USB常识问答

何宗琦
1999年 第14期 17版

    随着Windows98的推出，USB的系统支持得到了解决，使得我们可以在PC上使用USB端口了。然而，在真正选择USB设备之前，我们应该对它有更多的认识和了解。
#1    问：什么是USB？
    答：USB是“Universal Serial  Bus”的缩写，意思是“通用串行总线”。但请注意，这不是一种新的总线标准，而是电脑系统接驳外围设备（如键盘、鼠标、打印机等）的输入/输出接口标准。现在电脑系统接驳外围设备的接口并无统一的标准，如键盘的插口是圆的、连接打印机要用9针或25针的并行接口、鼠标则要用9针或25针的串行接口。USB把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。也就是说，USB将取代当前PC上的串口和并口。USB的插头和插座如^141701a^所示。
#1    问：为什么要采用USB？
    答：在一台PC上增加一个新的外设需要做以下工作：
    1.打开机箱，安装新外设的接口插卡；
    2.为了避免资源占用冲突，你必须设置跳线为新的外设插卡选择合适的IRQ、DMA和I/O口地址；
    3.安装新外设的驱动程序。
    上述工作的问题是：PC机有限的I/O插槽无法满足日益增加的外设需要；不具备专业知识的普通用户难于选择合适的资源和完成复杂的安装工作。因此，简化外设扩充方法，使之方便易行便成为各个PC机厂家面临的重大研究课题。在这个背景下，Microsoft公司于1994年提出了即插即用（Plug &  Play）方案，这种技术解决了用户选择资源的困难，由系统自动设置，但新外设的安装仍然相当麻烦，而且外设扩充数量的问题也没有解决。因此，在1996年召开的面向PC机硬件技术工作者会议上，Compaq、Intel和Microsoft三家厂商提出了设备插架（Device  Bay）概念。USB就是设备插架的一种规范。在USB方式下，所有的外设都在机箱外连接，连接外设不必再打开机箱；允许外设热插拔，而不必关闭主机电源。USB采用“级联”方式，即每个USB设备用一个USB插头连接到一个外设的USB插座上，而其本身又提供一个USB插座供下一个USB外设连接用。通过这种类似菊花链式的连接，一个USB控制器可以连接多达127个外设，而每个外设间距离（线缆长度）可达5米。USB能智能识别USB链上外围设备的插入或折卸，USB为PC的外设扩充提供了一个很好的解决方案。
#1    问：USB有哪些主要特点？
    答：1.外设的安装十分简单，所有的USB外设利用“ONE－SIZE－FITS－ALL”连接器都可简单方便地连接入计算机中，安装过程高度自动化，既不必打开机箱插入插卡，又不必考虑资源分配，也不用关掉计算机电源（热插拔）。
    2.对一般外设有足够的带宽和连接距离。USB允许两种数据传送速度规格。低速传送为1.5Mbps，全速传送为12Mbps。全速传送时，结点间连接距离为5m，连接使用的4芯电缆（电源2条，信号线2条）。该速率与一个标准的串行端口相比，大约快出100倍，与一个标准的并行端口相比，也快出近10倍。因此，USB能支持高速接口（例如ISDN、PRI、T1），使用户拥有足够的带宽供新的数字外设使用。
    3.支持多设备连接，减少了PC机I/O接口数量。利用菊花链的形式对端口加以扩展，最多可在一台计算机上同时支持127种设备，避免了PC上插槽数量对扩充外设的限制。
    4.提供内置电源。USB电源能向低压设备提供5伏的电源，因此新的设备就不需要专门的交流电源了，从而降低了这些设备的成本并提高了性价比。
    5.提供了对电话的两路数据支持。USB可支持异步以及等时数据传输，使电话可与PC集成，共享语音邮件及其它特性。
    6.具有高保真音频。由于USB音频信息生成于计算机外，因而减小了电子噪音干扰声音质量的机会，从而使音频系统具有更高的保真度。
#1    问：主机和USB设备是如何连接的？
    答：主机和USB设备之间的连接拓扑结构是星形连接。USB连接器分A系列和B系列， 一般USB设备利用B系列连接器与主机连接，而键盘、鼠标和扩充集线器等USB设备则利用A系列连接器与主机实现连接。主机与要求全速传送的USB设备连接时， 可利用HUB级联方法延长连接距离，但最多允许5个HUB级联，最长扩展连接距离不得超过30m。主机和USB设备之间的连接如^141701b^所示。
#1    问：使用USB需要哪些支持环境？
    答：简单说来，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。目前出品的主板一般都采用支持USB功能的控制芯片组，主板上也安装有USB接口插座。Windows98操作系统是支持USB功能的。目前已经有很多USB外设问世，如数字照相机、计算机电话、数字音箱、数字游戏杆、打印机、扫描仪、键盘、鼠标等（见^141701c^）。
#1    问：USB对PC和外设的价格有无影响?
    答：PC机的控制芯片组和操作系统中已经内建了USB功能，因此PC机在硬件和软件的价格上不会增加。而由于减少了接口插卡和供电电源，使得外设的成本可以降低。此外USB的“热插拔”功能允许用户十分方便地连接和拆卸外设，实现外设的共享。这也就降低了这些外设的使用成本。
#1    问：USB和IEEE1394有什么相同和不同点？
    答：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最多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的速率。目前正在开发1Gbps的版本。在400Mbps时，只要利用50％的带宽就可以支持不经压缩的高质量数字化视频信息流。
    IEEE1394和USB都是设备插架的一种规范，因此它们有不少相似之处，主要表现在：
    ·都可以提供即插即用及热插拔的功能，安装十分简单；
    ·都提供统一的通用接头，都可向外设提供电源；
    ·都采用了串接方式，可以连接多台设备。
    它们之间的主要差别在于：
    ·IEEE 1394的传输速度很高，可达100～400Mbps。目前1Gbps的协定正在制定。因此，它可连接高速设备如DVD播放机、数码相机、硬盘等；而USB的12Mbps因传输速度限制，它只能连接低速设备，如键盘、麦克风、软驱、电话等。因此，以后可能会用IEEE 1394来连接高速装置及家电设备，而USB用来连接低速装置，以达到较佳的效益；
    ·IEEE 1394的拓扑结构中，不需要集线器（HUB）就可连接63台设备，并且可以由网桥（Bridge）再将这些独立的子网（Subtree）连接起来。IEEE 1394并不强制要用电脑控制这些设备。而在USB的拓扑结构中，必须通过HUB来实现多重连接，每个HUB有7个连接头，整个USB网络中最多可连接127台机器，而且一定要有电脑的存在。
    ·IEEE 1394的拓扑结构在其外部设备增减时，会自动重设网络，其中包括网络短暂的等待状态；而USB以HUB来判明其连接设备的增减，因此可以减少USB网络动态重设的状况。


 