USB百科
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USB是什么,USB的优点、设备分类及传输方式有那些?

2021-04-02 8228 22

USB是由世界著名计算机和通信公司等共同推出的新一代接口标准,全称为Universal Serial Bus(通用串行总线),是一种快速、灵活的总线接口。它是为了解决日益增加的PC外设与有限的主板插槽和端口之间的矛盾而制定的一种串行通信标准。

USB一般分为USB低速,USB全速,USB高速和USB超高速,其分别对应于USB1.0,USB1.1,USB2.0和USB3.0,而USB3.0又分了GEN1,GEN2等。最新一代是USB4,传输速度为40Gbit/s,三段式电压5V/12V/20V,最大供电100W ,新型Type C接口允许正反盲插。

USB应用十分广泛,并具有下述优点:

  • 适用于多种外设,使它不需要为不同的外设准备不同的接口和协议;
  • Windows能自动检测到USB设备的热插拔,并自动配置;
  • PC机上的接口线非常紧缺,而USB设备并不需要用户设置端口故无论从用户使用方便性,或从对资源的占用方面看,USB都很优秀;
  • 当接入一个USB设备时,全速USB接口可达12Mbit/s。考虑到状态、控制和出错信息,最大理论速度仍可达到9.6Mbit/s,这是其他串行接口协议所不能比拟的,且USB也支持1.5Mbit/s的低速传输。
  • USB接口芯片价格低廉,这也大大促进USB设备的开发与应用。

在USB出现之前,计算机典型接口有并行口、串行口、鼠标口、键盘口、显示器口,及各种卡式接口等,与这些接口对应的有各种不同的电缆,在传输速度方面,这些接口都存在速度偏低的问题。在技术方面,这种设计容易产生I/O冲突,中断不够用,以及对于每一种新的外设都必须设计新的接口卡等缺点。当今的计算机外部设备,都在追求高速度和高通用性。USB接口适应了这种要求,并以其速度快、使用方便、成本低等优点,迅速得到了众多PC厂商和半导体厂商的大力支持,外设向USB过度成为必然趋势。

USB系统的使用分类及系统的描述

USB设计的初衷是针对桌面电脑而不是应用于可移动的环境下的。软件体系通过对各种主机控制器提供支持以保证将来对USB的扩充[3]。USB是一种电缆总线,支持在主机和各式各样的即插即用的外设之间进行数据传输。由主机预定的标准的协议使各种设备分享USB带宽,当其它设备和主机在运行时,总线允许添加、设置、使用以及拆除外设。
USB系统的描述:
一个USB系统主要被定义为三个部分:USB的互连、USB的设备、USB的主机。
USB的互连是指USB设备与主机之间进行连接和通信的操作,主要包括以下几方面:

  • (1)总线的拓扑结构:USB设备与主机之间的各种连接方式;
  • (2)内部层次关系:根据性能叠置,USB的任务被分配到系统的每一个层次;
  • (3)数据流模式:描述了数据在系统中通过USB从产生方到使用方的流动方式;
  • (4)USB的调度:USB提供了一个共享的连接。对可以使用的连接进行了调度以支持同步数据传输,并且避免的优先级判别的开销。

USB的设备如下所示:

  • (1)网络集线器,向USB提供了更多的连接点;
  • (2)功能器件:为系统提供具体功能,如ISDN的连接,数字的游戏杆或扬声器。

USB设备提供的USB标准接口的主要依据:

  • (1)对USB协议的运用;
  • (2)对标准USB操作的反馈,如设置和复位;
  • (3)标准性能的描述性信息;

USB总线传输方式:

USB2.0总线属一种轮讯方式的总线,主机控制端口初始化所有的数据传输。每一总线执行动作最多传送三个数据包。按照传输前制定好的原则,在每次传送开始时,主机控制器发送一个描述传输运作的种类、方向,USB设备地址和终端号的USB数据包,这个数据包通常称为标志包(token packet)。USB设备从解码后的数据包的适当位置取出属于自己的数据。数据传输方向不是从主机到设备就是从设备到主机。在传输开始时,由标志包来标志数据的传输方向,然后发送端开始发送包含信息的数据包或表明没有数据传送。接收端也要相应发送一个握手的数据包表明是否传送成功。发送端和接收端之间的USB数据传输,在主机和设备的端口之间,可视为一个通道。存在两种类型的通道:流和消息。流的数据不像消息的数据,它没有USB所定义的结构,而且通道与数据带宽、传送服务类型,端口特性(如方向和缓冲区大小)有关。USB中有一个特殊的通道——缺省控制通道,它属于消息通道,当设备一启动即存在,从而为设备的设置、查询状况和输入控制信息提供一个入口。

参考资料:

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