usB硬盤、USB鼠標(biāo)、USB打印機(jī)等等。

隨著數(shù)字媒體的日益普及以及傳輸文件的不斷增大——甚至超過25GB，快速同步傳輸已經(jīng)，成為必要的性能需求。480Mb/s的傳輸速度對于現(xiàn)在的應(yīng)用環(huán)境來說已經(jīng)不足以滿足我們的要求了，于是英特爾公司和業(yè)界領(lǐng)先的公司一起攜手組建的USB3.0推廣組又出現(xiàn)了。

計(jì)劃中的USB3.0又被稱為SuperSpeed USB，預(yù)計(jì)于2009年問世。其設(shè)計(jì)速度高達(dá)5Gb/s，是目前普遍使用的USB2.O的10倍。與此前的升級一樣，USB3.O仍然采用與USB2.0相同的架構(gòu)，因此它能夠向下兼容以前的USB版本。所以USB2.0的設(shè)備可以插在USB3.0的接口上，USB3.0的設(shè)備同樣也能在USB2.0接口上使用，保證了它們之間的平滑過渡。

事實(shí)上從1.1到3.0，USB最主要的變化還是數(shù)據(jù)傳輸率的提高。真正將為USB帶來質(zhì)的改變的是一些新的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，比如：USB OTG和WUSB。

USB OTG(USB On-The-Go的縮寫)是近年發(fā)展起來的技術(shù)，該技術(shù)主要應(yīng)用于各種不同的設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備間的直接連接和數(shù)據(jù)交換。傳統(tǒng)連接方案中，USB只是Pc的一部分，如果離開PC，USB接口就成為了無法利用的擺設(shè)，而USB OTG標(biāo)準(zhǔn)下的產(chǎn)品增加了一些新的特性以脫離Pc，適應(yīng)點(diǎn)到點(diǎn)的連接。該技術(shù)將為包括機(jī)頂盒、移動(dòng)電子設(shè)備、手機(jī)、MP3播放器、數(shù)碼相機(jī)、打印機(jī)等在內(nèi)的消費(fèi)電子產(chǎn)品和移動(dòng)產(chǎn)品之間的互連提供更大的便利。

而更進(jìn)一步的是無線uSB標(biāo)準(zhǔn)。無線USB技術(shù)也稱作WUSB，目前正處于早期的定義階段。無線USB技術(shù)在3～4米距離內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸速度最快可達(dá)480Mb/s，在10米遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸速度最快可達(dá)11OMb/s。該技術(shù)包含一些加密技術(shù)，以防止黑客控制各種設(shè)備或者竊取敏感的數(shù)據(jù)，并具有傳統(tǒng)USB技術(shù)的“休眠”、“聆聽”和“喚醒”功能。

我們來想像一下，如果一個(gè)家庭的所有裝置，比如：打印機(jī)、掃描儀、外接硬盤和數(shù)碼相機(jī)等等，都將不靠任何電線和數(shù)據(jù)線就能直接連接到電腦上；或者整個(gè)家庭娛樂中心的所有附件都將不需要一根電線或數(shù)據(jù)線就能夠連接；或者數(shù)碼照片不需要電線和數(shù)據(jù)線就可以接到照片打印機(jī)上，這該是多么方便、多么美好的事情啊。

(責(zé)任編輯趙新宇)