原标题：USB端口的工作原理

　　USB 电缆可让您将配件连接到计算机 伊莎贝尔·帕维亚/盖蒂图片社

　　几乎任何 计算机 您今天购买的附带一个或多个 通用串行总线 连接。这些 USB 连接器可让您连接 小 鼠, 打印机 和其他配件快速轻松地连接到您的计算机。这 操作系统 也支持USB，因此设备驱动程序的安装也快速简便。与其他将设备连接到计算机的方式相比(包括 并行端口, 串行端口 以及安装在计算机机箱内的特殊卡)，USB设备非常简单。

　　在本文中，我们将从用户和技术角度研究USB端口。您将了解为什么USB系统如此灵活，以及它如何能够如此轻松地支持如此多的设备 - 它确实是一个了不起的系统。

　　任何在计算机周围工作了一段时间的人都知道通用串行总线试图解决的问题 - 过去，将设备连接到计算机一直是一个真正令人头疼的问题。

　　打印机连接到并行打印机端口，大多数计算机只附带一个。像外部存储介质这样需要高速连接到计算机的东西，将使用 并行端口 同样，通常成功有限，速度也不快。

　　调制解调器使用 串行端口，但一些打印机和各种奇怪的东西也是如此，如个人数字助理 (PDA) 和 数码相机.大多数计算机最多有两个串行端口，而且在大多数情况下它们非常慢。

　　需要更快连接的设备带有自己的卡，这些卡必须适合计算机机箱内的卡插槽。不幸的是，卡槽的数量有限，有些卡很难安装。

　　USB的目标是结束所有这些令人头疼的问题。通用串行总线为您提供了一种单一、标准化、易于使用的方式来连接 127 台设备 到计算机。

　　现在几乎每个外围设备都有USB版本。您今天可以购买的 USB 设备示例列表包括：

　　打印机

　　扫描仪

　　小 鼠

　　操纵 杆

　　飞行轭

　　数码相机

　　网络摄像头

　　科学数据采集设备

　　调制解调器

　　扬声器

　　电话

　　可视电话

　　存储设备

　　网络连接

　　在下一节中，我们将介绍允许您的计算机与这些设备通信的 USB 电缆和连接器。

　　USB 电缆和连接器

　　矩形插座是典型的 USB 插座。将 USB 设备连接到计算机很简单 - 您可以在机器背面找到 USB 连接器并将 USB 连接器插入其中。

　　如果是新设备， 操作系统 自动检测它并要求提供驱动程序磁盘。如果已安装该设备，计算机将激活它并开始与之通信。可以随时连接和断开 USB 设备。

　　典型的 USB 连接器，称为“A”连接

　　许多 USB 设备都带有自己的内置电缆，并且电缆上有一个“A”连接。如果没有，则设备上有一个接受 USB“B”连接器的插座。

　　典型的“B”连接

　　USB 标准使用“A”和“B”连接器以避免混淆：

　　"一个“ 连接器”上游“朝向计算机。

　　"B“ 连接器朝向”下游“并连接到各个设备。

　　通过在上游和下游端使用不同的连接器，永远不会混淆 - 如果您将任何USB电缆的“ B”连接器连接到设备中，您就知道它会起作用。同样，您可以将任何“A”连接器插入任何“A”插座，并知道它会起作用。

　　无线集线器

　　您今天购买的大多数计算机都至少带有一个或两个USB插座。但是市场上有这么多的USB设备，你很容易很快用完插座。例如，您可以让键盘，鼠标，打印机，麦克风和网络摄像头都运行在USB技术上，因此明显的问题是，“您如何连接所有设备?

　　解决这个问题的简单方法是购买便宜的USB集线器。USB 标准最多支持 127 台设备，USB 集线器是该标准的一部分。

　　典型的 USB 四端口集线器接受 4 个“A”连接。

　　集线器通常有四个新端口，但可能有更多端口。将集线器插入计算机，然后将设备(或其他集线器)插入集线器。通过将集线器链接在一起，您可以在一台计算机上建立数十个可用的 USB 端口。

　　集线器可以通电或无源。正如您将在下一页看到的那样，USB 标准允许设备从其 USB 连接获取电源。打印机或扫描仪等高功率设备将有自己的电源，但鼠标和数码相机等低功耗设备从总线获取电源以简化它们。电源(USB 2.0 在 5 伏时高达 500 毫安，对于 USB 3.0，高达 900 毫安)来自计算机。如果你有很多自供电设备(如打印机和扫描仪)，则你的集线器不需要通电 - 连接到集线器的设备都不需要额外的电源，因此计算机可以处理它。如果您有很多未通电的设备，如鼠标和相机，您可能需要一个有源集线器。枢纽有自己的 变压器 它为总线供电，以便设备不会使计算机的电源过载。

　　USB 进程

　　当主机上电时，它会查询连接到总线的所有设备，并为每个设备分配一个地址。此过程称为 列举 -- 设备在连接到总线时也会被枚举。主机还从每个设备中找出它希望执行的数据传输类型：

　　中断 - 鼠标或 键盘，这将发送很少的数据，将选择中断模式。

　　散装 - 像打印机这样的设备，在一个大数据包中接收数据，使用批量传输模式。数据块被发送到打印机(以 64 字节块为单位)并验证以确保其正确无误。

　　等时的 - 流媒体设备(如 扬声器) 使用常时等量模式。设备和主机之间的数据流实时，没有纠错。

　　主机还可以使用控制数据包发送命令或查询参数。

　　枚举设备时，主机会跟踪所有常时等量和中断设备请求的总带宽。它们可以消耗高达 90% 的可用 480 Mbps 带宽(USB 3.0 将该速度提高到每秒 4.8 千兆位)。90% 用完后，主机将拒绝访问任何其他常时等量或中断设备。控制数据包和用于批量传输的数据包使用剩余的任何带宽(至少 10%)。

　　通用串行总线将可用带宽划分为帧，主机控制帧。帧包含 1，500 个字节，每毫秒启动一个新帧。在帧期间，常时等量和中断设备获得一个插槽，因此可以保证它们获得所需的带宽。批量和控制传输使用剩余的任何空间。如果您想了解更多信息，本文末尾的技术链接包含大量详细信息。

　　USB特性

　　在USB电缆内部：有两根电源线 - +5伏(红色)和接地(棕色) - 以及一对双绞线(黄色和蓝色)来传输数据。电缆也是屏蔽的。通用串行总线具有以下功能：

　　计算机充当主机。

　　多达 127 台设备可以直接或通过 USB 集线器连接到主机。

　　单根 USB 电缆可长达 5 米;使用集线器，设备可以距离主机最远 30 米(六根电缆)。

　　使用USB 2.0，总线的最大数据速率为每秒480兆比特(是USB 1.0速度的10倍)。

　　USB 2.0 电缆有两根电源线(+5 伏和接地)和一对双绞线来传输数据。USB 3.0标准增加了四根用于数据传输的电线。USB 2.0 一次只能向一个方向(下游或上游)发送数据，而 USB 3.0 可以同时在两个方向上传输数据。

　　在电源线上，计算机可以在 500 伏电压下提供高达 5 毫安的功率。USB 3.0 电缆可提供高达 900 毫安的功率。

　　低功耗设备(如鼠标)可以直接从总线获取电源。高功率设备(如打印机)有自己的电源，从总线消耗的功率最小。集线器可以有自己的电源，为连接到集线器的设备供电。

　　USB 设备是 热插拔，这意味着您可以将它们插入总线并随时拔下它们。USB 3.0 电缆与 USB 2.0 端口兼容 - 您不会获得与 USB 3.0 端口相同的数据传输速度，但数据和电源仍将通过电缆传输。

　　当计算机进入省电模式时，主机可以将许多 USB 设备置于睡眠状态。

　　连接到 USB 端口的设备依靠电缆来传输电源和数据。

　　USB 2.0 和 3.0 端口

　　USB 2.0 版标准于 2000 年 4 月发布，作为 USB 1.1 的升级版。

　　USB 2.0 (高速 USB) 为多媒体和存储应用提供额外的带宽，数据传输速度比 USB 1.1 快 40 倍。为了让消费者和制造商都能平稳过渡，USB 2.0 与原始 USB 设备具有完全的向前和向后兼容性，并且也适用于为原始 USB 制造的电缆和连接器。

　　USB 2.0支持三种速度模式(每秒1.5、12和480兆比特)，支持低带宽设备，例如 键盘 和 小 鼠，以及高分辨率等高带宽 网络摄像头, 扫描仪, 打印机 和高容量 存储系统.USB 2.0 的部署使 PC 行业领导者能够推进 PC 外围设备的开发，以补充现有的高性能 PC。除了改进功能和鼓励创新外，USB 2.0 还提高了用户应用程序的生产力，并允许用户同时运行多个 PC 应用程序或同时运行多个高性能外围设备。

　　USB 3.0(SuperSpeed USB)标准于2008年11月17日正式发布[来源： 一切 USB].USB 3.0 的速度比 USB 2.0 快 10 倍，每秒 4.8 千兆位。它适用于传输高清视频片段或将整个硬盘驱动器备份到外部驱动器等应用程序。随着硬盘容量的增长，对高速数据传输方法的需求也在增加。

　　USB 3.0标准的采用一直很慢。芯片制造商必须设计支持 USB 3.0 的主板硬件。计算机所有者可以选择购买可以安装在计算机中的卡，以提供USB 3.0支持。但硬件支持只是问题的一部分 - 您还需要操作系统的支持。尽管微软宣布Windows 7最终将支持USB 3.0标准，但该公司发布的操作系统不支持USB 3.0。Linux 操作系统的最新发行版支持 USB 3.0。

　　您可能认为数据传输电缆不会引起争议。但一些记者，如ZDNet作家Adrian Kingsley-Hughes认为，USB 3.0采用缓慢的一个原因是英特尔故意推迟了支持USB 3.0的主板的生产，以使自己的产品领先一步。该产品是 光峰，一种数据传输技术，初始最高数据传输速度为每秒 10 千兆位，未来理论速度达到每秒 100 千兆位。由于英特尔是芯片的主要制造商，目前只有少数计算机的主板由其他公司制造，支持USB 3.0。

　　英特尔代表否认了这种说法。公司高管表示，Light Peak技术不会取代USB端口，Light Peak和USB 3.0将协同工作。同时，您可以在当今市场上找到包含USB 3.0的计算机和配件。

　　常见问题

　　USB端口的三种类型是什么?

　　三种类型的 USB 端口是 USB A 型、USB B 型和 USB C 型。