USB3.0

 

USB 3.0是最新的USB规范。英特尔公司（Intel）和业界领先的公司一起携手组建了USB3.0推广组，旨在开发速度超过当今10倍的超高效USB互联技术。该技术是由英特尔，以及惠普（HP）、NEC、NXP半导体以及德州仪器等公司共同开发的，应用领域包括个人计算机、消费及移动类产品的快速同步即时传输。

基本简介 编辑本段

USB 3.0接口与USB 2.0接对比USB3.0 —— 也被认为是SuperSpeedUSB——为那些与PC或音频/高频设备相连接的各种设备提供了一个标准接口。只是个硬件设备，计算机内只有安装USB3.0相关的硬件设备后才可以使用USB3.0相关的功能！从键盘到高吞吐量磁盘驱动器，各种器件都能够采用这种低成本接口进行平稳运行的即插即用连接，用户基本不用花太多心思在上面。新的USB 3.0在保持与USB 2.0的兼容性的同时，还提供了下面的几项增强功能：

 

● 极大提高了带宽——高达5Gbps全双工（USB2.0则为480Mbps半双工）

 

● 实现了更好的电源管理

 

● 能够使主机为器件提供更多的功率，从而实现USB——充电电池、LED照明和迷你风扇等应用。

 

● 能够使主机更快地识别器件

 

● 新的协议使得数据处理的效率更高

 

USB3.0可以在存储器件所限定的存储速率下传输大容量文件（如HD电影）。例如，一个采用USB3.0的闪存驱动器可以在15秒钟将1GB的数据转移到一个主机，而USB 2.0则需要43秒。

 

受到消费类电子器件不断增加地分辨率和存储性能需求的推动，希望通过宽带互联网连接能够实现更宽的媒体应用，因此，用户需要更快速的传输性能，以简化下载、存储以及对于多媒体的大量内容的共享。USB 3.0在为消费者提供其所需的简易连接性方面起到了至关重要的作用。

 

当用于消费类器件时，USB3.0将解决USB 2.0无法识别无电池器件的问题。主机能够通过USB 3.0缓慢降低电流，从而识别这些器件，如电池已经坏掉的手机。

 

对于系统和ASIC开发者而言，USB3.0芯片和IP的广泛的实用性保证了每个设计要求都可以及时得到满足。这种全方位的支持对于像USB3.0这样的标准而言特别重要，因为速度、高级协议和各种电缆长度（从几英寸到几米）使得设计和标准兼容性成为一项挑战。

 

SATA与USB几年来，在争相成为外部存储器接口的各种器件标准中，USB、eSATA和Firewire在个人计算机领域，都各自取得了多个瞩目的成绩。在这一点上，串行ATA（SATA）在消费类PC的内部驱动连接性上，取代了所有其它接口。尽管被称为CFast的新型Compactflash版本将基于SATA构建，但较早的并行ATA（PATA）在将CompactFlash作为存储媒介的工业和嵌入式应用中仍在继续使用。

 

自从2004年推出以来，eSATA在外部存储器应用方面已经向USB 2.0和FireWire提出了挑战。eSATA在SATA内部驱动器所支持的相同速率下，与外部器件互相传输数据。值得一提的是，eSATA接口可以支持高达3Gbps的数据传输率。即使接照由编码所缩减的实际速率，eSATA的数据速率也完全足以用作最高速的硬盘驱动器，这种驱动器能够以12MB/秒的速度传输数据（约为90Mbps）.

 

尽管eSATA仅用于存储器应用，但它的这些性能使其能够抢占USB 2.0和FireWire的市场份额。SATA的其他优势还包括低处理器成本。USB 3.0的性能显著优于eSATA和FireWire 800。在5Gbps全双工下，USB 3.0比可以达到800Mbps的全双工的eSATA和FireWire 800的速度更快。（注意，eSATA的3Gbps数据是单双工的，而USB 3.0所提供的是全双工的。尽管我们在这里无法详尽的说明，但仍需提请注意的是USB 3.0包括可选装置，用于传输无序数据，是用于磁盘驱动搜索的最佳选择。）

 

富士通的USB 3.0 —— SATA芯片解决方案

 

为了实现可以将SATA硬盘驱动器用于USB 3.0的简单方法，富士通推出了MB86C30A单芯片解决方案，用以将USB 3.0和基于SATA/ATA/ATAPI的大容量存储器进行桥接。这种桥接芯片将USB2.0和USB3.0的海量存储要求转移给SATA和ATA/ATAPI通信协议。

 

MB86C30A是世界首款USB 3.0从芯片，采用了富士通的高速串行I/O技术。不久的将来，利用65nmCMOS技术构建的芯片，在采用高速USB规格方面，将实现更低的功耗和更大的灵活性。富士通已经在“2009SuperSpeed USB开发者协商会上”展示了其USB 3.0从芯片，并证明了它具有行业最快的传输速率。

 

此芯片符合于2008年11月发布的USB 3.0规格1.0以及SATA规格2.6版本的要求。芯片还符合USB Mass Storage 批量传输协议。[1]

 

正式发布 编辑本段

USB 3.0由Intel、微软、惠普、德州仪器、NEC、ST-NXP等IT业界巨头组成的USB 3.0 Promoter Group 2008-11-18 宣布，该组织负责制定的新一代USB 3.0标准已经正式完成并公开发布。新规范提供了十倍于USB 2.0的传输速度和更高的节能效率，可广泛用于PC外围设备和消费电子产品。

 

该组织将与硬件厂商合作，共同开发支持USB 3.0标准的新硬件。

 

第一版USB 1.0是在1996年出现的，速度只有1.5Mbps；两年后升级为USB 1.1，速度也大大提升到12Mbps，至今在部分旧设备上还能看到这种标准的接口；2000年4月起广泛使用的USB 2.0推出，速度达到了480Mbps，是USB 1.1的四十倍；如今10个年头过去了，USB 2.0的速度早已经无法满足应用需要，USB 3.0也就应运而生，最大传输带宽高达5.0Gbps，也就是640MB/s，同时在使用A型的接口时向下兼容。IEEE组织也批准了新规范IEEE1394-2008，不过新版FireWire的传输速度只有3.2Gbps，相当于USB 3.0的60%多一点。难怪苹果等业界厂商普遍对该技术失去了兴趣。

 

USB 2.0基于半双工二线制总线，只能提供单向数据流传输，而USB 3.0采用了对偶单纯形四线制差分信号线，故而支持双向并发数据流传输，这也是新规范速度猛增的关键原因。

 

除此之外，USB 3.0还引入了新的电源管理机制，支持待机、休眠和暂停等状态。

 

测量仪器大厂泰克(Tektronix)在上个月第一家宣布了用于USB 3.0的测试工具，可以帮助开发人员验证新规范与硬件设计之间的兼容性。

 

USB 3.0在实际设备应用中将被称为“USB SuperSpeed”，顺应此前的USB 1.1 FullSpeed和USB 2.0 HighSpeed。预计支持新规范的商用控制器将在2009年下半年面世，消费级产品则在2010年上市。

 

标准规范 编辑本段

传输速率

 

这款新的超高速接口的实际传输速率大约是3.2Gbps（即409.6MB/S)。理论上的最高速率是5.0Gbps（即640MB/S）。

 

USB 3.0接口数据传输

 

USB3.0 引入全双工数据传输。5根线路中2根用来发送数据，另2根用来接收数据，还有1根是地线。也就是说，USB 3.0可以同步全速地进行读写操作。以前的USB版本并不支持全双工数据传输。

 

电源

 

USB 3.0标准要求USB3.0接口供电能力为1A，而USB 2.0为0.5A。

 

电源管理

 

USB 3.0 并没有采用设备轮询，而是采用中断驱动协议。因此，在有中断请求数据传输之前，待机设备并不耗电。简而言之，USB 3.0支持待机、休眠和暂停等状态。

 

物理外观

 

上述的规范也会体现在USB 3.0的物理外观上。但USB 3.0的线缆会更“厚”，这是因为USB 3.0的数据线比2.0的多了4根内部线。不过，这个插口是USB 3.0的缺陷。它包含了额外的连接设备。

 

支持系统

 

Window8.1、Window8、Windows Vista、Windows 7 SP1和Linux都支持USB 3.0。苹果最新发布的苹果Mac book air和Mac book pro也支持。对于XP系统，USB 3.0可以使用，但只有USB2.0的速率。[2]

 

外观特点 编辑本段

USB3.0与USB2.0外观区别，观察USB（本身）的插口和电脑上USB插口，中间的塑料片颜色：USB3.0——蓝色；USB2.0——黑色。当然，一些设备颜色区分并不规范，比如一些主控芯片支持的非原生usb3.0就有可能不是蓝色的，一些usb2.0的设备比如MP3，数据线等有可能是黑色或白色塑料片。

 

发展影响 编辑本段

USB 3.0接口从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。

 

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IEEE1394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。

 

传输速度 编辑本段

USB2.0为各式各样的设备以及应用提供了充足的带宽，但是，随着高清视频、TB（1024GB）级存储设备、高达千万像素数码相机、大容量的手机以及便携媒体播放器的出现，更高的带宽和传输速度就成为了必须。

 

USB 3.0接口480Mbps的传输速度可能都已经不算快了，更何况没有哪个USB2.0设备能够达到这个理论上的最高限速。在实际应用中，能够达到320Mbps的平均速度就已经很不错了。

 

同样，其实USB3.0同样达不到5.0Gbps的理论值，若只能达到理论值的8成，那也是接近于USB2.0的10倍了。USB3.0的物理层采用8b/10b编码方式，这样算下来的理论速度也就4Gbps，实际速度还要扣除协议开销，在4Gbps基础上要再少点。

 

新的“Superspeed USB”将比现有的USB2.0速度快10倍，USB3.0规范已经进入最后的完成阶段。USB推广小组主席Jeff Ravencraft称，Superspeed USB的最高传输速度将是USB2.0的10倍，最低传输速度达到300Mb/s.他将给闪存产品带来更高的速度，使用固态硬盘，如果接口从USB2.0升级到3.0，那么就是螺旋桨飞机到喷气式飞机的飞跃。Superspeed USB的线缆和端口将采用向下兼容模式，intel已经弃用之前光纤互连的方式作为传输方式，据了解，此举是节约成本，而USB3.0的速度也达到了“令人满意的效果”，而无需在这方面深入开发。USB3.0的接口分为两部分，一部分采用和USB2.0一致的针脚；另外增加了一系列电气接口供USB3.0信号传输使用。已有不少USB3.0的产品问世、比如USB3.0的移动硬盘、U盘、读卡器，等等。

 

我们说的5Gb/s，指的是位（bit），而不是字节（Byte）。由于8位等于1字节，就像你拉一条4Mbps的网线，理论下载速度只能达到512KB/S一样。同理，USB 3.0的理论数据传输速率是5Gbps/8bitt=640MB/s。

 

要达到512MB/s的理论速度，必须突破两个瓶颈：主板接口、存储介质。你兴冲冲跑到电脑城，买了个USB3.0的移动硬盘回来试，发现还是USB2.0的速度，这瓶颈很可能出在主板接口上。庆幸的是，Intel已经在最新的7系列芯片组中原生支持USB3.0，你也可以通过第三方USB3.0主控芯片来桥接出两个蓝色的USB3.0接口，从而解除主板速度瓶颈。

 

受限于硬盘的机械结构，主流的3.5寸7200转500G硬盘的内部传输速度不会超过150MB/S，2.5寸5400转500G移动硬盘的内部传输速度更低。所谓的USB 3.0优盘，速度瓶颈在于所采用的主控和FLASH芯片上。

 

抛开USB3.0的理论速度不谈，USB3.0接口产品的实际传输速度分别为：读速度为60MB/s到140MB/s，写速度为50MB/s到90MB/s。市场上很多所谓的USB3.0优盘、硬盘、其读速度比较快，但写速度可能很低。另外，如果移动硬盘是USB2.0接口，将其与PC机USB3.0接口连接传输数据，那么理论最大传输速率则是USB2.0的60MB/S。

 

2013年1月7日上午消息，USB3.0推广组织周日在美国消费电子展(CES)上宣布，第一批传输速率达到10Gbps的USB3.0设备将于2014年面市，此速度将较之现在的5Gbps快一倍之多。

 

工作原理 编辑本段

USB 3.0与USB 2.0对比USB 3.0之所以有“超速”的表现，完全得益于技术的改进。相比USB 2.0接口，USB 3.0增加了更多并行模式的物理总线。 可以拿起身边的一根USB线，看看接口部分。在原有4线结构（电源，地线，2条数据）的基础上，USB 3.0再增加了4条线路，用于接收和传输信号。因此不管是线缆内还是接口上，总共有8条线路。正是额外增加的4条（2对）线路提供了“SuperSpeed USB”所需带宽的支持，得以实现“超速”。显然在USB 2.0上的2条（1对）线路，是不够用的。

 

此外，在信号传输的方法上仍然采用主机控制的方式，不过改为了异步传输。USB 3.0利用了双向数据传输模式，而不再是USB 2.0时代的半双工模式。简单说，数据只需要朝一个方向流动就可以了，简化了等待引起的时间消耗。

 

其实USB 3.0并没有采取什么鲜有听闻的高深技术，却在理论上提升了10倍的带宽。也因此更具亲和力和友好性，一旦SuperSpeed USB产品问世，可以让更多的人轻松接受并且做出更出色的定制化产品。