USB3.0

　　许多人看到的USB技术，仅仅是接口与线缆，但很少有人关心在USB接口中，数据是以何种形式被传输和处理的。在今天的台式机和笔记本电脑中，作为电脑主机，他们都包含了主机控制器。这个小小的芯片内具有一系列的逻辑管道，它负责管理主机和设备之间各种数据的传输。目前的Hi-Speed USB接口，即USB2.0接口采用的是一种半双工的结构，也就是说，数据传输只是单向的。首先外设装置发送信号到电脑，再由电脑发送信号到外设装置，两者不同同时互传信息。另外无线USB技术与有线的USB技术并不相同。他们采用的是超高频的无线信号，只有使用距离的约束。

　　在USB3.0规范中，它将会有自己专用的数据通路，专用的数据发送线路和独立的数据接收线路。因此，在主机与外设之间进行数据通信的时候，可以真正实现全双工。主机与外设都可以同时发送和接收数据。

　　另外数据传输的速率也将得到极大的改善，可以实现5Gb/s的数据传输能力，每个方向可以实现4.7Gb/s的数据吞吐量。而目前最快的USB2.0规范中，仅仅可以实现单向的480Mb/s。

　　无论是主机还是外设，所有的数据传输都可以在同一时间爆发，这些专用的数据收发通道可以将数据周转的时间减小到最低，同时他们可以同时发出操作请求。USB3.0接口向下兼容以前的USB2.0和USB1.1接口。如果消费者有一款非常漂亮的数码相机支持USB3.0接口，那么他仍然可以将里面的图片导出到具备USB2.0接口的老式台式机中。也就是说，新的USB3.0接口仍然能与老式的USB2.0设备联通。

　　USB3.0最大的优势就在于它超快的传输速度，当你传输整部高清视频这样的大文件时，它的优势将更加明显。现有外设接口不能满足我们的这些需要，我们不能眼睁睁的看着拷贝文件的进度条，一格一格的向前蠕动。

　　新的USB接口规范将会极大的减少接口的类型。在这之前USB2.0规范定义的非常糟糕，各种类型的USB2.0接口漫天飞，形式非常混乱。扑朔迷离的接口名称和各种不同的传输速率让消费者一头雾水。当USB3.0接口真正到来的时候，消费者脑中只有一个概念--这是一个真正通用的USB接口。

　　最令人感到困惑的就是无线USB，消费者非常容易将它与WiFi相混淆。但除此以外，大多数消费者都能理解通过使用USB接口和相应的线缆，将自己的MP3播放器链接到自己的电脑上去。最大的挑战就是USB3.0接口的易用性。这就属于营销学一个设计问题了，SuperSpeed USB将会有一个全新的LOGO，真正的USB3.0接口的颜色也会有别于其他。这样消费者可以一眼就将它们辨识出来。

　　通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）是连接外部设备的一个串口总线标准，在计算机上使用广泛，但也可以用在机顶盒和游戏机上，补充标准On-The-Go（OTG）使其能够用于在便携设备之间直接交换数据。

　　USB 最初是由英特尔与微软公司倡导发起，其最大的特点是支持热插拔（Hot plug）和即插即用（Plug&Play,PnP）。当设备插入时，主机枚举 (enumerate) 此设备并加载所需的驱动程序，因此使用远比 PCI  和 ISA 总线方便。

　　USB 速度比并行端口（Parallel Port，例如 EPP、LPT）与串行接口（Serial Port，例如 RS-232）等传统电脑用标准总线快上许多。原标准中 USB 1.1 的最大传输带宽为 12Mbps，USB 2.0 的最大传输带宽为 480Mbps。近期推出的USB 3.0更从480Mbps提升到4.8Gbps以上。

　　USB 的设计为非对称式的，它由一个主机（host）控制器和若干通过 hub 设备以树形连接的设备组成。一个控制器下最多可以有 5 级 hub，包括 Hub 在内，最多可以连接 127 个设备，而一台计算机可以同时有多个控制器。 和 SPI-SCSI  等标准不同，USB hub 不需要终结器。

　　目前USB接口的发展史，经历了大致四个时期：

　　预发布期：Pre-Releases

　　USB 0.7：1994年11月发布。

　　USB 0.8：1994年12月发布。

　　USB 0.9：1995年4月发布。

　　USB 0.99：1995年8月发布。

　　USB 1.0 RC：1995年11月发布。

　　USB 2.0时代

　　USB 2.0：2000年4月发布。

　　增加更高的数据传输速率 480 Mbit/s (now called Hi-Speed)。根据工程变更通知（Engineering Change Notices|ECN）进一步改进的USB规范。USB 2.0中最重要规范的ECN可以在USB.org查到：

　　Mini-B Connec tor ECN：2000年10月发布。规范了Mini-B的插头及插座标准。注意不要与Micro-B插头及插座混淆。

　　Errata as of December 2000：2000年12月发布。

　　Pull-up/Pull-down Resistors ECN：2002年5月发布。

　　Errata as of May 2002：2002年5月发布。

　　Interface Associations ECN：2003年5月发布。添加新的描述符以便将多重接口关联在在单一设备功能中。

　　Rounded Chamfer ECN：2003年10月发布。一项针对Mini-B接口坚固性的建议性、兼容性改进。

　　Unicode ECN：2005年2月发布。这项ECN指定了字串可以使用UTF-16LE编码。USB 2.0曾指定可以使用Unicode，但没有指定编码。

　　Inter-Chip USB Supplement：2006年3月发布。

　　On-The-Go Supplement 1.3：2006年12月发布。USB直连（USB On-The-Go）允许两个USb设备不经独立USB主机端直接相互通讯。实际使用中，是其中一个USB设备作为其它设备的主机端。

　　Battery Charging Specification 1.0：2007年3月发布。添加了对充电器（有USB接口的电源 适配器）的支持，当供电端（作为充电器的USB主端口）和电池连接时，它允许瞬间通过100 mA的电流。如果一个USB设备连接到专用充电器或主端口时，最大瞬间电流可达1.5 A。（该文档并未包含在USB 2.0规范中。）

　　Micro-USB Cables and Connectors Specification 1.01：2007年4月发布。

　　Link Power Management Addendum ECN：2007年7月发布。在启用与待机间增加了新的电源模式。当设备处于这个模式时不向其发送指令以减少电源消耗。所以，在启用及睡眠模式间切换要比在启用及待机模式间切换来的快得多。

　　High-Speed Inter-Chip USB Electrical Specification Revision 1.0：2007年9月发布。

　　USB 3.0时代刚刚开始

　　2007年9月18日，Pat Gelsinger在英特尔信息技术峰会上演示了USB 3.0，又称为SuperSpeed USB。USB 3.0标准由Intel和HP 、NEC、NXP、微软以及德州仪器共同开发，USB 3.0的目标是提供当前十倍的带宽，利用新增的两对高速线路开启的“Superspeed”模式，可以达到约4.8 Gbit/s （600MB/s），并且可能使用光纤连接。

　　USB 3.0的技术规范于2008年8月13日发行，其商业产品预计于2009年或2010发行。USB 3.0新增了5个触点，两条为数据输出，两条数据输入，采用发送列表区段来进行数据发包，新的触点将会并排在目前4个触点的后方。USB 3.0暂定的供电标准为900mA，将支持光纤传输。USB 3.0的设计兼容USB 2.0与USB 1.1版本，并且使用了更有效的协议来节约能源。

　　从USB 1.1的12Mb/s升级到USB 2.0的480Mb/s，提升幅度达到了40倍，而从USB 2.0标准升级到USB 3.0标准仅为10倍，但这10倍速度的提升却有着很大的应用意义，既然USB 3.0的数据传输率 达到了4.8Gb/s，要远远高于其他传输标准，比如IEEE 1394的数据传输通常为400Mb/s～3.2Gb/s之间。同时新一代eSATA 标准也仅有3Gb/s的数据传输率，目前SATA协会还在研发更强的SATA标准，预计下一代SATA接口会达到6Gb/s。那么究竟以后的电脑外置设备能否被USB3.0所统一呢？还是继续着群雄割据的局面呢？

　　事实上，别看USB3.0的数据传输速率这么惊人，但是小编认为其他如IEEE1394和eSATA这类接口的地位也是难以撼动的。因为他们的数据传输方式有较大的差异，同时这也就注定了他们的应用领域各有特色。也许新一代的USB3.0和eSATA可以在外置硬盘方面对抗一下。不过介于原生SATA信号的eSATA，在磁盘控制，数据容错和传输速率方面要比USB3.0强不少。再加上目前eSATA已经开始在主板上得以普及，先入为主的eSATA有着得天独厚的优势。

　　再说IEEE1394，目前它的最大数据传输速率为3.2Gbps，在速度上落后于USB 3.0，但提供了点对点传输功能，这样不用依赖PC即可实现设备之间的数据传输，同时支持同步和异步传输模式，可以连接63个设备，可以同时传输数字视频及数字音频 信号，并且在采集和回录过程中没有信号损失，使得IEEE 1394接口更加适合多媒体设备（如DV机、采集卡）。因此在这些特定领域，仍然具有较强的生命力。小

　　目前 USB3.0 已经可以基本确定会在 2009 年推出，作为下一代高速连接标准，USB3.0 的数据传输速率可达目前广泛采用的 USB2.0 的 10 倍，即达5Gbps。可以在 60 ～ 70 秒钟内传输一部 27GB 的高清电影。那它究竟是如何来实现这一速度的呢？

　　USB3.0 将采用一种新的物理层，其中，用两个信道把数据传输（transmission）和确认（acknowledgement）过程分离，因而达到较高的速度。

　　为了取代目前 USB 所采用的轮流检测（polling）和广播（broadcast）机制，新的规格将采用一种封包路由（packet-routing）技术，并且仅容许终端设备有数据要发送时才进行传输。

　　新的链接标准还将让每一个组件支持多种数据流，并且每一个数据流都能够维持独立的优先级（separate priority levels）；该功能可在视频传输过程中用来终止造成抖动的干扰。数据流的传输机制也使固有的指令队列（nativecommand queuing）成为可能，因而能使硬盘的数据传输优化。最终数据的上传和下载使用不同通道，即使同时并行也不会相互阻碍。

　　USB 3.0 接口将分为 A、B 两种公口（Plug），而母口（Receptacle）将有 B 和 AB 两种，如图 3从形状上来看，AB 母口可兼容 A 和 B 两种公口为了向下兼容 2.0 版，USB3.0 采用了 9 针脚设计其中四个针脚和USB 2.0 的形状、定义均完全相同而另外 5 根是专门为 USB3.0 准备的，这也算得上一种Combo方案吧。

　　标准 USB 3.0 公口的针脚定义，白色部门是USB 2.0连接专用针脚，而红色部分为 USB 3.0专用。标准 USB 3.0 母口的针脚定义，紫色针脚为 USB 2.0 专用，红色为 USB 3.0 连接专用。

　　USB3.0 线缆横截面如果不算编积（Braid）用线，一共是8根，值得注意的是，在线缆中，USB 2.0和3.0的电源线（Power是共用的。

　　目前 Intel 已经透过软件仿真以 5Gbps 和 25Gbps 的速率对新协议的基本版本进行了测试，最终该链接标准无媒介限制（mediaagnostic），将执行在铜线和光纤上。另外，推广组成员还在论如何突破 USB 接口 500mA 供电限制的问题，电流将由目前的 100mA提升至 900mA，将能够为更多移动设备充电，而且速度将会更加快捷。在最初推出时，USB3.0 应该会以独立芯片的形式出现，最终则必然会整合进芯片组。当然同时 USB3.0 还可向下兼容 USB2.0 以及 USB1.1 规范。也许整合到主板芯片组是最终的做法，但 Intel会不会因此征收相应的费用，这就要看市场策略和厂商搏弈的结果了

　　在USB 3.0中，设备和电脑主机之间如何更加融洽的配合，也被当作了一项重点研究的方向。在继承USB 2.0核心架构的基础上，如何利用双总线模式的优势，如何让用户能够直接的体验到USB 3.0比USB 2.0的先进，成为了重点：

　　需要时能提供更多电力USB 3.0能够提供50%—80%更多的电力支持那些需要更多电能驱动的设备，而那些通过USB来充电的设备，则预示着能够更快的完成充电。

　　新Powered-B接口由额外的2条线路组成，提供了高达1000毫安的电力支持。完全可以驱动无线USB适配器，而摆脱了传统USB适配器靠线缆连接的必要。通常有线USB设备需要连接到集线器或者是电脑本身上，而高电能支持下，就不需要在有“线”存在了。

　　不需要时就自动减少耗电转换到USB 3.0，功耗也是要考虑的很重要的一个问题，因此有效的电源管理就很必要，可以保证设备的空闲的时候减少电力消耗。

　　大量的数据流传输需要更快的性能支持，同时传输的时候，空闲时设备可以转入到低功耗状态。甚至可以空下来去接收其他的指令，完成其他动作。

　　其实，在USB 3.0中也并不是所有的东西都更新换代了，比如线缆的长度。当在某些应用中需要尽可能高的吞吐量的时候，往往线缆依旧会成为瓶颈。虽然在USB 3.0规范中，没有明确指定USB线缆有多长，但是电缆材质和信号质量还是影响了传输的效果。因此在传输数百兆大数据流的时候，线缆长度最好不要超过3米。

　　另外，一些支持“SuperSpeed USB”的硬件产品，例如集线器（hub）可能要比USB 2.0的贵很多，这就像是现在主动供电集线器和被动供电的一个道理。因为一个真正意义上的“SuperSpeed hub”应该具备2类接口，一个用来扮演真正“SuperSpeed hub”的角色，另外一个则要扮演普通高速hub的角色。

　　我们先来看看无线 USB 设备，目前，采用 USB 2.0 技术的产品出货量已经突破 62 亿件，单去年的出货量已达 21 亿件。其中，无线 USB 技术的应用占用了很大一部分比例，它能帮助用户从纷繁复杂的电缆连线中解放出来。目前无线 USB 标准的数据传输速率与目前的有线 USB2.0 标准是一样的，均为每秒 480Mbps，两者的区别在于无线 USB 要求在个人电脑或外设中装备无线收发装置以代替电缆连线。而将来的 USB3.0 与旧版相兼容标准，当 USB3.0 技术成熟之后，我们的无线 USB技术也会得到很大的提升。

　　再来看对 Firewire 的影响，在 1990 年 USB 标准问世之初，针对键盘和鼠标的 USB1.1 规格传输速度小于 12Mbps，而 Firewire 锁定的则是诸如摄录像机这类传输速率达 100Mbps 及以上的视听应用。然而随着时间的推移USB 已经获得了广泛的应用，速率达到了目前 2.0 标准的 480Mbps，相较之下，Firewire的 应 用 远 远没 有 这 么 广泛。USB3.0的 标 准 显 而易见将全面超越 FirewireUSB3.0阵营成员表示，该标准将能够取代Firewire。而且指 出 Firewire已经失去许多业界的支持者，如索尼已经在摄影机这样的产品中转向采用 USB2.0，苹果也正在打算转向高速 USB 接口。不过新的 Firewire 规范也正在制定中，其将继续采用跟定义现行 1394b 标准一样的电缆和连接器，但其速度最高可达到 10Gbps，可以预见 USB 与 Firewire 的斗争仍将延续下去，不过随着高速 USB3.0 设备的提前推出，USB 的优势将进一步扩大。两种接口并存的局面长久以来一直存在，将来也是如此。但通用型接口的前景显然更被用户所接受。

　　还有很多人没有考虑到的硬盘和笔记本市场也会受到高速 USB3.0 设备的冲击。我们知道当前硬盘 SATA 接口的最高传输速度为 3Gbs，要远远低于 USB3.0 设备，它可能会带来两种变化，其一，在笔记本内部使用 USB 连接硬盘产品，其二，出现内部不带硬盘或仅带固态硬盘等小体积、小容量硬盘的笔记本产品，主要的硬盘则依靠外挂 USB3.0接口硬盘。这样不仅可以进一步减小笔记本的体积，降低笔记本的发热量，也可以及其方便的升级笔记本硬盘。

　　USB3.0 的面世，给我们带来的不仅仅是单方面产品传输速度的提升，对整个行业的提升和发展也起到了推波助澜的作用。