USB（通用串行总线）的内部结构构架可以从物理接口和逻辑协议两个层面来理解：

一、物理接口结构（以常见的USB-A为例）

一个标准USB接口（如Type-A）的物理构成包括 4个核心金属触点 和外部保护结构：

1. VCC（电源线）
   • 提供+5V直流电压，为设备供电（最大电流由USB版本决定，如USB 2.0为500mA）。
2. D-（数据负线）
   • 传输差分数据信号中的负向部分。
3. D+（数据正线）
   • 传输差分数据信号中的正向部分。
4. GND（接地线）
   • 提供电流回路，确保电路基准电位。

附加物理结构：

• 金属外壳：充当电磁屏蔽层，减少信号干扰。
• 塑料绝缘体：固定触点并隔离电路。
• 防呆设计：USB-A接口的非对称形状确保插头只能单向插入。

二、逻辑协议架构（分层模型）

USB通信采用分层协议栈，类似网络OSI模型，包含以下关键层级：

1. 物理层（Physical Layer）

• 功能：处理电信号转换（数字↔模拟）、差分信号传输、信号同步。
• 关键技术：通过D+和D-线的电压差表示"0"或"1"，抗干扰能力强。

2. 链路层（Link Layer）

• 数据包（Packet）结构：
  • 同步字段（SYNC）：标志数据包开始。
  • 包标识符（PID）：指明包类型（控制/中断/批量/同步传输）。
  • 数据域（Data Payload）：有效载荷（最多1024字节，USB 3.0+）。
  • 循环冗余校验（CRC）：错误检测。
  • 包结束标识（EOP）。
• 传输模式：
  • 控制传输：设备枚举、配置（必需）。
  • 中断传输：键盘、鼠标等低延迟设备。
  • 批量传输：U盘、打印机（大容量、可重试）。
  • 同步传输：摄像头、音频（实时性高，无重试）。

3. 协议层（Protocol Layer）

• 设备枚举（Enumeration）：
  主机检测设备并分配地址，获取设备描述符（厂商ID、产品ID等）。
• 事务管理：
  主机通过令牌包（Token Packet）发起请求，设备返回数据包或握手包（ACK/NAK）。
• 端到端流控：
  通过NAK（未就绪）或STALL（错误）信号协调传输速率。

4. 设备固件与应用层

• 设备控制器芯片：内置USB协议处理固件，管理端点（Endpoints）缓存区。
• 驱动程序：操作系统将USB设备抽象为接口（如HID设备、大容量存储），供应用程序调用。

三、关键技术特点

1. 差分信号（Differential Signaling）
   D+与D-线传输相位相反的信号，提升抗噪能力（共模干扰抑制）。
2. 主从架构（Host-Controller）
   主机（如电脑）主动调度所有数据传输，设备无法主动发起通信。
3. 即插即用（Plug-and-Play）
   设备插入时通过上拉电阻改变D+/D-电平（USB 2.0：全速设备拉高D+，低速拉高D-），触发主机检测。
4. 电源管理
   支持休眠（Suspend）和唤醒（Resume）信号，降低功耗。

四、不同版本的核心升级

图解示例（USB 2.0 Type-A引脚定义）

[外壳] [塑料基座]
| VCC | D- | D+ | GND |   ← 触点排列（正面朝上）

提示：USB 3.0以上版本在接口内额外增加了高速数据通道（如Type-A的蓝色舌片部分），物理结构更复杂，但向下兼容基础四线。

通过这种分层架构，USB实现了从物理连接到应用交互的无缝协作，成为现代设备最通用的接口标准。