USB是我们生活非常普遍的技术，通过USB，我们可以连接各种身边的电子设备，比如手机、音箱、打印机、扩展坞、有线网卡，无线网卡、鼠标、键盘、U盘等等，想插就插，不用就直接拔了，非常的方便与快捷。那么大家是否也好奇这么灵活的USB，它到底有些神秘的地方呢，本文就给大家揭开它神秘的面纱。

USB（Universal Serial Bus）全称通用串口总线，设计初衷为解决即插即用需求而诞生，支持即插即用和热插拔。它的原理是设计一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯，支持127种外设的连接与数据传输。USB是由英特尔等几家互联网公司于1996年联合推出, 经过了三十多年的时间，基本取代和并口和串口。随着生活中电子设备种类的繁多，为了适应不同类型设备对传输速率和功耗的需要，USB协议版本从最初的USB1.0，逐渐升级为USB1.1、USB2.0、USB3.1以及现在大家熟知的Type-C协议。

在USB1.0与USB1.1的时代，USB接口仅支持 1.5Mb/s的低速模式和12Mb/bs的全速模式，USB2.0以后，速率得到了大幅度的提升，达到了 480Mb/s的高速模式，USB3.0更是有了质的变化，传输速度理论上可以达到5Gb/s，但事实上由于编码和协议的开销，速度接近4Gb/s，这样的速度已经完全可以适应我们生活中的大多数电子设备了。这里可能很多朋友会问，既然USB3.0的速度已经基本可以满足我们的日常使用，为什么会推出Type-C接口呢？TYPE-C是在USB3.1的基础上开发的，传输数据更加的快速和稳定，并且接口更加薄，还支持正反插入，能够给用户带来更好的体验，除了这些特点，它还支持3.0A的电流，最大可提供100w的电力，这就是大家熟悉的快充。

虽然，USB接口可以连接的设备非常的多，但其实大体分为四类：HID、MSC、CDC、Audio/Video。

HID类：主要用于人机交互设备，外部设备通过USB连接后实现对计算机的控制，比如鼠标、键盘、摇杆、方向盘等等；

MSC类：大容量USB设备，依赖于USB2.0，3.0协议提供的高速传输速率，比如U盘、移动硬盘等；

CDC类：USB组织定义的一类专门给各种通讯设备使用的USB子类，这是一个非常大的USB子类协议簇，根据USB类所针对的设备不同划分为不同的通讯模型（如USB转串口），比如有线网卡、无线网卡、蓝牙、扩展坞(USB HUB)类设备等；

Audio/Video： 用于传输声音和视频等信号、比如USB音响和摄像头等；

最后，我们来简单介绍一下USB设备的通信原理。

USB接口的结构

比较简单，一个四四方方金属插口，里面有一个塑料块，中间有四个小的金属片。USB2.0有4根线，2根信号线和2根电源线，中间塑料块为蓝色，USB3.0,有5根线，加了一条地线，中间塑料块为蓝色。外部设备通过USB接口插入计算机后，大致会经过四个阶段：

  1. 先通过复位操作，将设备的通讯地址临时设置为0；然后计算机会往地质为0的设备发送一个获取设备描述信息的请求，设备收到请求后将设备描述信息发送给主机；
  2. 主机获取到设备描述信息后，如果信息正常解析并无误的话，就会再次给设备分配一个正式的地址，同时会发送一个ACK确认请求；
  3. 主机如果正常收到ACK请求，就会向设备获取完整的描述信息的请求；
  4. 主机会再次让设备获取描述符，如果能够收到正确的反馈，那么我们的USB设备就可以正常与主机通信了。

PS：从上面建立连接的过程，我们不免会发现，其实主机和设备的关系是主从模式的；这里之所以多次向设备获取描述信息，其实一方面为了确保通信链路的畅通，另一个描述信息是一串标准的定义，可以帮助主机知道连接进来的设备是什么，需要有哪些配置，后续如何通信。

USB传输协议

USB的传输协议也有四种，分别满足不同的场景。

  1. 批量传输：非周期性，突发性，主要场景比如扫描仪，打印机还有U盘和移动硬盘等设备（MSC类）。
  2. 中断传输：周期性、低频率，主要场景像我们鼠标、键盘都属于这一类设备（HID类）。
  3. 等时传输：持续传输、周期性，这个就跟时效有关，比如我们音响、摄像头等等。
  4. 控制传输：非周期性、突发性，这一块主要是用于命令控制和状态获取、比如设备的连接、断开、保持等检测。