1 USB簡介

USB大家想必并不陌生，但是你知道USB是從何而來的嗎？USB都有哪些版本？USB將來會統一變成什么樣？ 帶著這些問題，硬件花園梳理出各個USB版本的不同與特點，主要體現在硬件接口、傳輸速率。關注我，回復USB，領取USB技術資料。

1.1 什么是USB

USB（Universal Seiral Bus，通用串行總線）是連接計算機系統與外部設備的一種串口總線標準，也是一種輸入輸出接口的技術規范，被廣泛地應用于個人計算機和移動設備等信息通訊產品，并擴展至攝影器材、數字電視（機頂盒）、游戲機等其它相關領域。

1.2 USB標志含義

咦？怎么上圖右下角還有個希臘神話的海神波塞冬？ 原來USB標志的設計靈感是來源于海神的武器「三叉戟」，一支強有力的三齒魚叉。就像海神的三叉戟象征著力量一樣，USB三叉戟同樣象征著與USB相關的技術強大有力！ 不過，設計成魚叉的形狀，可能暗示人們拿著自己的USB設備到處亂插（叉）。設計師又對三叉戟的三根尖齒進行了修改，將左右兩根的三角形分別改成了圓形和正方形。箭頭表示串行數據，即構成所有信息的位（1和0）；圓圈代表5V，即USB工作的電壓；正方形代表接地電壓。 這三個不同的形狀也意味著，各種不同的外部設備都可以使用USB這一標準進行連接。現在這個圖標可以在各類USB線纜的接頭及設備插座上看到。

1.3 USB歷史

USB接口由 Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC及Northern Telecom 等計算機公司和通信公司于1995年聯合制定，經過近30年的發展，逐漸形成了現在的行業標準。

USB已經迭代了USB1.0/1.1、USB2.0、USB3.x幾個版本，最終發展到了現在的USB4；傳輸速率也從最開始的1.5Mbps，大幅提高到了最新的40Gbps！

1.4USB特點

USB 具有傳輸速度快、使用方便、支持熱插拔、連接靈活、獨立供電、協議向下兼容等優點，可以連接鍵盤、鼠標、大容量存儲設備等多種外設，該接口也被廣泛用于智能 手機中。

2 USB各版本傳輸標準

USB傳輸標準經歷了USB1.0/USB1.1->USB2.0->USB3.x->USB4.0的演進。每個版本的標志、傳輸速率和理論速度如下圖。

USB版本概述

從上圖可以看出，USB1.0、USB1.1分別對應USB2.0的低速版本Low-Speed、中速版本Full-Speed，USB2.0對應USB2.0高速High-Speed。

• USB 1.0 -> USB 2.0 Low-Speed
• USB 1.1 -> USB 2.0 Full-Speed

• USB 2.0 -> USB 2.0 High-Speed

從USB3.0開始，可能是借鑒了USB2.0以前的發展經驗（命名混亂，后文會提到），USB3.0開始分Gen1、Gen2，小版本的更新歸屬于Gen1、Gen2，大版本的更新歸屬于USB3.0、USB3.1、USB3.2（其實還是比較混亂）。

• USB 3.0 -> USB 3.1 Gen1 -> USB 3.2 Gen1
• USB 3.1 -> USB 3.1 Gen2 -> USB 3.2 Gen2x1
• USB 3.2 -> USB 3.2 Gen2x2

發展到今天，最新的版本已經更新到USB4！

• USB 4 -> USB 4 Gen3x2

2.1 USB1.0

1996年1月15日推出USB1.0接口規范不過因為當時支持 USB 的周邊裝置少的可憐，所以主機板商不太把 USB Port 直接設計在主機板上。

• 規定低速傳輸速率為1.5Mbit/s
• 對外提供供電電壓為5V，最大電流500mA
• 一般適用于鼠標、鍵盤等低速HID設備。
• 支持熱插

2.2 USB1.1

1998年9月23日對原來的USB1.0進行升級，提出了USB1.1。

• USB1.1規定了全速傳輸速率為12Mbit/s,并兼容USB1.0的1.5Mbit/s
• 傳輸線纜最大度度3m
• 對外提供供電電壓為5V，最大電流500mA
• 一般適用于鼠標、鍵盤、U盤，光驅等。
• 一個USB接口理論上可以支持127個設備。

2.3 USB2.0

2000年4月27日由USB-IF組織提出了USB2.0總線協議規范。這在當時是很快的傳輸速度了，但是在今天隨便一個移動硬盤都是TB級別的，隨便一部2k、4k 的電影也是GB級別，USB 2.0 的傳輸速度已經不夠用了。

• 具備480Mbit/s的高速傳輸速率，向下兼容低速1.5Mbit/s和全速12Mit/s
• 傳輸線纜最大度度5m
• 對外提供供電電壓為5V，最大電流500mA
• 通過HUB級聯的方式，一個USB接口理論上可以擴展127個USB設備
• 支持 4種傳輸方式：控制傳輸、中斷傳輸、同步傳輸和塊傳輸。

2.4 USB3.0 /USB 3.1Gen1 / USB 3.2 Gen1

超高速USB3.0規范于2008年11月17日出USB-IF組織推出。

• 提供更高的5.0Gbit/s的超高速傳輸速度，并向下兼容低速1.5Mbits/s、全速12Mbit/s和高速480Mbit/s傳輸速率

• 對外提供供電電壓為5V，最大電流900mA

• 傳輸線纜最大度度3m

• 增加了新的電源管理功能，支持待機、睡眠以及暫定模式，更加省電。

• 全雙工通訊。

2.5 USB 3.1

2013年，USB 3.1 發布，傳輸速度達到了 10Gbps。但是從這里開始，USB-IF 開始了魔幻操作，對之前的接口標準重命名了，導致現在接口名稱混亂。以前的 USB 3.0 改名為 USB 3.1 Gen 1 又稱為第一代 USB 3.1，新發布的 USB 3.1 改名為 USB 3.1 Gen 2 又稱為第二代 USB 3.1。前面提到的 USB 3.0 消失在了歷史長河。

• 速度翻番至10Gbps

• 新增USB A/V影音傳輸。以更適合作為移動設備的輸出接口，尤其是可逆的Type-C。

• 將供電的最高允許標準提高到了20V/5A，供電100W。

• 必須使用USB Type-C接口才能達到10Gbps的速度。

2.6 USB 3.2

2017 年，USB 3.2 發布，最高速度達到了 20Gbps。沒有錯，USB-IF 組織又對接口標準重命名了。

• 第一代 USB 3.1 改名為 USB 3.2 Gen 1 又稱為第一代 USB 3.2，第二代 USB 3.1 改名為 USB 3.2 Gen 2 又稱為第二代 USB 3.2。就這樣，USB 3.1 也消失在了歷史長河。

• 新發布的 USB 3.2 （傳輸速度 20Gbps），叫做 USB 3.2 Gen 2x2 又稱為雙通道第二代 USB 3.2。之所以想出USB 3.2 Gen2x2這樣的名字，大概是因為它使用了USB Type-C接口的上下兩端全部針腳，速度得以翻番。

• USB 3.2 Gen 1、USB 3.2 Gen 2、USB 3.2 Gen 2x2還各自有一個市場推廣命名，分別是SuperSpeed USB、SuperSpeed USB 10Gbps、SuperSpeed USB 20Gbps。

USB 3.x版本

2.7 USB4

2019 年，USB4 發布，分為兩個版本，一個是 20Gbps，一個是 40Gbps。物理接口形態統一使用 USB Type-C 接口。

• 最大支持 40Gbps 帶寬

• 物理接口僅有 USB Type-C 一種

• 支持動態分配帶寬

• 可選是否支持 Thunderbolt 3，只有這樣才能達到最大帶寬 40Gbps

• 需要強制使用 USB-PD 充電協議

為了保證設備兼容性，USB所有協議都向下兼容！這個特點也是USB能廣泛應用的一大原因！

3 USB硬件接口

前面說的 USB 2.0、USB 3.1、USB 3.2、USB4 指的都是傳輸標準，需要依賴于物理接口才能實現傳輸數據、充電等功能。USB硬件接口版本如下圖：

USB硬件接口版本

USB硬件接口在USB3.2 Gen2x1以前的版本，基本上都存在TypeA/B 、Mini、Micro版本。Mini和Micro版本的出現能夠更好地應對輕薄類、移動類產品的應用場景。 在USB Type-C橫空出世，解決掉“正反插”的世紀性難題之后，USB將逐步統一到USB Type-C接口上。

3.1 USB Type A/B

USB Type A(左)和USB Type B(右)

USB Type A：該標準一般適用于個人電腦PC中，是應用于最廣泛的接口標準

USB Type B：一般用于3.5寸移動硬盤、以及打印機、顯示器等連接。

3.2 USB Mini A/B

MiniUSB Type A(左)和Mini USB Type B(右)

一般用于數碼相機、數碼攝像機、測量儀器以及移動硬盤等移動設備。

3.3 USB Micro A/B

微型USB接口，適用于移動設備

Micro USB口是USB 2.0標準的一個便攜版本，Mini USB的下一代規格，比早期部分手機使用的Mini USB接口更小。上一代我們的手機的充電接口就是Micro USB接口。

3.4 USB3.1 Type C

USB3.1 Type C接口為了區分不同的接口協議，通常使用 USB 3.0 協議的 USB-A 接口顏色使用藍色。

3.5 TYPE C

USB Type C接口

又稱 USB-C，作為新一代通用接口，集成 USB 數據、PD 充電、音視頻顯示輸出等功能，有望成為市場的統一接口。它是隨著 USB 3.1 （這里特指 USB 3.1 Gen2，現名：USB 3.2 Gen 2，下同）標準被提出來的。

USB4 只有 USB Type-C 一種物理接口。在傳輸鏈路上 USB4 分出了不同「隧道」來傳輸數據，并且能「動態分配帶寬」，根據每條「隧道」的實時情況，動態調整每一部分的帶寬。目前支持：數據傳輸（USB 3.2 隧道）、視頻傳輸（DisplayPort 1.4a 隧道）、可選隧道（PCI-E 隧道）三種。