在過去的25年里，USB接口一直是我們忠實的老朋友。雖然插口隨著時間的推移而改變，但我們插入任何設(shè)備時，計算機似乎總是能知道這個設(shè)備是什么。但是，它是如何做到的呢？USB2.0和USB3.2 SuperSpeed之間有什么區(qū)別呢？

30年前的機器擁有大量不同的接口和通信標(biāo)準(zhǔn)。由于每個接口的奇怪和限制，連接外圍設(shè)備和設(shè)備通常是令人沮喪的“專業(yè)”體驗。

20世紀(jì)90年代初的電腦接口：一個15針VGA口接顯示器，兩個9針串行端口和一個25針并行端口接外設(shè)，兩個PS/2口接鍵鼠

當(dāng)時鼠標(biāo)和鍵盤幾乎都使用6針串行PS/2端口。打印機和掃描儀通過25針口連接到并行端口，但是一些廉價打印機也使用9針口。而其他所有設(shè)備都通過經(jīng)典的9針串行端口連接。每種接口的傳輸速率也是不一樣的，而且，都很慢。

如果你不小心把鼠標(biāo)插到標(biāo)有鍵盤符號的PS2口里會怎么樣？它不會工作，因為電腦不知道錯誤的設(shè)備已經(jīng)插入。實際上，這些接口都無法識別設(shè)備是什么：你需要手工告訴計算機它是什么，然后手動安裝正確的驅(qū)動程序。

用戶設(shè)置鍵鼠需要通過控制面板的“端口”設(shè)置并人工配置參數(shù)和驅(qū)動，使用打印機又是另一種操作

如果一切順利，在驅(qū)動程序安裝、快速重啟和一點運氣之后你才可以使用他們。然而，更多的時候，用戶需要深入到Windows的復(fù)雜控制面板或主板BIOS的深處才能讓一切順利運行。

自然而然，消費者想要更好的東西：“一種端口來用所有”，可以隨意插拔設(shè)備，無需重新啟動計算機，并且設(shè)備可以立即被識別并為你配置。

網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備的巨頭企業(yè)，破天荒組成了一個聯(lián)盟，創(chuàng)建一個“統(tǒng)一的新接口標(biāo)準(zhǔn)”。

英特爾負(fù)責(zé)技術(shù)開發(fā)，Ajay Bhatt成為該項目的主要架構(gòu)師，他隨后還負(fù)責(zé)了AGP（加速圖形端口）和PCI Express的開發(fā)。

在兩年內(nèi)，完整的規(guī)格說明書和控制芯片就出臺了，“通用串行總線”，也就是大家熟知的USB誕生了，并立即在消費級市場取代了串行、并行和PS/2端口。

1998年USB發(fā)布了1.1版本，真正開始起飛：微軟通過1997年秋季的更新，將USB 1.1支持添加到Windows 95中，并大力推廣“即插即用”（Plug and Play）的口號。

而USB最大的宣傳來自于蘋果公司：它發(fā)布了一款告別米色和舊端口的蘋果的第一臺iMac——它只支持USB。

USB規(guī)范后來進(jìn)行了幾次修訂，其中主要的版本是2001年的2.0版、2008年的3.0版和2022年發(fā)布的最新的4.0版。

接下來，讓我們來看看USB是如何工作的。

時，主機將檢測它是什么類型的設(shè)備，并自動加載一個允許該設(shè)備運行的驅(qū)動程序。

數(shù)據(jù)在兩個設(shè)備之間以被稱為 '數(shù)據(jù)包 '的少量形式傳輸。每個數(shù)據(jù)包都有一定數(shù)量的字節(jié)，傳輸包括數(shù)據(jù)的來源、數(shù)據(jù)的目的地、數(shù)據(jù)的長度、已檢測到的任何錯誤的細(xì)節(jié)。

而USB線能夠同時傳輸電源和數(shù)據(jù)。為了實現(xiàn)這一點，每條USB電纜都有兩組電線。一組傳輸電流，另一組傳輸數(shù)據(jù)信號。

在標(biāo)準(zhǔn)的USB 2.0接口中，你可以看到四個金屬條。外面的兩根金屬條是電源的正極和地線。中央的兩條專門用于傳輸數(shù)據(jù)。

如果剝開USB線，那么紅色是正極線，而咖啡色是地線，藍(lán)色和黃色則是數(shù)據(jù)線

而在較新的USB 3.0接口中，由于增加了額外的數(shù)據(jù)傳輸條，數(shù)據(jù)傳輸速度得到提高；四條額外的信號線幫助USB 3.0實現(xiàn)其高速度。

而在電腦端，現(xiàn)代主板（如intel處理器主板的南橋PCH）或者處理器自身內(nèi)部（例如AMD銳龍?zhí)幚砥鳎?，有一個名為USB主機的部分，它包含兩個關(guān)鍵組成：USB控制器和根集線器（hub）。

USB控制器（controller）是一個發(fā)出所有指令、管理電源傳遞等的小型處理單元。像所有這樣的集成電路一樣，它需要驅(qū)動程序才能正常工作，但這些驅(qū)動程序幾乎總是內(nèi)置于操作系統(tǒng)中了。

而根集線器（root hub）是將USB設(shè)備連接到計算機的主要設(shè)施。最新的規(guī)范允許最多5個集線器鏈，單個USB控制器必須支持最多127個設(shè)備。

集線器和設(shè)備通過一組邏輯管道相互通信，每個附加的外圍設(shè)備最多有32個通信通道（16個上行，16個下行）。大多數(shù)只使用一小部分，并在需要時啟用。

當(dāng)主機上電時，設(shè)備插入 USB口時，控制器會拾取其中一個數(shù)據(jù)引腳上的電壓變化，啟動一個稱為設(shè)備枚舉的過程：首先重置外圍設(shè)備，以防止其處于不正確的狀態(tài)，然后控制器讀取所有相關(guān)信息（例如設(shè)備類型和最大數(shù)據(jù)速度）。查詢完連接到總線的所有設(shè)備，并為每個設(shè)備分配一個地址。

而邏輯管道可以簡單地按它們正在做的事情進(jìn)行分類和管理：發(fā)送/接收指令或傳輸數(shù)據(jù)。

例如，USB掃描儀只會將數(shù)據(jù)發(fā)送到集線器，而打印機只會接收數(shù)據(jù)。硬盤、網(wǎng)絡(luò)攝像頭和其他多功能設(shè)備同時執(zhí)行這兩項操作。

實際上，這套系統(tǒng)一次只能管理一個設(shè)備（因為USB只是串行總線），但控制器可以非?？焖俚卦谒鼈冎g切換，給人的印象是它們都是可有同時操作的。

當(dāng)USB 2.0在2001年完成時，總線提供了更高的時鐘速率，峰值為每秒480 Mbits的帶寬 。還有什么比“全速”更快？當(dāng)然是“高速”。

這種命名混亂在 7 年后 3.0 版出現(xiàn)時達(dá)到了頂峰。

兩條數(shù)據(jù)線已經(jīng)達(dá)到了最大容量，繼續(xù)提高帶寬的唯一方法是添加更多引腳。最初的USB設(shè)計考慮到了這樣的變化，這就是為什么A接口相對寬敞且沒有雜亂的原因。

這些額外的引腳允許數(shù)據(jù)同時雙向流動（即雙工模式），并提供5 Gbps的理論峰值帶寬。由于這些通道位于舊通道上方的空間中，因此USB 3.0接口保留了完全的向后兼容性。

4 個引腳用于 1.1/2.0，5 個數(shù)據(jù)引腳（背面）用于 3.0

而3.1版本于2013年推出，擁有更快的數(shù)據(jù)通道（10 Gbps），但由于某種原因，此修訂版被標(biāo)記為USB 3.1 Gen 2。

為什么是第二代？因為此時把 3.0 更名為 3.1 Gen 1！

而 USB 3.2 規(guī)范在 5 年后問世時，USB 標(biāo)準(zhǔn)組織決定，3.2 的進(jìn)一步功能（高達(dá) 20 Gbps）需要再次重命名：

USB 3.1 Gen 1 --> USB Gen 3.2 1x1

USB 3.1 Gen 2 --> USB Gen 3.2 2x1

看看技嘉主板上的這個IO背板：

總共有 10 個 USB 端口，涵蓋 3.2 規(guī)范的兩個不同版本和兩種類型的接口（稍后會詳細(xì)介紹）。無論是顏色編碼還是技嘉自己的網(wǎng)站都沒有確切地告訴你它是哪個版本——它們都被標(biāo)記為USB 3.2，但為什么有些是藍(lán)色的，有些是紅色的？

而最近發(fā)生了另一項重命名工作，USB組織建議制造商使用SuperSpeed USB 5 Gbps，SuperSpeed USB 10 Gbps等，這只會凸顯USB變得多么混亂。

當(dāng)USB4（這不是錯字，不是USB 4.0）在2019年推出時，實際上變得更加混亂，因為USB組織很快就宣布Thunderbolt 3將集成USB4 ……

USB 的進(jìn)一步修訂出現(xiàn)在 2022 年 4 月，以 USB4 2.0 的形式提供更快的數(shù)據(jù)傳輸速率和改進(jìn)的向后兼容性。不久之后，又一次嘗試整理命名約定，為USB電纜和端口提供了大量新徽標(biāo)。

最終，有了USB4，與舊接口的聯(lián)系被永遠(yuǎn)放棄了，它是USB-C口標(biāo)準(zhǔn)。

但我們還需要很多年才能告別A口，不是嗎？

文章轉(zhuǎn)載自鈦師父