通用串行总线（USB）实用指南-制片帮

通用串行总线作为一种技术已经走了很长一段路。现在，它已成为当今用于工作和娱乐的电子产品和小工具的标准。

计算机和外围设备通过USB端口进行交互。正如您在此处看到的那样，传统的串行和并行端口曾经占据了主导地位。在这种设置下，键盘，鼠标，外接显示器，打印机和所有其他PC配件均具有相应的自定义端口，可与计算机进行通信。

但是，使用这些传统计算机端口存在问题。对于初学者，外围设备可能与可用端口不兼容。并行端口和串行端口之间的数据传输速度也仅为每秒千字节，尽管并行端口拥有更快的传输速度。在这种情况下使用时，并非所有计算机端口都可以一次运行。

USB在1990年代问世，并永久改变了计算机和设备。端口的标准化是用统一的，带有受支持的电缆和连接器的端口代替一些（如果不是全部的话）旧计算机插槽。 USB还促进了数据存储，传输和便携性。

当然，您想了解有关USB的知识，这是从历史到术语，这种便捷的日常技术的精髓。而且由于使用USB的电子设备运行量很大，因此必不可少地了解版本，类型和解决方案。这项技术正在不断发展，以适应不断变化的时代，您的位置正确。

USB有什么作用？

从当时苦苦挣扎的标准开始，USB就以其名称发展为通用，因为数以百万计（甚至数十亿美元）的设备都采用了USB。

有什么用？

通信点，即插即用 。 USB的主要目的是将设备连接到计算机。这种易用性在热插拔中很明显，因此您可以在不关闭计算机或调整某些设置的情况下将外围设备插入USB端口或将其卸下。
数据传输 。在设备之间传输数据的速度是USB的最强支持，其理论传输速率可以达到每秒40吉比特。 USB数据传输速率为低速，全速，高速，SuperSpeed和SuperSpeed +。
数据存储 。无线文件共享技术可能已经成为常态，但是USB闪存驱动器仍然无处不在，因为它们仍然可靠且可移植。这些设备存储的存储容量旨在容纳电影，歌曲和其他大文件。
电池充电 。 USB使您可以为手机和任何便携式设备（带电池）充电到计算机或墙上插座。标准化的USB连接器确保您可以将设备插入笔记本电脑上的兼容端口。

而且，USB-C现在可以为笔记本电脑充电（笔记本电脑的USB-C端口必须支持充电），并且如果与Power Delivery（PD）配合使用，可以提供更快的充电时间。

USB版本：版本和修订历史

简介：Ajay Bhatt和他的团队发明了USB，其开发始于1994年。第一个版本USB 1.0于1996年发布，但USB 1.1于1998年首次亮相，得到了广泛的应用。剩下的就是历史，如下。

预发行

USB 0.7是USB的预发行版本，尽管有人认为它是第一个USB版本，发行日期为1994年11月。除此信息外，对USB 0.7的了解并不多。
USB 0.8是另一个预发行版本，尽管与USB 0.7在同一年内没有在市场上出售，但已广为人知。
USB 0.9是1995年4月首次发布的预发行版本。与它的前代产品一样，该发行版本尚未在商业市场上发售。但是，它的数据传输速率为12 Mbps。
USB 0.99是1995年发布的另一个预发行版本，但尚未针对商业用途进行设置。
如首字母缩写所示，USB 1.0-RC是候选版本。它于1995年11月发布。

USB 1.x

USB 1.0于1996年1月首次亮相，具有每秒12兆位的全速数据传输。尽管它标志着USB在商业上的首次亮相，但只有少数产品采用了该技术。
USB 1.1于1998年8月发布，导致更广泛的商业采用和公众接受。其数据传输范围从低速每秒1.5兆位到全速每秒12兆位。

此版本具有历史意义，因为它导致了无遗留PC的创建，其遗留端口已被USB端口取代或过时。一个出色的例子是同年发布的苹果iMac G3。该计算机缺少软盘驱动器，而具有USB 1.1端口。

USB 2.0

USB 2.0于2000年4月推出，具有更高的带宽。它的最大传输速率为每秒480兆位，因此称为“高速”。 USB 2.0更快的数据速率（实际上通常是USB的连接性和速度）可能促使创建USB闪存驱动器。此外，USB实施者论坛（USB-IF）对USB 2.0进行了许多更改，概述如下。

USB 3.x

USB 3.0于2008年11月推出，它进一步加快了Superspeed的速度或达到每秒5 Gb的速度。 USB 3.0插头和端口为蓝色（Pantone 300C）颜色编码，或带有首字母缩写SS，以区别于USB 2.0连接器。因此，USB-IF引入了对USB 3.0规范的更改，如下所示。
USB 3.1于2013年7月首次亮相，其SuperSpeedPlus（SSP）传输速率为每秒10吉比特。根据其文档，该规范是USB 3.0的性能增强，为两种变体铺平了道路：
- USB 3.1 Gen 1的传输速率为每秒5吉比特，是USB 3.0的同义词。这样，USB 3.1 Gen 1有效替代了USB 3.0。
- USB 3.1 Gen 2的传输速率（称为SuperSpeedPlus）为每秒10吉比特。如上所述，USB 3.1被称为USB 3.1 Gen 2。
USB-IF表示，USB 3.2于2017年9月推出，并吸收了以前的所有3.x规范。相关规范通过其多通道操作具有每秒20吉比特的传输速率。

随着USB 3.2取代了较早的3.x规范，这些名称必定会引起混乱。因此，USB组提出了以下准则：

USB4于2019年8月问世，旨在将USB 3.2的性能从20 Gbps扩展到40 Gbps。根据其文档，USB4将使用Type-C连接器来传输数据和显示并保持与USB和Thunderbolt协议的兼容性。值得注意的是，USB规范基于Thunderbolt，但USB4产品中对Thunderbolt的支持是可选的。

USB：了解硬件

既然您现在已经了解USB背后的技术，那么该专注于进行连接的物理事物的时候了。本节包括以下内容：

连接器类型

您可以通过USB类型来识别USB，USB类型是指电缆和电缆本身末端的插头。这种自由悬挂的插头称为公连接器，插入插入设备中的称为母连接器的端口或插座中。形状，颜色和大小用于对USB连接器进行分类，这些USB连接器的数据传输速度取决于USB技术的版本。

标准连接器

标准连接器是计算机，打印机和其他小工具中使用的默认大小。

从左到右的USB标准连接器：A型，B型和C型

USB Type-A是最常用的连接器，具有独特的扁平和矩形形状。电脑，平板电脑，电视机，闪存驱动器和键盘具有A型连接器。
USB Type-B是打印机和扫描仪用来连接到计算机的方形连接器。在B型到USB A型电缆中，B型连接器插入打印机，而A型连接器插入计算机的USB端口。
USB Type-C看起来像一个稍大的micro-B连接器，具有对称的长方形形状。这种可逆连接器与速度高达10 Gbps的USB 3.1和提供最大100瓦功率的USB PD有着紧密的联系。但是，设备中存在Type-C连接器并不自动表示它具有PD功能。

迷你连接器

从左到右的USB Mini连接器：Mini-A / Mini-AB和Mini-B

Mini-A和Mini-AB：从2007年3月开始，USB-IF禁止使用连接器。根据声明，Micro-AB插座取代了Mini-AB插座，而Micro-A插头取代了Mini-A插头。由于Mini-A插座没有等效的Micro-A，因此后者的插头将用于OTG外围设备。
USB Mini-B是微型版本中使用最广泛的一种，并且仍然如此，因为它在2009年12月获得了ID引脚电阻的更新。

微型连接器

USB Micro-A和B连接器已经取代了mini-USB，因为它们的尺寸（它们可以装入更薄的设备中）和10,000次循环的耐用性，是mini-B型号的两倍。

微型USB连接器

它们在2007年成为标准的电话连接器，并在2009年成为通用充电解决方案的基础。此外，微连接器还支持OTG，该OTG接受Micro-A或Micro-B插头。
Micro-A和Micro-B存在于较新的移动设备中，它们支持480 Mbps的高速传输。
USB Type-C有望取代微型连接器。目前，只有2014年以后生产的手机和笔记本电脑才配备USB-C。

USB On-the-Go连接器

通过此规范，不是计算机的设备可以充当另一个设备的主机。例如，智能手机可以从USB闪存驱动器读取数据。

并非所有的Android设备都支持OTG。如果您的设备具有此功能，则可以找到用于微型USB或USB-C的插座。或者，对全尺寸USB端口使用适配器。

USB OTG适配器电缆

如上所述，USB OTG具有Micro-AB插座，该插座取代了Mini-AB。该端口接受Micro-A或Micro-B插头。

USB 3.x连接器

USB 3.0及更高版本引入了SuperSpeed，这一发展带来了其标准和微型连接器。

USB 3.0 A型连接器具有熟悉的扁平和矩形形状，但在标准USB连接器的原始四针设计中增加了五个针。这种设计使这种Type-A连接器在物理上与旧版USB兼容。
在打印机和更大的外围设备中都可以找到USB 3.0 B型连接器。 3.0 B型插头不能插入USB 2.0端口。但是，USB 3.0 B型端口可以与USB 2.0插头配对。
USB 3.0 Micro-B连接器还具有另外五个引脚，以支持SuperSpeed数据传输。 USB 3.0 Micro-B插头的形状使其与旧的Micro-B端口不兼容；但是，一个3.0 Micro-B插座可以容纳一个2.0 Micro-B插头。
USB 3.0内部连接器是指Intel的20针连接器电缆，用于将机箱前面板上的两个单独的USB 3.0 Type-A端口连接到主板，如本教程所示。
USB 3.1内部连接器是具有20针内部插座的上述连接器的表亲，只有USB 3.1内部连接器可以容纳Type-C端口或标准Type-A端口。还存在一个40引脚的变体，其与上述引脚的显着区别是引脚数。

您能识别连接器插头吗？

引脚或引脚连接是连接器不可或缺的，以支持基础规范的速度和性能。

USB 1.0和2.0 Type-A和Type-B连接器具有四个引脚，两个引脚用于供电，两个引脚用于差分数据信号。
USB 3.0 Type-A和Type-B连接器还有另外四根电线或针脚，它们分别是SuperSpeed接收器和发送器，最多可四舍五入。
USB Type-C接口的24针数量是标准USB 3.0接口的数量的三倍。
USB 2.0微型和微型连接器具有五个插针，还有一个未连接的称为ID的插针。但是，Micro-USB连接器使用ID区分电缆末端以用于OTG。
USB 3.0 Micro-B连接器有十个引脚，而五个额外的引脚位于侧面。

这是USB连接器的直观表示：

USB端口类型

端口和插头一起使用。连接器与电缆或板载（如USB记忆棒）中的一个以及主机设备上的另一个可串联使用。

按形状

除了USB Type-C外，某些连接器（例如Micro-B）可以是可逆的。否则，大多数连接器都包含标签或符号，以使用户确定将插头插入端口的方式。

按颜色

区分USB连接器的另一种方法是通过颜色。不建议使用此颜色编码方案，但建议使用。

USB 1.0和2.0端口和插头可以是白色或黑色。
USB 3.0端口和插头为蓝色。
USB 3.1端口和插头为深蓝色。
USB睡眠和充电端口通常为黄色，橙色或红色。即使关闭计算机，这些端口也可以为电话或电子设备充电。
Micro USB-A插座是白色的。
微型USB-B插座是黑色的。

USB电缆的类型

USB电缆的命名约定如下：

单一类型是指名称接在非A型连接器上的电缆。这是因为Type-A是主机设备中最常用的插座，因此假定它位于电缆的另一端。

因此，具有Type-A和Type-C连接器的电缆称为Type-C电缆。您的Android手机具有micro-USB电缆，依此类推。当电缆具有两个Type-A连接器（公对公）时，则称为Type-A电缆。

一种到另一种类型考虑了电缆中连接器的类型。在USB Type-A到USB Type-C电缆中，Type-A是第一种类型，而Type-C（或插入设备的连接器）是第二种类型。如果两个连接器属于相同的USB类型，则将其命名为例如USB Type-C到USB Type-C的电缆。其他示例如下：

您也可以使用USB延长线，例如USB 2.0 A型公头到A型母头。有趣的是，电缆长度对较旧的USB标准至关重要。在USB 1.1下，全速运行的设备最多可以使用五米长的电缆。低速三米的设备。当USB 2.0出现时，用于高速运行的设备的电缆最长可达五米。

最大电缆长度与USB 3.0无关紧要，USB 3.0的主要要求是电缆符合电气规格。毕竟，SuperSpeed需要差分线对来传输信息，并且USB 3.0电缆比USB 2.0包含更多的电线。但是，专家指出，使用26 AWG的USB 3.0电缆的最大长度为3米。

USB解决方案的类型

听到“ USB”一词时，您会想到已连接到计算机或已插入计算机的设备。此类附件被分类为功能和集线器，并统称为设备。

USB功能是指USB外围设备。这些是打印机，鼠标，键盘，照相机，记忆棒，MP3播放器以及单个主机控制器可以支持的127种设备中的任何一种。
USB集线器将单个连接点（通常称为端口）转换为多个连接点，以容纳更多外围设备。 USB集线器是标准USB配置中的关键部分，尤其是对于笔记本电脑而言，笔记本电脑的设计限制了外围设备的插槽数量和种类。

例如，此USB-C适配器具有三个USB 3.0端口，一个HDMI端口（即从USB-C到HDMI），一个千兆以太网端口，存储卡读取器和一个USB-C PD输入。此外，集线器可以是被动或主动的。当它们从主机获得电源时，它们称为总线供电。当它们具有外部电源时，它们是自供电的。

USB扩展坞或扩展坞可与USB集线器互换使用，因为这两个小工具的外观和功能往往相似。扩展坞可以通过连接外部显示器，便携式计算机和工作所需的多个附件来创建工作站。 5K扩展坞就是一个例子，它拥有经典的USB-A和新兴的USB连接，使其非常适合笔记本电脑和台式计算机。
在可以通过USB充电的智能手机，平板电脑和便携式小工具的迅猛普及中，USB充电器值得一提。这些电源适配器为设备提供五伏的电源。

USB充电器的电缆带有一个A型连接器，该电缆插入充电器的主体，而另一个连接器（如C型）插入设备。机场，购物中心和其他公共场所通常具有用于充电的USB插座。

USB数据传输和数据包

每个USB设置只有一个主机，该主机通过主机控制器连接到多个USB设备或客户端。也是主机控制器，用于管理主机和USB设备之间的数据传输（从主机到设备，反之亦然）。

将设备连接到USB系统时，将为其分配一个在连接时唯一的地址。 USB设备具有端点或数据缓冲区，并且每个端点都有一个管道，USB设备与USB主机之间进行数据传输。

现在，USB数据以数据包的形式传输，然后打包或分组为帧以完成一条消息。在将数据分为字节和位的传输过程中，最低有效位始终优先输出。

包有四种主要类型：

令牌数据包包含数据包标识符字节（PID），并指定地址和端点。仅主机可以发送令牌，该令牌将通知USB设备主机是否要读取或发送信息。
数据包包含实际的预期消息，其长度取决于数据。
握手数据包将数据传输的状态保持为ACK，NAK，NYET和STALL。它实质上表明传输是否成功。
帧开始（SOF）数据包指示每1毫秒发送的新帧的开始。如前所述，框架将产生完整的USB消息。

USB大容量存储

USB驱动器可在可移动，便携式和耐用（有时在外观上颇具吸引力）解决方案中存储大量数据。您当然可以在线访问，保存和发送文件，但是您始终拥有USB闪存驱动器来备份几乎所有类型的电子文件。

USB大容量存储设备类别是指软件或一组通讯协议，可让您在将USB记忆棒插入PC时查看其内容。具有USB接口的设备可由主机或计算机访问，将其视为外部硬盘驱动器。
采用该规范的设备的主要示例包括但不限于USB闪存驱动器，外部硬盘驱动器，外部CD / DVD光盘驱动器，外部固态驱动器（SSD），数码相机，便携式音频播放器和移动电话。

关于Thunderbolt3和USB-C的常见误解

Thunderbolt是一项商标技术，可提供快速的数据传输和充电功能。前两个版本具有Mini DisplayPort接口，而第三个版本具有USB连接器。

USB-C和Thunderbolt 3可互换且功能相似

Thunderbolt 3是USB-C端口，但速度更快，用途更多，功能更强大。这是两者的属性的快速比较：

*只要电缆为1.6英尺或更短，数据连接速度就可以达到40 Gbps。

根据常见问题解答，Thunderbolt 3端口与USB设备和电缆兼容。 Thunderbolt 3电缆可以用作USB-C电缆；优质的USB-C电缆可以用作Thunderbolt 3电缆。

尽管可以将USB-C设备插入Thunderbolt 3端口并仍然可以正常工作，但是将Thunderbolt 3设备连接到USB-C端口时却无法说相同的话。设备的Thunderbolt芯片组在USB-C端口中不起作用。

Thunderbolt是Apple专有的

英特尔确实与苹果公司合作开发了Thunderbolt，该产品已在其笔记本电脑和台式机（如MacBook Pro和MacBook Air）上带有这些端口。但是，英特尔希望有更多产品来整合该协议。

为此，这家计算机芯片制造商于2017年宣布将为计算机制造商免费提供Thunderbolt 3规范。两年后发布了USB4，其架构基于Thunderbolt协议。

USB的下一步是什么？

USB4：来到您附近的设备

提供迄今为止最快的数据传输速率和其他功能，USB4备受期待。但是，消费者可能会在2020年末或2021年初的某个时候看到第一批USB4设备，因为发布后设备采用该规范可能需要18个月的时间。

USB-C：端口的现在和未来

Wired报道了USB-C的日益流行，以及Microsoft Surface，Kindle和PlayStation的最新（撰写本文时）。尽管iPhone 11 Pro具有USB-C到Lightning电缆，所以您可以将手机充电到MacBook Pro的USB-C端口，尽管最近的iPhone仍然落后。

实际上，USB-C已被三星拥抱Galaxy Note10中的连接器标准杀死了耳机插孔。截至2019年第二季度，该公司是最大的智能手机制造商，全球市场份额为23％。

日常生活中的USB术语

USB代表“通用串行总线”。它是计算机组件内部或计算机之间的数据通信系统。
USB连接器是指电缆上的插头以及位于主机设备或扩展电缆上的插座。例如USB Type-C和Type-A。
USB设备是指外围设备，包括但不限于存储设备，智能手机，网络摄像头，键盘和扫描仪以及集线器。
USB集线器扩展了同时连接外围设备的USB端口数量。它可以是独立设备，也可以是设备内置的设备。
USB端口是指允许通过电缆连接设备的接口。
USB版本是指USB的标准或发行版本，例如USB4，USB 3.0和USB 1.1。
向后兼容性是指产品或技术可与旧系统互操作的属性。例如，USB 3.0向后兼容USB 2.0和USB 1.1。但是，数据传输速率会有所不同。
热插拔是USB的功能，允许用户在不关闭计算机的情况下插入或移除存储设备，相机，键盘和鼠标。此功能类似于即插即用的概念。
Thunderbolt是一种支持快速数据传输和充电能力的技术。它的最新版本是Thunderbolt 3，其连接器形状为USB-C。
HDMI代表“高清多媒体接口”。它是电视机，计算机，视频投影仪等中的音频和视频标准。
DisplayPort是指取代视频图形阵列（VGA）和数字视频接口（DVI）的音频和视频标准。
USB Power Delivery是一项规范，可提供最高100瓦的功率。 USB-C到Lightning电缆和USB-C到C电缆专有的能量流是双向的，因此主机或外围设备可以为另一台设备充电。一个示例是将监视器插入墙上的插座，该插座可以为笔记本电脑充电并仍然显示。
USB-IF代表“ USB Implementers Forum Inc.”。该非营利组织的存在是为了促进，采用和遵守USB技术。成员包括Microsoft，Apple，Intel和HP。
Alt模式是指一种接口，该接口允许启用HDMI的源设备（例如笔记本电脑）使用USB-C连接器连接到启用HDMI的显示器（例如PC显示器）。对于此标准，您将使用USB C型转HDMI电缆。
FireWire或IEEE 1394以与USB相同的方式工作，这是一个促进高速和实时数据传输的接口。两种标准在获得结果的方式上有所不同。苹果公司制定了该行业标准，该标准于1995年发布。

重要要点

USB电缆，端口和连接器（硬件）具有决定速度和性能的不同USB版本，版本和规格（软件）。
USB类型用字母表示，例如Type-A和Type-B，而USB版本带有数字，例如USB 3.2或USB4。
USB设备可能在物理上适合USB端口，但其性能可能会因一代或标准不匹配而受到影响。例如，您的USB 2.0设备可以使用USB 3.0端口，但是速度要快于USB 2.0。同样，一个3.0设备可以与USB 2.0端口配合使用，其速度就是该端口的速度。 USB设备通常在其产品标签中指定它们支持并要求的最高标准。
就速度而言，USB 1.0、2.0、3.0和4各自具有最大的数据传输速率。这些充其量只是理论值，实际速度仍在变化。如果您遇到缓慢的数据传输，则可能与上述USB端口（传输速度）以及相关设备的读/写速度有关。

USB被誉为连接器之王或改变一切的端口。但归根结底，正是电缆或端口使您在为手机充电，保存文件或访问笔记本电脑上的外围设备时更加轻松。

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