(图片来源:崔设备)
通用串行总线,以其缩写形式的USB更为人所知,可以说是当今市场上最知名的互连标准。但是,许多人,尤其是工程界以外的人,可能不会再考虑USB的含义。简而言之,“总线”是一种在电子系统中不同组件之间传输数据或电力的方式,而术语“串行”表示数据通过同一条线路(或几条线路)一次一位地传输。USB共同提供了一个工程标准,该标准为用于连接电子系统中的各种设备的连接器和电缆建立了“通用”规范。
作为设备之间互连和数据通信的一种简单方便的方式,USB自年问世以来已经发展得更多。在年代引入之前,互连环境是复杂和缓慢的数据传输速率之一。由于超过25年的稳步改进和变化,USB和USB实施者论坛(USB-IF)通过不断提高的数据速度、功率传输等,创造了超出最初认为可能的互连功能。然而,随着这些不断的改进,出现了新标准、对现有标准的更新以及各种命名约定。因此,试图跟上最新的USB标准可能是一项既混乱又矛盾的任务。本文旨在提供USB标准的详细历史,同时阐明最新的USB命名约定。
USB之前的互连
如上所述,在USB之前的环境中,慢数据传输速率是常态,通常从并行的每秒千字节(kB)到串行的每秒千字节(kb)。计算机制造商不仅使用串行端口和并行端口,而且还有各种专有的插头、连接器和电缆,它们经常需要专用的驱动程序和卡。此外,热插拔或热插拔受到限制,需要先关闭硬件,然后再插入任何设备并重新打开硬件。
USB-IF于年开始开发USB标准,发布了几个预发布版本(USB0.8和0.9),但从未在市场上销售。年,USB0.99被排除在预发布标准列表之外,并且再次无法商用。
USB1.0和1.1
USB1.0标志着年USB标准的第一个主要版本,提供低速1.5兆比特每秒(Mbps)和全速12Mbps的数据传输速率。尽管USB1.0提供了热插拔和自配置的便利,但它并没有作为第一个商用USB版本被广泛采用。
两年后的年,推出了USB1.1。虽然它与USB1.0的数据传输能力相匹配,但对于带宽较低的设备,它也可以以较慢的速度运行。鉴于品牌全速,USB1.1被苹果的iMacG3采用而闻名,它停止使用串行和并行端口。这为今后更广泛地采用USB标准铺平了道路。USB1.0和1.1还规定了使用物理USB连接器标准,A型和B型。
图1:A型和B型USB连接器标准。(图片来源:崔设备)
USB2.0
由于PC及其各种外围设备的广泛接受,21世纪的开始带来了对更高数据传输速度的日益增长的需求。因此,USB2.0于年4月上市。该标准具有Mbps的数据传输能力,但总线限制将其降低到Mbps。USB2.0被赋予了高速品牌,并且向后兼容之前的标准及其1.5或12Mbps的速度。此时,使用USB作为电源开始成为一种更普遍的做法,电气标准在5V时提供高达mA的功率。
USB2.0还引入了USBOn-the-Go,它提供了两个设备交互的能力,而无需单独的USB主机。到目前为止,USB连接始终位于主机(计算机)和外围设备(鼠标、键盘、音乐设备等)之间。
在物理连接器标准方面,USB2.0与USBTypeA、B和C连接器以及Mini和MicroA和B兼容。然而,MicroAB和TypeC的物理连接器是在多年后推出的分别是年和年。
USB3.0
USB3.0及更高版本是USB标准经过多次迭代和更改命名约定的地方。为了避免混淆,在更详细地阐明最新的命名约定之前,我们将通过其原始版本名称来引用标准。
USB3.0于年发布,支持高达每秒5吉比特(Gbps)的数据传输,但速度接近3Gbps。品牌为SuperSpeedUSB的USB3.0将USB2.0硬件的四根连接线增加了一倍至八根,并允许双向传输数据,同时保持向后兼容USB2.0。该标准还将电源能力提高到5V时的mA。还需要注意的是,USB3.0特定硬件(例如USB3.0A型和B型连接器)用蓝色表示,以表示它们的兼容性。
随着USB3.2命名约定的引入,USB3.0现在被称为USB3.2Gen1。
USB3.1
与USB3.0相同,USB3.1是年发布的临时标准,它只是将数据速率提高了一倍,最高可达10Gbps。它被赋予了SuperSpeed+品牌,并且曾经有两层命名约定:USB3.1Gen1(USB3.0)和USB3.1Gen2。同样,随着USB3.2命名约定的引入,现在引用USB3.1Gen2作为USB3.2Gen2。
USB3.2
USB3.2标准于年9月推出,取代了USB3.0和3.1标准命名约定,同时增加了高达20Gbps的第三层数据能力。该标准标记为USB3.2Gen2x2,充分利用USBType-C连接器的双通道数据传输通道,可通过两对线在每个方向传输10Gbps。USB3.2标准的较低两层也很常见,列为USB3.2Gen1x1或USB3.2Gen2x1,这只是为使用的数据线数量提供了额外的背景。
为了进一步说明,USB-IF为每一层提供了更新的品牌,其中包括熟悉的SuperSpeedUSB品牌和数据传输限制。如下表1所示,这些备用名称如下:SuperSpeedUSB5Gbps、SuperSpeedUSB10Gbps和SuperSpeedUSB20Gbps。
表1:定义的USB3.2命名约定。(图片来源:崔设备)
USB4.0
基于Thunderbolt3协议,USB4.0于年8月发布,数据传输速度高达40Gbps,采用专用视频传输方式。PowerDelivery3.1标准还将USB的功率能力提高到W。虽然从技术上讲,PowerDelivery标准和USB4.0是分开的,但它们是并行开发的,并且通常是一起发现的。这两个最新标准只能通过物理USBC型连接器的硬件功能得到充分利用。
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USB-IF还改进了USB4.0命名约定,将其更改为具有以下两个层的USB4:
USBGbps(数据速度与其命名相符)
USBGbps(数据速度与其命名相符)
前面提到的USB4和USB3.2的每一层都有一个与之相关的新标识,用于产品上,以期消除市场上消费者的任何困惑。然而,USB标准的各种名称带来了一些挑战,因为设备仍然经常在旧的命名方案下被引用。
表2:当前USB命名约定和相关徽标(图片来源:CUIDevices)
USB的未来
希望本文能够消除围绕USB标准的一些困惑,同时让我们一睹其不断改进的能力和功能的快速发展历史。这种连接智能手机、移动设备甚至工业应用中的外围设备的小型、经济高效且简单的方法很容易被认为是理所当然的。仅用于充电目的的USB连接器(专为仅供电应用而设计的USBC型)甚至已成为普遍做法。可以肯定地说,USB将在未来继续寻找新的用途和功能,CUIDevices的工程师涵盖了一系列USB连接器和USB电缆各种外形尺寸,旨在满足多种USB标准。
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