用 USB 連接 25 年（經過 3 次嘗試）

已發表: 2022-01-29
USB 翻轉 3 次
每個人都知道 U 盤必須翻轉 3 次才能使它們處於正確的方向NavissOne/Shutterstock

通用串行總線 (USB) 標準 1.0 版於 1996 年 1 月發布。經過 25 年和 3 次嘗試，我們已經從 USB 1.0 的 12 Mbit/s 速度提升到 USB4 的 40 Gbit/s 速度。 以下是 USB 征服世界的方式。

問題：與端口和 IRQ 搏鬥

在 1990 年代初期，將外圍設備連接到 PC 是一團糟。 要使用設置任何 PC，您必須使用一些不同類型的不兼容端口和連接器。 最常見的包括一個鍵盤端口、一個 9 針或 25 針 RS-232 串行端口和一個 25 針並行端口。 此外，PC 遊戲控制器使用自己的 15 針標準，鼠標通常插入串行端口或專有卡。

傳統 PC 端口被 USB 取代
納加/存在Shutterstock

與此同時，外圍設備製造商開始在 PC 上用於外圍設備的現有端口中遇到數據速率限制。 對電話、視頻和音頻應用的需求正在增長。 傳統上，供應商通過引入可以作為附加卡安裝的自己的專有端口來迴避這些限制，但這會增加成本並增加機器之間的兼容性問題。

最後，在 PC 上添加新的外圍設備是一件令人頭疼的事情。 這通常意味著配置技術細節，如 IRQ 設置、DMA 通道和 I/O 地址，以便它們不會與系統上安裝的其他設備發生衝突。 （普通計算機用戶不必再考慮這些了。）必須有一種更簡單的方法。

解決方案：USB

救濟很快就會以可以統一行業的單一端口的形式出現：通用串行總線。 USB 起源於 1994 年八家知名公司之間的聯合項目：英特爾、微軟、IBM、康柏、數字設備公司、NEC 和北方電信。 經過一年半的開發，該小組於 1996 年 1 月 15 日發布了 USB 1.0 規範。

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他們想出的是一種串行計算機外圍總線，它使用簡單的 4 針連接器，堅固耐用且價格低廉。 USB 允許高達每秒 12 兆位的連接（對於當時的網絡應用來說已經足夠了），並且如果使用集線器鏈接在一起，則可以在一條總線上為多達 127 個設備提供服務。

USB-A 插頭和電纜
科齊尼/Shutterstock

最重要的是，USB 完全是即插即用的，這意味著當您插入設備時，設備會自動配置自己（或尋找合適的驅動程序）。不再需要與 IRQ 搏鬥。 與早期的標準不同，USB 支持熱插拔，這意味著您可以在計算機仍在運行時插拔外圍設備：在切換像鼠標這樣簡單的東西時無需重新啟動。

當時，業界也在關注 Firewire (IEEE 1394)、Apple GeoPort、ACCESS.bus 和 SCSI 等競爭標準。 但 USB 的簡單性和靈活性勝出——尤其是當供應商證明他們可以為集線器和外圍設備創建成本相對較低的 USB 芯片組時。

USB 出現在野外

PC 行業最初採用 USB 的速度很慢，在廣泛採用之前的幾年裡，標準的逐步改進發生了。 微軟於 1997 年 8 月首次在 Windows 95 OSR 2.1 中支持 USB（當時也支持 Win NT）。

據 ComputerWorld 報導，1996 年 5 月 13 日發布的 Unisys Aquanta DX 台式機是第一款帶有內置 USB 端口的 PC，儘管 IBM 等其他供應商可能已經在市場上擊敗了它們。 Byte Magazine 上的報導稱，直到 1996 年中後期才大規模提供 USB 芯片組。不過，到 1996 年底，幾乎有十幾個 PC 供應商已經發布了包含 USB 端口的 PC——通常每台機器兩個端口。

即使 PC 製造商對 USB 提供了一些早期支持，但直到 1998 年左右，實際可以使用這些端口的 USB 外圍設備仍然很少。在此之前，幾乎每台 PC 仍然配備舊端口，因此製造商繼續開發和銷售能夠使用這些端口的設備。用過它們。

1998 年的蘋果 iMac。
蘋果
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一個事件極大地改變了 USB 外圍設備的可用性。 1998 年 8 月，Apple 發布了 iMac，這是一款時尚的一體機，它放棄了所有傳統的 USB 端口。 十多年來，Apple 首次製造出沒有 SCSI、ADB 或串行端口的機器，Mac 外圍設備製造商被迫大幅轉向 USB。

雖然 Apple 不能在 USB 的普及上獨占鰲頭（在 StackExchange 上對此進行了激烈的辯論），但媒體對 iMac 對 USB 的依賴的大量關注首次使該端口在很大程度上進入了大眾意識。

很快，這些 Mac USB 外圍設備也可用於帶有 USB 的 PC，並且在 Windows 98 中對 USB 的健康支持、低成本的芯片組以及對 USB 標準的修訂，PC 市場在2000 年代。 最終，手機也開始支持 USB 連接，從那時起 USB 的普及並沒有放緩。

多年來的USB

USB 端口類型
多年來主要 USB 連接器類型的示例。 iunewind /存在Shutterstock

自 1996 年以來，USB 的功能急劇擴展，包括支持更新、更小的連接器類型和更快的速度。 自始至終，該標準一直由 USB 實施者論壇 (USB-IF) 維護。 這裡有一些亮點。

  • USB 1.0 (1996)：正式引入帶有 A 型和 B 型連接器的 USB 標準。 高速為 12 兆比特/秒，低速為 1.5 兆比特/秒。
  • USB 1.1 (1998)：此版本修復了 1.0 標準中的錯誤，包括 USB 集線器的問題，並成為第一個被廣泛採用的 USB 標準。 它還推出了 USB Mini Type A 和 B 連接器。
  • USB 2.0 (2001)：這引入了一種新的、更高速的 480 兆比特/秒模式，同時保持與 USB 1.1 設備的向後兼容性。 2007 年的修訂版首次引入了 USB 微型連接器。
  • USB 3.0 (2011)： 3.0 標準引入了一種新的 5 Gb/秒數據速率，稱為 SuperSpeed。 它還推出了新的 A 型、B 型和微型連接器，具有更多引腳以支持更高的數據速率。
  • USB 3.1 (2014)：這將 USB 數據速率提高到 10 Gb/秒。 大約在這個時候，USB-IF 還推出了對稱的 USB-C 連接器，它可以以任何一種方式插入並且仍然可以工作。 （不再需要翻轉 USB 設備三遍來找到正確的對齊方式！）
  • USB 3.2 (2017)：在此版本中，USB 攀升至 20 Gb/秒，並棄用了 Type B 和 Micro 連接器，轉而支持 Type C。
  • USB 4.0 (2019)：此標準與 Thunderbolt 3 兼容，並支持高達 40 Gb/秒的連接。 除 USB-C 外的所有連接器均已棄用。

未來是 USB

到 2021 年，USB 依然強勁，受到如此廣泛的支持，以至於 USB 連接器已成為事實上的電源插座，用於為智能手機、平板電腦、視頻遊戲控制器、電池供電的兒童玩具以及咖啡杯加熱器和微型桌面等新奇物品充電吸塵機。

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USB 並未停止改進。 USB4 表明，隨著計算機速度越來越快，以及我們在設備之間傳輸的數據越來越大，業界非常重視保持標準的競爭力。

它甚至正在取得進展——Apple 的 iPad Pro 平板電腦放棄了其專有的 Lightning 端口用於 USB-C，儘管 Lightning 仍然在 iPhone 和許多其他 Apple 設備上持續存在。

生日快樂，USB！

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