USB正传 龚胜 1999年 第31期 33版 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分为五个部分：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USB设备的客户驱动程序。（^313301a^） 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USB）。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。（^313301b^） 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。 #1 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、Northern 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1995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。1999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、Intel、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USB1.1，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。（^313301c^） 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12Mbps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WindowsCE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。 #1 USB的特点及应用 USB之所以能得到广泛支持和快速普及，是因为它具备下列的很多特点: 1.使用方便 使用USB接口可以连接多个不同的设备，支持热插拔，在软件方面，为USB设计的驱动程序和应用软件可以自动启动，无需用户干预。USB设备也不涉及IRQ冲突等问题，它单独使用自己的保留中断，不会同其它设备争用PC机有限的资源，为用户省去了硬件配置的烦恼。USB设备能真正做到“即插即用”。 2.速度加快 快速性能是USB技术的突出特点之一。USB接口的最高传输率目前可达12Mb／s，比串口快了整整100倍，比并口也快了十多倍。今后USB的速度还将会提高到100Mb／s以上。 3.连接灵活 USB接口支持多个不同设备的串列连接，一个USB口理论上可以连接127个USB设备。连接的方式也十分灵活，既可以使用串行连接，也可以使用中枢转接头（Hub），把多个设备连接在一起，再同PC机的USB口相接。在USB方式下，所有的外设都在机箱外连接，不必打开机箱；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还能智能识别USB链上外围设备的接入或拆卸。 4.独立供电 普通使用串口、并口的设备都需要单独的供电系统，而USB设备则不需要，因为USB接口提供了内置电源。USB电源能向低压设备提供5V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.支持多媒体 USB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。USB还具有高保真音频。由于USB音频信息生成于计算机外，因而减少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。 6.USB存在的问题 尽管在理论上，USB可以实现高达127个设备的串列连接，但是在实际应用中，也许串联3到4个设备就可能导致一些设备失效。而且大多数USB产品，只有一个输入口，根本无法再连接下一个USB设备。另外，尽管USB本身可以提供500mA的电流，但一旦碰到高电耗的设备，就会导致供电不足。解决这些问题的办法是使用USBHub，但Hub的价格目前还太贵了点。 #1 USB的应用 到目前为止，USB已经在PC机的多种外设上得到应用，包括扫描仪、数码相机、数码摄像机、音频系统、显示器、输入设备等等。（^313301d^） 扫描仪和数码相机、数码摄像机是从USB中最早获益的产品。传统的扫描仪，在执行扫描操作之前，用户必须先启动图像处理软件和扫描驱动软件，然后通过软件操作扫描仪。而USB扫描仪则不同，用户只需放好要扫描的图文，按一下扫描仪的按钮，屏幕上会自动弹出扫描仪驱动软件和图像处理软件，并实时监视扫描的过程。USB数码相机、摄像机更得益于USB的高速数据传输能力，使大容量的图像文件传输在短时间内即可完成。（^313301e^） USB在音频系统应用的代表产品是微软公司推出的Microsoft DigitalSound System80（微软数字声音系统80）。使用这个系统，可以把数字音频信号传送到音箱，不再需要声卡进行数模转换，音质也较以前有一定的提高。USB技术在输入设备上的应用很成功，USB键盘、鼠标器以及游戏杆都表现得极为稳定，很少出现问题。 早在1997年，市场上就已经出现了具备USB接口的显示器，为PC机提供附加的USB口。这主要是因为大多数的PC机外设都是桌面设备，同显示器连接要比同主机连接更方便、简单。目前市场上出现的USB设备还有USB Modem、Iomega的USB ZIP驱动器以及eTek的USB PC网卡等等。 对于笔记本电脑来说，使用USB接口的意义更加重大，通用的USB接口不仅使笔记本电脑对外的连接变得方便，更可以使笔记本电脑生产厂商不再需要为不同配件在主板上安置不同的接口，这使主板的线路、组件的数量以及复杂程度都有不同程度的削减，从而使系统运行中的散热问题得到了改善。也将促进更高主频的处理器可以迅速应用在移动计算机中，使笔记本电脑与桌面PC的差距进一步缩小。（^313301f^） USB的应用会越来越广泛，一些业界人士甚至预测，未来的PC将是一个密封设备，所有外设都将通过USB或其他外部接口连接。