智能儀器設計：6-4補充-USB3-0概述

1、USB3.0概述 USB總線是目前最為成功，最有優(yōu)勢，應用最為廣泛的的外設接口規(guī)范。隨著時代的發(fā)展，外設的進步，USB接口規(guī)范也需要有相應的配套升級，于是 “SuperSpeed USB”（超高速USB）出現(xiàn)了，這也就是我們今天要重點解釋和介紹的USB 3.0。USB2.0USB3.0什么是USB 3.0？ USB 3.0是最新的USB規(guī)范，英特爾公司（Intel）和業(yè)界領(lǐng)先的公司一起攜手組建了USB3.0推廣組，旨在開發(fā)速度超過當今10倍的超高效USB互聯(lián)技術(shù)。該技術(shù)是由英特爾，以及惠普（HP）、NEC、NXP半導體以及德州儀器（Texas Instruments）等公司共同開發(fā)的，應用領(lǐng)域

2、包括個人計算機、消費及移動類產(chǎn)品的快速同步即時傳輸。 同時新的USB執(zhí)行組織（USB Implementers Forum，USB-IF)也正式開始接管和運作該規(guī)范，公布了詳細的技術(shù)文檔，以便業(yè)界的硬件廠商們能夠依此來研發(fā)USB 3.0相關(guān)的產(chǎn)品。USB3.0接口的外觀機械尺寸USB 3.0簡要規(guī)范 提供了更高的每秒5Gbps傳輸速度 對需要更大電力支持的設備提供了更好的支持，最大化 了總線的電力供應 增加了新的電源管理功能 全雙工數(shù)據(jù)通信，提供了更快的傳輸速度 向下兼容USB 2.0及USB 1.1設備 與USB2.0相比較 隨著高清視頻、TB（1000GB）級存儲設備、高達千萬像素數(shù)碼相機

3、、大容量的手機以及便攜媒體播放器的出現(xiàn)，更高的帶寬和傳輸速度就成為了必須。 USB 2.0為各式各樣的設備以及應用提供了充足的帶寬，但是，每秒480Mbps的傳輸速度可能都已經(jīng)不算快了，何況目前沒有哪個USB 2.0設備能夠達到這個理論上的最高速度。在實際應用中，能夠達到每秒320Mbps平均速度就已經(jīng)很不錯了。USB 從1.0到3.0比較USB不同標準性能對比:以傳輸25GB HD電影文件為例USB 1.1: 9.3小時 (低速USB1.1：1.5Mbps 高速USB1.1：12Mbps) USB 2.0: 13.9分鐘(USB 2.0：480Mbps =60MB/s) USB 3.0: 7

4、0 秒 60MB/s提升至600 MB/s (4800Mbps-約5Gbps)傳輸速率區(qū)分：USB 1.1為例：高速方式的傳輸速率為12Mbps，低速方式的傳輸速率為1.5Mbps。注意：這里的b是Bit的意思，1MB/s（兆字節(jié)/秒）=8MBPS（兆位/秒），12Mbps=1.5MB/s USB3.0是如何做到這么快的？ USB3.0采用了對偶單純形四線制差分信號線，故而支持雙向并發(fā)數(shù)據(jù)流傳輸，這也是新規(guī)范速度猛增的關(guān)鍵原因。 在原有4線結(jié)構(gòu)（電源，地線，2條數(shù)據(jù)線）的基礎上，USB 3.0再增加了4條線路，用于接收和傳輸信號。因此不管是線纜內(nèi)還是接口上，總共有8條線路。 正是額外增加的4條

5、（2對）線路提供了“SuperSpeed USB”所需帶寬的支持，得以實現(xiàn)“超速”。顯然在USB 2.0上的2條（1對）線路，是不夠用的。 此外，在信號傳輸?shù)姆椒ㄉ先匀徊捎弥鳈C控制的方式，不過改為了異步傳輸。USB 3.0利用了雙向數(shù)據(jù)傳輸模式，而不再是USB 2.0時代的半雙工模式。簡單說，數(shù)據(jù)只需要著一個方向流動就可以了，簡化了等待引起的時間消耗。 USB3.0還有哪些更先進的地方？ “SuperSpeed USB”改進遠不止在傳輸速率方面的提升。在USB 3.0中，設備和電腦主機之間如何更加融洽的配合，也被當作了一項重點研究的方向。在繼承USB 2.0核心架構(gòu)的基礎上，如何利用雙總線模式

6、的優(yōu)勢，如何讓用戶能夠直接的體驗到USB 3.0比USB 2.0的先進，成為了重點 .需要時能提供更多電力 USB 3.0能夠提供50%80%更多的電力支持(900mA)那些需要更多電能驅(qū)動的設備，而那些通過USB來充電的設備，則預示著能夠更快的完成充電。 新Powered-B接口由額外的2條線路組成，提供了高達900毫安的電力支持。完全可以驅(qū)動無線USB適配器，而擺脫了傳統(tǒng)USB適配器靠線纜連接的必要。通常有線USB設備需要連接到集線器或者是電腦本身上，而高電能支持下，就不需要在有“線”存在了。不需要時就自動減少耗電 轉(zhuǎn)換到USB 3.0，功耗也是要考慮的很重要的一個問題，因此有效的電源管理

7、就很必要，可以保證設備的空閑的時候減少電力消耗。 大量的數(shù)據(jù)流傳輸需要更快的性能支持，同時傳輸?shù)臅r候，空閑時設備可以轉(zhuǎn)入到低功耗狀態(tài)。甚至可以空下來去接收其他的指令，完成其他動作。 在USB 3.0中也并不是所有的東西都更新?lián)Q代了，比如線纜的長度。當在某些應用中需要盡可能高的吞吐量的時候，往往線纜依舊會成為瓶頸。雖然在USB 3.0規(guī)范中，沒有明確指定USB線纜有多長，但是電纜材質(zhì)和信號質(zhì)量還是影響了傳輸?shù)男Ч?。因此在傳輸?shù)百兆大數(shù)據(jù)流的時候，線纜長度最好不要超過3米。 USB 3.0可以使用光纖，其實這正是USB規(guī)范組織正在考慮的問題，也許會在下一個修正版本中推出，也許會讓一些有能力的第三方

8、公司來嘗試一下。 下面就關(guān)于外接硬盤數(shù)據(jù)傳輸性能做一個對比，拷貝比較USB2.0傳輸測速,基本被接口的傳輸速率所限制USB3.0傳輸測速,可以看出達到了機械式硬盤的傳輸極限同樣的ESATA接口的傳輸測速表現(xiàn)也相當不俗GA-P31-ES3G主板測試環(huán)境:Pentium Dual-core E5200 CPUNEC Electronics USB3.0 Host ControllerWindows XP SP3測試硬盤:西數(shù) 1TB+035QSU3(USB)+035QSUE(ESATA)測試文件:84,660,491 KB WINRAR壓縮文檔USB2.0: 90分鐘12秒實測速度:USB3.0:

9、 18分鐘45秒(注1)ESATA: 18分鐘42秒(注1)注1:USB2.0和USB3.0的拷貝速度相差很大，而ESATA和USB3.0的速度差別不大,但是USB3.0帶有900mA的電源總線是ESATA不具備的，相比較而言，USB3.0拷貝大容量文件，性能更卓越。這是本次測試的035QSU3產(chǎn)品 現(xiàn)有的外設能夠正常工作嗎？ 好消息是，USB 3.0從規(guī)劃之初就開始謹慎的希望和USB 2.0共存。 USB 3.0采用新的物理接口和新的電纜來保證和新設備有更高速的連接能力，但新接口保持了和4線USB 2.0一樣的規(guī)格，完全可以接入到現(xiàn)有的USB接口中使用。而只有設備本身硬件支持“SuperSp

10、eed USB”，4個獨立線組才能實現(xiàn)USB 3.0的真正意義，完成接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的作用。 USB3.0能夠帶動什么樣的應用？ 簡單說，所有的高速USB 2.0設備拿到USB 3.0上來只能會有更好的表現(xiàn)。 這些設備包括： 外置硬盤- 在傳輸速度上至少有兩倍的提升，更不用擔心供電不足的問題了。 高分辨率的網(wǎng)絡攝像頭、視頻監(jiān)視器 視頻顯示器，例如采用DisplayLink USB視頻技術(shù)的產(chǎn)品 USB接口的數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機 藍光光驅(qū)等 另外，我們最常用的讀卡器設備，尤其是當設備中同時使用多種類型的閃存卡，或者是讀卡器連接到USB Hub上，而USB Hub上又有多個讀卡器的時候，那種傳輸速度

11、簡直是難以忍受的折磨。USB 3.0則提供了更多的空間，來解決這樣的問題，提供5-10倍的帶寬不是問題。 還有一點是可以預見的，理論上每秒5Gbps的傳輸速度，足以讓USB侵入到以前從不敢涉獵的范圍，例如磁盤陣列系統(tǒng)。 USB 3.0的競爭對手又如何呢？ Firewire 提到競爭對手，就還得說說“Firewire”（我們熟知的IEEE 1394，當然這種說法不正確）。不管是Firewire 400還是800，到最后都沒有普及過USB 2.0。蘋果是發(fā)起IEEE 1394“Firewire”標準的廠商，有趣的是，蘋果在不斷的將Firewire從最初的iPod到后來的主流MacBook上一點一點

12、的拿掉。 2007底，1394同業(yè)公會宣布了Firewire 3200，稱為S3200。是在現(xiàn)有的Firewire 800標準基礎上建立的，和Firewire 800采用了相同的接口和線纜。但是，S3200本身自亂了陣腳，升級設備造成了混亂，以至于到今天也沒有能夠得到更多的推進，即便是飽有優(yōu)勢的視頻影像市場。Firewire的優(yōu)勢在于高效率，因為采用了點對點，全雙工模式傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)吞吐量完全要高于USB 2.0，并且實際傳輸速度非常接近其每秒800Mb的理論值。在數(shù)據(jù)持續(xù)傳輸測試中，F(xiàn)irewire 800能夠提供平均90MB/s的速度，而USB 2.0只有40MB/s。 eSATA eSA

13、TA在2004年面市，作為一種消費型接口和USB2.0以及Firewire方案一起來競爭外置存儲市場。算是比較成功的解決了瓶頸問題，并且發(fā)揮了硬盤本身的性能優(yōu)勢。eSATA支持每秒3.2Gbps的傳輸速率，這遠超了硬盤的傳輸極限。比USB2.0要快，也比Firewire800有優(yōu)勢。 eSATA從本身看不具備缺點，然而2米的線纜長度制約了其更深遠的發(fā)展，并且初期其本身是不能通過總線直接向eSATA設備供電的。最近幾年，eSATA開始侵蝕USB以及Firewire的市場份額，特別是在數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域。坦誠的講，其應用范圍還有一定限制，并且在便攜市場里并不方便。 ExpressCard 2.0 ExpressCard 2.0基本上和USB 3.0規(guī)格同期發(fā)布，主要是承諾提升ExpressCard現(xiàn)有標準的傳輸速度。和PCI Expres