浅谈USB通信接口的发展

今天，即使是最不精通技术的消费者也可以毫不费力地将相机、打印机、扫描仪或其他配件连接到他们的 PC 上。但在 1990 年代初期，将外围设备连接到计算机并不是那么简单。

在 USB（通用串行总线）开发之前，连接外部设备通常很棘手。用户有时需要打开他们的计算机并添加硬件来为他们提供所需的通信端口。

英特尔于 1996 年发布的通用串行总线简化了这个事情。而USB 端口现在也是个人计算机的标准配置，并且内置于许多其他电子设备中，例如智能手机、电子书阅读器和游戏机。

无处不在的 USB 标准最近获得了 IEEE Milestone提名。Milestone 计划由IEEE 历史中心管理并得到捐助者的支持，旨在表彰世界各地的杰出技术发展。

“我认为 USB是一个4000 万美元的机会，”帮助开发它的英特尔工程师之一Ajay Bhatt在 2013 年接受 CNN 采访时谈到这项技术时说。“我无法想象 USB 去了哪里，或者它还会继续往哪里去。这超出了我最疯狂的想象。”

1、合作的关键   

1990 年代，消费者在尝试将外围设备连接到他们的计算机时遇到的许多问题，这都是由行业的许多供应商缺乏标准做法而导致的，正如 Milestone 在工程和技术历史 Wiki上的条目中所指出的那样。另一个问题是大多数 PC 的输入端口数量有限，添加更多端口可能很困难。   Bhatt 说，即使作为一名技术专家，他也在努力升级他的 PC。   “我看着架构，心想，‘你知道吗？有更好的使用计算机的方法，但这太难了，”他在 2019 年接受Fast Company采访时说。   在 1990 年代初期，Bhatt 向他的老板讲述了他开发通用“即插即用”通信系统的想法——在这种系统下，用户无需进行调整就可以连接，但他的经理对此不感兴趣。不过，Bhatt 对他的想法充满热情，因此他决定加入英特尔的另一个研究团队。在那里，他获得了绿灯。   1992 年，Bhatt 参观了位于俄勒冈州希尔斯伯勒的Jones Farm会议中心，在那里他会见了来自Compaq、Digital Equipment Corp. (DEC)、IBM、Intel、Microsoft、NEC和Nortel等公司的工程师，并在那里结成了联盟。   “整个行业都认识到有一个需要解决的大问题，” Jim Pappas在一篇关于 USB 接口的英特尔文章中说。会面时，Pappas 是 DEC 的工程经理，但他最终加入英特尔，担任其 USB 开发团队的项目经理。

2、从梦想到现实

在该小组开始开发 USB 之前，他们探索了已经可用的东西。例如以太网技术、音频接口、Apple 的 GeoPort 和IEEE 1394（也称为 Firewire 标准）。但没一个具备团队所寻求目标的所有特征。因为工程师们想要一种价格低廉、用户友好、能够为外围设备供电并提供大量带宽的产品。为了降低制造成本，工程师们将 USB 设计为与细长的四芯电缆一起工作，该电缆可以长达5米。电缆的一端有一个 A 连接器，插入计算机；另一端的 B 连接器插入外部设备。

当时，计算机通常不为此类外部设备供电。大多数外围设备在连接到 PC 时必须插入插座。但是 USB 允许计算机为某些外围设备提供足够的电力。

USB 的另一个优点是，原则上它允许多达 127 个外围设备一次连接到一台 PC。一台计算机不可能有 127 个 USB 端口，但可以通过添加 USB 集线器来增加可用端口的数量。

对于名称，开发团队寻找用户可能与之相关的东西，并且他们还希望它来描述技术。根据Fast Company的文章，工程师之所以选择“总线”这个词，是因为它既是一个技术术语（总线用于在计算机中传输数据），又是一个消费者会认出的词。在 USB 开发团队工作的Bala Cadambi在 2019 年的采访中说，在大多数人的印象中，公共汽车是将乘客从 A 点运送到 B 点的交通工具。通用将 USB 标记为可以与任何硬件一起使用的工具。

该团队于 1995 年宣布了其第一个设计。Pappas 告诉Fast Company，USB 1.0 的速度为每秒 12 兆比特，“比通常出现在 PC 背面的任何其他东西都要快” 。

然而，该团队遇到了一个问题：12 Mb/s 对于计算机鼠标、操纵杆、键盘和其他带有非屏蔽电缆的附件来说太快了。工程师通过安排 USB 1.0 来支持 1.5 Mb/s 的通信解决了这个问题。

这种方法允许 USB 以低速工作于使用非屏蔽电缆的低成本外围设备，并以高速工作于使用屏蔽电缆的设备，例如打印机和软盘驱动器。

USB 1.1 于 1996 年发布，直到 1998 年在拉斯维加斯的COMDEX贸易展上展示后才流行起来。在那里的新闻发布会上，一个英特尔团队将127 个外围设备连接到一台 PC上。工程师聘请 Bill Nye为最后一台设备插上电源。在 Pappas 于 2019 年接受Fast Company的采访中，他说一旦 Nye 这样做了，团队就会将文件发送到各个目的地进行打印。“我们有一个充满不同打印机的整个舞台！” Pappas说。

从 1996 年发布 USB 1.1 到它流行起来之间的延迟是可以理解的，因为 1998 年 6 月发布的 Microsoft Windows 98是第一个支持 USB 的操作系统。两个月后，Apple发布了 iMac，它没有软盘驱动器，但有一对 USB 端口。尽管 Apple 不在从事 USB 项目的公司之一，但它帮助使该技术成为主流。

从那时起，又出现了三代 USB。最新的 USB4 于 2019 年发布。

“谁能想到我们在 90 年代初定义的连接器今天仍然可用？” Cadambi 在Fast Company采访中说。“这非常罕见。我们有成本限制，性能限制。它是为台式机设计的，而不是智能手机。回想起来，我们完成了我们所做的事情，经受住了时间的考验，真是太棒了。”

编辑：黄飞