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2015.12.22

USB CONNECTOR 連接器發展

 

USB 2.0已經得到了PC廠商普遍認可,介面更成為了硬體廠商的必備介面。

 

USB2.0的最大傳輸頻寬為480Mbps(即60MB/s,而USB3.0的最大傳輸頻寬高達5.0Gbps500MB/s

 

請注意5Gb/s的頻寬並不是5Gb/s除以8得到的640MB/s而是採用與SATA相同的10 Bit傳輸模式(在USB2.0的基礎上新增了一對改錯碼),因此其全速只有500MB/s[1] 

 

不過,大家要注意這是理論傳輸值,如果幾台設備共用一個USB通道,主控制晶片會對每台設備可支配的頻寬進行分配、控制。如在USB1.1中,所有設備只能共用1.5MB/s的頻寬。如果單一的設備佔用USB介面所有頻寬的話,就會給其他設備的使用帶來困難。

 

外文名

USB3.0

供電電壓

           5V

供電電流

               900mA 

傳輸速率

            5.0Gbps500MB/s

 

USB3.0 ——也被認為是SuperSpeedUSB——為那些與PC或音訊/高頻設備相連接的各種設備提供了一個標準介面。只是個硬體設備,電腦內只有安裝USB3.0相關的硬體設備後才可以使用USB3.0相關的功能!從鍵盤到高輸送量磁碟機,各種器件都能夠採用這種低成本介面進行平穩運行的隨插即用連接,用戶基本不用花太多心思在上面。新的USB 3.0在保持與USB 2.0的相容性的同時,還提供了下面的幾項增強功能:

 

極大提高了頻寬——高達5Gbps全雙工USB2.0則為480Mbps半雙工)。

 

實現了更好的電源管理。

 

能夠使主機為器件提供更多的功率,從而實現USB——充電電池、LED照明和迷你風扇等應用。

 

能夠使主機更快地識別器件。

 

新的協定使得資料處理的效率更高。

 

USB3.0可以在記憶體件所限定的存儲速率下傳輸大容量檔(如HD電影)。例如,一個採用USB3.0的快閃記憶體驅動器可以在15秒鐘將1GB的資料轉移到一個主機,而USB 2.0則需要43秒。

 

受到消費類電子器件不斷增加地解析度和存儲性能需求的推動,希望通過寬頻互聯網連接能夠實現更寬的媒體應用,因此,使用者需要更快速的傳輸性能,以簡化下載、存儲以及對於多媒體的大量內容的共用。USB 3.0在為消費者提供其所需的簡易連線性方面起到了至關重要的作用。

 

當用於消費類器件時,USB3.0將解決USB 2.0無法識別無電池器件的問題。主機能夠通過USB 3.0緩慢降低電流,從而識別這些器件,如電池已經壞掉的手機。

 

對於系統和ASIC開發者而言,USB3.0晶片和IP的廣泛的實用性保證了每個設計要求都可以及時得到滿足。這種全方位的支持對於像USB3.0這樣的標準而言特別重要,因為速度、高級協定和各種電纜長度(從幾英寸到幾米)使得設計和標準相容性成為一項挑戰。

 

SATAUSB幾年來,在爭相成為外部記憶體介面的各種器件標準中,USBeSATAFirewire在個人電腦領域,都各自取得了多個矚目的成績。在這一點上,串列ATASATA)在消費類PC的內部驅動連線性上,取代了所有其它介面。儘管被稱為CFast的新型Compactflash版本將基於SATA構建,但較早的並行ATAPATA)在將CompactFlash作為存儲媒介的工業和嵌入式應用中仍在繼續使用。

 

自從2004年推出以來,eSATA外部記憶體應用方面已經向USB 2.0FireWire提出了挑戰。eSATASATA內部驅動器所支援的相同速率下,與外部器件互相傳輸資料。值得一提的是,eSATA介面可以支援高達3Gbps的資料傳輸率。即使接照由編碼所縮減的實際速率,eSATA的資料速率也完全足以用作最高速的硬碟驅動器,這種驅動器能夠以12MB/秒的速度傳輸資料(約為90Mbps.

 

儘管eSATA僅用於記憶體應用,但它的這些性能使其能夠搶佔USB 2.0FireWire的市場份額。SATA的其他優勢還包括低處理器成本。USB 3.0的性能顯著優於eSATAFireWire 800。在5Gbps全雙工下,USB 3.0比可以達到800Mbps的全雙工的eSATAFireWire 800的速度更快。(注意,eSATA3Gbps資料是單雙工的,而USB 3.0所提供的是全雙工的。儘管我們在這裡無法詳盡的說明,但仍需提請注意的是USB 3.0包括可選裝置,用於傳輸無序數據,是用於磁片驅動搜索的最佳選擇。)

 

 為了實現可以將SATA硬碟驅動器用於USB 3.0的簡單方法,富士通推出了MB86C30A單晶片解決方案,用以將USB 3.0和基於SATA/ATA/ATAPI的大量存放區進行橋接。這種橋接晶片將USB2.0USB3.0的海量存儲要求轉移給SATAATA/ATAPI通信協議。

 

MB86C30A是世界首款USB 3.0從晶片,採用了富士通的高速串列I/O技術。

 

利用65nmCMOS技術構建的晶片,在採用高速USB規格方面,將實現更低的功耗和更大的靈活性。

 

富士通已經在“2009SuperSpeed USB開發者協商會上展示了其USB 3.0從晶片,並證明了它具有行業最快的傳輸速率。

 

此晶片符合於200811月發佈的USB 3.0規格1.0以及SATA規格2.6版本的要求。

 

晶片還符合USB Mass Storage批量傳輸協議。圖1顯示了晶片的主要功能。USB 3.0標準的正式發佈

 

Intel、微軟、惠普德州儀器NECST-NXPIT業界巨頭組成的USB 3.0 Promoter Group 2008-11-18 宣佈,該組織負責制定的新一代USB 3.0標準已經正式完成並公開發佈。新規範提供了十倍於USB 2.0的傳送速率和更高的節能效率,可廣泛用於PC週邊設備和消費電子產品。

 

 

USB1.0   USB2.0   USB3.0接口USB1.0 USB2.0 USB3.0介面

 

第一版USB1.0是在1996年出現的,速度只有12Mbps;兩年後升級為USB1.1,速度沒有任何改變,僅改變了技術細節,至今在部分舊設備上還能看到這種標準的介面;20004月起廣泛使用的USB2.0推出,速度達到了480Mbps,是USB 1.1的四十倍;如今10個年頭過去了,USB 2.0的速度早已經無法滿足應用需要,USB 3.0也就應運而生,最大傳輸頻寬高達5.0Gbps,也就是500MB/s,同時在使用A型的介面時向下相容。IEEE組織也批准了新規範IEEE1394-2008,不過新版FireWire的傳送速率只有3.2Gbps,相當於USB 3.060%多一點。難怪蘋果等業界廠商普遍對該技術失去了興趣。

 

USB 2.0基於半雙工二線制匯流排,只能提供單向資料流程傳輸,而USB 3.0採用了對偶單純形四線制差分信號線,故而支援雙向併發資料流程傳輸,這也是新規範速度猛增的關鍵原因。

 

Standard-A型公口、母口实物模拟图Standard-A型公口、母口實物模擬圖

 

除此之外,USB 3.0還引入了新的電源管理機制,支持待機、休眠和暫停等狀態。

 

測量儀器大廠泰克(Tektronix)在上個月第一家宣佈了用於USB 3.0的測試工具,可以説明開發人員驗證新規範與硬體設計之間的相容性。

 

USB 3.0在實際設備應用中將被稱為“USB SuperSpeed”,順應此前的USB 1.1 FullSpeedUSB 2.0 HighSpeed。預計支援新規範的商用控制器將在2009年下半年面世,消費級產品則有望在2010年上市。

 

標準規範

 

傳輸速率

 

這款新的超高速介面的實際傳輸速率大約是3.2Gbps(即320MB/S)。理論上的最高速率是5.0Gbps(即500MB/S)。

 

資料傳輸

 

USB3.0引入全雙工資料傳輸。5根線路中2根用來發送資料,另2根用來接收資料,還有1根是地線。也就是說,USB 3.0可以同步全速地進行讀寫操作。以前的USB版本並不支援全雙工資料傳輸。

 

電源

 

USB 3.0標準要求USB3.0介面供電能力為1A,而USB 2.00.5A

 

電源管理

 

USB 3.0並沒有採用設備輪詢,而是採用中斷驅動協議。因此,在有插斷要求資料傳輸之前,待機設備並不耗電。簡而言之,USB 3.0支持待機、休眠和暫停等狀態。

 

物理外觀

 

上述的規範也會體現在USB 3.0的物理外觀上。但USB 3.0的線纜會更,這是因為USB 3.0的資料線比2.0的多了4根內部線。不過,這個插口是USB 3.0的缺陷。它包含了額外的連接設備。

 

支援系統

 

Window8.1Window8Windows VistaWindows 7 SP1Linux都支持USB 3.0。蘋果最新發佈的蘋果Mac book airMac book pro也支持。對於XP系統,USB 3.0可以使用,但只有USB2.0的速率。

 

外觀特點

 

USB3.0USB2.0外觀區別,觀察USB(本身)的插口和電腦上USB插口,中間的塑膠片顏色:USB3.0——藍色;USB2.0——黑色。當然,一些設備顏色區分並不規範,比如一些主控晶片支援的非原生usb3.0就有可能不是藍色的,一些usb2.0的設備比如MP3,資料線等有可能是黑色或白色塑膠片。

 

 

影響

 

USB 1.112Mbps升級到USB 2.0480Mbps,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很大的應用意義,既然USB 3.0的資料傳輸率達到了4.8Gbps,要遠遠高於其他傳輸標準,比如IEEE 1394的資料傳輸通常為400Mbps3.2Gbps之間,而號稱“USB移動硬碟終結者的新一代eSATA標準也僅有3Gbps的資料傳輸率[2]  

 

實際上並非如此,因為IEEE 1394eSATA有著自己的應用定位,IEEE 1394標準,它的最大資料傳輸速率為3.2Gbps,在速度上落後於USB 3.0,但提供了點對點傳輸功能,這樣不用依賴PC即可實現設備之間的資料傳輸,同時支持同步和非同步傳輸模式,可以連接63個設備,可以同時傳輸數位視訊及數位音訊信號,並且在採集和回錄過程中沒有信號損失,使得IEEE1394介面更加適合多媒體設備(如DV機、採集卡),這些都是USB 3.0標準無可比擬的。總體來看IEEE 1394介面的應用更專業、更自由,不過正是由於這些專業性以及廠商的推廣力度不夠,IEEE 1394設備的普及度不高,通常是一個設備同時擁有IEEE 1394介面和USB介面。

 

對於eSATA標準,它實際上是SATA介面的擴展,也稱為外置式SATA介面,支援隨插即用,但在功能上有很大的局限性,首先不支持供電功能,而且必須配合主機板上的eSATA介面使用,這意味著無法擺脫PC的使用限制,一般只適合移動硬碟、便捷DVD光碟機及電視盒等設備使用,對於時下流行的消費數碼電子設備,就顯得無用武之地了,因而在USB 3.0標準推出之後,eSATA是面臨競爭壓力最大的傳輸標準。但仍然要注意,由於eSATA源自主機板上的SATA晶片,所以具備了引導啟動功能,也就是說,電腦連接eSATA硬碟或eSATA光碟機可以啟動系統,而這是USB硬碟、USB光碟機實現起來比較麻煩的,這對於系統維護、伺服器在DOS資料下進行資料交換及其重要,不過對於普通大眾來說,eSATA的地位和發展或許就此終結。

 

速度

 

USB2.0為各式各樣的設備以及應用提供了充足的頻寬,但是,隨著高清視頻、TB1024GB)級存放裝置、高達千萬圖元數碼相機、大容量的手機以及便攜媒體播放機的出現,更高的頻寬和傳送速率就成為了必須。

 

480Mbps的傳送速率可能都已經不算快了,更何況沒有哪個USB2.0設備能夠達到這個理論上的最高限速。在實際應用中,能夠達到320Mbps的平均速度就已經很不錯了。

 

同樣,其實USB3.0同樣達不到5.0Gbps的理論值,若只能達到理論值的8成,那也是接近於USB2.010倍了。USB3.0的實體層採用8b/10b編碼方式,這樣算下來的理論速度也就4Gbps,實際速度還要扣除協定開銷,在4Gbps基礎上要再少點。

 

新的“Superspeed USB”將比現有的USB2.0速度快10倍,USB3.0規範已經進入最後的完成階段。USB推廣小組主席Jeff Ravencraft稱,Superspeed USB的最高傳送速率將是USB2.010倍,最低傳送速率達到300Mb/s.他將給快閃記憶體產品帶來更高的速度,使用固態硬碟,如果介面從USB2.0升級到3.0,那麼就是螺旋槳飛機到噴氣式飛機的飛躍。Superspeed USB的線纜和埠將採用向下相容模式,intel已經棄用之前光纖互連的方式作為傳輸方式,據瞭解,此舉是節約成本,而USB3.0的速度也達到了令人滿意的效果,而無需在這方面深入開發。USB3.0的介面分為兩部分,一部分採用和USB2.0一致的針腳;另外增加了一系列電氣接口供USB3.0信號傳輸使用。已有不少USB3.0的產品問世、比如USB3.0移動硬碟U、讀卡器,等等。

 

我們說的5Gb/s,指的是位(bit),而不是位元組(Byte)。由於8位元等於1位元組,就像你拉一條4Mbps的網線,理論下載速度只能達到512KB/S一樣。但是,USB3.0還有一個問題是:編碼規則採用8/10的方法,存在2b的控制信號,所以USB 3.0的理論資料傳輸速率是5Gbps/10bitt=500MB/s

 

要達到500MB/s的理論速度,必須突破兩個瓶頸:主機板介面、存儲介質。你興沖沖跑到電腦城,買了個USB3.0的移動硬碟回來試,發現還是USB2.0的速度,這瓶頸很可能出在主機板介面上。慶倖的是,Intel已經在最新的7系列晶片組中原生支援USB3.0,你也可以通過協力廠商USB3.0主控晶片來橋接出兩個藍色的USB3.0介面,從而解除主機板速度瓶頸。

 

受限於硬碟的機械結構,主流的3.57200500G硬碟的內部傳送速率不會超過150MB/S2.55400500G移動硬碟的內部傳送速率更低。所謂的USB 3.0優盤,速度瓶頸在於所採用的主控和FLASH晶片上。

 

拋開USB3.0的理論速度不談,USB3.0介面產品的實際傳送速率分別為:讀速度為60MB/s140MB/s,寫速度為50MB/s90MB/s。市場上很多所謂的USB3.0優盤、硬碟、其讀速度比較快,但寫速度可能很低。另外,如果移動硬碟是USB2.0介面,將其與PCUSB3.0介面連接傳輸資料,那麼理論最大傳輸速率則是USB2.060MB/S

 

201317日上午消息,USB3.0推廣組織周日在美國消費電子展(CES)上宣佈,第一批傳輸速率達到10GbpsUSB3.0設備將於2014年上市,此速度將較之現在的5Gbps快一倍之多。