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USB接口
USB(Universal Serial Bus)总线协议是以英特尔为主导,与康柏、微软、IBM等公司成立的USB-IF(通用接口业界联合组织)于1995年共同制定的串行接口标准(图1),目的是统一电脑以及其他设备的传输接口。
目前USB 3.0是高速USB接口的入门级标准,它早在2008年11月就被推出,不过普及速度并不快。由于USB 3.0又称Super SpeedUSB,所以一些设备的USB 3.0接口旁边有SS或Super Speed的标志。作为USB 2.0的升级方案,USB 3.0实现了传输速度的极大提升,最高理论传输速度从60MB/s (480Mbps)提升到了600MB/s(5Gbps),让移动硬盘和闪存盘的高速传输变为了可能,间接将光驱从主流电脑配置中“驱逐”了。
一个容易被忽略的功能是USB 3.0实现了全双工通讯。简单来说,USB 2.0的闪存盘不可以一边从电脑拷贝文件一边把文件复制到电脑上,而USB 3.0则可以,这对于经常需要进行文件拷贝的用户来说无疑是个福音。
USB 3.0的工作电流也100mA提升到了900mA,让USB设备可以获得更充足的供电,使用更方便。例如在使用USB 2.0接口的时候,大容量移动硬盘基本都要使用外接电源或者额外的取电USB接口才能满足正常运转所需的电力(图2);而使用USB 3.0接口的移动硬盘大部分连接一个USB 3.0接口就可以在传输数据的同时获得足够的供电,仅有部分超大容量或3.5英寸硬盘的产品需要连接额外的电源。
最近逐渐流行的USB 3.1接口在其他参数不变的情况下,通过更高效的编码系统将最高传输速度提升到了1GB/s(10Gbps),是更好的高速接口选择。但其普及速度同样很慢,最新主板上通常也只能提供一两个相应接口及一个扩展针脚。
比较麻烦的是,USB-IF将USB 3.0标准进行了修改,将其统一到USB 3.1标准中,被称为USB 3.1 Gent(第一代USB 3.1),或者叫Super Speed 5Gbps:而我们通常所说的USB 3.1则被称为USB 3.1 Gent,或者叫Super Speed 10Gbps。这就是有些接口上SS5Gbps或SS 5以及SS 10Gbps或SS 10标志的由来。很多厂商也会用红色、蓝色和黑色接口将USB 3.1、3.0和2.0区别开来,很好识别,但这并非硬性规定,接口速度还是要根据厂商实际的标注和说明来确定。
我们再来认识一下USB的界面规范,也就是我们常说的接口式样(图3)。目前USB的接口有三种,分别称为Type-A、Type-B、Type-C。比如我们最常见的大部分I7存盘、键鼠接口就是Type-A,看起来很大,分正反两面;Type-B接口则常见于打印机、摄像机;而Type-C是目前正在大力推广的接口式样,不分正反面,怎么插都可以,并且将供电能力提升至100W(5V/20A),还具有防电磁干扰与射频干扰的特性。
Mini與Micro USB接口是USB 2.0时期为满足使用USB的特殊设备需求提出的一种小型化接口,在手机、平板电脑、移动硬盘等设备上都很常见。但随着尺寸更小、效果更好的Type-C接口逐渐普及,Micro USB接口的退出就成了必然的事情。虽然还没有强制规范要求所有相关设备必须换用USB Type-C接口,但笔者估计,未来除了老设备和极少数特定设备以外,我们应该是不会再见到这两个接口了(图4)。
此外USB Type-C的高供电能力还带来了USB PD(Power Delivery)协议,PD协议可以让USB接口以更宽泛的高低压设置给设备快速充电。具体的技术和产品可以参考本刊第6期《充电万金油教你挑选USB PD充电器》一文。
不过要注意的是,USB传输协议与USB接口规范不是同一个东西,并不是说Type-C一定会是USB 3.0/3.1。很多手机使用Type-C接口,但为了节约成本,数据传输能力实际上还是USB 2.0的标准。
USB Type-C出色的设计,使其成为了很多其他传输技术的首选接口样式,例如新型通用型接口雷电3(ThunderBolt 3)和刚刚推出的新型高速视频传输技术VirtualLink等,并且能兼容DisplayPort(以下简称DP)等视频传输技术(图5)。
雷电3接口
英特尔虽然主导开发了USB协议,但USB向下兼容的设计让其在更新换代上有很大的局限性,漫长的USB 2.0时代与3.0过渡阶段就是个例子。愈发庞大的USB-IF也让英特尔的话语权逐渐下降,于是它致力于独立开发全新的通用接口来替代USB。经过几次不成功的尝试之后,英特尔在Light Peak技术的基础上推出的雷电接口终于被市场接受。虽然宣称支持雷电技术的厂商不少,具体产品却很少跟进。这一方面是因为授权费与成本较贵,例如AMD平台就几乎没有相应的产品;另一方面是因为USB的日益完善也让其地位比较尴尬;此外其接口模式从mini DP变成USB Type-C,前后代几乎完全不兼容的操作也“坑”了不少厂商和用户。 虽然雷电3相比USB有一些缺点,但优点也非常突出。它可提供最高5GB/s(40Gbps)的传输速度,与USB接口统一后,很多设备还可以通用,能提供最高USB 3.1标准的速度。雷电3使用PCI-E与DisplayPort两种协议,数据传输时使用PCI-E协议,进行视频传输时使用DP协议,雷电3的接口针脚对两种协议进行了独立通道设计,可以同时使用。
目前采用雷电3的主板和电脑还不算太多,不过随着Type-C接口及高速外设的普及,未来肯定会成为一种非常重要的高速接口。最近英特尔更表示会将雷电技术授权给USB 4版本,也许说明这两个技术殊途共归,最终会合并在一起。
其他
除了USB和雷电3这样的通用型数据传输接口外,视频、音乐传输也有一些高速接口设计,例如HDMI、DP、S/PDIF光纤接口等。其中视频接口最近已经进行过介绍,而光纤接口的应用和设备则日渐衰落,所以这里就不赘述7o
还有一些比较少见但有可能成为未来主流标准的接口,如英伟达、Oculus、Valve、AMD和微软支持的Virtual Link,可让显卡通过自带的USB Type-C接口连接显示器或VR设备,实现高速高分辨率视频输出的能力(图6)。
最后要注意,由于USBType-C式样只是一种外观、电气设计,除了接口之外,线材的内部设计也有区别,有的厂商为了省钱就把内部的一些高端数据传输与视频接线取消,无法满足所有连接需求。所以在购買线材的时候也一定要核对自己的应用需求,并优先购买支持7天无理由退换的产品,到手后马上连接测试(图7)。
典型产品
配置高速接口的不一定都是高端高价产品,一些主流价位的主板、电脑、外设也支持高速接口,是喜欢高速外设,同时资金并不充裕的用户最佳的选择。
技嘉2390 GAMING X
相对于其价位和功能,技rZ390 GAMING X的I/O接口配置并不算特别突出,但它使用了非常“实诚”的标注方式,最容易理解的USB 3.0、USB 3.1以及特别标准的色彩堪称主板I/O接口标注的范例。相比使用Super Speed、SS5/10或者Gen1/2这样偏“专业”的标注方式或者只能看说明书了解速度的主板,它对用户显然要“友好”得多。
芯片组:英特尔2390
高速接口:4×USB 3.0、USB 3.1 Type-A
板型:ATX
微星B450M MORTAR
芯片组:AMD 8450
高速接口:5×USB 3.0、2×USB 3.1(Type-A+Type-C)
板型:M-ATX
尽管在中端的B450芯片组主板中也属于价格比较低廉的一款,但微星B450M MORTAR还是提供了高速的USB 3.1(Gent)接口。需要注意的是,这款产品的USB 3.0(3.1 Gent)和USB 3.1接口都是红色的,但只有一组为更高速的USB 3.1标准。
华擎2370 Gaming-ITX/ac
芯片组:英特尔2370
高速接C7:6×USB 3.0、雷电3
板型:ITX
由于雷电3是英特尔主导的标准,所以在使用英特尔芯片组的中高端主板上更常见。作为一款面向小钢炮用户的主板,Z370 Gaming-ITX/ac提供7较多的USB 3.0和“超前”的雷电3接口,但也为此付出了一些代价,没有专门的USB 3.1接口,且雷电3使用PCI-EX2通道,仅能提供20Gbps的极速。