【E课堂】USB 3.0标准解析

　　所谓USB 3.0，就是新一代的USB接口，特点是传输速率非常快，理论上能达到4.8Gbps，比现在的480Mbps的High Speed USB(简称为USB 2.0)快10倍，外形和现在的USB接口基本一致，能兼容USB 2.0和USB 1.1设备。

　　你厌倦了在拷贝一部高清视频时要等待近20分钟吗?虽然和USB 1.1相比，USB 2.0的速度有了质的飞跃，但我们依然不满足，所以……我们熟悉的USB传输速率又要加速向前冲了!

　　名叫USB 3.0的新一代接口比现在的USB 2.0快十倍，全面超越IEEE 1394和eSATA的速度足以让它傲视所有“非主流”接口的移动设备，它会成为日后王者中的王者吗?其他接口会因此而消失吗?

　　USB 3.0：为什么会这么快?

　　在MP3、MP4、DC、DV、打印机、扫描仪、闪存、移动硬盘及主板等设备上，USB早已是最常见的标准传输接口。尽管主流USB 2.0标准的理论数据传输率达到了每秒480Mbps，但依然无法满足用户的需求，因为随着数字媒体的日益普及，高清视频、游戏程序、数码照片的容量动辄几GB，大容量闪存、MP4及“海量”移动硬盘等USB设备不断增加，用户随时会遇到同时传输几GB甚至几十GB的大文件。如果依然沿用USB 2.0标准，它的速度真的太慢了。比如在向大容量的MP3里传输音乐时，往往需要花费几分钟时间，如果要向移动硬盘中传输更大容量的文件，有时需要花费几十分钟，以25GB容量的高清视频传输为例，USB 2.0需要10多分钟，而只要设备支持的话，USB 3.0理论上只需70秒左右。

　　时间是如此的宝贵，很多用户不喜欢在传输文件时等待很长的时间，等待总是让人心烦的，快速同步即时传输已经成为必要的性能需求。为此，Intel联合NEC、NXP半导体、惠普、微软、德州仪器等巨头推出了USB 3.0标准，USB 3.0采用一种新的物理层——其中用两个信道把数据传输和确认过程分离，因而达到了4.8Gbps的数据传输速度。为了取代USB 2.0所采用的轮流检测和广播机制，USB 3.0将采用一种封包路由技术，并且仅允许终端设备有数据要发送时才进行传输。新的链接标准还将让每一个组件支持多种数据流，并且每一个数据流都能够维持独立的优先级，该功能可在视讯传输过程中用来终止造成抖动的干扰，数据流的传输机制也使固有的指令队列成为可能，因而使USB3.0接口的数据传输更为优化。

　　低成本：简单易实现、兼容性依然强大

　　与USB 1.1升级到USB 2.0一样，USB 3.0仍然采用USB 2.0相同的架构，向下兼容先前的即插即用USB版本，不管是USB 2.0还是USB 1.1设备，都能够与USB 3.0接口的设备相兼容。从接口结构来看，USB 2.0线缆使用了4条线的封装设计，所以USB 2.0接口使用了4个金属触点，它们分别为+5V取电、数据-、数据+、GND接地。然而USB 3.0并非广播总线，它在包头中采用发送列表区段来进行发包，上行接口提供分散式的USB 3.0互联，下行接口支持USB 2.0设备，从而用简单的方法实现高速传输和兼容性并举的双重好处。

　　因而从USB 3.0接口来看，它除了具备USB 2.0接口的4个金属触点外，在内部增添了5个较小的新触点。同时，除了使用了铜作为传输介质之外，USB 3.0的接口和线缆还可以支持光纤传输功能，光纤输出的传输速度大家是有目共睹的。据了解，使用光纤连接之后，USB 3.0的速度可以达到USB 2.0的20倍甚至30倍。无疑，USB 3.0标准的最终目的并不仅局限于4.8Gbps的数据传输率，而是希望未来进一步突破这个极限速度，随着光纤导线的全面应用，USB 3.0将得到更高的传输速度，未来在主流产品上的扩展应用将进一步展现。比如实现USB高速组网或广播电视节目信号在PC上的传输。

　　USB 3.0接口的针脚定义

　　供电充足：精简“大设备”连接线

　　我们知道，很多USB设备在使用时，并不需要独立使用供电电源，插入主板USB接口即可直接使用，这是因为USB接口具备了电流输出功能，然而遗憾的是，由于USB 2.0接口技术上的限制，它最大只能提供500mA电流输出，这只能满足那些低功耗USB移动设备使用(如MP3、闪存、鼠标、键盘等)，对于功耗高一些的USB设备，比如移动硬盘、USB刻录机、USB电视盒等，500mA电流无法满足设备在高负荷下内部电机的正常运转，所以如果仅使用一个USB接口，在功耗大的时候使用时会出现各种故障，比如移动硬盘由于供电不足造成无法正常传输大容量文件，外置USB刻录机无法进行正常刻录。

　　为此，高功耗USB设备往往需要使用辅助电源才能正常工作，比如增加一个辅助的 USB线来专门供电，或者独立使用供电电源。这样不仅增加了成本，更麻烦的是因为增加了供电线缆或电源适配器，USB设备的便捷性和易用性大打折扣。 USB 3.0标准的出现可以解决因USB 2.0供电不足带来的问题。据目前官方透露的资料来看，下一代USB 3.0接口将有望达到1A以上的供电电流，而且USB 3.0接口经过了优化设计(如采用铜导线)，它的传输效率更快，还具备了自身能耗降低功能，即使是像USB电视卡、USB刻录机、大容量移动硬盘这类高功耗USB设备，也可以直接连接到USB 3.0接口上使用，而不用担心供电不足了，USB设备的便捷性和易用性也大大提高了。

　　USB 3.0线缆的接头

　　巨头推广：加快USB 3.0普及步伐

　　USB是目前PC、数码电子产品上，应用得最广泛、普及程度最高的传输接口。USB标准经过了多年的发展，已经被广大消费者认可，现在大家随身拿出一款数码产品，任何一台电脑，都可以轻易找到USB接口。加上USB 3.0拥有在传输速度、扩展能力上的众多优势，数字时代需要高速的性能和可靠的互联来实现日常生活中庞大数据量的传输，USB 3.0可以很好地应对这一挑战，它必然会成为电脑、电脑外设和数码设备上主流传输接口。

　　按照以往的经验，USB 3.0由Intel、NEC、NXP半导体、惠普、微软、德州仪器等巨头共同推广，不管是技术实力、推广效果，还是第三方芯片商的支持力度，USB 3.0未来的普及已经不是问题。据了解，完整的USB 3.0规格已经开发完毕，USB 3.0的控制芯片初步将采用离散硅的形式，USB 3.0芯片有望于2008年上半年推出，也就是说，预计2008年上半年的时候，USB设备会陆续在市场出现，新一代主板芯片组也将开始集成USB3.0接口，USB 3.0预计在2009年开始陆续普及，让我们拭目以待。

　　技术小贴士：USB接口广泛应用于各种IT产品上，但PC、笔记本、消费数码等产品的发展趋势却是无线，比如蓝牙技术能够在10米的范围内实现单点对多点的无线数据和声音传输，其数据传输带宽可达1Mbps，尽管它现在的传输速率相比USB 3.0差距巨大，但仍有发展的空间，由于功耗低、应用简单等特点，很多手机、笔记本等设备广泛采用了蓝牙接口，有了高传输率的无线设备，相信谁也不希望随身携带一根线缆，进行连接后才能使用。而Wi-Fi更是以远距离无线传输的优势，逐渐成为手机、MP4、笔记本甚至DV机、打印机等设备上的传输接口。虽然现在 USB占主导地位，但从长远看来，只有无线USB技术才能使USB坐稳头把交椅。

　　几大商业巨头联合发布USB 3.0标准

　　疑问：IEEE 1394、eSATA就此下课?

　　从USB 1.1的12Mbps升级到USB 2.0的480Mbps，提升幅度达到了40倍，而从USB 2.0标准升级到USB 3.0标准仅为10倍，但这10倍速度的提升却有着很大的应用意义，既然USB 3.0的数据传输率达到了4.8Gbps，要远远高于其他传输标准，比如IEEE 1394的数据传输通常为400Mbps～3.2Gbps之间，而号称“USB移动硬盘终结者”的新一代eSATA标准也仅有3Gbps的数据传输率，那么，是否IEEE 1394、eSATA就要面临“下课”的结局呢?

　　实际上并非如此，因为IEEE 1394、eSATA有着自己的应用定位，IEEE 1394标准，它的最大数据传输速率为3.2Gbps，在速度上落后于USB 3.0，但提供了点对点传输功能，这样不用依赖PC即可实现设备之间的数据传输，同时支持同步和异步传输模式，可以连接63个设备，可以同时传输数字视频及数字音频信号，并且在采集和回录过程中没有信号损失，使得IEEE 1394接口更加适合多媒体设备(如DV机、采集卡)，这些都是USB 3.0标准无可比拟的。总体来看IEEE 1394接口的应用更专业、更自由，不过正是由于这些专业性以及厂商的推广力度不够，IEEE 1394设备的普及度不高，通常是一个设备同时拥有IEEE 1394接口和USB接口。

　　对于eSATA标准，它实际上是SATA接口的扩展，也称为外置式SATA接口，支持即插即用，但在功能上有很大的局限性，首先不支持供电功能，而且必须配合主板上的eSATA接口使用，这意味着无法摆脱PC的使用限制，一般只适合移动硬盘、便捷DVD光驱及电视盒等设备使用，对于时下流行的消费数码电子设备，就显得无用武之地了，因而在USB 3.0标准推出之后，eSATA是面临竞争压力最大的传输标准。但仍然要注意，由于eSATA源自主板上的SATA芯片，所以具备了引导启动功能，也就是说，电脑连接eSATA硬盘或eSATA光驱可以启动系统，而这是USB硬盘、USB光驱实现起来比较麻烦的，这对于系统维护、服务器在DOS数据下进行数据交换及其重要，不过对于普通大众来说，eSATA的地位和发展或许就此终结。

　　DV上的1394和USB接口