USB简介

它是个外部汇流排标准，可以将具有「随插即用(Plug and Play；PnP)」能力的硬体周边设备(例如：键盘、滑鼠、硬碟等)连接到电脑上，免除必须安装介面卡和重新设定系统设备、重开机的麻烦，只要周边已经连上电脑，USB就会自动侦测和设定系统；这种类似「热插拔(Hot Swap)」的功能，就是当初USB上市吸引众人目光的地方。

在(图一)中，USB的网路允许同时连接的周边最多可以达到127个。它的树状结构网路是由「根路由器(Root Hub)」、路由器和装置(device)构成，装置是最后的节点(Node)或称之为「树叶(leaf)」；这种树状结构最多可以扩展到第五层(Fifth Tier)，而每个节点离路由器最远距离是5公尺。图一中有三种USB的构成元件：

《图一　USB连接图》

一、Host

也称作Root、Root Tier或Root Hub，被内嵌在主机板上或以介面卡方式安装在电脑内，负责USB汇流排的所有讯号流量控制，也具有一般路由器的功能；电脑Host控制器必须遵守OpenHCI或UHCI标准。

二、Hub

提供通讯埠(Port)给装置使用，以便它们连上USB汇流排。在图一中，Root→Hub→Node等构成的连结，基本上就是USB汇流排的延伸。 Hub负责侦测任何装置的加入(attach)和退出(detach)，并且提供加入装置所需的电源；依电源管理的不同，Hub和装置可以分成「汇流排供电」及「本身供电」。本身供电是指Hub的电源来自于外部，而不是来自汇流排，其装置或Hub可以插入汇流排供电的Hub中，但是汇流排供电的Hub最多可以支援4个通讯埠，而1个汇排供电的装置最多只能从Hub上获得100mA。

三、Device

连接到上述通讯埠的装置，可以是Hub或者是一般的周边装置。电脑萤幕一般而言是属于周边装置，但如果它内建有通讯埠，可以外接USB键盘及滑鼠，那么这种萤幕就不只是一般的周边装置，而是Hub。任何USB装置加入USB汇流排时，视窗作业系统都会对此装置做「侦测(Detection)」和「细数(Enumeration)」的程序，以决定使用何种驱动程式驱动它，并且设定识别码和启动它，以备使用者利用软体操作此装置。

USB特性与应用

一、USB应用

利用USB连接到电脑的装置有：监视器、音频I/O装置、电话、数据机(Modem)、扬声器、键盘、滑鼠、网路卡、摇杆(Joystick)、扫瞄器、印表机、窄频视讯装置、数位相机(DSC)、资料搜集装置、数位转换装置等。此外，USB也支援ISDN、数位化PBX、WLAN(IEEE 802.11)及Bluetooth等有线无线通讯装置。

二、USB特性

1.USB接头和接线统一规范

USB清楚地规定了Type A接头给USB Hub使用，Type B接头给USB周边装置使用，而且这两种接头可以是Connector或Socket，但是，Type A和Type B只能「异类相连」，绝不会「同类相连」。因此，使用者不须担心会有用错Cable的困扰，这大幅改善了传统电源线、电话线、RS-232接线及接脚必须跳线或不同对的窘境，也提高了消费者的购买意愿。

2.传输率

USB支援四种资料传输模式：「中断」、「控制」、「整批(BULK)」及「同时(Isochronous)」。 「同时」和「中断」维持频宽和传输率不变，而「整批」和「控制」可自行调整使用最佳频宽，但是10%的汇流排频宽是保留给「整批」和「控制」传输使用的。如果是传送多媒体资料时，必须保证传输率不变，所以应该使用「同时」或「中断」模式。 USB HOST将传输率和传输顺序指定给资料流，USB依照装置所需的频宽提供下列最大传输率：

• (1)1.5Mbps：提供给不需要大量频宽的装置，例如：滑鼠、键盘。





• (2)12Mbps：属同时传输模式，提供给需要大量频宽的装置，例如：电话、数据机、扬声器、扫瞄器、视讯装置、印表机。

3.支援「随插即用」

在任何时候都可以将USB插入电脑系统。 USB Hub驱动程式「细数」周边装置，并且通知系统有新装置已加入。

4.位址自动设定

USB使用「描述器(descriptors)」来辨识装置和它们的能力及使用的通讯协定。序列号码(S/N)产生PnP ID，埠位址指明装置是连接到那个Hub的通讯埠上，如果装置不提供序列号码，USB就使用该装置埠位址。

5.支授电源管理功能

USB支援三种电源模式:On、Suspend及Off。当装置处于Suspend模式时,它随时可以「清醒」回到On模式,这是类似「省电」或「睡眠」模式。

6.USB驱动介面

USB装置驱动程式(例如：人机介面驱动程式是提供给滑鼠、键盘和摇杆使用的)、USB驱动程式堆叠和USB驱动程式介面是USB驱动介面的组成单元。在Windows 98中，USB驱动介面是归属在WDM内；(图二)是Windows 98的USB驱动程式架构，细分包含下列模组：

《图二　USB驱动程式架构》

(1)Usbhub.sys:是USBHub驱动程式,负责细数所有的周边装置。

(2)Usbd.sys：是USB类别驱动程式。

(3)Uhcd.sys：是USB Host控制器的驱动程式(Universal Host Controller Driver)。

(4)Uhcd.sys:Open Host Controller Driver,也是USB Host控制器的驱动程式。

此外，Hidclass.sys是WDM的输入类别驱动程式，负责自「迷你驱动程式(min​​idriver)」处读取或传送HID资料。 Hidusb.sys是HID装置驱动程式，被安装在人机介面上，可以将滑鼠或键盘等周边装置输出的讯号透过USB传给USB Hub。在周边装置驱动程式和USB驱动程式堆叠之间存在着「USB驱动程式介面(USBDI)」，每当新装置加入时，I/O要求封包(I/O Request Packet)即被传送到USBDI，进入USB驱动程式堆叠，如(图三)所示。

《图三　USB周边装置加入Win98系统产生IRP》

IEEE 1394简介

1394汇流排也称作FireWire，可以应用在宽频电脑和其周边上，例如数位录影机(Camcorder)、相机和视讯播放机等；WDM支援1394，并遵守OpenHCI标准。一条1394汇流排最多可以连接63个周边装置，且1394汇流排可以相互连接，使其网路连接的周边装置数量超过64000个，这真是惊人的数目，而1394保证所有周边装置可以平等地撷取频宽，绝不会顾此失彼。 (图四)是IEEE 1394汇流排的接线图，而其四个构成元件分述如下：

《图四　IEEE 1394汇流排接线图》

1.装置：连接到汇流排上。 1394周边装置最多不可超过27个，而装置可以串接，最多可串接到16个装置。 Windows 98在开机时即重设(reset)1394汇流排，并分配位址给1394周边装置，之后若加入或退出，Windows 98也会自动侦测，并分配位址或删除位址。

2.分岔器(Splitter)：提供额外的1394通讯埠，使1394网路扩张。

3.桥接器(bridge)：位在汇流排的特定区域，阻绝资料，讯号到末端装置不会衰减。

IEEE 1394特性与应用

接头

1394接头是自任天堂(Nintendo)Game Boy接头改良来的，其Cable包含两个电源接头和两个TP(Twisted Pairs)，TP是用来传收资料用的。

资料传输率

IEEE 1394目前支援三种传输率：S100(98.304Mbps)、S200(196.608Mbps)及S400(393.216Mbps)；更高的传输率正在开发当中。不同传输率的周边装置可以串连，传输率将依所连接的周边装置之传输率不同而升降，但是，即使是连到低速装置，传输率会等于该装置的最大传输率，而不会低于它的最大传输率。

1394只支援「同时」和「非同步」传输协定，在同时模式下，传输率是固定的，所以适合多媒体应用。如果在1394汇流排上没有「同时模式」的资料流存在，则「非同步」资料可以被传送；如果有，则「非同步」资料将被延迟传送。

随插即用

1394装置可以随时加入或退出Windows 98系统。

IEEE 1394标准

1394标准目前仍不断被更新中。下列是较重要的几项标准：

1.OpenHCI：电脑Host控制器硬体标准介面，类似IDE，企图借标准化的软硬体规格以扩大市场需求。

2.SBP-2：是一种传输协定(transport protocol)，可普遍应用在非常广泛的周边装置上，能使周边装置的开发时程缩短。

3.装置电源管理：中央电源管理机制，标准化的电源控制，结合微软「OnNow」技术，周边制造商可以自行设计出不同的应用例如电玩装置、资讯家电等。

4.「随插即用」参考：有助于解决相容性问题，提供可程式化的ROM软体架构参考资料、汇流排管理，及机构设计等，可令使用者容易操作的设计指南。

上述标准是厂商们务必要遵守的，如果只遵守其中几项，很有可能会产生无法和其它1394装置相容的问题。

USB和1394的比较

USB和1394是应用在不同种类的装置上，如前述，1394是应用在需要宽频的装置上，而USB则应用在传统的窄频装置上，因此在目前消费市场中，USB的名声是比1394响亮多了，毕竟低价者是占绝对优势的。不过长期而言，1394仍是可称雄的。

微软计划将「简易互动PC(Simply Interactive PC；SIPC)」推广到不会使用PC的族群里，在此SIPC中，1394和USB是必备的汇流排，而WDM、OnNow更是不可或缺的。此外，微软也力推一系列的MicroSoft.Net产品，这些产品所使用的汇流排正是1394和USB，而且互不相斥；由此可见微软在网路时代里抢占网路作业系统或IA OS霸主的雄心壮志。 (作者电子信箱：su2b08@ms24.hinet.net)