USB 通信技術(shù)
出處:kapo 發(fā)布于:2008-08-30 14:04:19
現(xiàn)在電腦系統(tǒng)連接外圍設(shè)備的接口并無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),如鍵盤用PS/2接口,連接打印機(jī)要用25針的并行接口,鼠標(biāo)則要用串行或PS/2接口。USB則將這些不同的接口統(tǒng)一起來,使用一個4針插頭作為標(biāo)準(zhǔn)插頭。通過這個標(biāo)準(zhǔn)插頭,采用菊花鏈形式可以把所有的外設(shè)連接起來,并且不會損失帶寬。
USB規(guī)范中將USB分為五個部份:控制器、控制器驅(qū)動程序、?。眨樱滦酒?qū)動程序、USB 設(shè)備以及針對不同USB設(shè)備的客戶驅(qū)動程序。
根據(jù)設(shè)備對系統(tǒng)資源需求的不同,在?。眨樱乱?guī)范中規(guī)定了四種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式:
等時傳輸方式(Isochronous)、中斷傳輸方式(Interrupt)、控制傳輸方式(Control)和批(Bulk)傳輸方式,這些傳輸方式各有特點,分別用于不同的場所。
?。眨樱滦枰鳈C(jī)硬件、操作系統(tǒng)和外設(shè)三個方面的支持才能工作。目前主板一般都采用支持USB功能的控制芯片組,而且也安裝了USB接口插座。Windows98操作系統(tǒng)內(nèi)置了對?。眨樱鹿δ艿闹С郑ǖ祝椋睿洌铮鳎螅危陨胁恢С郑眨樱拢D壳耙呀?jīng)有數(shù)字照相機(jī)、數(shù)字音箱、數(shù)字游戲桿、打印機(jī)、掃描儀、鍵盤、鼠標(biāo)等很多USB外設(shè)問世。
隨著大量的支持USB的個人電腦的普及以及Windows98的廣泛應(yīng)用,USB逐步成為PC機(jī)的一個標(biāo)準(zhǔn)接口已經(jīng)是大勢所趨。推出的PC機(jī)幾乎100%支持USB,另一方面使用USB接口的設(shè)備也在以驚人的速度發(fā)展。
?。眨樱率怯⑽模眨睿椋觯澹颍螅幔臁。樱澹颍椋幔臁。拢酰蟮目s寫,中文含義是“通用串行總線”。它不是一種新的總線標(biāo)準(zhǔn),而是應(yīng)用在PC領(lǐng)域的新型接口技術(shù)。早在1995年,就已經(jīng)有PC帶有USB接口了,但由于缺乏軟件及硬件設(shè)備的支持,這些PC機(jī)的USB口都是閑置未用的。1997年,微軟在WIN95OSR2(WIN97)中開始以外掛模塊的形式提供對USB的支持,?。保梗梗改旰箅S著微軟在Windows98中內(nèi)置了對USB接口的支持模塊,加上?。眨樱略O(shè)備的日漸增多,?。眨樱轮鸩阶哌M(jìn)了實用階段。
?。眨樱碌臍v史及發(fā)展
在談?wù)摚眨樱录夹g(shù)之前,不妨讓我們來看看外設(shè)接口技術(shù)的發(fā)展歷程。多年來個人計算機(jī)的串口與并口的功能和結(jié)構(gòu)并沒有什么變化。串口的出現(xiàn)是在1980年前后,數(shù)據(jù)傳輸率是115kbps~230kbps,串口一般用來連接鼠標(biāo)和外置Modem;并口的數(shù)據(jù)傳輸率比串口快8倍,標(biāo)準(zhǔn)并口的數(shù)據(jù)傳輸率為1Mbps,一般用來連接打印機(jī)、掃描儀等。原則上每一個外設(shè)必須插在一個接口上,如果所有的接口均被用上了就只能通過添加插卡來追加接口了。串并口不僅速度有限,而且在使用上很不方便。
?。保梗梗茨辏桑睿簦澹?、Compaq、 Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等七家世界的計算機(jī)和通訊公司成立了USB論壇,花了近兩年的時間形成了統(tǒng)一的意見,于1995年11月正式制定了USB0.9通用串行總線(Universal?。樱澹颍椋幔臁。拢酰螅┮?guī)范,1997年開始有真正符合USB技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的外設(shè)出現(xiàn)。USB1.1是目前推出的在支持?。眨樱碌挠嬎銠C(jī)與外設(shè)上普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)。1999年初在Intel的開發(fā)者論壇大會上,與會者介紹了 USB2.0規(guī)范,該規(guī)范的支持者除了原有的Compaq、Intel、Microsoft和NEC四個成員外,還有惠普、朗訊和飛利浦三個新成員。USB2.0向下兼容USB1.1,數(shù)據(jù)的傳輸率將達(dá)到120Mbps~ 240Mbps,還支持寬帶寬數(shù)字?jǐn)z像設(shè)備及下一代掃描儀、打印機(jī)及存儲設(shè)備。
目前普遍采用的USB1.1主要應(yīng)用在中低速外部設(shè)備上,它提供的傳輸速度有低速1.5Mbps和全速?。保玻停猓穑髢煞N,低速的USB帶寬(1.5Mbps)支持低速設(shè)備,例如顯示器、調(diào)制解調(diào)器、鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、打印機(jī)、光驅(qū)、磁帶機(jī)、軟驅(qū)等。全速的USB帶寬(12Mbps)將支持大范圍的多媒體設(shè)備。
繼USB之后,另一種稱為FIREWIRE(即IEEE?。保常梗矗┑慕涌诩夹g(shù)正在從實驗室步入市場領(lǐng)域,這種新型的接口比USB功能更為強(qiáng)大而且性能穩(wěn)定。
IEEE?。保常梗匆彩且环N高效的串行接口標(biāo)準(zhǔn)。IEEE?。保常梗纯梢栽谝粋€端口上連接多達(dá)63個設(shè)備,設(shè)備間采用樹形或菊花鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。IEEE?。保常梗礃?biāo)準(zhǔn)定義了兩種總線模式,即:Backplane模式和Cable模式。其中Backplane模式支持 12.5、25、50Mbps的傳輸速率;Cable模式支持100、200、400Mbps的傳輸速率。目前正在開發(fā)?。保牵猓穑蟮陌姹尽?/FONT>
現(xiàn)在,支持USB的PC及外設(shè)越來越多,在軟件上USB也已成為?。祝椋睿洌铮鳎螅梗傅囊粋€關(guān)鍵部件,并很快在WindowsCE和Windows2000中得到支持。Apple的操作平臺早已提供對USB的支持,預(yù)計今后Sun和Digital的平臺也將會提供對這一技術(shù)的支持。
?。眨樱碌奶攸c及應(yīng)用
USB之所以能得到廣泛支持和快速普及,是因為它具備下列的很多特點:
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使用USB接口可以連接多個不同的設(shè)備,支持熱插拔,在軟件方面,為USB設(shè)計的驅(qū)動程序和應(yīng)用軟件可以自動啟動,無需用戶干預(yù)?!。眨樱略O(shè)備也不涉及IRQ沖突等問題,它單獨使用自己的保留中斷,不會同其它設(shè)備爭用PC機(jī)有限的資源,為用戶省去了硬件配置的煩惱。USB設(shè)備能真正做到“即插即用”。
2.速度加快
快速性能是USB技術(shù)的突出特點之一。USB接口的傳輸率目前可達(dá)12Mb/s,比串口快了整整100倍,比并口也快了十多倍。今后USB的速度還將會提高到100Mb/s以上。
3.連接靈活
?。眨樱陆涌谥С侄鄠€不同設(shè)備的串列連接,一個USB口理論上可以連接127個USB設(shè)備。連接的方式也十分靈活,既可以使用串行連接,也可以使用中樞轉(zhuǎn)接頭 (Hub),把多個設(shè)備連接在一起,再同PC機(jī)的USB口相接。在USB方式下,所有的外設(shè)都在機(jī)箱外連接,不必打開機(jī)箱;允許外設(shè)熱插拔,而不必關(guān)閉主機(jī)電源。USB采用“級聯(lián)”方式,即每個?。眨樱略O(shè)備用一個USB插頭連接到一個外設(shè)的USB插座上,而其本身又提供一個USB插座供下一個?。眨樱峦庠O(shè)連接用。通過這種類似菊花鏈?zhǔn)降倪B接,一個USB控制器可以連接多達(dá)127個外設(shè),而每個外設(shè)間距離(線纜長度)可達(dá)5米。USB還能智能識別USB鏈上外圍設(shè)備的接入或拆卸。
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普通使用串口、并口的設(shè)備都需要單獨的供電系統(tǒng),而USB設(shè)備則不需要,因為USB接口提供了內(nèi)置電源。USB電源能向低壓設(shè)備提供5V的電源,因此新的設(shè)備就不需要專門的交流電源了,從而降低了這些設(shè)備的成本并提高了性價比。
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?。眨樱绿峁┝藢﹄娫挼膬陕窋?shù)據(jù)支持,USB可支持異步以及等時數(shù)據(jù)傳輸,使電話可與PC集成,共享語音郵件及其它特性。USB還具有高保真音頻。由于USB音頻信息生成于計算機(jī)外,因而減少了電子噪音干擾聲音質(zhì)量的機(jī)會,從而使音頻系統(tǒng)具有更高的保真度。
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盡管在理論上,USB可以實現(xiàn)高達(dá)127個設(shè)備的串列連接,但是在實際應(yīng)用中,也許串聯(lián)3到4個設(shè)備就可能導(dǎo)致一些設(shè)備失效。而且大多數(shù)USB產(chǎn)品,只有一個輸入口,根本無法再連接下一個USB設(shè)備。另外,盡管USB本身可以提供500mA的電流,但一旦碰到高電耗的設(shè)備,就會導(dǎo)致供電不足。解決這些問題的辦法是使用USBHub,但Hub的價格目前還太貴了點。
?。眨樱碌膽?yīng)用
到目前為止,USB已經(jīng)在PC機(jī)的多種外設(shè)上得到應(yīng)用,包括掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、音頻系統(tǒng)、顯示器、輸入設(shè)備等等。
掃描儀和數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)是從USB中早獲益的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的掃描儀,在執(zhí)行掃描操作之前,用戶必須先啟動圖像處理軟件和掃描驅(qū)動軟件,然后通過軟件操作掃描儀。而USB掃描儀則不同,用戶只需放好要掃描的圖文,按一下掃描儀的按鈕,屏幕上會自動彈出掃描儀驅(qū)動軟件和圖像處理軟件,并實時監(jiān)視掃描的過程。USB數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)更得益于USB的高速數(shù)據(jù)傳輸能力,使大容量的圖像文件傳輸在短時間內(nèi)即可完成。
?。眨樱略谝纛l系統(tǒng)應(yīng)用的代表產(chǎn)品是微軟公司推出的 Microsoft?。模椋纾椋簦幔欤樱铮酰睿洹。樱螅簦澹恚福埃ㄎ④洈?shù)字聲音系統(tǒng)80)。使用這個系統(tǒng),可以把數(shù)字音頻信號傳送到音箱,不再需要聲卡進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換,音質(zhì)也較以前有一定的提高。USB技術(shù)在輸入設(shè)備上的應(yīng)用很成功,USB鍵盤、鼠標(biāo)器以及游戲桿都表現(xiàn)得極為穩(wěn)定,很少出現(xiàn)問題。
早在1997年,市場上就已經(jīng)出現(xiàn)了具備USB接口的顯示器,為PC機(jī)提供附加的USB口。這主要是因為大多數(shù)的PC機(jī)外設(shè)都是桌面設(shè)備,同顯示器連接要比同主機(jī)連接更方便、簡單。目前市場上出現(xiàn)的USB設(shè)備還有USB?。停铮洌澹?、Iomega的USB ZIP驅(qū)動器以及eTek的USB?。校镁W(wǎng)卡等等。
對于筆記本電腦來說,使用USB接口的意義更加重大,通用的USB接口不僅使筆記本電腦對外的連接變得方便,更可以使筆記本電腦生產(chǎn)廠商不再需要為不同配件在主板上安置不同的接口,這使主板的線路、組件的數(shù)量以及復(fù)雜程度都有不同程度的削減,從而使系統(tǒng)運行中的散熱問題得到了改善。也將促進(jìn)更高主頻的處理器可以迅速應(yīng)用在移動計算機(jī)中,使筆記本電腦與桌面PC的差距進(jìn)一步縮小。
USB的應(yīng)用會越來越廣泛,一些業(yè)界人士甚至預(yù)測,未來的PC將是一個密封設(shè)備,所有外設(shè)都將通過USB或其他外部接口連接。
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