USB 通信技术
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2020-11-18
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USB 通信技术通信技术
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ＵＳ
Ｂ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（Ｃｏｎｔｒ
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Ｕ
ＳＢ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Ｕ
ＳＢ）。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。
ＵＳＢ的历史及发展
在谈论ＵＳＢ技术之前，不妨让我们来看看外设接口技术的发展历程。多年来个人计算机的串口与并口的功能和结构并没
有什么变化。串口的出现是在１９８０年前后，数据传输率是１１５ｋｂｐｓ～２３０ｋｂｐｓ，串口一般用来连接鼠标和外
置Ｍｏｄｅｍ；并口的数据传输率比串口快８倍，标准并口的数据传输率为１Ｍｂｐｓ，一般用来连接打印机、扫描仪等。原
则上每一个外设必须插在一个接口上，如果所有的接口均被用上了就只能通过添加插卡来追加接口了。串并口不仅速度有限，
而且在使用上很不方便。
１９９４年，Ｉｎｔｅｌ、Ｃｏｍｐａｑ、 Ｄｉｇｉｔａｌ、ＩＢＭ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ、ＮＥＣ、Ｎｏｒｔｈｅｒ
ｎ Ｔｅｌｅｃｏｍ等七家世界著名的计算机和通讯公司成立了ＵＳＢ论坛，花了近两年的时间形成了统一的意见，于１９９
５年１１月正式制定了ＵＳＢ０．９通用串行总线（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）规范，１９９７年开始有
真正符合ＵＳＢ技术标准的外设出现。ＵＳＢ１．１是目前推出的在支持 ＵＳＢ的计算机与外设上普遍采用的标准。１９９
９年初在Ｉｎｔｅｌ的开发者论坛大会上，与会者介绍了 ＵＳＢ２．０规范，该规范的支持者除了原有的Ｃｏｍｐａｑ、Ｉ
ｎｔｅｌ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ和ＮＥＣ四个成员外，还有惠普、朗讯和飞利浦三个新成员。ＵＳＢ２．０向下兼容ＵＳＢ
１．１，数据的传输率将达到１２０Ｍｂｐｓ～ ２４０Ｍｂｐｓ，还支持宽带宽数字摄像设备及下一代扫描仪、打印机及存
储设备。
目前普遍采用的ＵＳＢ１．１主要应用在中低速外部设备上，它提供的传输速度有低速１．５Ｍｂｐｓ和全速 １２Ｍｂ
ｐｓ两种，低速的ＵＳＢ带宽（１．５Ｍｂｐｓ）支持低速设备，例如显示器、调制解调器、键盘、鼠标、扫描仪、打印机、
光驱、磁带机、软驱等。全速的ＵＳＢ带宽（１２Ｍｂｐｓ）将支持大范围的多媒体设备。
继ＵＳＢ之后，另一种称为ＦＩＲＥＷＩＲＥ（即ＩＥＥＥ １３９４）的接口技术正在从实验室步入市场领域，这种新
型的接口比ＵＳＢ功能更为强大而且性能稳定。
ＩＥＥＥ １３９４也是一种高效的串行接口标准。ＩＥＥＥ １３９４可以在一个端口上连接多达６３个设备，设备间
采用树形或菊花链拓扑结构。ＩＥＥＥ １３９４标准定义了两种总线模式，即：Ｂａｃｋｐｌａｎｅ模式和Ｃａｂｌｅ模
式。其中Ｂａｃｋｐｌａｎｅ模式支持 １２．５、２５、５０Ｍｂｐｓ的传输速率；Ｃａｂｌｅ模式支持１００、２００、
４００Ｍｂｐｓ的传输速率。目前正在开发 １Ｇｂｐｓ的版本。
现在，支持ＵＳＢ的ＰＣ及外设越来越多，在软件上ＵＳＢ也已成为 Ｗｉｎｄｏｗｓ９８的一个关键部件，并很快在Ｗ
ｉｎｄｏｗｓＣＥ和Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００中得到支持。Ａｐｐｌｅ的操作平台早已提供对ＵＳＢ的支持，预计今后Ｓｕｎ
和Ｄｉｇｉｔａｌ的平台也将会提供对这一技术的支持。
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