在過去的25年裡，USB接口一直是我們忠實的老朋友。雖然插口隨著時間的推移而改變，但我們插入任何設備時，計算機似乎總是能知道這個設備是什麼。但是，它是如何做到的呢？USB2.0和USB3.2 SuperSpeed之間有什麼區別呢？
01 即插即用沒有的年代
30年前的機器擁有大量不同的接口和通信標準。由於每個接口的奇怪和限制，連接外圍設備和設備通常是令人沮喪的“專業”體驗。
20世紀90年代初的電腦接口：一個15針VGA口接顯示器，兩個9針串行端口和一個25針並行端口接外設，兩個PS/2口接鍵鼠
當時鼠標和鍵盤幾乎都使用6針串行PS/2端口。打印機和掃描儀通過25針口連接到並行端口，但是一些廉價打印機也使用9針口。而其他所有設備都通過經典的9針串行端口連接。每種接口的傳輸速率也是不一樣的，而且，都很慢。
如果你不小心把鼠標插到標有鍵盤符號的PS2口裡會怎麼樣？它不會工作，因為電腦不知道錯誤的設備已經插入。實際上，這些接口都無法識別設備是什麼：你需要手工告訴計算機它是什麼，然後手動安裝正確的驅動程序。
用戶設置鍵鼠需要通過控制面板的“端口”設置並人工配置參數和驅動，使用打印機又是另一種操作
如果一切順利，在驅動程序安裝、快速重啟和一點運氣之後你才可以使用他們。然而，更多的時候，用戶需要深入到Windows的複雜控制面板或主板BIOS的深處才能讓一切順利運行。
自然而然，消費者想要更好的東西：“一種端口來用所有”，可以隨意插拔設備，無需重新啟動計算機，並且設備可以立即被識別併為你配置。
02 “通用串行總線”：共識打造USB
網絡交換設備的巨頭企業，破天荒組成了一個聯盟，創建一個“統一的新接口標準”。
英特爾負責技術開發，Ajay Bhatt成為該項目的主要架構師，他隨後還負責了AGP（加速圖形端口）和PCI Express的開發。
在兩年內，完整的規格說明書和控制芯片就出臺了，“通用串行總線”，也就是大家熟知的USB誕生了，並立即在消費級市場取代了串行、並行和PS/2端口。
1998年USB發佈了1.1版本，真正開始起飛：微軟通過1997年秋季的更新，將USB 1.1支持添加到Windows 95中，並大力推廣“即插即用”（Plug and Play）的口號。
而USB最大的宣傳來自於蘋果公司：它發佈了一款告別米色和舊端口的蘋果的第一臺iMac——它只支持USB。
USB規範後來進行了幾次修訂，其中主要的版本是2001年的2.0版、2008年的3.0版和2022年發佈的最新的4.0版。
接下來，讓我們來看看USB是如何工作的。
03 USB如何工作？
時，主機將檢測它是什麼類型的設備，並自動加載一個允許該設備運行的驅動程序。
數據在兩個設備之間以被稱為 "數據包 "的少量形式傳輸。每個數據包都有一定數量的字節，傳輸包括數據的來源、數據的目的地、數據的長度、已檢測到的任何錯誤的細節。
而USB線能夠同時傳輸電源和數據。為了實現這一點，每條USB電纜都有兩組電線。一組傳輸電流，另一組傳輸數據信號。
在標準的USB 2.0接口中，你可以看到四個金屬條。外面的兩根金屬條是電源的正極和地線。中央的兩條專門用於傳輸數據。
如果剝開USB線，那麼紅色是正極線，而咖啡色是地線，藍色和黃色則是數據線
而在較新的USB 3.0接口中，由於增加了額外的數據傳輸條，數據傳輸速度得到提高；四條額外的信號線幫助USB 3.0實現其高速度。
而在電腦端，現代主板（如intel處理器主板的南橋PCH）或者處理器自身內部（例如AMD銳龍處理器），有一個名為USB主機的部分，它包含兩個關鍵組成：USB控制器和根集線器（hub）。
USB控制器（controller）是一個發出所有指令、管理電源傳遞等的小型處理單元。像所有這樣的集成電路一樣，它需要驅動程序才能正常工作，但這些驅動程序幾乎總是內置於操作系統中了。
而根集線器（root hub）是將USB設備連接到計算機的主要設施。最新的規範允許最多5個集線器鏈，單個USB控制器必須支持最多127個設備。
集線器和設備通過一組邏輯管道相互通信，每個附加的外圍設備最多有32個通信通道（16個上行，16個下行）。大多數只使用一小部分，並在需要時啟用。
當主機上電時，設備插入 USB口時，控制器會拾取其中一個數據引腳上的電壓變化，啟動一個稱為設備枚舉的過程：首先重置外圍設備，以防止其處於不正確的狀態，然後控制器讀取所有相關信息（例如設備類型和最大數據速度）。查詢完連接到總線的所有設備，併為每個設備分配一個地址。
而邏輯管道可以簡單地按它們正在做的事情進行分類和管理：發送/接收指令或傳輸數據。
例如，USB掃描儀只會將數據發送到集線器，而打印機只會接收數據。硬盤、網絡攝像頭和其他多功能設備同時執行這兩項操作。
實際上，這套系統一次只能管理一個設備（因為USB只是串行總線），但控制器可以非常快速地在它們之間切換，給人的印象是它們都是可有同時操作的。
04 不斷變化的混亂標準
當USB 2.0在2001年完成時，總線提供了更高的時鐘速率，峰值為每秒480 Mbits的帶寬 。還有什麼比“全速”更快？當然是“高速”。
這種命名混亂在 7 年後 3.0 版出現時達到了頂峰。
兩條數據線已經達到了最大容量，繼續提高帶寬的唯一方法是添加更多引腳。最初的USB設計考慮到了這樣的變化，這就是為什麼A接口相對寬敞且沒有雜亂的原因。
這些額外的引腳允許數據同時雙向流動（即雙工模式），並提供5 Gbps的理論峰值帶寬。由於這些通道位於舊通道上方的空間中，因此USB 3.0接口保留了完全的向後兼容性。
4 個引腳用於 1.1/2.0，5 個數據引腳（背面）用於 3.0
而3.1版本於2013年推出，擁有更快的數據通道（10 Gbps），但由於某種原因，此修訂版被標記為USB 3.1 Gen 2。
為什麼是第二代？因為此時把 3.0 更名為 3.1 Gen 1！
而 USB 3.2 規範在 5 年後問世時，USB 標準組織決定，3.2 的進一步功能（高達 20 Gbps）需要再次重命名：
USB 3.1 Gen 1 –> USB Gen 3.2 1×1
USB 3.1 Gen 2 –> USB Gen 3.2 2×1
看看技嘉主板上的這個IO背板：
總共有 10 個 USB 端口，涵蓋 3.2 規範的兩個不同版本和兩種類型的接口（稍後會詳細介紹）。無論是顏色編碼還是技嘉自己的網站都沒有確切地告訴你它是哪個版本——它們都被標記為USB 3.2，但為什麼有些是藍色的，有些是紅色的？
而最近發生了另一項重命名工作，USB組織建議製造商使用SuperSpeed USB 5 Gbps，SuperSpeed USB 10 Gbps等，這隻會凸顯USB變得多麼混亂。
當USB4（這不是錯字，不是USB 4.0）在2019年推出時，實際上變得更加混亂，因為USB組織很快就宣佈Thunderbolt 3將集成USB4 ……
USB 的進一步修訂出現在 2022 年 4 月，以 USB4 2.0 的形式提供更快的數據傳輸速率和改進的向後兼容性。不久之後，又一次嘗試整理命名約定，為USB電纜和端口提供了大量新徽標。
最終，有了USB4，與舊接口的聯繫被永遠放棄了，它是USB-C口標準。
但我們還需要很多年才能告別A口，不是嗎？
文章轉載自鈦師父