1引言

　　如今，隨著計(jì)算機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用日益普及和深入，其外設(shè)也越來越多，如打印機(jī)、掃描儀、游戲桿、mic、modem等。因計(jì)算機(jī)本身只提供高性能的運(yùn)算處理等方面的基本能力，當(dāng)我們將一臺(tái)計(jì)算機(jī)應(yīng)用于某個(gè)具體實(shí)際需要時(shí)，往往需要對(duì)他的基本功能進(jìn)行擴(kuò)展。而在對(duì)計(jì)算機(jī)功能擴(kuò)展時(shí)，原則上每個(gè)外設(shè)都必須插在一個(gè)接口上。當(dāng)外設(shè)多了以后，會(huì)產(chǎn)生一些問題。

　　首先，外設(shè)增多，計(jì)算機(jī)接口也必須增多，但計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口總是有限的，雖然可以通過增加功能接口插卡來擴(kuò)展接口，但可增插卡的數(shù)量受計(jì)算機(jī)插槽個(gè)數(shù)的限制，并且擴(kuò)展接口卡存在以下問題：
　　(1)接口卡的插拔過程必須關(guān)機(jī)，并且需打開機(jī)箱進(jìn)行安裝和拆卸；
　　(2)接口插卡設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的安裝、調(diào)試直至正常運(yùn)行的過程仍需要各種技術(shù)的支持，其安裝和配置過程仍需人工干預(yù)。當(dāng)擴(kuò)展插卡較多時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)一塊或多塊插卡因無法合理配置而不能正常工作的情況，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰；
　　(3)接口插卡質(zhì)量高低、兼容性和標(biāo)準(zhǔn)性的程度以及驅(qū)動(dòng)軟件的可靠性將直接影響計(jì)算機(jī)的壽命和系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性；
　　(4)筆記本電腦之類的小體積pc很難用接口插卡進(jìn)行功能擴(kuò)展；
　　(5)pc插槽中的各種接口卡受到內(nèi)部的射頻輻射干擾，使其性能受到很大影響，除非接口卡是全數(shù)字化的。所以擴(kuò)展接口卡終究不是解決問題的根本方法。

　　其次，隨著技術(shù)不斷發(fā)展，大量新外設(shè)不斷出現(xiàn)，這些外設(shè)對(duì)計(jì)算機(jī)接口提出了更高的要求，如高速度、雙向傳輸數(shù)據(jù)等。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)接口，如并行打印機(jī)接口（數(shù)據(jù)傳輸率為1 mb/s）、串行rs232接口（數(shù)據(jù)傳輸率為115～230 kb/s）已經(jīng)不能滿足用戶需要。
　　還有，計(jì)算機(jī)越來越向簡(jiǎn)單、實(shí)用、方便、方向發(fā)展。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)外設(shè)安裝過程中，在加、減設(shè)備時(shí)，必須關(guān)掉電源，完成之后再重新啟動(dòng)機(jī)器。

　　由于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)接口有上述缺點(diǎn)，不能滿足當(dāng)前計(jì)算機(jī)發(fā)展的需要，于是，intel，microsoft，compaq，nec，ibm，digital，northern
telecom等7家世界著名的計(jì)算機(jī)公司和通訊公司聯(lián)合制定了一種新的通用外部設(shè)備總線規(guī)范，即通用串行總線usb（universal serial
bus）。1994年11月發(fā)表了標(biāo)準(zhǔn)的最早版本ver0.7， 1998年9月23日公布的ver1.1是目前普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)�，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到2.0版本。usb協(xié)議出臺(tái)后得到各計(jì)算機(jī)生產(chǎn)商和外設(shè)廠商的廣泛支持。如今計(jì)算機(jī)主板都帶有usb接口，windows 98/ce/2000全面支持usb技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，很多計(jì)算機(jī)外設(shè)都采用usb接口。

　　2usb 的優(yōu)點(diǎn)

　　usb與傳統(tǒng)的外圍接口相比，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)使用方便在usb系統(tǒng)中，所有的usb設(shè)備可以隨時(shí)接入和拔離系統(tǒng)，usb主機(jī)能夠動(dòng)態(tài)識(shí)別設(shè)備的狀態(tài)，并自動(dòng)給接入的設(shè)備分配地址和配置參數(shù)。這樣，安裝usb設(shè)備時(shí)，不必打開機(jī)箱，甚至在計(jì)算機(jī)工作時(shí)也無需關(guān)機(jī)和重新啟動(dòng)即可加、減已安裝過的設(shè)備，也不必用手動(dòng)跳線或撥碼開關(guān)來設(shè)置新的外設(shè)。usb的驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件可以自動(dòng)啟動(dòng)，usb設(shè)備單獨(dú)使用自己的保留中斷，也不涉及irq沖突問題，不會(huì)同其他設(shè)備爭(zhēng)用pc有限的資源，省去了硬件配置的煩惱，為用戶帶來了極大的方便。
　　(2)速度快快速性能是usb技術(shù)的突出特點(diǎn)，usb ver1.1標(biāo)準(zhǔn)有全速12 mb/s和低速1.5 mb/s兩種模式，主模式為全速，他比串口快了整整100倍，比并口快了十多倍。usb ver2.0提供高達(dá)480mb/s的數(shù)據(jù)傳輸率，可以在其上開發(fā)功能更多的電子產(chǎn)品，包括高分辨率的視頻攝像機(jī)、下一代的掃描儀和打印機(jī)，并且，在usb 2.0上多個(gè)高速外設(shè)可同時(shí)運(yùn)行。
　　(3)易于擴(kuò)展通過usb hub 擴(kuò)展，可連接多達(dá)127個(gè)外設(shè)，且各種外設(shè)均采用統(tǒng)一usb接口標(biāo)準(zhǔn)的連接器，大大地簡(jiǎn)化了安裝過程。標(biāo)準(zhǔn)usb電纜長(zhǎng)度為3 m（5 m低速），通過hub 或中繼器可以使外設(shè)距離達(dá)到30 m。
　　(4)獨(dú)立供電usb 接口提供了內(nèi)置電源，他能向低壓設(shè)備提供5 v電源，因此，新的設(shè)備就不需要專門的交流電源了，從而降低了這些設(shè)備的成本，并提高了性價(jià)比。
　　(5)使用靈活為適應(yīng)各種不同類型外圍設(shè)備的要求，usb 提供了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸模式：控制(control)傳輸、同步(synchronization)傳輸、中斷(interrupt)傳輸、批量(bulk)傳輸。
　　(6)支持多個(gè)外設(shè)同時(shí)工作usb系統(tǒng)支持多種數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊�。�?shù)據(jù)帶寬可以從幾k到480 mb/s，他允許在同一電纜上傳輸實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在主機(jī)和外設(shè)之間可以同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)和信流，允許多個(gè)外設(shè)同時(shí)操作，并支持復(fù)合設(shè)備。

　　總之，usb是一種電纜總線，支持在主機(jī)和各式各樣的即插即用的外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。按照協(xié)議的規(guī)定，多個(gè)設(shè)備分享usb帶寬，當(dāng)主機(jī)和其他設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，總線允許添加、設(shè)置、使用和拆除外設(shè)。

　　3usb的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　usb總線拓?fù)錇閷盈B的星形結(jié)構(gòu)，如圖1所示。系統(tǒng)由主控制器（host controller），usb hub和usb器件（device）組成。

　　1引言

　　如今，隨著計(jì)算機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用日益普及和深入，其外設(shè)也越來越多，如打印機(jī)、掃描儀、游戲桿、mic、modem等。因計(jì)算機(jī)本身只提供高性能的運(yùn)算處理等方面的基本能力，當(dāng)我們將一臺(tái)計(jì)算機(jī)應(yīng)用于某個(gè)具體實(shí)際需要時(shí)，往往需要對(duì)他的基本功能進(jìn)行擴(kuò)展。而在對(duì)計(jì)算機(jī)功能擴(kuò)展時(shí)，原則上每個(gè)外設(shè)都必須插在一個(gè)接口上。當(dāng)外設(shè)多了以后，會(huì)產(chǎn)生一些問題。

　　首先，外設(shè)增多，計(jì)算機(jī)接口也必須增多，但計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口總是有限的，雖然可以通過增加功能接口插卡來擴(kuò)展接口，但可增插卡的數(shù)量受計(jì)算機(jī)插槽個(gè)數(shù)的限制，并且擴(kuò)展接口卡存在以下問題：
　　(1)接口卡的插拔過程必須關(guān)機(jī)，并且需打開機(jī)箱進(jìn)行安裝和拆卸；
　　(2)接口插卡設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的安裝、調(diào)試直至正常運(yùn)行的過程仍需要各種技術(shù)的支持，其安裝和配置過程仍需人工干預(yù)。當(dāng)擴(kuò)展插卡較多時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)一塊或多塊插卡因無法合理配置而不能正常工作的情況，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰；
　　(3)接口插卡質(zhì)量高低、兼容性和標(biāo)準(zhǔn)性的程度以及驅(qū)動(dòng)軟件的可靠性將直接影響計(jì)算機(jī)的壽命和系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性；
　　(4)筆記本電腦之類的小體積pc很難用接口插卡進(jìn)行功能擴(kuò)展；
　　(5)pc插槽中的各種接口卡受到內(nèi)部的射頻輻射干擾，使其性能受到很大影響，除非接口卡是全數(shù)字化的。所以擴(kuò)展接口卡終究不是解決問題的根本方法。

　　其次，隨著技術(shù)不斷發(fā)展，大量新外設(shè)不斷出現(xiàn)，這些外設(shè)對(duì)計(jì)算機(jī)接口提出了更高的要求，如高速度、雙向傳輸數(shù)據(jù)等。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)接口，如并行打印機(jī)接口（數(shù)據(jù)傳輸率為1 mb/s）、串行rs232接口（數(shù)據(jù)傳輸率為115～230 kb/s）已經(jīng)不能滿足用戶需要。
　　還有，計(jì)算機(jī)越來越向簡(jiǎn)單、實(shí)用、方便、方向發(fā)展。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)外設(shè)安裝過程中，在加、減設(shè)備時(shí)，必須關(guān)掉電源，完成之后再重新啟動(dòng)機(jī)器。

　　由于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)接口有上述缺點(diǎn)，不能滿足當(dāng)前計(jì)算機(jī)發(fā)展的需要，于是，intel，microsoft，compaq，nec，ibm，digital，northern
telecom等7家世界著名的計(jì)算機(jī)公司和通訊公司聯(lián)合制定了一種新的通用外部設(shè)備總線規(guī)范，即通用串行總線usb（universal serial
bus）。1994年11月發(fā)表了標(biāo)準(zhǔn)的最早版本ver0.7， 1998年9月23日公布的ver1.1是目前普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)�，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到2.0版本。usb協(xié)議出臺(tái)后得到各計(jì)算機(jī)生產(chǎn)商和外設(shè)廠商的廣泛支持。如今計(jì)算機(jī)主板都帶有usb接口，windows 98/ce/2000全面支持usb技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，很多計(jì)算機(jī)外設(shè)都采用usb接口。

　　2usb 的優(yōu)點(diǎn)
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　　usb與傳統(tǒng)的外圍接口相比，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)使用方便在usb系統(tǒng)中，所有的usb設(shè)備可以隨時(shí)接入和拔離系統(tǒng)，usb主機(jī)能夠動(dòng)態(tài)識(shí)別設(shè)備的狀態(tài)，并自動(dòng)給接入的設(shè)備分配地址和配置參數(shù)。這樣，安裝usb設(shè)備時(shí)，不必打開機(jī)箱，甚至在計(jì)算機(jī)工作時(shí)也無需關(guān)機(jī)和重新啟動(dòng)即可加、減已安裝過的設(shè)備，也不必用手動(dòng)跳線或撥碼開關(guān)來設(shè)置新的外設(shè)。usb的驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件可以自動(dòng)啟動(dòng)，usb設(shè)備單獨(dú)使用自己的保留中斷，也不涉及irq沖突問題，不會(huì)同其他設(shè)備爭(zhēng)用pc有限的資源，省去了硬件配置的煩惱，為用戶帶來了極大的方便。
　　(2)速度快快速性能是usb技術(shù)的突出特點(diǎn)，usb ver1.1標(biāo)準(zhǔn)有全速12 mb/s和低速1.5 mb/s兩種模式，主模式為全速，他比串口快了整整100倍，比并口快了十多倍。usb ver2.0提供高達(dá)480mb/s的數(shù)據(jù)傳輸率，可以在其上開發(fā)功能更多的電子產(chǎn)品，包括高分辨率的視頻攝像機(jī)、下一代的掃描儀和打印機(jī)，并且，在usb 2.0上多個(gè)高速外設(shè)可同時(shí)運(yùn)行。
　　(3)易于擴(kuò)展通過usb hub 擴(kuò)展，可連接多達(dá)127個(gè)外設(shè)，且各種外設(shè)均采用統(tǒng)一usb接口標(biāo)準(zhǔn)的連接器，大大地簡(jiǎn)化了安裝過程。標(biāo)準(zhǔn)usb電纜長(zhǎng)度為3 m（5 m低速），通過hub 或中繼器可以使外設(shè)距離達(dá)到30 m。
　　(4)獨(dú)立供電usb 接口提供了內(nèi)置電源，他能向低壓設(shè)備提供5 v電源，因此，新的設(shè)備就不需要專門的交流電源了，從而降低了這些設(shè)備的成本，并提高了性價(jià)比。
　　(5)使用靈活為適應(yīng)各種不同類型外圍設(shè)備的要求，usb 提供了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸模式：控制(control)傳輸、同步(synchronization)傳輸、中斷(interrupt)傳輸、批量(bulk)傳輸。
　　(6)支持多個(gè)外設(shè)同時(shí)工作usb系統(tǒng)支持多種數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊�。�?shù)據(jù)帶寬可以從幾k到480 mb/s，他允許在同一電纜上傳輸實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在主機(jī)和外設(shè)之間可以同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)和信流，允許多個(gè)外設(shè)同時(shí)操作，并支持復(fù)合設(shè)備。

　　總之，usb是一種電纜總線，支持在主機(jī)和各式各樣的即插即用的外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。按照協(xié)議的規(guī)定，多個(gè)設(shè)備分享usb帶寬，當(dāng)主機(jī)和其他設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，總線允許添加、設(shè)置、使用和拆除外設(shè)。

　　3usb的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
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　　usb總線拓?fù)錇閷盈B的星形結(jié)構(gòu)，如圖1所示。系統(tǒng)由主控制器（host controller），usb hub和usb器件（device）組成。