摘要：USB (Universal Serial Bus) 是一种革命性的接口标准，它彻底改变了个人电脑与外部设备连接的方式。在它出现之前，计算机通常需要为每一种外设（如鼠标、键盘、打印机、调制解调器等）配备不同的专用端口，这不仅增加了设备的复杂性，也限制了扩展性。
USB (Universal Serial Bus) 是一种革命性的接口标准，它彻底改变了个人电脑与外部设备连接的方式。在它出现之前，计算机通常需要为每一种外设（如鼠标、键盘、打印机、调制解调器等）配备不同的专用端口，这不仅增加了设备的复杂性，也限制了扩展性。USB的诞生，旨在提供一个统一、高速且支持热插拔的接口解决方案，极大地提升了用户体验和设备的互操作性。
USB 的核心概念：串行通信与主从架构
USB 的名称中“串行”二字，直接指明了其数据传输方式。与并行传输（多位数据同时传输）不同，串行传输是一次只传输一个数据位。虽然听起来可能慢，但通过提高时钟频率和优化编码方式，串行传输可以达到非常高的数据速率，并且减少了所需线路的数量，降低了成本和复杂性。
USB 采用主从架构（Host-Device Architecture）。通常，计算机充当“主机”（Host），负责管理USB总线上的所有设备。而U盘、键盘、鼠标、打印机等则作为“设备”（Device）。一个USB主机可以连接多个设备，通过USB集线器（Hub）可以进一步扩展连接能力。设备连接到主机后，会经历一个枚举（Enumeration）过程，主机识别设备类型并加载相应的驱动程序，使其能够正常工作。
USB 接口类型与物理结构
USB 接口的物理形态多种多样，以适应不同设备的尺寸和使用场景。
USB Type-A 这是最经典的 USB 接口类型，通常用于计算机主机上的端口，以及U盘、键盘、鼠标等设备的连接线缆端。它采用矩形插头设计，通常只能以一个方向插入。USB 传输标准与技术演进
USB 标准的迭代主要围绕数据传输速度和供电能力展开。
USB 1.x (1996年)
USB 1.0最初版本，主要解决连接的统一性问题，支持低速模式（Low-Speed，1.5 Mbps）和全速模式（Full-Speed，12 Mbps）。主要用于键盘、鼠标等低带宽设备。
USB 1.1修复了1.0版本的一些缺陷，使其更加成熟稳定。
USB 2.0 (2000年)
引入了高速模式（High-Speed，480 Mbps），理论带宽是 USB 1.1 的40倍，极大地提升了U盘、移动硬盘、数码相机等设备的传输效率。USB 2.0 的普及度非常高，至今仍广泛存在。
供电能力标准供电为 5V/500mA。
USB 3.x (SuperSpeed USB)
USB 3.0 系列引入了“超速”（SuperSpeed）的概念，通过增加额外的差分信号线实现全双工传输，这意味着数据可以同时双向传输，效率更高。通常，USB 3.x 接口的内芯会采用蓝色以示区分。
USB 3.0 (2008年): 后更名为 USB 3.1 Gen 1 和 USB 3.2 Gen 1。
最大传输速度： 5 Gbps (理论值)。供电能力： 标准供电提升至 5V/900mA。USB 3.1 (2014年): 后更名为 USB 3.1 Gen 2 和 USB 3.2 Gen 2。
最大传输速度： 10 Gbps (理论值)，是 USB 3.0 的两倍。需要 Type-C 接口才能完全发挥其性能。USB 3.2 (2017年): 旨在利用 USB Type-C 接口的双通道特性。
USB 3.2 Gen 1x1： 5 Gbps（与 USB 3.1 Gen 1 相同）USB 3.2 Gen 2x1： 10 Gbps（与 USB 3.1 Gen 2 相同）USB 3.2 Gen 2x2： 20 Gbps (理论值)，通过 Type-C 接口的两对高速数据线实现。USB4 (2019年)
USB4 是一个重大飞跃，它基于英特尔的 Thunderbolt 3 协议开发。这意味着 USB4 拥有 Thunderbolt 3 的许多优势。
最大传输速度： 20 Gbps 或 40 Gbps (理论值)。仅支持 USB Type-C 接口。多协议支持，除了传统的 USB 数据传输，USB4 还能够同时承载 DisplayPort、PCI Express等多种协议，允许用户通过一根线缆连接显示器、外部GPU、高速存储等多种设备。
USB Power Delivery (USB PD) 强制支持， USB4 强制要求支持 USB PD，这意味着它能提供高达 100W 甚至更高的电力传输能力，足以驱动笔记本电脑等高功耗设备。
USB Power Delivery (USB PD)
USB PD 是一种更为智能的电源管理技术，它允许 USB 设备之间进行更灵活、更大功率的电力传输。与传统 USB 仅提供固定电压电流的方式不同，USB PD 可以实现：
双向供电： 设备既可以接收电力，也可以向其他设备提供电力（例如，笔记本电脑可以通过 Type-C 端口为手机充电，也可以通过同一端口被电源适配器充电）。动态电压和电流： USB PD 允许设备协商供电电压（如 5V, 9V, 12V, 15V, 20V）和电流，以适应不同设备的功率需求，最高可达 240W（随着 PD 3.1 标准的推出）。智能管理： 通过协议握手，设备可以识别彼此的供电能力，并选择最优的供电方案，提高充电效率和安全性。总结
USB 从最初的简单数据传输接口，已经发展成为一个集高速数据传输、高功率供电和多协议支持于一体的强大通用连接标准。特别是 USB Type-C 和 USB4 的出现，预示着一个“一线通”的未来，简化了电子设备的连接，提升了用户体验。USB 标准的持续演进，无疑将继续推动个人计算和移动设备领域的技术创新。
来源：科技蒜
