计算机的外部设备是指(计算机串行接口和并行接口的区别)

图中人物为USB发明者之一:Ajay Bhatt,Intel工程师

USB(Universal Serial Bus),通用串行总线。准确的说,USB是一种用于计算机与其外围设备相互连接的协议(Protocol)。对于我们平常人来说,USB是一种应用非常广泛的标准接口,今天绝多数消费级电子产品都采用了USB接口作为数据传输或电力供应,例如数码相机、打印机、扫描仪、闪存、智能手机、平板电脑等。

1994年,来自Intel的架构工程师Ajay Bhatt和USB-IF组织共发明了USB技术标准,其中USB-IF组织包含了业界6大巨头英特尔、微软、康柏、LSI、苹果和惠普。因此,USB-IF成员企业采纳了USB的全部技术规范。

1、为什么要开发USB

在USB面世之前,计算机与外部设备之间采用串行接口或并行接口进行连接和数据通信,例如鼠标、键盘、游戏杆甚至扩展卡,并且外部设备都有自己的接口驱动程序,驱动的复杂性导致接口之间发生干扰,以至于某些接口不能同时工作。

再有,当时的接口传输速率都是很慢,并行接口尽管可同时传输8bit数据,但实际速率仅为800Kbps。串行接口的传输速率好于并行接口,在920Kbps-3.6Mbps之间。实际上,串口和并口的传输速率低是由接口架构的带宽造成的。

随着外接设备数量和速率的提升,设备间兼容性问题的恶化,统一接口形式成为必然的需求。

2、USB1.0

USB1.0

1995年,USB 1.0 版本发布,1.0版本的速度并不很快,传输速率为12Mbps,并且通过HUB级联模式USB可以拖带127个设备。

随后,发布了USB 1.1 版本,该版本提供两种传输速率:12Mbps(full-speed)以及针对低带宽设备的1.5Mbps(lowe-speed)。USB 1.1的运行效率更为有效,因此USB 1.1迅速取代USB 1.0成为通用标准。

同时,USB在电气特性上为5V 500mA,并且支持设备热插拔,相信用过单片机开发板的朋友都知道,开发板连接计算机时必须要掉电,否则串口就有被击穿的危险。

1998年,苹果发布的iMac G3率先采用USB接口替代以往的串/并行接口,由此拉开了USB接口一统江湖的序幕。

本号第一台电脑上就有USB1.1接口,当时都不知道这个接口是干什么的。2003年,本号才第一次用过U盘(朗科16M的),悲剧的是打篮球时还给弄丢了。

3、USB2.0

USB2.0

2000年,USB2.0版本发布,该版本的传输速率提升到了480Mbps(称为high-speed),并且USB2.0向下兼容USB1.1,也就是USB2.0可以根据设备的不同提供三种传输速率。

USB2.0版本相较之前的版本发生了很多的改进:

(1)增加了供电模式,允许使用USB接口为连接设备单独充电。也就是咱们手机连接USB后,弹出的仅充电功能。

(2)增加了对接功能(OTG),允许外围设备之间通过USB接口直连。实际上,USB OTG功能并不是首创,而是受到当时竞争对手1394接口的压力所致,1394接口很早就实现了摄像机与录像机之间的直连。2001年,由USB2.0标准衍生出了USB OTG1.0标准。2003年,USB OTG1.0a发布。

OTG U盘

本号观察到2015开始,周边小伙伴买OTG U盘的越来越多。

1998-2000年间,U盘作为即插即用的存储设备出现了,至于谁是U盘的发明者还存在一定的争议,有以色列M-Systems公式、,新加坡Trek公司和中国朗科公司之争,但本号在2002年就在新闻里听过朗科。众所周知,U盘凭借存储容量、传输速度、价格、热插拔、即插即用等优势迅速打败了软盘,并在小容量存储领域占到了绝对优势地位,这也帮助了USB标准的迅速推广。

USB在电气特性上与1.0同为5V 500mA。有2.0接口移动硬盘的朋友都有感受,移动硬盘接到计算机上的时候,往往需要补接一个USB接口到计算机上,这就是2.0接口的电流驱动能力不足的表现。

4、USB3.0

2008年,USB3.0版本发布,该版本在传输速率和电气特性上都发生了质的变化:

(1)传输速率提升至5Gbps(SuperSpeed)。

USB3.0

(2)USB的供电驱动能力大幅提升至5V 900mA,使得USB接口可以连接功能更丰富的外界设备,例如搭载这代接口的移动硬盘用一根连接线就能够实现正常使用。

2013年,USB3.1版本发布,传输速率进一步提升至10Gbps(SuperSpeed+)。实际上,USB速率的提升是受到其他接口挑战的结果,例如微软力推的Display Port(DP)。

USB3.1

然而,USB-IF在发布的文章中将USB3.0和USB3.1做了重新的定义,造成了一定的混乱,为某些厂商提供了一些噱头,实际的情况如下:

USB-IF将USB3.0重命名为USB3.1 GEN1;

将USB3.1重命名为USB3.1 GEN2;

因此,USB3.1 GEN1就是USB3.0的马甲,各位读者可要记住了。

5、USB接口形式:向USB3.0Type-A/C统一

复杂的USB接口

USB接口分为TypeA/B/C三类,机械特性上又分为大(type)、中(mini)、小(micro)之分。

本号就根据上图,简单介绍下各个接口:

TypeA:最常见的USB接口形式,也就是大头,大多数USB设备采用这个形式,USB1.0、USB2.0为黑头的、USB3.0一般为蓝头的。

TypeB:一般用于3.5寸移动硬盘、打印机等。

mini A和mini B:一般用于数码相机、MP3、MP4、2.5寸移动硬盘等设备,Mini-USB已基本被淘汰。

USB2.0下的Micro A和Micro B:Micro接口是Mini接口的改良版,缩小了体积,更适用于现在越来越轻薄的移动设备。目前绝大多数手机采用Micro-USB接口。Micro-A接口形状为矩形,存在误插风险。因此,推出了Micro-B来改善防差错设计,Micro-A基本也被淘汰了。

USB3.0下的Micro A和Micro B: 相比USB2.0,USB3.0 Micro接口改变了引脚排序,长度明显增长。三星的高端手机采用了USB3.0 Micro接口。

Type C:它是依据USB3.1标准而设计出来的,并随着苹果2015年发布的Macbook笔记本为大家所知。Type C最大的特点是:不再区分方向,正反都可插。另外一个特点是Type C支持最大5A 100W的电力传输能力并且支持高清语音传输,100W比一台笔记本的功率都大,由此可见Type C的图谋不只是普通消费级的电子产品这么简单。

Type C

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