万用串列汇流排（USB）为一种开放性架构的介面标准，1997年起被广泛应用在PC主机板上，1998年所推出的iMac更仅搭载两种I/O介面，即USB与乙太网路（Ethernet）。初版的USB规格（1.0与1.1）支援每秒最高1MB的传输速率，约等于每秒12Mb的位元传输率。而Windows 98则为第一套支援USB的作业系统，内建支援各种装置的驱动程式，包括滑鼠、键盘与扬声器等。由于看好UBS的发展，包括微软（Microsoft）、英特尔（Intel）、飞利浦（Philips）、惠普（HP）、康柏（Compaq）、恩益禧（NEC）及朗讯（Lucent）等业界领导厂商，不约而同的加入USB 建置者论坛（USB-IF），积极参与USB技术规格的制定，并于2000年4月发表了USB 2.0规格版本，加入高速（high-speed）的传输技术规格，每秒可传送480Mb的资料，比USB 1.1版本整整高出40倍。

Mass Storage为应用主流

适用USB 2.0的周边装置主要为硬碟、CD-RW烧录机、DVD光碟机与快闪记忆卡等高容量储存系统（Mass Storage）。多年来USB已为各种可携式装置提供一套标准传输介面，USB 2.0将近0.5Gb的速度标准，更是一举突破了以往USB介面传输速度的瓶颈。现在，透过USB介面由电脑内部将档案复制到储存装置上，速度远高于两部内接式储存装置透过UDMA介面复制档案时的传输速度。

USB 2.0在改良USB 1.1时，也一并考量到各种磁碟应用，如将封包从64位元组加大至512位元组，让承载容量与硬碟机的磁区单位（sector）相同；讯号传输速度则提升至每秒将近0.5Gb，与UDMA/66相同，如（表一）。 USB 2.0所能提供的充裕频宽，可轻易支援350倍速的CD-ROM光碟机，也就是现今市面上最快的硬碟机。

USB 2.0介面磁碟机的最大优点就是可提供使用者简易的操作模式（ease-of-use）。研发初期，USB便预计被发展成一套真正的随插即用介面（plug-and-play），使用者仅需将USB 2.0磁碟机连结上个人电脑就可立即使用。由于USB 2.0具备向下相容性（backward compatible），若将USB 2.0磁碟机插入旧版的USB主控端时，仍可正常运作，反之亦然。然而，这种方便的使用特性事实上是需透过许多复杂的指令转译机制，以及一系列业界标准的支援，让资料从作业系统（OS）传送至磁碟机本身时，负责执行各种转换作业。以下我们将以USB 2.0磁碟机为例，层层剖析各个功能层，让读者了解与运用此装置的所有步骤。

《图一 USB 2.0接口的PCMCIA卡》

装置驱动程式

最外层的元件为作业系统内部的装置驱动程式。为了让厂商减少撰写装置驱动程式的人力与成本花费，USB建置者论坛（USB IF）研发了许多标准详述规格（Class Specifications），每一个Class Spec都是一种独立于作业系统外的规格（ OS-independent），定义了USB装置在汇流排上的工作细项，让作业系统厂商仅需开发一套驱动程式，便可支援所有的扫瞄器或磁碟机。现今支援USB 2.0高容量储存装置的Class Spec大都已被建置成许多作业系统的标准元件，如微软的Windows 2000、Windows ME与最新的Windows XP、Mac的OS 9.6系统及之后的作业系统及Linux等系统，均已内建USB 2.0的驱动程式与相关支援技术。另外更针对硬体厂商，研发了支援Windows 98这类较旧型作业系统的程式。

Class驱动程式指令

下一个功能层便是检视通过高容量储存Class驱动程式的指令。高容量储存Class Spec采用SCSI介面中的多组指令区块规格来支援所有装置，如支援软碟机的UFI、支援快闪装置的RBC及支援光碟机的SFF 8020，并让装置执行32位元LBA定址存取，提供总容量可高达2TB（比原型PC XT硬碟机的容量大20万倍）的磁碟或磁碟阵列，而这些SCSI指令会透过供指令与资料分享的单对USB端点（endpoint）进行传送。

指令区块封装资料单元

每个转译作业都从指令区块封装（Command Block Wrapper；CBW）资料单元开始，资料单元内储存了指令、传送方向、预估转译长度与一组独特的标签。当装置接收到CBW后，主机（host）会先启动指令的资料传输阶段。资料传输阶段由主机成功传输后，或是装置在传输失败或非预期传输时可予以中止。在指令的资料传输阶段过后，装置会传送一组指令状况封装（command status wrapper，CSW）资料单元至主机，告知资料传送成功或失败，以及当资料阶段终止时，尚有多少位元等待传送。

IDE指令支援转译机制

PC内接式磁碟机的主流为IDE介面磁碟机。因高容量Class Spec仅使用SCSI指令集，故下一层使用的指令转译机制还必须支援IDE装置。每组SCSI指令都须由USB-ATA桥接元件进行转译，分割至暂存器，并分别写入IDE LBA暂存器、磁区数量暂存器（sector count register）与指令暂存器。这种转译步骤将会大幅增加桥接解决方案的复杂度，所以各种桥接解决方案的指令不仅具有相当多种类，SCSI转译作业的精准度也不同。

磁碟机电子介面

最内层就是连结至磁碟机的电子介面。不过幸运的是，磁碟机制造厂商透过由NCTIS的T13小组研发维护的ATA/ATAPI介面标准，让所有厂商的产品都能达到极佳的彼此相容性。 ATA/ATAPI介面标准采用常见的40针连结线支援每秒3MB的传输速度，最高可达到UDMA/33（每秒33MB）。附有40针接头连结器的80针排线不仅具备回溯相容能力，更提供每秒133MB的传输速度。以上这些特色，让ATA/ATAPI介面被现今市面上所有USB与各种高容量装置的桥接元件采用。

尽管以上介绍这么多的功能层，但要研发一套USB 2.0高容量储存装置必需投入的电子工程资源却相当少。 OEM厂商所研发的主要元件包括磁碟机电源供应器与被称为「后挡板」（tailgate）的ATA-to-USB转译机板，因为转译机板就像卡车的后档板一样附加在磁碟机的后侧。磁碟机通常采用与PC内部相同的ATA介面，虽然有些是透过USB介面支援。选择适当的USB-to-ATA桥接装置是项重要的工作。

结论

USB 2.0标准正从实验室开始迅速发展成为市场主流。 2000年4月，支援USB 2.0规格的PCI主控器元件已在出现在零售市场，Windows XP与Windows 2000等作业系统则内建了USB 2.0的支援能力，配备了USB 2.0支援功能的电脑与主机板将成为标准规格，取代现今普及率极高的USB 1.1版本。结合简易使用特性与卓越的效能表现等特性，USB 2.0磁碟机将延续现有USB 1.1主控端控制器的高普及率，让USB 2.0成为真正的万用串列汇流排，带给使用者最大的利益。 （作者任职于柏士半导体）