在进行测试之前,我们有必要了解,什么是USB 3.0?和USB 2.0相比,USB 3.0具有什么进步?下表罗列了USB 3.0相对USB 2.0在电气性能上主要的几点不同、改进:
USB 3.0 SuperSpeed:最新的外设总线规范,SuperSpeed翻译成超高速(或者超速?),再下一代会叫什么名字呢?UltraHighSpeed?Super SuperSpeed?还是Super High Speed?
USB 3.0 vs USB 2.0 | ||
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属性 | USB 3.0 SuperSpeed | USB 2.0 HighSpeed |
界面传输率 | 5Gb/s | 480Mbps |
数据传输率 | 500MB/s | 60MB/s |
传输界面 | 双向,全双工 同时传输USB 2.0信号 | 双向,半双工 |
线缆数 | 10条 | 4条 |
传输界面 | 两对3线差分信号 | 一对2线普通信号线 |
传输信号 | 6条: 两对USB 3.0差分信号线 一对USB 2.0信号线 | 2条: 一对USB 2.0信号线 |
总线传输协议 | 主机控制,异步传输 路由包传输 | 主机控制,轮询传输 广播包传输 |
电源管理 | 闲置、睡眠、挂起模式 | 端口挂起模式 Device层电源管理 |
总线电源 | 未配置:150mA 已配置:900mA | 未配置:100mA 已配置:500mA |
端口状态 | 硬件端口检测、就绪 | 硬件端口检测 软件端口就绪 |
数据传输类型 | 控制、大块、中断、同步 Bulk大块类型可以进行流传输 | 控制、大块、中断、同步 |
我们首先要明确的一点是:USB 3.0的数据传输速率是500MB/s,不是625MB/s!它的界面速率是5Gb/s,但是,它采用了8/10b的编码方式,将8位的数据编码成10位来发送。而USB 2.0则没有采用这种方式,因此480Mbps的界面速率可以全部用来传输数据。从这一点上看,USB 3.0的传输带宽增长上并没有达到USB 2.0的10倍,而只是达到了原来的8.3倍。
P7P55D Premium插槽图,使用了8/10b编码技术的PCI Express 1.0的界面速率2.5Gb/s,合250MB/s,PCIE 2.0的速率是1.0的两倍
8/10b编码将8位数据编码成10位数据再进行传输,这种做法是为了避免在传输高速数据的时候,还要再单独传输一路高频率的时钟信号,这很容易就会产生EMI问题。8/10b技术同时将时钟信号也编码了进去,从而避免了这个问题。
8/10b编码技术在高速率总线上很常见,如:SATA和PCI Express,USB 3.0在设计上和PCI Express有很多相似的地方,如相同的8/10b编码技术、界面速率/数据速率、相同的双向差分传输等。
此外,USB 3.0强化的供电不能不提:在USB 2.0上,每个端口的最高电流提供能力为500mA,因此人们会经常碰到一些耗电较高的移动硬盘不能工作的情况,即使勉强能工作,损坏硬盘的情况也不少见。USB 3.0提升了电源输出能力,每个端口最高提升到了900mA,合输出功率4.5W,这对于正常的移动硬盘来说都应该足够了。
在传输上USB 3.0和USB 2.0也很不同:它是全双工的,具有两组线缆同时发送、以及接收数据,而USB 2.0只有一组差分线缆,同时只能发送,或者接收,可以看出,USB 3.0和PCI Express 2.0是一样的,每个链路具有5Gb/s的单向带宽以及10Gb/s的双向带宽。顺便提一下,SATA传输模型上具有两组差分传输,但是实际上分别传输控制信号和数据信号,因此SATA也是半双工的。SAS则是全双工。
兼容旧设备基本上是一个新产品系列成功的基本,如x86处理器,DOS/Windows等……如果和之前不兼容,那么就相当于抛弃了一大堆用户,结果处境将会很糟糕……USB 3.0也一样,它必须兼容USB 2.0,由于电气传输上的不同,USB 3.0使用了一种简单而有效的方法:集成一个USB 2.0接口,使得USB 3.0和USB 2.0在链路上实际独立开来,从而可以完美地兼容旧有的设备。USB 3.0的双总线设计非常少见,笔者极少见到有类似的设计。
接口上,USB 3.0和USB 2.0也必须互相兼容:
旧有的USB 2.0 A插头必须能插进USB 3.0插座,新的USB 3.0 A插头也必须可以插入USB 2.0的插座,因此这个插座与插头实际上外观尺寸是一样的,奥妙之处在于插头里面:
USB 3.0:在最外面的四条粗USB 2.0兼容针脚的后面,额外增加了5条USB 3.0 SuperSpeed专用针脚,因此上面的两种情况都能轻松解决
在B口上,USB 2.0和USB 3.0的外观则有明显的不同:
左为USB 2.0 B口,右为USB 3.0 B口,可见USB 3.0的大了一圈,以容纳多出来的针脚
USB 3.0的双总线架构,同时使用多种不同速率的USB设备
最后,USB 3.0还有传输效率上的提升,它内部实际上是一个路由的架构,而不是USB 2.0的广播式的单总线架构,在同时连接多个设备的时候,其运作效率就会显得更高。同时USB 3.0的Bulk大块传输模式支持流特性,这对于音频视频等媒体应用非常有用,也许现在普通的USB声卡容易受其它设备干扰、声音容易中断的现象将会消失。
规格上看完了,下面我们来看看实际的USB 3.0设备。