新一代接口一統江湖？

ＶＩＳＡ

“拿出閃盤插在機箱USB接口上，拷貝數據，拔下閃盤”，這樣的動作我們幾乎每天都要重復。在進入USB 2.0時代后，用戶往往只在意閃盤本身的容量，而對它的接口不大關注。但是當數據越來越大，通過USB接口傳輸需要更長時間等待時，人們開始著急了：速度能快一點嗎?換成eSATA或IEEE 1394會不會好一些呢?別急，USB 3.0已經來了!

USB接口可算是最常見、最常用的數據傳輸接口，無論是閃盤、讀卡器、攝像頭、移動硬盤甚至是聲卡、充電器等設備，大多數都使用USB接口來傳輸數據、獲取電能。但隨著電腦文件的日漸增大，在傳輸數據時對移動設備的速度要求也越來越高，即使是USB 2.0接口的速度也開始讓人覺得不夠用。例如，一部高清影片文件的容量往往高達30GB，傳輸這么大的數據，十幾二十分鐘的等待可不是什么令人愉快的事情。于是，更快更先進的USB 3.0標準應運而生，高速度、高標準、省電、易用，這將是新一代USB 3.0給我們帶來的全新感受!

USB接口的發展史

USB，全稱為Universal Serial Bus，即通用串行總線，它是由康柏(后被惠普收購)、DEC、IBM、英特爾、微軟、NEC以及Northern Telecom等公司于1994年11月共同提出，其完整規格于1996年推出。第一代USB接口速度很慢，USB 1.0僅支持Low Speed，也就是1.5Mbps的速度；隨后推出的USB 1.1支持Full Speed，即12Mbps的傳輸速度——這在今天看來無疑是蝸牛爬行，慢得讓人難以忍受。

很快USB組織的成員們就意識到了這個問題。在1999年，英特爾率先在IDF上發布了USB 2.0的消息，并且許諾速度將會提升至USB 1.1的10～20倍。事實上，USB 2.0的理論速度提升到了USB 1.1的40倍，即480Mbps，這是一個非常驚人的數據，幾乎接近5400rpm硬盤的持續傳輸速度。USB 2.0的最大優勢是向下兼容、速度快、使用要求低，這也是USB快速發展的最重要因素，讓它迅速拉開了與IEEE 1394等其它高速接口的差距。簡單易用又省錢的東西永遠是用戶的最愛，這點在USB的發展上表現得尤為清楚。

誰制定了USB 3.0?

USB 3.0是繼USB 1.0、USB 1.1和USB 2.0之后，全新發展而來的一個新的高速傳輸接口標準。它的另一個名稱是SuperSpeed USB，本文為了描述方便，全部稱為USB 3.0。

USB 3.0標準是全新的。從2008年11月12日發布的USB 3.0正式標準白皮書來看，此次參與制定USB新標準的公司變了不少(當然，英特爾、微軟、NEC這種業界常青樹是不會輕易退出的)。新加入的公司有ST-NXP Wireless和Texas Instruments，還有自動繼承康柏席位的惠普。退出或者消失的公司有IBM、DEC、Northern Telecom。IBM專注于服務和基礎技術的研究，退出USB組織情有可原。DEC經營不善，被康柏收購，消失于無形。新加入的公司中，ST-NXP Wi reless是由飛利浦公司和意法半導體合資的有關無線和移動傳輸的公司，而Texas Instruments就是老牌企業德州儀器。

從參與公司的變動不難看出，USB 3.0恐怕有心覬覦無線傳輸技術，未來發展的領域也更寬廣。有了英特爾的鼎力支持，USB 3.0很快將出現在英特爾下一代主板芯片組的支持清單上，而微軟肯定在操作系統中提供對USB 3.0設備的原生支持。英特爾支持硬件，微軟支持軟件，惠普、NEC和德州儀器給予應用和設備支持，ST-NXP提供無線解決方案，USB 3.0幾乎得到了方方面面的完整支持，想不興盛都困難。

USB 3.0的架構構成

有了業界巨頭的扶持，USB 3.0還需要拿出一些“硬通貨”才能服眾。我們先從USB 3.0的設計方案中挖掘一下，看有沒有什么新東西。在USB 3.0標準的雙總線架構設計圖中，我們可以清晰地看出，USB 3.0標準為了保持對USB 2.0標準的向下兼容，設計了雙總線架構。其中標為SuperSpeed的實線線路是用于USB 3.0設備的，而標為Non-SuperSpeed的虛線線路適用于USB 2.0以及以下設備。USB 3.0的物理總線架構是和USB 2.0的物理總線完全平行的，通過圖3分析我們可以得出如下結論：

1．USB 3.0的外圍設備(也就是設備接口)在設計了兼容于USB 2.0/1.1/1.0的觸點的同時，額外布置了關于USB 3.0的觸點。

2．USB 3.0的HUB設計中，SuperSpeed HUB和USB 2.0 HUB并行設計，互不干擾。

3．USB 3.0獨立使用一組總線，連接至USB 3.0的控制中心(USB 3.0 HOST)；此控制中心中還為老版本的USB設備設計了另外的信號處理設備，用于處理Hi-Speed(即USB 2.0)、Full-Speed(即USB 1.1)、Low-Speed(即USB 1.0)的信號。

USB 3.0采用的雙總線架構設計，能夠非常出色地兼容舊有USB標準，而獨立設計的USB 3.0總線則可以降低數據傳輸中的干擾。若設備和接口不完整支持USB 3.0，還可以退而求其次，采用USB 2.0甚至1.1/1.0總線來傳輸數據。這種雙總線的設計方案應用非常靈活，使用也極為方便，極大地拓寬了USB 3.0的適用范圍。

USB 3.0的接口和線纜

USB 3.0除了架構外，線纜結構和接口構成也有明顯變化。USB 3.0正式標準白皮書清楚地向我們展示了USB 3.0的數據傳輸線纜的設計。每一個USB HOST或者HUB可以連接一個或者多個USB 3.0設備，在所有的USB設備中，只有全部符合USB 3.0標準，才可以啟用USB 3.0；只要有一個USB設備無法支持USB 3.0標準，則降低至USB 2.0或者USB 1.1標準。

USB 3.0的線纜設計了8條內部線路。除了Vbus和GND作為電源提供線外，其它的3對線路均用于數據傳輸。其中D+和D-這對線纜是專門為USB 2.0及更低標準設備傳輸數據使用，而新添加的SSRX和SSTX兩對線路是專門為USB 3.0設備高速傳輸所設置。

USB 3.0在傳輸中采用兩個通道將數據的傳輸和確認過程分離，同時傳輸和確認數據，有助于達到更高的速度。為了數據傳輸的安全性和穩定性，USB 3.0沒有采用USB 2.0的輪流檢測和廣播機制，轉而采用封包路由傳輸技術。這種技術一方面提高了數據傳輸的穩定性和安全性，另一方面使得終端設備在有數據傳輸的時候才發送信息進行傳輸，也成為USB 3.0電能控制的重要方面。

USB 3.0的A接口設計采用了與USB 2.0完全一樣的尺寸方案，如果不仔細查看接口內部觸點情況，幾乎無法區分USB 3.0和USB 2.0接口。USB 3.0的接口是典型的分層數據結構，如圖4所示，靠近接口的開口方向是USB 2.0需要的4個觸點，而后方同時布置了5個新觸點，交錯于前4個下凹式設計的觸點，并且采用了凸起式設計。

這5個凸起式觸點就是USB 3.0額外添加的接觸點。在圖4中，1、2、3、4號觸點是USB 2.0及以下方案使用的接口，新的USB 3.0的接口編碼為5、6、7、8、9。除了對應之前提到的6根(前面4+5不是6吧?)數據接線和一對電源接線外，USB 3.0特別增加了7號觸點連接額外的信號接地線。

除了A型接口外，USB 3.0還額外設計了A型公母接口、B型公母接口、供電型B型公母接口、Micro-B型公母接口和Micro-A型公口以及Micro-AB型母口。其中，相應的公口和母口設計均完全兼容于USB 2.0的公母口設計，所起到的作用也基本相同。不過在線纜的定義方面，不同的公母口觸點定義是不完全相同的。好在USB 3.0采用了更為鮮艷的顏色區分不同的信號線設計，無論是維修還是制造，都不會由于復雜的接線而感到困惑。

USB 3.0的技術改進

USB 3.0的技術改進大家應該已經了解了，不過我們更關心的是：USB 3.0究竟給我們帶來了什么好處?下面我們就為大家一一道來。

1．高速度、多功能、全雙工

USB 3.0的最重要特點就是極高的傳輸速度。USB 2.0的速度最高可以達到480Mbps，而USB 3.0再次將速度提升10倍以上，最高可以達到5Gbps，這個速度已經遠超絕大多數溫徹斯特硬盤的傳輸速度，也高于大部分SSD硬盤。毫不夸張地說，USB 3.0的速度設計至少可以應付未來三年存儲技術發展對帶寬的需求。在功能方面，USB 3.0能夠像硬盤那樣支持原生命令排隊(Native Command Queuing，也就是我們常說的NCQ功能)，這種模式理論上可以優化數據讀取方式，最大化加快數據傳輸速度；并且對重要的數據還可以維持獨立的優先級設定，保證重要數據的傳輸安全。

另外，借助雙線并行設計和設備規格的發展，USB 3.0可以做到全雙工運行。具體來講，USB 3.0標準可以在發送數據的同時接收數據，而USB 2.0只能在同一時間內發送或者接收數據，而不能同時進行。(全雙工的優勢在于，如果采用USB 3.0接口作為外置聲卡等設備的接口，那么設備不需要在一個操作完成之后再進行下一個操作，可以同時進行收發數據處理，在大大加速設備處理速度的同時也為未來更多更強的外置設備掛接于USB 3.0接口提供了可能。

2．優秀的兼容性

USB 3.0采用雙總線架構設計的方案，有效解決了技術兼容性問題。對于目前廣泛應用的USB 2.0設備來說，USB 3.0良好的兼容性設計可以讓過渡更為平滑，不會出現由于設備大量淘汰的情況。對于軟件來說，Windows系統只需要新安裝一個Mass Storage Device驅動程序就可以充分享受到USB 3.0的高速快感了。在硬件方面，如果未來你購買了支持USB 3.0標準的新型移動硬盤，在支持USB 2.0標準的電腦上使用也完全沒有問題，只不過速度稍微慢了一些。

3．更出色的電力供應

很多用戶都有這樣的記憶，在使用USB接口的移動硬盤等設備時，如果只插入一個USB接口，系統往往會無法識別硬盤。只有將輔助供電USB接口連接，硬盤才能正確識別并正常使用。這種問題主要是由于USB 2.0接口的供電能力較差，遇到耗電稍大的設備，就會無法滿足其需求。而根據USB 3.0標準，USB 3.0接口最多能提供超過USB 2.0接口80％的電能。比如USB 2.0理論上最多只能提供500mA的電流，而USB 3.0理論上能夠提供0.9A的電流，甚至更高。更高的電流供應可以讓USB 3.0接口更為輕松地應付更高功耗的外置設備。

4．更優秀的電源管理

由于USB 2.0接口本身耗電不高，因此在制定USB 2.0標準時對其電源管理也未做太多要求，主要采用設備輪詢模式來提供電力。采用這種模式，即使你沒有使用USB 2.0設備，僅僅是把它連接在電腦上，計算機也會定期訪問這些設備，檢查設備情況。雖然電能耗費不多，不過集腋成裘，時間長了耗電數目也不可小視。

USB 3.0在這方面進行了徹底改進，采用了多層次電源管理系統，支持設備的空閑、睡眠和中斷狀態。舉例來說，多層次電源管理可以為不同需要的設備提供不同的電源管理方案。比如攝像頭，在網絡聊天時隨時可能啟用，那么USB 3.0標準可以在其不使用的時候令其進入空閑狀態，降低功耗的同時保證能夠迅速激活以滿足用戶需求。

對于一些不太常使用的USB設備，比如USB接口的打印機等，可以直接令其進入睡眠狀態，更節省電能。對于一些極少使用的設備，比如USB外置光驅等，直接命令其進入中斷狀態，不供給電能，直到設備再次啟用。對于單一設備而言，USB 3.0標準還設置了鏈路、設備和功能三級電源管理方式。設備的連接部分、設備以及功能部分都可以申請進入節能狀態，最大程度地保證電能的有效利用。

5．無線擴展

目前的USB 3.0白皮書中尚未給出無線USB的具體執行方案，僅僅表示USB 3.0可以很方便地擴充其無線標準。不過從目前無線的發展情況來看，Wi-Fi、WiMax等無線方案都更加易用和成熟，無線USB只能作為未來發展的一種補充。目前比較成熟的無線USB方案傳輸速度和USB 2.0相當。最新的消息是，USB無線小組公布的無線USB 1.1方案，將速度由480Mbps(Mbps)提升至3米內1Gbps，不過尚未正式公布方案。而即使是1Gbps，也和USB 3.0的5Gbps相差較遠。因此，在USB組織未公布無線擴展標準之前，一切尚不明朗。

6．速度發展潛力巨大

USB 3.0標準并未固定此版本的最終傳輸速度，而是表示目前可以達到最高5Gbps的速度。看來在采用銅導線和普通電信號以及接觸點設備的情況下，5Gbps的速度也遠未達到極限。除此之外，USB 3.0還可以支持光纖數據信號，一旦采用光信號，速度還將進一步上升，達到10Gbps甚至25Gbps以上都是有可能的。

柳暗花明，USB 3.0、IEEE 1394、eSATA三國鼎立!

USB 3.0標準無疑是非常強大的，它在傳輸速度、模式、兼容性、供電、未來發展等多個方面都展現出了一個未來接口標準應有的水平。不過，只有一家發展總是不夠精彩。在USB 3.0發布之前，IEEE 1394b標準的傳輸速度已經達到800Mbps，并且很快會升級至3.2Gbps；同時eSATA又是以高速著稱。面對諸多競爭對手，USB 3.0標準是否有優勢呢?

從速度來說，USB 3.0無疑是最快的。高達5Gbps的傳輸速度在幾種接口中可謂傲視群雄。之前最快的eSATA僅有3.0Gbps，大幅度落后于USB 3.0。實際上，除了速度之外，USB 3.0標準還有更多的優勢。相比IEEE 1394接口，USB 3.0的應用范圍要廣得多。

舉一個非常簡單的例子，誰看到過IEEE 1394接口的閃存盤呢?雖然IEEE 1394接口在多媒體行業中使用廣泛，但是離開了廠商的支持，IEEE 1394逐漸衰退甚至退出市場都是有可能的。USB 3.0標準在制定之初，就邀請了IEEE 1394標準的“娘家”—大名鼎鼎的蘋果公司參與。蘋果并未明確表示對USB 3.0的支持，但目前蘋果電腦的最大芯片提供商—英特爾是USB 3.0的核心成員，在設備支持上未來可能會影響蘋果放棄IEEE 1394或者在IEEE 1394和USB 3.0之間做出平衡。另外，同為全球媒體巨頭的索尼公司早已對IEEE 1394接口失去興趣，索尼一些新款攝像機產品都配備了USB 2.0接口，而不是IEEE 1394接口。

不過IEEE 1394標準也留有后手，1394貿易協會曾經表示：USB目前依舊落后于IEEE 1394，因為USB 3.0依舊在紙上，并且USB 3.0 HOST控制芯片更為復雜，因此對USB 3.0在2009年完成大批設備推廣上市并不看好。IEEE 1394-2008標準在2008年年中就已經正式完成，最高傳輸速度升級至3.2Gbps，并且1394貿易協會正在制定6.4Gbps甚至10Gbps的相關標準。

在傳輸距離方面，IEEE 1394也非常自信。USB 3.0也許只能在2米的連接線內實現全速傳輸，相比之下，IEEE 1394認為他們可以實現100米以內的高速傳輸。最重要的是，IEEE 1394可以脫離PC實現點對點傳輸，支持同步和異步傳輸模式，并且可以同時連接63個設備，對數字視頻信號和音頻信號的實用性也非常出色，這些都是USB 3.0難以超越的。

IEEE 1394和USB 3.0的競爭結果就像三國中期的魏國和蜀國，競爭激烈，結果不明。不過說起三國，還有一個接口標準—eSATA不得不提。正像三國時期的吳國，雖然表面平和，但是實際上卻暗流涌動。eSATA的標準脫胎于SATA標準，和硬盤界大紅大熱的SATA不同的是，eSATA一直不慍不火。

究其原因，主要還是在設計之初，eSATA就不是為頻繁插拔設備專門設計的接口，而是作為SATA方案的擴展和補充，充其量也就是個“贈品”。和USB、IEEE 1394這些“嫡子”還是有不小的差距。

eSATA的首要問題是無法提供電能，沒有供電部分的設計，就意味著大部分設備不能獨立使用。如果使用eSATA接口的移動硬盤，就需要從USB接口取電或單獨由電源供電。這樣還不如直接使用USB 3.0接口，速度更快更方便。

除此之外，eSATA接口“天生孱弱”，接口本身比較脆弱，插拔次數過多相對容易受損。不過，eSATA也有自己的優勢。首先eSATA接口來自于硬盤方案，只要SATA升級了，eSATA就是近親，是最容易也最快兼容于SATA方案的接口。也就是說只要電腦能用SATA硬盤，就能使用eSATA，成本低、容易布置。

其次，eSATA有專門集成在主機內的SATA芯片，具備系統引導啟動的功能。USB和IEEE 1394實現起來相對麻煩一些。雖然這兩點優勢不足以讓eSATA和USB接口爭鋒，但是自保總算沒有問題。最樂觀的估計是，伴隨計算機的發展，eSATA接口會長久的持續下去，但是并不會紅火起來，而是作為一個附加功能普遍存在于配置清單中。

總結：快速連接未來

實際上，無論是USB還是IEEE 1394亦或是eSATA，都是為了我們使用更方便、更輕松而發展出來的數據接口。隨著人們對大數據操作的需求越來越急迫、越來越普遍，各種各樣的高速接口還將會進一步發展下去。互聯互通，終究是電腦發展的大趨勢。而這互聯互通的一部分，就是由小小的USB、IEEE 1394、eSATA來完成的。而在三種接口當中，作為目前占據主導地位的USB接口的更新版本，USB 3.0雖說不能獨霸天下，但是維持甚至強化統治地位看來完全不成問題!