自從1996年USB接口問世以來，它已經(jīng)成為了現(xiàn)代計算機和設備中最常見的連接方式。USB接口的發(fā)展歷程中涌現(xiàn)出了多個版本，它們的性能、傳輸速率和功能有著顯著差異。本文將為您詳細解析各個版本的特點和優(yōu)缺點，幫助您選擇最適合自己需求的USB版本。

USB 1.x

USB 1.x是最早的USB接口版本，包括USB 1.0和1.1。它們的傳輸速率分別為1.5Mbps(低速)和12Mbps(全速)。這個版本的優(yōu)點是兼容性較好，可以適配很多早期的設備。然而，傳輸速率相對較慢，逐漸被后續(xù)版本所替代。

USB 2.0

USB 2.0于2000年發(fā)布，傳輸速率高達480Mbps，被稱為“高速USB”。它向下兼容USB 1.x，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。USB 2.0廣泛應用于各類設備，如鍵盤、鼠標、打印機等。然而，隨著技術(shù)的發(fā)展，USB 2.0的傳輸速率已經(jīng)無法滿足許多高速設備的需求。

USB 3.x

USB 3.x包括USB 3.0、3.1、3.2等版本，傳輸速率分別為5Gbps、10Gbps和20Gbps。這個版本被稱為“超速USB”，具有更高的傳輸速率和更好的功耗控制。它向下兼容USB 2.0和1.x，可以適配各種設備。然而，USB 3.x接口的成本較高，且傳輸速度受限于設備性能。

USB 4

USB 4是最新的USB版本，傳輸速率高達40Gbps，支持多種協(xié)議，如DisplayPort、PCI Express等。它具有更強大的功能和更快的傳輸速度，可以滿足各類高速設備的需求。然而，USB 4目前僅支持部分高端設備，普及程度有限。

綜上所述，USB接口的版本越新，性能和傳輸速度越高。如果您的設備需求不高，USB 2.0可能是一個經(jīng)濟實用的選擇。然而，如果您需要處理大量數(shù)據(jù)或連接高速設備，USB 3.x或USB 4將是更好的選擇。需要注意的是，不同版本的USB接口在傳輸速度和功能上有差異，但它們之間具有一定的向下兼容性。因此，在選擇合適的USB版本時，請務必充分考慮您的設備需求和預算。

在現(xiàn)實應用中，您可能需要根據(jù)設備性能、用途和成本來權(quán)衡不同版本的USB接口。例如，對于鍵盤、鼠標等低速設備，USB 2.0可能已經(jīng)足夠。但是，如果您需要連接高清攝像頭、高速硬盤等設備，USB 3.x或USB 4將能為您提供更好的性能。最后，隨著技術(shù)的發(fā)展和普及，未來可能還會出現(xiàn)更先進的USB版本，為我們提供更高效、便捷的連接方式。

一個 USB 系統(tǒng) 由三部分來描述：

USB interconnect

USB devices

USB host

USB interconnect 是指USB 設備連接到主機并與主機通信的方式。這包括以下內(nèi)容：

總線拓撲：USB device 和 host 之間的連接模型。

層間關系：

數(shù)據(jù)流模型：

USB 調(diào)度：

1.1. 總線拓撲

在USB 系統(tǒng)中有兩個硬件的概念：

USB host：它跟處理器相連，處理器通過USB Host跟各類USB設備通信。USB Host中集成有一個root hub

USB device：這類設備又分為兩類

Hub：用來擴展USB接口

Function：就是普通的USB設備，比如U盤、聲卡等

USB 總線拓撲如下：

roothub：根hub(根集線器)

hub：集線器

func：功能設備

Compound Device：組合設備，包含一個hub 和 一個或多個func

USB 總線拓撲最上層一定是host, 最后一級只能是func, 因此hub 級聯(lián)最多5級;

1.2. USB host

在任何USB 系統(tǒng)中只有一個主機，主機的每個USB控制器(Host Controller)對應一條USB總線。與主機計算機系統(tǒng)相連的USB接口被稱為主機控制器。

主機控制器可以以硬件，固件或軟件的組合來實現(xiàn)。

根集線器(root hub)集成在主機系統(tǒng)內(nèi)以提供一個或多個連接點。

USB Host通過 Host Controller 與 USB device 交互。

Host主要負責：

檢測USB 設備的拔插動作

管理Host和Device之間的控制流、數(shù)據(jù)流

收集USB 總線狀態(tài)和活動數(shù)據(jù)信息

為連入USB總線的設備供電

1.3. USB device

USB device 分為 USB hub 和 USB Function。

USB hub (集線器)：

root hub：一般與主機控制器連接在一起，提供一個或者多個端口。

普通hub：用于擴展USB 的主機端口。

結(jié)構(gòu)上由一個上行端口和多個下行端口組成。

支持級聯(lián)：最多5級，不包含root hub。

支持速率轉(zhuǎn)換：低速/全速設備，可連接在高速hub 上。

USB function 設備：

Composite Device：復合設備。一個設備地址，1個 或者 多個function 接口組成

Compound Device：組合設備。多個設備地址，一個hub 和 一個或者多個func 組成。

比如：鍵盤，鼠標，攝像頭等。

1.4. USB 數(shù)據(jù)流

USB主機和USB設備之間的通信是通過管道(Pipe)進行的。

在USB協(xié)議中，管道是一個邏輯概念，

在USB主機端實際上就是一組緩沖區(qū)，用于管道中數(shù)據(jù)的收發(fā)。

在USB設備端，管道對應一個特定的端點，每一個端點都是一個由索引和方向確定的，USB設備最多支持16個雙向端點(8個in/8個out)。

USB設備地址、端點索引和端點方向的組合可以唯一確定USB主機和USB設備間的通信。

2. USB 軟件框架

2.1. USB 數(shù)據(jù)流模型

USB 簡化傳輸模型如下圖所示，實際上要比這個復雜的多。主要包含以下部分：

USB 物理設備：USB電纜終端的一塊硬件，執(zhí)行一些有用的終端用戶功能。

客戶端軟件：在主機上執(zhí)行的軟件，對應于一個USB設備。此客戶端軟件通常與操作系統(tǒng)一起提供，或與USB設備一起提供。

USB 系統(tǒng)軟件：在一個特定的操作系統(tǒng)中支持USB的軟件。USB系統(tǒng)軟件通常與操作系統(tǒng)一起提供，獨立于特定的USB設備或客戶端軟件。

USB Host Controller (Host Side Bus Interface)：允許將USB設備連接到主機上的硬件和軟件。

連接器現(xiàn)實生活中隨處可見，例如普通的計算機USB接口、手機充電接口、精密電子連接器、防水連接器等，但對于連接器的詳細結(jié)構(gòu)，相信很多人并不清楚，如連接器是由自由端USB接口(插頭)、固定端USB接口(插座)組成。

USB接口的接觸部件，是實現(xiàn)連接的核心部件。

正常連接是由正、負兩個部分組成的接觸對，通過陰、陽接觸部件的插合完成。

1、正接觸部件是硬質(zhì)部件，形狀是圓柱形(插針)、方形柱形(插針)或扁平形件。

2、負觸點即插孔，是觸點中的關鍵部件，它依賴于插銷過程中的彈性變形而產(chǎn)生的彈力與正負接觸件緊密接觸，從而完成連接。其結(jié)構(gòu)有很多種，有懸臂梁式、圓筒型、盒式、音叉型和雙曲線彈簧插孔等。

連接件的絕緣體，也叫底座或膠芯。

其作用是使接觸部件按要求布置位置和間距，保證接觸部件與殼體之間以及接觸部件之間的絕緣性能。

連接件的外殼，也叫殼體，是連接器的防護部件。

該部件提供了里面膠芯和針腳的機械保護，以及在公、母座插合時對齊，保證USB接口能正常使用。

外殼一般為不銹鋼加工(加冷擠壓、壓鑄)，鋼殼體用作玻璃封焊及耐高溫連接器。

USB接口，可方便地在計算機上添加設備，而不需要占用計算機的并口和串口。只需插上電源即可使用，但有時也很難使用。

USB接口的特性。

1、針腳接觸面采用彈性設計，確保良好的觸點性能及長壽命要求。

2、提供多種類型的接口設計，如AType/BType/MiniUSB接口。

3、滿足多項焊接設備參數(shù)的耐高溫要求。

4、安裝形式可采用DIP/SMT/夾線型/焊接線類型。