USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。USB总线作为一种新的串行总线，不仅在传输速度上得到了极大的提高，同时还具有接口简单、真正的即插即用、传输线供电、多设备级联等特性。USB总线的成功推出，对外设的接口产生了广泛的影响，目前使用USB总线接口的如键盘、鼠标、闪存、摄像头等外围设备在市场上已广泛存在。 1 什么是USB
1.1 USB的定义
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 领域的接口技术。USB 是在 1994 年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft 等多家公司联合提出的。不过直到近期，它才得到广泛地应用。USB用一个4针插头作为标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，最多可以连接 127 个外部设备，并且不会损失带宽。USB 接口还可以通过专门的 USB 连机线实现双机互连，并可以通
过Hub扩展出更多的接口。USB自从1996 年推出后，已成功替代串口和并口，并成为当今个人电脑和大量智能设备的必配的接口之一。
1.2 USB的发展前提
随着电子计算机的飞速发展，其计算处理性能正在高速的增长，数据交换量也变的越来越大，传统的外设接口EPP(Enhanced Parallel Ports，增强并行口)、ECP (Extended Capabilities Ports扩展功能端口)逐渐感到力不从心，难以撑持，为了缓解此种矛盾，各厂家纷纷推出了各自的解决方案。其中以VIA威盛电子倡导的IEEE1394与INTEL公司推崇的USB最有竞争实力。
1980年左右出现的串口,数据传输率是115～230Kbit/s，一般用来连接鼠标和Modem；并行口的数据传输率比串口快8倍，标准并口的数据传输率为1Mbit/s，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，当然机器内部可增插卡的数量还受到计算机上插槽个数的限制。多功能卡的出现及有些厂家针对自己的产品线开发的自家适用的通用接口,很大程度上是为了解决多种设备连接到主机及提高传输速率而出现的解决方案。
由此可见，USB的推出很好的解决了串口和并口存在的问题，当然也就很快的为人们所接受并且迅速的推广开来。
2 USB的发展历程简介
2.1 USB v0.7
USB v0.7是USB发展史上的第一个版本，于1994年11月11日发表。
2.2 USB 1.0
1995年11月，USB 1.0 FDR发布；1996年1月USB 1.0 发布； 1998年 9月USB1.1发布。但是，USB1.1 的传输速度仅为 12Mbps。这时的USB的传输速度仍然还是很慢。如果用USB1.1的扫描仪扫描一张大小为40M的图片，大约需要四分钟，这对于用户来说是很不方便的。
2.3 USB 2.0
鉴于USB1.1的不足，两年之后COMPAQ、Hewlett Packard、Intel、Lucent、Microsoft
、NEC和PHILIPS这7家厂商联合制定了USB2.0接口标准。USB2.0 将设备之间的数据传输速度增加到了480Mbps,比USB1.1标准快40倍左右，速度的提高对于用户的最大好处就是意味着用户可以使用到更高效的外部设备，而且具有多种速度的周边设备都可以被连接到USB2.0的线路上，而且无需担心数据传输时发生瓶颈效应。此时，如果你用USB2.0的扫描仪，就完全不同了，扫一张40M的图片只需半分钟左右的时间，一眨眼就过去了，效率大大提高。而且，USB2.0可以使用原来USB定义中同样规格的电缆，接头的规格也完全相同，在高速的前提下一样保持了USB 1.1 的优秀特，并且USB 2.0的设备不会和USB1.Xusb转换设备在共同使用的时候发生任何冲突。有很好的向下兼容性。
2.4 USB 3.0
USB3.0也是由英特尔等几家大公司联合发起的最新的一种接口规范。2008年11月18日，由Intel、微软、惠普、德州仪器、NEC、ST-NXP等业界巨头组成的USB 3.0 Promoter Group宣布新一代USB 3.0标准已经正式完成并公开发布。其最大传输带宽高达5.0Gbps，也就是625MB/s。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。
3 USB的基本特性
3.1 硬件结构
USB采用四线电缆，其中两根是用来传送数据的串行通道，另两根为下游（Downstream）设备提供电源，对于高速且需要高带宽的外设，USB以全速12Mbps的传输数据；对于低速外设，USB则以1.5Mbps的传输速率来传输数据。USB总线会根据外设情况在两种传输模式中自动地动态转换。USB是基于令牌的总线。类似于令牌环网络或FDDI基于令牌的总线。USB主控制器广播令牌，总线上设备检测令牌中的地址是否与自身相符，通过接收或发送数据给主机来响应。USB通过支持悬挂/恢复操作来管理USB总线电源。USB系统采用级联星型拓扑，该拓扑由三个基本部分组成：主机（Host），集线器（Hub）和功能设备。
主机，也称为根，根结或根Hub，它做在主板上或作为适配卡安装在计算机上，主机包含有主控制器和根集线器（Root Hub），控制着USB总线上的数据和控制信息的流动，每个USB系统只能有一个根集线器，它连接在主控制器上。
集线器是USB结构中的特定成分，它提供叫做端口（Port）的点将设备连接到USB总线上，同时检测连接在总线上的设备，并为这些设备提供电源管理，负责总线的故障检测和恢复。集线可为总线提供能源，亦可为自身提供能源（从外部得到电源），自身提供能源的设备可插入总线提供能源的集线器中，但总线提供能源的设备不能插入自身提供能源的集线器或支持超过四个的下游端口中，如总线提供能源设备的需要超过100mA电源时，不能同总线提供电源的集线器连接。
功能设备通过端口与总线连接。USB同时可做Hub使用。
3.2 软件结构
每个USB只有一个主机，它包括以下几层：
（1）客户软件;客户软件负责和USB设备的功能单元进行通信，以实现其特定功能。客户软件一般包括USB设备驱动程序和界面应用程序两部分。USB设备驱动程序负责和USB系统软件进行通信。通常，它向USB总线驱动程序发出I/O请求包（IRP）以启动一次USB数据传输。此外，根据数据传输的方向，它还应提供一个或空或满的数据缓冲区以存储这些
数据。界面应用程序负责和USB设备驱动程序进行通信，以控制USB设备。它是最上层的软件，能看到向USB设备发送的原始数据和从USB设备接收的最终数据。
（2） USB系统软件；USB系统软件负责和USB逻辑设备进行配置通信，并管理客户软件启动的数据传输。USB逻辑设备是程序员与USB设备打交道的部分。USB系统软件一般包括USB总线驱动程序和USB主控制器驱动程序这两部分。这些软件通常由操作系统提供，开发人员不必掌握。
（3） USB总线接口；USB总线接口包括主控制器和根集线器两部分。根集线器为USB系统提供连接起点，用于给USB系统提供一个或多个连接点（端口）。主控制器负责完成主机和USB设备之间数据的实际传输，包括对传输的数据进行串行编解码、差错控制等。该部分与USB系统软件的接口依赖于主控制器的硬件实现，开发人员不必掌握。
3.3 数据传输
主控制器负责主机和USB设备间数据流的传输。这些传输数据被当作连续的比特流。每个设备提供了一个或多个可以与客户程序通信的接口，每个接口由0个或多个管道组成，它们
分别独立地在客户程序和设备的特定终端间传输数据。USBD为主机软件的现实需求建立了接口和管道，当提出配置请求时，主控制器根据主机软件提供的参数提供服务。
USB支持四种基本的数据传输模式：控制传输，等时传输，中断传输及数据块传输。每种传输模式应用到具有相同名字的终端，则具有不同的性质。
（1）控制传输类型：支持外设与主机之间的控制，状态，配置等信息的传输，为外设与主机之间提供一个控制通道。每种外设都支持控制传输类型，这样主机与外设之间就可以传送配置和命令/状态信息。
（2）等时（lsochronous）传输类型：支持有周期性，有限的时延和带宽且数据传输速率不变的外设与主机间的数据传输。该类型无差错校验，故不能保证正确的数据传输，支持像计算机－电话集成系统（CTI）和音频系统与主机的数据传输。
（3）中断传输类型：支持像游戏手柄，鼠标和键盘等输入设备，这些设备与主机间数据传输量小，无周期性，但对响应时间敏感，要求马上响应。
（4）数据块（Bulk）传输类型：支持打印机，扫描仪，数码相机等外设，这些外设与主机
间传输的数据量大，USB在满足带宽的情况下才进行该类型的数据传输。
USB采用分块带宽分配方案，若外设超过当前带宽分配或潜在的要求，则不能进入该设备。同步和中断传输类型的终端保留带宽，并保证数据按一定的速率传送。集中和控制终端按可用的最佳带宽来传输传输数据。
4 USB接口的应用
由于USB接口的广泛普及，数据传输速率的迅速增长，由其延伸出的应用也越来越多。不但许多的外部设备开始使用USB接口作为其数据传输的基本接口，还有像U盘，移动硬盘等大容量存储设备都使用USB接口。它们淘汰了软盘，并且正在威胁着光盘。这里以USB Key和无线USB为例，介绍USB接口的应用的发展。
4.1 USB Key
USB Key是一种USB接口的硬件设备。它内置单片机或智能卡芯片，有一定的存储空间，可以存储用户的私钥以及数字证书，利用USB Key内置的公钥算法实现对用户身份的认证。由于用户私钥保存在密码锁中，理论上使用任何方式都无法读取，因此保证了用户认
证的安全性。
USB Key产品最早是由加密锁厂商提出来的，原先的USB加密锁主要用于防止软件破解和复制，保护软件不被盗版，而USB Key的目的不同，USB Key主要用于网络认证，锁内主要保存数字证书和用户私钥。现在也有人简称USB Key为 Ukey。目前工行的USB Key产品为“U盾”，招行的USB Key产品为“优Key”，两者的主要供应商都是USB Key的专业厂商捷德公司。
USB Key有很大的使用优势如：
（1）交易更安全。使用U盾办理网上银行业务时，不担心黑客、假网站、木马病毒等各种风险，U盾可以保障网上银行资金安全。办理网上银行对外支付业务时，使用登录密码和支付密码，需要保护好卡号和密码，需要确保登录网上银行的电脑安全可靠，定期更新杀毒软件，及时下载补丁程序，不随便打开来路不明的程序、游戏、邮件，保持良好的上网习惯；如果不能完全做到，使用U盾就好，只要登录卡号、登录密码、U盾和U盾密码不同时泄露给一个人就行。
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