【E課堂】USB 3.0標準解析

　　所謂USB 3.0，就是新一代的USB接口，特點(diǎn)是傳輸速率非?？?，理論上能達到4.8Gbps，比現在的480Mbps的High Speed USB(簡(jiǎn)稱(chēng)為USB 2.0)快10倍，外形和現在的USB接口基本一致，能兼容USB 2.0和USB 1.1設備。

　　你厭倦了在拷貝一部高清視頻時(shí)要等待近20分鐘嗎?雖然和USB 1.1相比，USB 2.0的速度有了質(zhì)的飛躍，但我們依然不滿(mǎn)足，所以……我們熟悉的USB傳輸速率又要加速向前沖了!

　　名叫USB 3.0的新一代接口比現在的USB 2.0快十倍，全面超越IEEE 1394和eSATA的速度足以讓它傲視所有“非主流”接口的移動(dòng)設備，它會(huì )成為日后王者中的王者嗎?其他接口會(huì )因此而消失嗎?

　　USB 3.0：為什么會(huì )這么快?

　　在MP3、MP4、DC、DV、打印機、掃描儀、閃存、移動(dòng)硬盤(pán)及主板等設備上，USB早已是最常見(jiàn)的標準傳輸接口。盡管主流USB 2.0標準的理論數據傳輸率達到了每秒480Mbps，但依然無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，因為隨著(zhù)數字媒體的日益普及，高清視頻、游戲程序、數碼照片的容量動(dòng)輒幾GB，大容量閃存、MP4及“海量”移動(dòng)硬盤(pán)等USB設備不斷增加，用戶(hù)隨時(shí)會(huì )遇到同時(shí)傳輸幾GB甚至幾十GB的大文件。如果依然沿用USB 2.0標準，它的速度真的太慢了。比如在向大容量的MP3里傳輸音樂(lè )時(shí)，往往需要花費幾分鐘時(shí)間，如果要向移動(dòng)硬盤(pán)中傳輸更大容量的文件，有時(shí)需要花費幾十分鐘，以25GB容量的高清視頻傳輸為例，USB 2.0需要10多分鐘，而只要設備支持的話(huà)，USB 3.0理論上只需70秒左右。

　　時(shí)間是如此的寶貴，很多用戶(hù)不喜歡在傳輸文件時(shí)等待很長(cháng)的時(shí)間，等待總是讓人心煩的，快速同步即時(shí)傳輸已經(jīng)成為必要的性能需求。為此，Intel聯(lián)合NEC、NXP半導體、惠普、微軟、德州儀器等巨頭推出了USB 3.0標準，USB 3.0采用一種新的物理層——其中用兩個(gè)信道把數據傳輸和確認過(guò)程分離，因而達到了4.8Gbps的數據傳輸速度。為了取代USB 2.0所采用的輪流檢測和廣播機制，USB 3.0將采用一種封包路由技術(shù)，并且僅允許終端設備有數據要發(fā)送時(shí)才進(jìn)行傳輸。新的鏈接標準還將讓每一個(gè)組件支持多種數據流，并且每一個(gè)數據流都能夠維持獨立的優(yōu)先級，該功能可在視訊傳輸過(guò)程中用來(lái)終止造成抖動(dòng)的干擾，數據流的傳輸機制也使固有的指令隊列成為可能，因而使USB3.0接口的數據傳輸更為優(yōu)化。

　　低成本：簡(jiǎn)單易實(shí)現、兼容性依然強大

　　與USB 1.1升級到USB 2.0一樣，USB 3.0仍然采用USB 2.0相同的架構，向下兼容先前的即插即用USB版本，不管是USB 2.0還是USB 1.1設備，都能夠與USB 3.0接口的設備相兼容。從接口結構來(lái)看，USB 2.0線(xiàn)纜使用了4條線(xiàn)的封裝設計，所以USB 2.0接口使用了4個(gè)金屬觸點(diǎn)，它們分別為+5V取電、數據-、數據+、GND接地。然而USB 3.0并非廣播總線(xiàn)，它在包頭中采用發(fā)送列表區段來(lái)進(jìn)行發(fā)包，上行接口提供分散式的USB 3.0互聯(lián)，下行接口支持USB 2.0設備，從而用簡(jiǎn)單的方法實(shí)現高速傳輸和兼容性并舉的雙重好處。

　　因而從USB 3.0接口來(lái)看，它除了具備USB 2.0接口的4個(gè)金屬觸點(diǎn)外，在內部增添了5個(gè)較小的新觸點(diǎn)。同時(shí)，除了使用了銅作為傳輸介質(zhì)之外，USB 3.0的接口和線(xiàn)纜還可以支持光纖傳輸功能，光纖輸出的傳輸速度大家是有目共睹的。據了解，使用光纖連接之后，USB 3.0的速度可以達到USB 2.0的20倍甚至30倍。無(wú)疑，USB 3.0標準的最終目的并不僅局限于4.8Gbps的數據傳輸率，而是希望未來(lái)進(jìn)一步突破這個(gè)極限速度，隨著(zhù)光纖導線(xiàn)的全面應用，USB 3.0將得到更高的傳輸速度，未來(lái)在主流產(chǎn)品上的擴展應用將進(jìn)一步展現。比如實(shí)現USB高速組網(wǎng)或廣播電視節目信號在PC上的傳輸。

　　USB 3.0接口的針腳定義

　　供電充足：精簡(jiǎn)“大設備”連接線(xiàn)

　　我們知道，很多USB設備在使用時(shí)，并不需要獨立使用供電電源，插入主板USB接口即可直接使用，這是因為USB接口具備了電流輸出功能，然而遺憾的是，由于USB 2.0接口技術(shù)上的限制，它最大只能提供500mA電流輸出，這只能滿(mǎn)足那些低功耗USB移動(dòng)設備使用(如MP3、閃存、鼠標、鍵盤(pán)等)，對于功耗高一些的USB設備，比如移動(dòng)硬盤(pán)、USB刻錄機、USB電視盒等，500mA電流無(wú)法滿(mǎn)足設備在高負荷下內部電機的正常運轉，所以如果僅使用一個(gè)USB接口，在功耗大的時(shí)候使用時(shí)會(huì )出現各種故障，比如移動(dòng)硬盤(pán)由于供電不足造成無(wú)法正常傳輸大容量文件，外置USB刻錄機無(wú)法進(jìn)行正?？啼?。

　　為此，高功耗USB設備往往需要使用輔助電源才能正常工作，比如增加一個(gè)輔助的 USB線(xiàn)來(lái)專(zhuān)門(mén)供電，或者獨立使用供電電源。這樣不僅增加了成本，更麻煩的是因為增加了供電線(xiàn)纜或電源適配器，USB設備的便捷性和易用性大打折扣。 USB 3.0標準的出現可以解決因USB 2.0供電不足帶來(lái)的問(wèn)題。據目前官方透露的資料來(lái)看，下一代USB 3.0接口將有望達到1A以上的供電電流，而且USB 3.0接口經(jīng)過(guò)了優(yōu)化設計(如采用銅導線(xiàn))，它的傳輸效率更快，還具備了自身能耗降低功能，即使是像USB電視卡、USB刻錄機、大容量移動(dòng)硬盤(pán)這類(lèi)高功耗USB設備，也可以直接連接到USB 3.0接口上使用，而不用擔心供電不足了，USB設備的便捷性和易用性也大大提高了。

　　USB 3.0線(xiàn)纜的接頭

　　巨頭推廣：加快USB 3.0普及步伐

　　USB是目前PC、數碼電子產(chǎn)品上，應用得最廣泛、普及程度最高的傳輸接口。USB標準經(jīng)過(guò)了多年的發(fā)展，已經(jīng)被廣大消費者認可，現在大家隨身拿出一款數碼產(chǎn)品，任何一臺電腦，都可以輕易找到USB接口。加上USB 3.0擁有在傳輸速度、擴展能力上的眾多優(yōu)勢，數字時(shí)代需要高速的性能和可靠的互聯(lián)來(lái)實(shí)現日常生活中龐大數據量的傳輸，USB 3.0可以很好地應對這一挑戰，它必然會(huì )成為電腦、電腦外設和數碼設備上主流傳輸接口。

　　按照以往的經(jīng)驗，USB 3.0由Intel、NEC、NXP半導體、惠普、微軟、德州儀器等巨頭共同推廣，不管是技術(shù)實(shí)力、推廣效果，還是第三方芯片商的支持力度，USB 3.0未來(lái)的普及已經(jīng)不是問(wèn)題。據了解，完整的USB 3.0規格已經(jīng)開(kāi)發(fā)完畢，USB 3.0的控制芯片初步將采用離散硅的形式，USB 3.0芯片有望于2008年上半年推出，也就是說(shuō)，預計2008年上半年的時(shí)候，USB設備會(huì )陸續在市場(chǎng)出現，新一代主板芯片組也將開(kāi)始集成USB3.0接口，USB 3.0預計在2009年開(kāi)始陸續普及，讓我們拭目以待。

　　技術(shù)小貼士：USB接口廣泛應用于各種IT產(chǎn)品上，但PC、筆記本、消費數碼等產(chǎn)品的發(fā)展趨勢卻是無(wú)線(xiàn)，比如藍牙技術(shù)能夠在10米的范圍內實(shí)現單點(diǎn)對多點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)數據和聲音傳輸，其數據傳輸帶寬可達1Mbps，盡管它現在的傳輸速率相比USB 3.0差距巨大，但仍有發(fā)展的空間，由于功耗低、應用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，很多手機、筆記本等設備廣泛采用了藍牙接口，有了高傳輸率的無(wú)線(xiàn)設備，相信誰(shuí)也不希望隨身攜帶一根線(xiàn)纜，進(jìn)行連接后才能使用。而Wi-Fi更是以遠距離無(wú)線(xiàn)傳輸的優(yōu)勢，逐漸成為手機、MP4、筆記本甚至DV機、打印機等設備上的傳輸接口。雖然現在 USB占主導地位，但從長(cháng)遠看來(lái)，只有無(wú)線(xiàn)USB技術(shù)才能使USB坐穩頭把交椅。

　　幾大商業(yè)巨頭聯(lián)合發(fā)布USB 3.0標準

　　疑問(wèn)：IEEE 1394、eSATA就此下課?

　　從USB 1.1的12Mbps升級到USB 2.0的480Mbps，提升幅度達到了40倍，而從USB 2.0標準升級到USB 3.0標準僅為10倍，但這10倍速度的提升卻有著(zhù)很大的應用意義，既然USB 3.0的數據傳輸率達到了4.8Gbps，要遠遠高于其他傳輸標準，比如IEEE 1394的數據傳輸通常為400Mbps～3.2Gbps之間，而號稱(chēng)“USB移動(dòng)硬盤(pán)終結者”的新一代eSATA標準也僅有3Gbps的數據傳輸率，那么，是否IEEE 1394、eSATA就要面臨“下課”的結局呢?

　　實(shí)際上并非如此，因為IEEE 1394、eSATA有著(zhù)自己的應用定位，IEEE 1394標準，它的最大數據傳輸速率為3.2Gbps，在速度上落后于USB 3.0，但提供了點(diǎn)對點(diǎn)傳輸功能，這樣不用依賴(lài)PC即可實(shí)現設備之間的數據傳輸，同時(shí)支持同步和異步傳輸模式，可以連接63個(gè)設備，可以同時(shí)傳輸數字視頻及數字音頻信號，并且在采集和回錄過(guò)程中沒(méi)有信號損失，使得IEEE 1394接口更加適合多媒體設備(如DV機、采集卡)，這些都是USB 3.0標準無(wú)可比擬的?？傮w來(lái)看IEEE 1394接口的應用更專(zhuān)業(yè)、更自由，不過(guò)正是由于這些專(zhuān)業(yè)性以及廠(chǎng)商的推廣力度不夠，IEEE 1394設備的普及度不高，通常是一個(gè)設備同時(shí)擁有IEEE 1394接口和USB接口。

　　對于eSATA標準，它實(shí)際上是SATA接口的擴展，也稱(chēng)為外置式SATA接口，支持即插即用，但在功能上有很大的局限性，首先不支持供電功能，而且必須配合主板上的eSATA接口使用，這意味著(zhù)無(wú)法擺脫PC的使用限制，一般只適合移動(dòng)硬盤(pán)、便捷DVD光驅及電視盒等設備使用，對于時(shí)下流行的消費數碼電子設備，就顯得無(wú)用武之地了，因而在USB 3.0標準推出之后，eSATA是面臨競爭壓力最大的傳輸標準。但仍然要注意，由于eSATA源自主板上的SATA芯片，所以具備了引導啟動(dòng)功能，也就是說(shuō)，電腦連接eSATA硬盤(pán)或eSATA光驅可以啟動(dòng)系統，而這是USB硬盤(pán)、USB光驅實(shí)現起來(lái)比較麻煩的，這對于系統維護、服務(wù)器在DOS數據下進(jìn)行數據交換及其重要，不過(guò)對于普通大眾來(lái)說(shuō)，eSATA的地位和發(fā)展或許就此終結。

　　DV上的1394和USB接口