《 USB入门 》

现在电脑系统连接外围设备的接口并无统一的标准,如键盘用PS/2接口,连接打印机要用25针的并行接口,鼠标则要用串行或PS/2接口。USB则将这些不同的接口统一起来,使用一个4针插头作为标准插头。通过这个标准插头,采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来,并且不会损失带宽。
USB规范中将USB分为五个部份:控制器、控制器驱动程序、 USB芯片驱动程序、USB 设备以及针对不同USB设备的客户驱动程序。
根据设备对系统资源需求的不同,在 USB规范中规定了四种不同的数据传输方式:
等时传输方式(Isochronous)、中断传输方式(Interrupt)、控制传输方式(Control)和批(Bulk)传输方式,这些传输方式各有特点,分别用于不同的场所。
USB需要主机硬件、操作系统和外设三个方面的支持才能工作。目前主板一般都采用支持USB功能的控制芯片组,而且也安装了USB接口插座。Windows98操作系统内置了对 USB功能的支持(但WindowsNT尚不支持USB)。目前已经有数字照相机、数字音箱、数字游戏杆、打印机、扫描仪、键盘、鼠标等很多USB外设问世。
随着大量的支持USB的个人电脑的普及以及Windows98的广泛应用,USB逐步成为PC机的一个标准接口已经是大势所趋。最新推出的PC机几乎100%支持USB,另一方面使用USB接口的设备也在以惊人的速度发展。
USB是英文Universal Serial Bus的缩写,中文含义是“通用串行总线”。它不是一种新的总线标准,而是应用在PC领域的新型接口技术。早在1995年,就已经有PC带有USB接口了,但由于缺乏软件及硬件设备的支持,这些PC机的USB口都是闲置未用的。1997年,微软在WIN95OSR2(WIN97)中开始以外挂模块的形式提供对USB的支持, 1998年后随着微软在Windows98中内置了对USB接口的支持模块,加上 USB设备的日渐增多, USB逐步走进了实用阶段。
USB的历史及发展

在谈论USB技术之前,不妨让我们来看看外设接口技术的发展历程。多年来个人计算机的串口与并口的功能和结构并没有什么变化。串口的出现是在1980年前后,数据传输率是115kbps~230kbps,串口一般用来连接鼠标和外置Modem;并口的数据传输率比串口快8倍,标准并口的数据传输率为1Mbps,一般用来连接打印机、扫描仪等。原则上每一个外设必须插在一个接口上,如果所有的接口均被用上了就只能通过添加插卡来追加接口了。串并口不仅速度有限,而且在使用上很不方便。
1994年,Intel、Compaq、 Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等七家世界著名的计算机和通讯公司成立了USB论坛,花了近两年的时间形成了统一的意见,于1995年11月正式制定了USB0.9通用串行总线(Universal Serial Bus)规范,1997年开始有真正符合USB技术标准的外设出现。USB1.1是目前推出的在支持 USB的计算机与外设上普遍采用的标准。1999年初在Intel的开发者论坛大会上,与会者介绍了 USB2.0规范,该规范的支持者除了原有的Compaq、Intel、Microsoft和NEC四个成员外,还有惠普、朗讯和飞利浦三个新成员。USB2.0向下兼容USB1.1,数据的传输率将达到120Mbps~ 240Mbps,还支持宽带宽数字摄像设备及下一代扫描仪、打印机及存储设备。
目前普遍采用的USB1.1主要应用在中低速外部设备上,它提供的传输速度有低速1.5Mbps和全速 12Mbps两种,低速的USB带宽(1.5Mbps)支持低速设备,例如显示器、调制解调器、键盘、鼠标、扫描仪、打印机、光驱、磁带机、软驱等。全速的USB带宽(12Mbps)将支持大范围的多媒体设备。
继USB之后,另一种称为FIREWIRE(即IEEE 1394)的接口技术正在从实验室步入市场领域,这种新型的接口比USB功能更为强大而且性能稳定。
IEEE 1394也是一种高效的串行接口标准。IEEE 1394可以在一个端口上连接多达63个设备,设备间采用树形或菊花链拓扑结构。IEEE 1394标准定义了两种总线模式,即:Backplane模式和Cable模式。其中Backplane模式支持 12.5、25、50Mbps的传输速率;Cable模式支持100、200、400Mbps的传输速率。目前正在开发 1Gbps的版本。
现在,支持USB的PC及外设越来越多,在软件上USB也已成为 Windows98的一个关键部件,并很快在WindowsCE和Windows2000中得到支持。Apple的操作平台早已提供对USB的支持,预计今后Sun和Digital的平台也将会提供对这一技术的支持。
USB的特点及应用

USB之所以能得到广泛支持和快速普及,是因为它具备下列的很多特点:
1.使用方便
使用USB接口可以连接多个不同的设备,支持热插拔,在软件方面,为USB设计的驱动程序和应用软件可以自动启动,无需用户干预。 USB设备也不涉及IRQ冲突等问题,它单独使用自己的保留中断,不会同其它设备争用PC机有限的资源,为用户省去了硬件配置的烦恼。USB设备能真正做到“即插即用”。
2.速度加快
快速性能是USB技术的突出特点之一。USB接口的最高传输率目前可达12Mb/s,比串口快了整整100倍,比并口也快了十多倍。今后USB的速度还将会提高到100Mb/s以上。
3.连接灵活
USB接口支持多个不同设备的串列连接,一个USB口理论上可以连接127个USB设备。连接的方式也十分灵活,既可以使用串行连接,也可以使用中枢转接头 (Hub),把多个设备连接在一起,再同PC机的USB口相接。在USB方式下,所有的外设都在机箱外连接,不必打开机箱;允许外设热插拔,而不必关闭主机电源。USB采用“级联”方式,即每个 USB设备用一个USB插头连接到一个外设的USB插座上,而其本身又提供一个USB插座供下一个 USB外设连接用。通过这种类似菊花链式的连接,一个USB控制器可以连接多达127个外设,而每个外设间距离(线缆长度)可达5米。USB还能智能识别USB链上外围设备的接入或拆卸。
4.独立供电
普通使用串口、并口的设备都需要单独的供电系统,而USB设备则不需要,因为USB接口提供了内置电源。USB电源能向低压设备提供5V的电源,因此新的设备就不需要专门的交流电源了,从而降低了这些设备的成本并提高了性价比。
5.支持多媒体
USB提供了对电话的两路数据支持,USB可支持异步以及等时数据传输,使电话可与PC集成,共享语音邮件及其它特性。USB还具有高保真音频。由于USB音频信息生成于计算机外,因而减少了电子噪音干扰声音质量的机会,从而使音频系统具有更高的保真度。
6.USB存在的问题
尽管在理论上,USB可以实现高达127个设备的串列连接,但是在实际应用中,也许串联3到4个设备就可能导致一些设备失效。而且大多数USB产品,只有一个输入口,根本无法再连接下一个USB设备。另外,尽管USB本身可以提供500mA的电流,但一旦碰到高电耗的设备,就会导致供电不足。解决这些问题的办法是使用USBHub,但Hub的价格目前还太贵了点。
USB的应用
到目前为止,USB已经在PC机的多种外设上得到应用,包括扫描仪、数码相机、数码摄像机、音频系统、显示器、输入设备等等。
扫描仪和数码相机、数码摄像机是从USB中最早获益的产品。传统的扫描仪,在执行扫描操作之前,用户必须先启动图像处理软件和扫描驱动软件,然后通过软件操作扫描仪。而USB扫描仪则不同,用户只需放好要扫描的图文,按一下扫描仪的按钮,屏幕上会自动弹出扫描仪驱动软件和图像处理软件,并实时监视扫描的过程。USB数码相机、摄像机更得益于USB的高速数据传输能力,使大容量的图像文件传输在短时间内即可完成。
USB在音频系统应用的代表产品是微软公司推出的 Microsoft DigitalSound System80(微软数字声音系统80)。使用这个系统,可以把数字音频信号传送到音箱,不再需要声卡进行数模转换,音质也较以前有一定的提高。USB技术在输入设备上的应用很成功,USB键盘、鼠标器以及游戏杆都表现得极为稳定,很少出现问题。
早在1997年,市场上就已经出现了具备USB接口的显示器,为PC机提供附加的USB口。这主要是因为大多数的PC机外设都是桌面设备,同显示器连接要比同主机连接更方便、简单。目前市场上出现的USB设备还有USB Modem、Iomega的USB ZIP驱动器以及eTek的USB PC网卡等等。
对于笔记本电脑来说,使用USB接口的意义更加重大,通用的USB接口不仅使笔记本电脑对外的连接变得方便,更可以使笔记本电脑生产厂商不再需要为不同配件在主板上安置不同的接口,这使主板的线路、组件的数量以及复杂程度都有不同程度的削减,从而使系统运行中的散热问题得到了改善。也将促进更高主频的处理器可以迅速应用在移动计算机中,使笔记本电脑与桌面PC的差距进一步缩小。
USB的应用会越来越广泛,一些业界人士甚至预测,未来的PC将是一个密封设备,所有外设都将通过USB或其他外部接口连接。
uu12288 USB(Universal Serial Bus)的中文名叫“通用串行总线”。这是近两年在 PC领域广为应用的新型接口技术。理论上讲,USB技术由三部份组成:具备 USB接口的PC系统、能够支持USB的系统软件和使用USB接口的设备。1997年,微软推出Win95、Win97后,USB进入实用阶段,但由于这个版本对USB的支持属于外挂式模块,因此直到Win 98推出后,USB接口的支持模块才真正日趋成熟。因此,从某种意义上讲,Win98成了USB技术发展和应用的“催生婆”。由于安装简单,使用方便,据Dataquest公司统计结果显示,仅去年全球已有1000万台 USB设备售出,预计这个数字到今年会增加到5000万台,而到2000年这个数字可达近1亿台。 uu12288 一、USB HUB的连接方法 uu12288 目前新型的主板一般只有两个内建的USB接口(图1),要连接4个以上的 USB设备就必须加装USB HUB(图2),通过USB HUB来扩充USB 接口数量。大家对 HUB并不陌生,前边加上个USB,功能与传统的产品完全一样,只不过属于某个领域内的固有集线器了。USB HUB可以连接USB设备,同时也可以串接另外一个 USB HUB。但是USB HUB连续串接时不能超过三个。从规格上来分析,通过 USB最多可以连接127个设备,这个数字其实也只是理论上的,谁又会在一台电脑上同时连接超过一百个以上周边装置(又能装些什么呢)。因此,USB HUB的安装也比较“傻瓜式”。第一步要做的就是启动主板上的USB接口。检查在 CMOS SETUP中的USB选项,如果被Disabled掉了,请将此选项改成Enabled,存盘后重新进入Windows便可找到USB控制器。一般的HUB有一对二、一对四、一对五的三种类型。所谓一对二,就是通过原来的一个USB 接口,扩充出两个USB 接口。说是一对二,但由于会占用原先的一个USB口,因此虽然扩充出两个接口,但实质上只多出一个USB接口(见图3)。依此类推,一对四便可多出三个USB接口 ,而一对五则可多出四个USB接口(接口越多HUB的价格当然也就越高,相对的耗电量也会增加)。以一对四的USB HUB安装为例,这种USB HUB有1个输入接头和4个输出接头(见图4)。输出接头与输入接头的样子不太一样,比较容易区分。同时,随HUB一般都会提供一条连接USB装置的导线,在导线一端的接头是用来连接USB装置(或USB HUB)的输入端;相对的,在导线另一端的接头则是用来与 USB HUB输出端连接的部份,依次对接安装就可以了。值得注意的是,现在许多 USB设备本身其实已经具有USB HUB的功能。笔者曾经见过这样一台新型的显示器(17英寸),其机壳背面有四个USB输出接头(当然,还有一个是USB输入接头 ),很显然,这台显示器也可以担当一个USB HUB的责任了。还有一点就是电源,一对二的USB HUB通常没有外接电源,而一对四的USB HUB则大部份附有电源适配器,不过一对四的USB HUB不接电源也是可以工作的,只是每个接口只能供电约100mA左右,而一旦接上电源适配器,则可提升至500mA左右。接不接电源主要取决于用户自身,我建议你在具体安装时,将耗电量高者接于电脑上的USB 接口,将不需要电源仍可正常运作的低耗电量USB设备,如鼠标、Modem等接往一对四的USB HUB。 uu12288 二、升级你的USB  uu12288 对于那些电脑主板没有内置USB接口的用户,并不等于你就不能使用 USB。用户可以通过购买USB接口卡来升级自己的电脑,使之具备USB功能。现在市场上常常可见的USB卡都是PCI卡,自带两个USB端口,你只要把这块卡插入主板的PCI插槽中,安装上随卡附送的驱动软件就万事OK了。具体安装很简单,不用任何电源线和信号线,像安装显卡、声卡一样,只要插上即可。目前,市面上提供USB卡的著名厂商大体有两家,一家是Entrega,另一家是Belkin,质量都还可以。 uu12288 三、USB安装实例 uu12288 到目前为止,USB已经在PC机的多种外设上得到应用,输出设备方面,包括扫描仪、数码相机、数码摄像机、音频系统、显示器等等。扫描仪、数码相机和数码摄像机是最早在USB技术上显山露水的高手。这几种产品的迅速跟进主要还是得益于USB“一触即发”的高速数据传输能力,使大容量的图像传输在短时间内即可完成。输入设备方面,USB键盘、鼠标器以及游戏杆都表现得极为稳定,很少出现问题。另外,还有DSL的USB“猫”、Iomega的USB ZIP驱动器以及 eTek的USB PC网卡等等。特别是,如今越来越多的笔记本电脑也武装上了USB接口,这并不是说笔记本电脑可以从USB接口中获得多大的好处,关键在于那些经常在台式机和笔记本电脑之间传输数据的用户,可以使用USB来节省大量的时间。下面以麦宝USB声卡为例介绍其连接安装方法。 uu12288 打开包装,可以见到这块USB声卡的外观颇有些像鼠标。只不过与鼠标不同,它屁股底下有两根连线,一根用来连接USB插座,而另一根则用来连接音箱。与所有的USB设备一样,这种USB声卡的安装非常简单,只要将这块卡接入电脑上的USB接口,重新启动电脑后,Win98就自动检测到了该设备,并自动安装了Win98中自带的驱动程序。由于是USB设备,该卡同样也支持热插拔,不必关机便可进行安装。 uu12288 经试听,在PII300/64M/ PC WORK4.1上,总体感觉音质和音效都还不错。但在一些支持A3D的游戏中,与DIAMOND MX300等高档声卡相比较则明显不足,显然没有对此进行优化。同时,这块USB声卡功放较低,也使其在整体档次上稍显不足。 uu12288 四、USB存在的问题 uu12288 以上介绍了USB的诸多妙处,当然USB也非尽善尽美。首先就是连接方面的问题。当你购买了一款USB外设后,应该试着用一用主板上所有的USB接口。按以往的经验,有时将一个USB外设插入到从未使用过的USB接口时会导致系统崩溃。另外,USB标准规定可以以菊花链的形式将外部设备连接在一起,这就要求所有产品都应该有两个USB接口,但现在销售的许多USB外设只有一个接口,使得其他USB产品无法串联到USB总线上。正如我们前面已经讲到的,现在有些USB的显示器可以提供4个端口的USB HUB功能,而且市场上现在也能够看到具有USB HUB功能的键盘可以提供两个USB接口。不过即使如此,我还是建议你节约使用USB 接口,如果让键盘、鼠标、手柄统统占据了本来为数不多的 USB接口,以后数字照相机、扫描仪、摄像头等真正需要USB的设备就无从立足了,寄全部希望于HUB也不是上策,毕竟要花不少银子哟。另一个问题就是 USB产品的供电问题。尽管USB总线能将我们从纠缠不清的电缆线、信号线的桎梏中摆脱出来,但PC电脑上的USB接口往往不能提供4台以上USB外设的电源供应。因此,当系统同时存在多个USB产品时,有必要考虑外加一个可供电的USB集线器。USB(Universal Serial Bus)接口(外观如图3)的提出是基于采用通用连接技术,实现外设的简单快速连接,达到方 便用户、降低成本、扩展PC机连接外设的范围的目的。目前PC中似乎每个设备都有它自己的一套连接设备。外设接口的规格不一、有限的接口数量,已无法满足众多外设连接的迫切需要。解决这一问题的关键是,提供设备的共享接口来解决个人计算机与周边设备 的通用连接。 uu12288 USB技术应用是计算机外设连接技术的重大变革。现在USB接口标准属于中低速的界面传输,面向家庭与小型办公领域的中低速设备。比如键盘、鼠标、游戏杆、 显示器、数字音箱、数字相机以及Modem等,目的是在统一的USB接口上实现中低速外设的通用连接。PC主机上只需要一个USB端口,其他的连接可以通过USB接口和USB集线器在桌面上完成。US