新一代接口一統(tǒng)江湖？

ＶＩＳＡ

“拿出閃盤插在機箱USB接口上，拷貝數(shù)據(jù)，拔下閃盤”，這樣的動作我們幾乎每天都要重復(fù)。在進(jìn)入USB 2.0時代后，用戶往往只在意閃盤本身的容量，而對它的接口不大關(guān)注。但是當(dāng)數(shù)據(jù)越來越大，通過USB接口傳輸需要更長時間等待時，人們開始著急了：速度能快一點嗎?換成eSATA或IEEE 1394會不會好一些呢?別急，USB 3.0已經(jīng)來了!

USB接口可算是最常見、最常用的數(shù)據(jù)傳輸接口，無論是閃盤、讀卡器、攝像頭、移動硬盤甚至是聲卡、充電器等設(shè)備，大多數(shù)都使用USB接口來傳輸數(shù)據(jù)、獲取電能。但隨著電腦文件的日漸增大，在傳輸數(shù)據(jù)時對移動設(shè)備的速度要求也越來越高，即使是USB 2.0接口的速度也開始讓人覺得不夠用。例如，一部高清影片文件的容量往往高達(dá)30GB，傳輸這么大的數(shù)據(jù)，十幾二十分鐘的等待可不是什么令人愉快的事情。于是，更快更先進(jìn)的USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運而生，高速度、高標(biāo)準(zhǔn)、省電、易用，這將是新一代USB 3.0給我們帶來的全新感受!

USB接口的發(fā)展史

USB，全稱為Universal Serial Bus，即通用串行總線，它是由康柏(后被惠普收購)、DEC、IBM、英特爾、微軟、NEC以及Northern Telecom等公司于1994年11月共同提出，其完整規(guī)格于1996年推出。第一代USB接口速度很慢，USB 1.0僅支持Low Speed，也就是1.5Mbps的速度；隨后推出的USB 1.1支持Full Speed，即12Mbps的傳輸速度——這在今天看來無疑是蝸牛爬行，慢得讓人難以忍受。

很快USB組織的成員們就意識到了這個問題。在1999年，英特爾率先在IDF上發(fā)布了USB 2.0的消息，并且許諾速度將會提升至USB 1.1的10～20倍。事實上，USB 2.0的理論速度提升到了USB 1.1的40倍，即480Mbps，這是一個非常驚人的數(shù)據(jù)，幾乎接近5400rpm硬盤的持續(xù)傳輸速度。USB 2.0的最大優(yōu)勢是向下兼容、速度快、使用要求低，這也是USB快速發(fā)展的最重要因素，讓它迅速拉開了與IEEE 1394等其它高速接口的差距。簡單易用又省錢的東西永遠(yuǎn)是用戶的最愛，這點在USB的發(fā)展上表現(xiàn)得尤為清楚。

誰制定了USB 3.0?

USB 3.0是繼USB 1.0、USB 1.1和USB 2.0之后，全新發(fā)展而來的一個新的高速傳輸接口標(biāo)準(zhǔn)。它的另一個名稱是SuperSpeed USB，本文為了描述方便，全部稱為USB 3.0。

USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)是全新的。從2008年11月12日發(fā)布的USB 3.0正式標(biāo)準(zhǔn)白皮書來看，此次參與制定USB新標(biāo)準(zhǔn)的公司變了不少(當(dāng)然，英特爾、微軟、NEC這種業(yè)界常青樹是不會輕易退出的)。新加入的公司有ST-NXP Wireless和Texas Instruments，還有自動繼承康柏席位的惠普。退出或者消失的公司有IBM、DEC、Northern Telecom。IBM專注于服務(wù)和基礎(chǔ)技術(shù)的研究，退出USB組織情有可原。DEC經(jīng)營不善，被康柏收購，消失于無形。新加入的公司中，ST-NXP Wi reless是由飛利浦公司和意法半導(dǎo)體合資的有關(guān)無線和移動傳輸?shù)墓?，而Texas Instruments就是老牌企業(yè)德州儀器。

從參與公司的變動不難看出，USB 3.0恐怕有心覬覦無線傳輸技術(shù)，未來發(fā)展的領(lǐng)域也更寬廣。有了英特爾的鼎力支持，USB 3.0很快將出現(xiàn)在英特爾下一代主板芯片組的支持清單上，而微軟肯定在操作系統(tǒng)中提供對USB 3.0設(shè)備的原生支持。英特爾支持硬件，微軟支持軟件，惠普、NEC和德州儀器給予應(yīng)用和設(shè)備支持，ST-NXP提供無線解決方案，USB 3.0幾乎得到了方方面面的完整支持，想不興盛都困難。

USB 3.0的架構(gòu)構(gòu)成

有了業(yè)界巨頭的扶持，USB 3.0還需要拿出一些“硬通貨”才能服眾。我們先從USB 3.0的設(shè)計方案中挖掘一下，看有沒有什么新東西。在USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)的雙總線架構(gòu)設(shè)計圖中，我們可以清晰地看出，USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)為了保持對USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)的向下兼容，設(shè)計了雙總線架構(gòu)。其中標(biāo)為SuperSpeed的實線線路是用于USB 3.0設(shè)備的，而標(biāo)為Non-SuperSpeed的虛線線路適用于USB 2.0以及以下設(shè)備。USB 3.0的物理總線架構(gòu)是和USB 2.0的物理總線完全平行的，通過圖3分析我們可以得出如下結(jié)論：

1．USB 3.0的外圍設(shè)備(也就是設(shè)備接口)在設(shè)計了兼容于USB 2.0/1.1/1.0的觸點的同時，額外布置了關(guān)于USB 3.0的觸點。

2．USB 3.0的HUB設(shè)計中，SuperSpeed HUB和USB 2.0 HUB并行設(shè)計，互不干擾。

3．USB 3.0獨立使用一組總線，連接至USB 3.0的控制中心(USB 3.0 HOST)；此控制中心中還為老版本的USB設(shè)備設(shè)計了另外的信號處理設(shè)備，用于處理Hi-Speed(即USB 2.0)、Full-Speed(即USB 1.1)、Low-Speed(即USB 1.0)的信號。

USB 3.0采用的雙總線架構(gòu)設(shè)計，能夠非常出色地兼容舊有USB標(biāo)準(zhǔn)，而獨立設(shè)計的USB 3.0總線則可以降低數(shù)據(jù)傳輸中的干擾。若設(shè)備和接口不完整支持USB 3.0，還可以退而求其次，采用USB 2.0甚至1.1/1.0總線來傳輸數(shù)據(jù)。這種雙總線的設(shè)計方案應(yīng)用非常靈活，使用也極為方便，極大地拓寬了USB 3.0的適用范圍。

USB 3.0的接口和線纜

USB 3.0除了架構(gòu)外，線纜結(jié)構(gòu)和接口構(gòu)成也有明顯變化。USB 3.0正式標(biāo)準(zhǔn)白皮書清楚地向我們展示了USB 3.0的數(shù)據(jù)傳輸線纜的設(shè)計。每一個USB HOST或者HUB可以連接一個或者多個USB 3.0設(shè)備，在所有的USB設(shè)備中，只有全部符合USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)，才可以啟用USB 3.0；只要有一個USB設(shè)備無法支持USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)，則降低至USB 2.0或者USB 1.1標(biāo)準(zhǔn)。

USB 3.0的線纜設(shè)計了8條內(nèi)部線路。除了Vbus和GND作為電源提供線外，其它的3對線路均用于數(shù)據(jù)傳輸。其中D+和D-這對線纜是專門為USB 2.0及更低標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)使用，而新添加的SSRX和SSTX兩對線路是專門為USB 3.0設(shè)備高速傳輸所設(shè)置。

USB 3.0在傳輸中采用兩個通道將數(shù)據(jù)的傳輸和確認(rèn)過程分離，同時傳輸和確認(rèn)數(shù)據(jù)，有助于達(dá)到更高的速度。為了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性，USB 3.0沒有采用USB 2.0的輪流檢測和廣播機制，轉(zhuǎn)而采用封包路由傳輸技術(shù)。這種技術(shù)一方面提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性，另一方面使得終端設(shè)備在有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候才發(fā)送信息進(jìn)行傳輸，也成為USB 3.0電能控制的重要方面。

USB 3.0的A接口設(shè)計采用了與USB 2.0完全一樣的尺寸方案，如果不仔細(xì)查看接口內(nèi)部觸點情況，幾乎無法區(qū)分USB 3.0和USB 2.0接口。USB 3.0的接口是典型的分層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如圖4所示，靠近接口的開口方向是USB 2.0需要的4個觸點，而后方同時布置了5個新觸點，交錯于前4個下凹式設(shè)計的觸點，并且采用了凸起式設(shè)計。

這5個凸起式觸點就是USB 3.0額外添加的接觸點。在圖4中，1、2、3、4號觸點是USB 2.0及以下方案使用的接口，新的USB 3.0的接口編碼為5、6、7、8、9。除了對應(yīng)之前提到的6根(前面4+5不是6吧?)數(shù)據(jù)接線和一對電源接線外，USB 3.0特別增加了7號觸點連接額外的信號接地線。

除了A型接口外，USB 3.0還額外設(shè)計了A型公母接口、B型公母接口、供電型B型公母接口、Micro-B型公母接口和Micro-A型公口以及Micro-AB型母口。其中，相應(yīng)的公口和母口設(shè)計均完全兼容于USB 2.0的公母口設(shè)計，所起到的作用也基本相同。不過在線纜的定義方面，不同的公母口觸點定義是不完全相同的。好在USB 3.0采用了更為鮮艷的顏色區(qū)分不同的信號線設(shè)計，無論是維修還是制造，都不會由于復(fù)雜的接線而感到困惑。

USB 3.0的技術(shù)改進(jìn)

USB 3.0的技術(shù)改進(jìn)大家應(yīng)該已經(jīng)了解了，不過我們更關(guān)心的是：USB 3.0究竟給我們帶來了什么好處?下面我們就為大家一一道來。

1．高速度、多功能、全雙工

USB 3.0的最重要特點就是極高的傳輸速度。USB 2.0的速度最高可以達(dá)到480Mbps，而USB 3.0再次將速度提升10倍以上，最高可以達(dá)到5Gbps，這個速度已經(jīng)遠(yuǎn)超絕大多數(shù)溫徹斯特硬盤的傳輸速度，也高于大部分SSD硬盤。毫不夸張地說，USB 3.0的速度設(shè)計至少可以應(yīng)付未來三年存儲技術(shù)發(fā)展對帶寬的需求。在功能方面，USB 3.0能夠像硬盤那樣支持原生命令排隊(Native Command Queuing，也就是我們常說的NCQ功能)，這種模式理論上可以優(yōu)化數(shù)據(jù)讀取方式，最大化加快數(shù)據(jù)傳輸速度；并且對重要的數(shù)據(jù)還可以維持獨立的優(yōu)先級設(shè)定，保證重要數(shù)據(jù)的傳輸安全。

另外，借助雙線并行設(shè)計和設(shè)備規(guī)格的發(fā)展，USB 3.0可以做到全雙工運行。具體來講，USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)可以在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時接收數(shù)據(jù)，而USB 2.0只能在同一時間內(nèi)發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)，而不能同時進(jìn)行。(全雙工的優(yōu)勢在于，如果采用USB 3.0接口作為外置聲卡等設(shè)備的接口，那么設(shè)備不需要在一個操作完成之后再進(jìn)行下一個操作，可以同時進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)處理，在大大加速設(shè)備處理速度的同時也為未來更多更強的外置設(shè)備掛接于USB 3.0接口提供了可能。

2．優(yōu)秀的兼容性

USB 3.0采用雙總線架構(gòu)設(shè)計的方案，有效解決了技術(shù)兼容性問題。對于目前廣泛應(yīng)用的USB 2.0設(shè)備來說，USB 3.0良好的兼容性設(shè)計可以讓過渡更為平滑，不會出現(xiàn)由于設(shè)備大量淘汰的情況。對于軟件來說，Windows系統(tǒng)只需要新安裝一個Mass Storage Device驅(qū)動程序就可以充分享受到USB 3.0的高速快感了。在硬件方面，如果未來你購買了支持USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)的新型移動硬盤，在支持USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)的電腦上使用也完全沒有問題，只不過速度稍微慢了一些。

3．更出色的電力供應(yīng)

很多用戶都有這樣的記憶，在使用USB接口的移動硬盤等設(shè)備時，如果只插入一個USB接口，系統(tǒng)往往會無法識別硬盤。只有將輔助供電USB接口連接，硬盤才能正確識別并正常使用。這種問題主要是由于USB 2.0接口的供電能力較差，遇到耗電稍大的設(shè)備，就會無法滿足其需求。而根據(jù)USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)，USB 3.0接口最多能提供超過USB 2.0接口80％的電能。比如USB 2.0理論上最多只能提供500mA的電流，而USB 3.0理論上能夠提供0.9A的電流，甚至更高。更高的電流供應(yīng)可以讓USB 3.0接口更為輕松地應(yīng)付更高功耗的外置設(shè)備。

4．更優(yōu)秀的電源管理

由于USB 2.0接口本身耗電不高，因此在制定USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)時對其電源管理也未做太多要求，主要采用設(shè)備輪詢模式來提供電力。采用這種模式，即使你沒有使用USB 2.0設(shè)備，僅僅是把它連接在電腦上，計算機也會定期訪問這些設(shè)備，檢查設(shè)備情況。雖然電能耗費不多，不過集腋成裘，時間長了耗電數(shù)目也不可小視。

USB 3.0在這方面進(jìn)行了徹底改進(jìn)，采用了多層次電源管理系統(tǒng)，支持設(shè)備的空閑、睡眠和中斷狀態(tài)。舉例來說，多層次電源管理可以為不同需要的設(shè)備提供不同的電源管理方案。比如攝像頭，在網(wǎng)絡(luò)聊天時隨時可能啟用，那么USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)可以在其不使用的時候令其進(jìn)入空閑狀態(tài)，降低功耗的同時保證能夠迅速激活以滿足用戶需求。

對于一些不太常使用的USB設(shè)備，比如USB接口的打印機等，可以直接令其進(jìn)入睡眠狀態(tài)，更節(jié)省電能。對于一些極少使用的設(shè)備，比如USB外置光驅(qū)等，直接命令其進(jìn)入中斷狀態(tài)，不供給電能，直到設(shè)備再次啟用。對于單一設(shè)備而言，USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)還設(shè)置了鏈路、設(shè)備和功能三級電源管理方式。設(shè)備的連接部分、設(shè)備以及功能部分都可以申請進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)，最大程度地保證電能的有效利用。

5．無線擴展

目前的USB 3.0白皮書中尚未給出無線USB的具體執(zhí)行方案，僅僅表示USB 3.0可以很方便地擴充其無線標(biāo)準(zhǔn)。不過從目前無線的發(fā)展情況來看，Wi-Fi、WiMax等無線方案都更加易用和成熟，無線USB只能作為未來發(fā)展的一種補充。目前比較成熟的無線USB方案傳輸速度和USB 2.0相當(dāng)。最新的消息是，USB無線小組公布的無線USB 1.1方案，將速度由480Mbps(Mbps)提升至3米內(nèi)1Gbps，不過尚未正式公布方案。而即使是1Gbps，也和USB 3.0的5Gbps相差較遠(yuǎn)。因此，在USB組織未公布無線擴展標(biāo)準(zhǔn)之前，一切尚不明朗。

6．速度發(fā)展?jié)摿薮?/p>

USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)并未固定此版本的最終傳輸速度，而是表示目前可以達(dá)到最高5Gbps的速度?？磥碓诓捎勉~導(dǎo)線和普通電信號以及接觸點設(shè)備的情況下，5Gbps的速度也遠(yuǎn)未達(dá)到極限。除此之外，USB 3.0還可以支持光纖數(shù)據(jù)信號，一旦采用光信號，速度還將進(jìn)一步上升，達(dá)到10Gbps甚至25Gbps以上都是有可能的。

柳暗花明，USB 3.0、IEEE 1394、eSATA三國鼎立!

USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)無疑是非常強大的，它在傳輸速度、模式、兼容性、供電、未來發(fā)展等多個方面都展現(xiàn)出了一個未來接口標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)有的水平。不過，只有一家發(fā)展總是不夠精彩。在USB 3.0發(fā)布之前，IEEE 1394b標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速度已經(jīng)達(dá)到800Mbps，并且很快會升級至3.2Gbps；同時eSATA又是以高速著稱。面對諸多競爭對手，USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)是否有優(yōu)勢呢?

從速度來說，USB 3.0無疑是最快的。高達(dá)5Gbps的傳輸速度在幾種接口中可謂傲視群雄。之前最快的eSATA僅有3.0Gbps，大幅度落后于USB 3.0。實際上，除了速度之外，USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)還有更多的優(yōu)勢。相比IEEE 1394接口，USB 3.0的應(yīng)用范圍要廣得多。

舉一個非常簡單的例子，誰看到過IEEE 1394接口的閃存盤呢?雖然IEEE 1394接口在多媒體行業(yè)中使用廣泛，但是離開了廠商的支持，IEEE 1394逐漸衰退甚至退出市場都是有可能的。USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)在制定之初，就邀請了IEEE 1394標(biāo)準(zhǔn)的“娘家”—大名鼎鼎的蘋果公司參與。蘋果并未明確表示對USB 3.0的支持，但目前蘋果電腦的最大芯片提供商—英特爾是USB 3.0的核心成員，在設(shè)備支持上未來可能會影響蘋果放棄IEEE 1394或者在IEEE 1394和USB 3.0之間做出平衡。另外，同為全球媒體巨頭的索尼公司早已對IEEE 1394接口失去興趣，索尼一些新款攝像機產(chǎn)品都配備了USB 2.0接口，而不是IEEE 1394接口。

不過IEEE 1394標(biāo)準(zhǔn)也留有后手，1394貿(mào)易協(xié)會曾經(jīng)表示：USB目前依舊落后于IEEE 1394，因為USB 3.0依舊在紙上，并且USB 3.0 HOST控制芯片更為復(fù)雜，因此對USB 3.0在2009年完成大批設(shè)備推廣上市并不看好。IEEE 1394-2008標(biāo)準(zhǔn)在2008年年中就已經(jīng)正式完成，最高傳輸速度升級至3.2Gbps，并且1394貿(mào)易協(xié)會正在制定6.4Gbps甚至10Gbps的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

在傳輸距離方面，IEEE 1394也非常自信。USB 3.0也許只能在2米的連接線內(nèi)實現(xiàn)全速傳輸，相比之下，IEEE 1394認(rèn)為他們可以實現(xiàn)100米以內(nèi)的高速傳輸。最重要的是，IEEE 1394可以脫離PC實現(xiàn)點對點傳輸，支持同步和異步傳輸模式，并且可以同時連接63個設(shè)備，對數(shù)字視頻信號和音頻信號的實用性也非常出色，這些都是USB 3.0難以超越的。

IEEE 1394和USB 3.0的競爭結(jié)果就像三國中期的魏國和蜀國，競爭激烈，結(jié)果不明。不過說起三國，還有一個接口標(biāo)準(zhǔn)—eSATA不得不提。正像三國時期的吳國，雖然表面平和，但是實際上卻暗流涌動。eSATA的標(biāo)準(zhǔn)脫胎于SATA標(biāo)準(zhǔn)，和硬盤界大紅大熱的SATA不同的是，eSATA一直不慍不火。

究其原因，主要還是在設(shè)計之初，eSATA就不是為頻繁插拔設(shè)備專門設(shè)計的接口，而是作為SATA方案的擴展和補充，充其量也就是個“贈品”。和USB、IEEE 1394這些“嫡子”還是有不小的差距。

eSATA的首要問題是無法提供電能，沒有供電部分的設(shè)計，就意味著大部分設(shè)備不能獨立使用。如果使用eSATA接口的移動硬盤，就需要從USB接口取電或單獨由電源供電。這樣還不如直接使用USB 3.0接口，速度更快更方便。

除此之外，eSATA接口“天生孱弱”，接口本身比較脆弱，插拔次數(shù)過多相對容易受損。不過，eSATA也有自己的優(yōu)勢。首先eSATA接口來自于硬盤方案，只要SATA升級了，eSATA就是近親，是最容易也最快兼容于SATA方案的接口。也就是說只要電腦能用SATA硬盤，就能使用eSATA，成本低、容易布置。

其次，eSATA有專門集成在主機內(nèi)的SATA芯片，具備系統(tǒng)引導(dǎo)啟動的功能。USB和IEEE 1394實現(xiàn)起來相對麻煩一些。雖然這兩點優(yōu)勢不足以讓eSATA和USB接口爭鋒，但是自?？偹銢]有問題。最樂觀的估計是，伴隨計算機的發(fā)展，eSATA接口會長久的持續(xù)下去，但是并不會紅火起來，而是作為一個附加功能普遍存在于配置清單中。

總結(jié)：快速連接未來

實際上，無論是USB還是IEEE 1394亦或是eSATA，都是為了我們使用更方便、更輕松而發(fā)展出來的數(shù)據(jù)接口。隨著人們對大數(shù)據(jù)操作的需求越來越急迫、越來越普遍，各種各樣的高速接口還將會進(jìn)一步發(fā)展下去。互聯(lián)互通，終究是電腦發(fā)展的大趨勢。而這互聯(lián)互通的一部分，就是由小小的USB、IEEE 1394、eSATA來完成的。而在三種接口當(dāng)中，作為目前占據(jù)主導(dǎo)地位的USB接口的更新版本，USB 3.0雖說不能獨霸天下，但是維持甚至強化統(tǒng)治地位看來完全不成問題!