一、USB的定义
USB是英文UniversalSerialBus的缩写，中文含义是“通用串行总线”。它不是一种新的总线标准，而是应用在PC领域的新型接口技术。早在三年以前，就已经有PC带有USB接口了，但由于缺乏软件及设备的支持，这些PC机的USB口都是闲置未用的。1997年，微软在WIN95OSR2（WIN97）中开始用外挂模块提供对USB的支持，1998年后随着微软在Windows98中内置了对USB接口的支持模块，加上USB设备的日渐增多，USB逐步走进了实用阶段。
现在电脑系统接驳外围设备的接口并无统一的标准，如键盘的插口是圆的、连接打印机要用9针或25针的并行接口、鼠标则要用9针或25针的串行接口。USB把这些不同的接口统一起来，使用一个4针插头作为标准插头。通过这个标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，并且不会损失带宽。也就是说，USB将取代当前PC上的串口和并口。
USB需要主机硬件、操作系统和外设三个方面的支持才能工作。目前的主板一般都采用支持USB功能的控制芯片组，主板上也安装有USB接口插座。Windows98操作系统是支持USB功能的。目前已经有很多USB外设问世，如数字照相机、计算机电话、数字音箱、数字游戏杆、打印机、扫描仪、键盘、鼠标等
USB规范中将USB分为五个部分：控制器、控制器驱动程序、USB芯片驱动程序、USB设备以及针对不同USB设备的客户驱动程序。
•控制器（HostController)主要负责执行由控制器驱动程序发出的命令。
•控制器驱动程序(HostControllerDriver)在控制器与USB设备之间建立通信信道。
•USB芯片驱动程序(USBDriver)提供对USB的支持。
•USB设备(USBDevice)包括与PC相连的USB外围设备，分为两类,一类设备本身可再接其它USB外围设备,另一类设备本身不可再连接其它外围设备,前者称为集线器(Hub),后者称为设备(Function)。或者说,集线器带有连接其它外围设备的USB端口,而设备则是连接在计算机上用来完成特定功能并符合USB规范的设备单元。
•设备驱动程序(ClientDriverSoftware)就是用来驱动USB设备的程序，通常由操作系统或USB设备制造商提供。
针对设备对系统资源需求的不同，在USB规范中规定了四种不同的数据传输方式：
•等时传输方式(Isochronous)该方式用来联接需要连续传输数据，且对数据的正确性要求不高而对时间极为敏感的外部设备，如麦克风、嗽叭以及电话等。等时传输方式以固定的传输速率，连续不断地在主机与USB设备之间传输数据，在传送数据发生错误时，USB并不处理这些错误，而是继续传送新的数据。
•中断传输方式(Interrupt)该方式传送的数据量很小，但这些数据需要及时处理，以达到实时效果，此方式主要用在键盘、鼠标以及操纵杆等设备上。
•控制传输方式(Control)该方式用来处理主机到USB设备的数据传输。包括设备控制指令、设备状态查询及确认命令。当USB设备收到这些数据和命令后，将依据先进先出的原则处理到达的数据。
•批(Bulk)传输方式该方式用来传输要求正确无误的数据。通常打印机、扫描仪和数字相机以这种方式与主机联接。
随着大量的支持USB的个人电脑的普及以及Windows98的广泛应用，USB逐步成为PC机的一个标准接口已经是大势所趋。最新推出的PC机几乎100％支持USB。另一方面：使用USB接口的设备也在以惊人的速度发展。
二、USB的历史发展
在谈论USB技术之前不妨让我们来看看这几年外设与接口技术的发展历程。过去的二十年中，个人计算机的外设一直比较简单，常常用到的是鼠标、打印机。尽管个人计算机由AppleⅠ发展到今天的PentiumⅢ，在计算性能和应用领域方面提升了许多，而串口与并口却多少年来一成不变地位于主机箱的背后，在功能和结构上没有什么变化。
串口的出现是在1980年左右，数据传输率是115kbps－230kbps，串口一般用来连接鼠标和Modem；并行口的数据传输率比串口快8倍，标准并口的数据传输率为1Mbps，一般用来连接打印机、扫描仪等。原则上每一个外设必须插在一个接口上，如果所有的接口均被用上了就只能通过添加插卡来追加接口了，当然机器内部可增插卡的数量还受到计算机上插槽个数的限制。多功能卡的出现，及有些厂家针对自己的产品线开发的自家适用的通用接口，很大程度上是为了解决多种设备连接到主机及提高传输速率而出现的解决方案。
1994年Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、NorthernTelecom等世界上著名的七家计算机公司和通讯公司成立了USB论坛，大概花了近两年的时间才形成统一的意见，于1995年11月正式制定了USB0．9通用串行总线（UniversalSerialBus）规范，而把USB接口真正设计在主板上用了一年的时间。1997年开始有真正符合USB技术标准的外设出现。USB1．1是目前推出的支持USB的计算机与外设上普遍采用的标准。在今年2月23日的Intel开发者论坛大会上，介绍了USB2．0规范，该规范的支持者除了原有的康柏、Intel、微软和NEC四个成员外，还有惠普、朗讯和飞利浦三个新成员。USB2．0将向下兼容USB1．1，数据的传输率将达到120Mbps～240Mbps，预备支持宽带宽数字摄像设备及下一代扫描仪、打印机及存储设备。
目前普遍采用的USB1．1主要应用在中低速外部设备上，它提供的传输速度有低速1．5Mbps和全速12Mbps两种，一个USB端口可同时支持全速和低速的设备访问。
低速的USB带宽（1．5Mbps）支持低速设备，例如显示器、ISDN电话、调制解调器、键盘、鼠标、游戏手柄、扫描仪、打印机、光驱、磁带机、软驱等。全速的USB带宽（12Mbps）将支持大范围的多媒体和电话设备等。
继USB之后，另一个称为USBFIREWIRE(即IEEE1394)的接口技术正在从实验室步入市场领域，这种新型的接口比USB更为强大而稳定。不过正如USB的发展一样，IEEE1394也需要几年时间才可以形成气候。Intel、Microsoft、IBM、Compaq等大公司都已在USB技术上注入了大量的研发力量。USB的存在是PC机简单化、小型化的功臣之一。
IEEE1394也是一种高效的串行接口标准。IEEE1394可以在一个端口上连接最多63个设备，设备间采用树形或菊花链拓扑结构。IEEE1394标准定义了两种总线模式，即：Backplane模式和Cable模式。其中Backplane模式支持12.5、25、50Mbps的传输速率；Cable模式支持100、200、400Mbps的速率。目前正在开发1Gbps的版本。在400Mbps时，只要利用50％的带宽就可以支持不经压缩的高质量数字化视频信息流。
1998年9月，美国Apple公司推出iMac，其主机和显示器是结合在一起的，整个机身呈流线型。iMac的键盘和鼠标都是USB接口的，iMac最具震憾性的特点，除了外型，就是全面利用USB界面，原本连接键盘、鼠标的串口和SCSI接口都已消失。
虽然USB0．9规范已于1995年11月正式制定完成，并立即分发给外设和芯片组开发商，而且当年6个月后Intel公司就宣布了首批可支持USB的芯片组———In?tel430HX以及430VXPCIset，但此后一直没有可与这一芯片组相互配合的外设产品。1996年USB端口已出现于许多计算机的后端，但这些端口也沉默了一年多的时间，因为市场上的USB设备极少，并且缺乏相应的软件支持，用户无法很好地利用这一技术。
去年6月，MicrosoftWindows98的推出后，彻底改变了这一状况，因为这一操作系统提供了对USB的全面支持。目前USB已得到了一个由450家技术公司组成的技术联盟的支持，据Dataquest报告：1998年配有USB的PC数量将增长300％，达到1．36亿台。预计这一标准将在2001年将出现在大约100％的台式PC和80％的笔记本计算机中。同时USBIF今年5月宣布，有超过220种USB外设已通过与其他USB设备或系统间的互操作测试，较年初又有50％的增长。他们预计1998年将有100种外设通过测试。
目前USB已成为Windows98的一个关键部件，并很快还将会在WindowsCE和WindowsNT5．0的下一个版本中得到支持。当前Apple的平台已提供对USB的支持，预计今后Sun和Digital的平台也将会提供对这一技术的支持。
一些业界领导表示，未来的PC将是一个密封设备，所有外设都将通过USB或其他外部接口连接。从理论上说，USB将使用户可同时连接127台外设。加上即插即用技术，插接外设不用关机，比起PS/2、串联、并联或SCSI总线，使用上方便许多。
三、USB的特点
1、使用方便
使用USB接口可以连接多个不同的设备，而过去的串口和并口只能接一个设备，因此，从一个设备转而使用另一个设备时不得不关机，拆下这个，安上那个，开机再使用，USB则为用户省去了这些麻烦，除了可以把多个设备串接在一起之外，USB还支持热插拔。
在软件方面，USB设计的驱动程序和应用软件可以自动启动，无需用户做更多的操作，这同样为用户带来极大的方便。
USB设备也不涉及IRQ冲突问题。USB口单独使用自己的保留中断，不会同其它设备争用PC机有限的资源，同样为用户省去了硬件配置的烦恼。
2、速度够快
速度性能是USB技术的突出特点之一。USB接口的最高传输率可达每秒12Mb，比串口快了整整100倍，比并口也快了十多倍。
3、连接灵活
USB接口支持多个不同设备的串列连接，一个USB口理论上可以连接127个USB设备。连接的方式也十分灵活，既可以使用串行连接，也可以使用中枢转接头(Hub)，把多个设备连接在一起，再同PC机的USB口相接。在USB方式下，所有的外设都在机箱外连接，连接外设不必再打开机箱；允许外设热插拔，而不必关闭主机电源。USB采用“级联”方式，即每个USB设备用一个USB插头连接到一个外设的USB插座上，而其本身又提供一个USB插座供下一个USB外设连接用。通过这种类似菊花链式的连接，一个USB控制器可以连接多达127个外设，而每个外设间距离(线缆长度)可达5米。USB能智能识别USB链上外围设备的插入或折卸，USB为PC的外设扩充提供了一个很好的解决方案。
4、独立供电
普通的使用串口、并口的设备都需要单独的供电系统，而USB设备则不需要，因为USB接口提供了内置电源。USB电源能向低压设备提供5伏的电源，因此新的设备就不需要专门的交流电源了,从而降低了这些设备的成本并提高了性价比。
5、支持多媒体
USB提供了对电话的两路数据支持。USB可支持异步以及等时数据传输,使电话可与PC集成,共享语音邮件及其它特性。USB还具有高保真音频。由于USB音频信息生成于计算机外，因而减小了电子噪音干扰声音质量的机会,从而使音频系统具有更高的保真度。
6、USB存在的问题
尽管在理论上，USB可以实现高达127个设备的串列连接，但是在实际应用中，也许串联3到4个设备就可能导致一些设备失效。而且，实际的USB产品中，只有键盘是有一个输入口、一个输出口的设备，其它的则只有一个输入口而已，根本无法再连接下一个USB设备，所以当前的USB应用中，使用Hub来连接多个USB设备是必需的。
另一个问题出在USB的电源上，尽管USB本身可以提供500mA的电力，但一旦碰到高电耗的设备，就会导致供电不足。解决这个问题的办法仍然是使用Hub。因此，配置一个包括键盘、数码相机(摄像机)和扫描仪在内的USB系统，用户还要额外花费七、八百元人民币来购买Hub。另外一个变通的方法，就是串接两个USB设备，对其它的USB设备进行热插拨，不过，这虽然省了钱，却费了事儿。
至于产生问题的原因，USB的开发商认为问题不在于USB接口本身，而是由于USB设备的产品不符合标准造成的。我们姑且不去理会谁该负起这个责任，只是要记得，如果现在指望一个USB口上连接127个设备，别忘了买Hub。
四、USB的应用
到目前为止，USB已经在PC机的多种外设上得到应用，包括扫描仪、数码相机、数码摄像机、音频系统、显示器、输入设备等等。
扫描仪和数码相机、数码摄像机是从USB中最早获益，也是获益最多的两种产品。并口扫描仪，在执行扫描操作之前，用户必须先启动图像处理软件和扫描驱动软件(如Photoshop)，然后通过软件操作扫描仪。而USB扫描仪则不同，用户只需放好要扫描的图文，按一下扫描仪的按钮，屏幕上会自动弹出扫描仪驱动软件和图像处理软件，并实时监视扫描的过程。这是不是方便多了呢?
USB数码相机、摄像机和扫描仪类似，也是“一触即发”的，但它们更得益于USB的高速数据传输能力，使大容量的图像在短时间内即可完成。
USB在音频系统的应用代表产品是微软推出的MicrosoftDigitalSoundSystem80(微软数字声音系统80)。使用这个系统，可以把数字音频信号传送到音箱，不再需要声卡进行数模转换，音质也较以前有一定的提升。
不过，目前的USB音频系统还无法实现音频CD(AudioCD)的播放问题，因此喜欢听CD的朋友还不得不使用声卡传送CD信号到音箱中去。
实际上，USB技术在输入设备上的应用是最成功的。USB键盘、鼠标器以及游戏杆都表现得极为稳定，很少出现问题。
早在1997年，市场上就已经出现了具备USB接口的显示器，为PC机提供附加的USB口。这主要是因为大多数的PC机外设都是桌面设备，同显示器连接要比同主机连接更方便、简单。
目前，市场上出现的USB设备种类越来越多，典型的产品有：DSL的USB“猫”、Iomega的USBZIP驱动器以及eTek的USBPC网卡等等。
五、IEEE1394简介
IEEE1394是一项高速数据传输标准，也就是Apple苹果公司所说的FireWire（火线）或Sony所说的i.Link技术。它在TexasInstruments德州仪器公司则称之为Lynx。不管使用什么样的名称，这些所指的实质都是一项技术，那就是IEEE1394，也就是我们通常所简称的1394。它目前被广泛应用在需要大流量数据传输的领域，支持的产品包括数码相机、摄像机和移动存储设备等产品中。
●IEEE1394适配线结构
IEEE1394适配线的切面示意图
从图中我们可以看出，IEEE1394内部总共有6条铜质导线，其中2条用于设备供电，4条用于数据信号传输。IEEE1394可以通过串联线为接驳设备供电，但是对磁盘驱动器这类电量要求较高的设备，还是可能会出现供电不足的情况，这个时候还需要给设备辅助供电才能正常工作。
IEEE1394适配线的接口示意图
IEEE1394支持两种不同的连接器。最早苹果公司开发的IEEE1394接口是6针的（所谓的6PIN接口）。后来，SONY公司看中了它数据传输速率快的特点，将早期的6针接口进行改良，从新设计成为现在大家所常见的4针接口，并且命名为i.Link（所谓的4PIN接口），并专门设计了与之搭配的新型连接器。这种连接器如果要与标准的6导线线缆连接的话，需要使用转换器。因为小型线缆不提供电源线，所以与之连接的设备只能使用外部电源供电。
●IEEE1394适配线选购标准
在IEEE1394规范的白皮书中已经详细规定其适配线的生产标准，但是由于这项规范并不是硬性的生产标准，造成相关的线材非常混乱，而且质量也参差不齐。
●电磁屏蔽
任何电子设备的信号线都应该屏蔽！屏蔽的作用主要就是避免外界信号和杂波的干扰，以及内部信号的泄露。实际使用中，这些信号干扰和泄露的现象，往往会造成信号传输质量的大幅下降以及传输错误率的增加。
在普通屏蔽布线系统的外面加上金属屏蔽层，利用金属屏蔽层的反射、吸收及趋肤效应实现防止电磁干扰及电磁辐射的功能，屏蔽系统综合利用了双绞线的平衡原理及屏蔽层的屏蔽作用，因而具有非常好的电磁兼容（EMC）特性这里有必要说明的一点是，屏蔽层的材料对于最终屏蔽效果的影响非常之大，相关材料检验报告就可以看出来。如果是使用不符合标准的PVC材料，或者用不够纯度的铝薄来做屏蔽层材料，那最终他们能达到的也只是“装饰效果”。
●接口工艺接口工艺处理如何也是广大消费者特别容易忽视的一个问题。因为IEEE1394连接线属于即插即用的线材，所以线材接口使用的频率是非常高的。假如接口的几何特性不符合IEEE1394白皮书的规范，很容易增加接驳过程中难度，甚至会损坏相关设备的接口部分。假如接口使用的材料不符合标准的话，长时间使用很可能会造成接口变形或者塑料部分破碎，最终导致信号线的报废。
一般IEEE1394连接线接口部分的钢套硬度较高，手用力按基本不会变形。塑料部分韧性和弹性都不错，手按会有少许形变，但绝对不会碎裂，一松手马上就可以恢复原形。
IEEE1394标准具有多项优点：
1）支持热拔插和即插即用，提供了点对点的传输功能，使其不一定需要通过电脑就可以进行设备间的数据传输，只要有任何一个新的设备加入，该设备便会自动取得一个识别号（ID），而非传统的地址；2）在传输方式上，它同时可支持同步与异步传输模式；3.IEEE1394规格支持100Mbps，200Mbps和400Mbps的数据传输率，而USB1.1规格的数据传输率仅为12Mbps；4.IEEE1394是横跨PC及家电产品平台的一种通用界面，适用于大多数需要高速数据传输的产品，如高速外置式硬盘、CD-ROM、DVD-ROM、扫描仪、打印机、数码相机、摄影机等；5.IEEE1394最多可支持63个节点的1394设备串联；6.IEEE1394的规格允许两结点间的距离最大为4.5米；6.没有所有权的限制，用户不用付额外的许可费用；7.不需要驱动，IEEE1394支持即插即用，现在的WIN98SE、WIN2000、WINME、WINXP都对IEEE1394支持的很好，在这些操作系统中用户不用再安装驱动程序，也能使用IEEE1394设备。
IEEE1394分为两种传输方式，其中：Backplane模式最小的速率也比USB1.1最高速率高，分别为12.5Mbps/s、25Mbps/s、50Mbps/s。可以用于多数的高带宽应用；Cable模式是速度非常快的模式，其分为100Mbps/s、200Mbps/s和400Mbps/s几种，在200Mbps/s下可以传输不经压缩的高质量数据电影。苹果公司预计将来会推出1Gbps/s的IEEE1394技术。
六、SerialATA、IEEE1394与USB2.0的区别
说起SerialATA、IEEE1394、USB2.0这些设备的规格，就先得简单解释一下这些接口。
先来说说SerialATA：
提到SerialATA这个名字，相信关心IT业的用户是不会太陌生的。SerialATA中文意思就是串行ATA，是由Intel英特尔首先在IDF2000（英特尔开发者论坛）提出的。Intel英特尔认为由于用户对硬盘接口带宽要求越来越高，传统的并行ATA接口类型虽然还有一定的发展余地，但并行ATA所支持的最高数据传输率不可能无限制地提高，这就需要有一种新的技术来改变并行ATA接口的缺点，因此，SerialATA终于在2001年确定了技术标准。而且SerialATA同时得到了Dell、IBM、希捷、迈拓等公司的强力支持，SerialATA的前景是非常的广阔的！
我们再来看看IEEE1394:IEEE1394，又称作“Firewire”即“火线”。早在1985年，苹果公司就已经开始着手研究“火线”技术，并取得了很大成效；由于IEEE1394的数据传输速率相当快，因此有时又叫它“高速串行总线”。通常，在PC个人计算机领域将它称为IEEE1394，在Mac机（即苹果机）上称为Firewire，在电子消费品领域则更多的将它称为i-LINK。近年来，采用IEEE1394接口的设备越来越多，很多DV（数码摄象机）、外置扫描仪、外置CD-RW等都配备1394接口；可以预计未来绝大部分PC都将会采用这种极具吸引力的传输规格。
最后再看看USB2.0:早在1994年，Intel、Digital、IBM、Microsoft、NEC等几家世界著名的计算机和通讯公司成立了USB论坛；并到了1995年11月正式制定了USB0.9通用串行总线规范。USB设备有热插拔、无需电源插座、同时支持最多127个设备串联等优势。时至今日，面对老的USB1.1标准只有12Mbps的传输率，当然是不能使人满意的！因此新的USB2.0规格被提到Intel的日程上来，新的USB2.0的规格有480Mbps，比原来的足足提高了40倍！这将大大缓解USB1.1带宽不足的问题！
那这三个标准接口都有什么优缺点呢？
SerialATA比传统的并行ATA数据传输率要高，而且从SerialATARoadmap上可以看出，最早的SerialATA1.0版本将达到150B/s，而最终SerialATA3.0版本将实现存储系统突发数据传输率为600MB/s。这下硬盘的将不会成为系统的瓶颈了。SerialATA在拓展性方面也有很大的优势，因为在SerialATA标准中，只需要四支针脚就能够完成所有工作，第1针供电，第2针接地，第3针发送数据端，第4针接受数据端。另外由于SerialATA使用这样的点对点传输协议，所以不存在主从问题，并且每个驱动器是独享数据带宽。由此它就能为用户带来以下两大好处。第一、没有为设置硬盘主从跳线而烦恼；第二、由于SerialATA采用点对点的传输模式，SerialATA将突破单通道只能连接两块硬盘限制！这多于有多块硬盘的用户无疑是一大福音。SerialATA目前最大的缺点就是价格较贵，但是随着SerialATA设备大量普及时，相信SerialATA的价格会有很大的下降空间！
对于主板的标准USB接口是最常见的了，USB2.0在数据传输率上提高了一大截，并且直逼IEEE1394480Mbps的数据传输规格。请看这下面的比较：
从比较表中可以看出：IEEE1394比之USB总线速度显然要高出一大截，但是IEEE1394推广的最大障碍在于产品，因为主板芯片组直接对IEEE1394提供支持的几乎没有，要实现它必须靠外接控制芯片，这样无疑大大提高了产品成本，因此这是IEEE1394的最大弱点。好在这几年数码类产品的大量上市和信息类家电的普及为IEEE1394带来新的曙光！如此一来，市场上支持IEEE1394接口的主板也开始多了起来。
说到计算机总线接口，从以前比较老的EISA，ISA，到PCI，AGP，IDE，再到比较流行的USB和火线（IEEE1394），发展经历了一个很长阶段。现在较新的主板上几乎看不到老总线，而PCI，AGP和IDE支持的设备不可即插即用，这就为现代计算机外设的发展设置了障碍。而USB和火线技术，就解除了这个障碍。