2024年4月5日发(作者：)

USB概述

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3.3 USB总线技术

3.3.1 USB的产生

USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)是一种应用在计算机领域的

新型串行接口技术，最早是由Compaq、Intel、Microsoft等多家公司于1994

年11月共同提出的，其目的是用USB来取代PC现有的各种外围接口，使外围

设备(简称外设)的连接具有单一化、即插即用、热插拔等特点。它的出现大大简

化了PC机和外设的连接过程，使PC机接口的扩展变得更加容易。可以说，USB

是计算机外设连接技术的重大变革。

一、背景

在USB产生之前，外设与PC工程队机的通信主要是通过PC机主板所提

供的各种接口来实现的，如ISA接口、PCI接口、PS／2接口、串行接口、并行

接口等。这些老式的接口最初是由IBM公司在20世纪80年代早期设计提出的，

存在很多缺陷：

(1)它们是非共享式接口，只支持单个外设的连接，即在同一时刻一个接口

只能连接一个外设。而当前Pc机接口的数量是有限的，根本无法满足大量外设

连接的需要。这时，PC机的可用接口数就显得越来越紧张了。

(2)这些接口的体积庞大。它们几乎占用了PC机主板面积的一半，而硬件

厂商不可能无限制地增加主板的面积来扩充这些老式的接口。而且，大体积的

接口不利于PC机外设的小型化。

(3)这些接口的规格不一。当用户需要把一些外设连接到PC机时，他们不

得不面对种类繁多的I／O扩展槽和外部端口，这会使用户觉得很不方便。

(4)这些接口采用传统的I／O模式。外设被映射为CPU的I／O地址空间，

并被分配一个指定的IRQ(中断请求)，或是一个DMA通道。这种模式会带来诸如

I／O地址冲突、所指定的IRQ已被别的外设占用等问题。这时用户需要采用手

工的方法设置一些开关和跳线以重新配置这些设备，有时还必须翻开机箱盖，

而且在设置完毕后，用户必须重新启动计算机，才能使这些新的配置生效。不

管对外设的开发者还是使用者来说，这个过程都相当繁琐。

为了克服老式接口的上述缺陷，PC机制造商和用户迫切需要一种新型的外

设连接方式。这时USB应运而生，它是一种快速、双向、同步、廉价，并支持

热插拔功能的串行接口。它支持多个外设的连接，一台PC机(含一个USB主控

制器时)可以连接多达126个USB外设；而且所有外设上行接口的规格都是相同

的，用户可以简单方便地将其连入PC机。USB的即插即用(Plug and Play)和热

插拔功能，使得用户可以在不断电的情况下直接将USB外设连接到PC机上，并

马上被操作系统所识别。所以，USB为外设的连接提供了一个很好的解决方案。

表1.1把USB和其他常用计算机接口进行了比拟。