USB簡介

它是個外部匯流排標準，可以將具有「隨插即用(Plug and Play；PnP)」能力的硬體周邊設備(例如：鍵盤、滑鼠、硬碟等)連接到電腦上，免除必須安裝介面卡和重新設定系統設備、重開機的麻煩，只要周邊已經連上電腦，USB就會自動偵測和設定系統；這種類似「熱插拔(Hot Swap)」的功能，就是當初USB上市吸引眾人目光的地方。

在(圖一)中，USB的網路允許同時連接的周邊最多可以達到127個。它的樹狀結構網路是由「根路由器(Root Hub)」、路由器和裝置(device)構成，裝置是最後的節點(Node)或稱之為「樹葉(leaf)」；這種樹狀結構最多可以擴展到第五層(Fifth Tier)，而每個節點離路由器最遠距離是5公尺。圖一中有三種USB的構成元件：

《圖一　USB連接圖》

一、Host

也稱作Root、Root Tier或Root Hub，被內嵌在主機板上或以介面卡方式安裝在電腦內，負責USB匯流排的所有訊號流量控制，也具有一般路由器的功能；電腦Host控制器必須遵守OpenHCI或UHCI標準。

二、Hub

提供通訊埠(Port)給裝置使用，以便它們連上USB匯流排。在圖一中，Root→Hub→Node等構成的連結，基本上就是USB匯流排的延伸。Hub負責偵測任何裝置的加入(attach)和退出(detach)，並且提供加入裝置所需的電源；依電源管理的不同，Hub和裝置可以分成「匯流排供電」及「本身供電」。本身供電是指Hub的電源來自於外部，而不是來自匯流排，其裝置或Hub可以插入匯流排供電的Hub中，但是匯流排供電的Hub最多可以支援4個通訊埠，而1個匯排供電的裝置最多只能從Hub上獲得100mA。

三、Device

連接到上述通訊埠的裝置，可以是Hub或者是一般的周邊裝置。電腦螢幕一般而言是屬於周邊裝置，但如果它內建有通訊埠，可以外接USB鍵盤及滑鼠，那麼這種螢幕就不只是一般的周邊裝置，而是Hub。任何USB裝置加入USB匯流排時，視窗作業系統都會對此裝置做「偵測(Detection)」和「細數(Enumeration)」的程序，以決定使用何種驅動程式驅動它，並且設定識別碼和啟動它，以備使用者利用軟體操作此裝置。

USB特性與應用

一、USB應用

利用USB連接到電腦的裝置有：監視器、音頻I/O裝置、電話、數據機(Modem)、揚聲器、鍵盤、滑鼠、網路卡、搖桿(Joystick)、掃瞄器、印表機、窄頻視訊裝置、數位相機(DSC)、資料蒐集裝置、數位轉換裝置等。此外，USB也支援ISDN、數位化PBX、WLAN(IEEE 802.11)及Bluetooth等有線無線通訊裝置。

二、USB特性

1.USB接頭和接線統一規範

USB清楚地規定了Type A接頭給USB Hub使用，Type B接頭給USB周邊裝置使用，而且這兩種接頭可以是Connector或Socket，但是，Type A和Type B只能「異類相連」，絕不會「同類相連」。因此，使用者不須擔心會有用錯Cable的困擾，這大幅改善了傳統電源線、電話線、RS-232接線及接腳必須跳線或不同對的窘境，也提高了消費者的購買意願。

2.傳輸率

USB支援四種資料傳輸模式：「中斷」、「控制」、「整批(BULK)」及「同時(Isochronous)」。「同時」和「中斷」維持頻寬和傳輸率不變，而「整批」和「控制」可自行調整使用最佳頻寬，但是10%的匯流排頻寬是保留給「整批」和「控制」傳輸使用的。如果是傳送多媒體資料時，必須保証傳輸率不變，所以應該使用「同時」或「中斷」模式。USB HOST將傳輸率和傳輸順序指定給資料流，USB依照裝置所需的頻寬提供下列最大傳輸率：

• (1)1.5Mbps：提供給不需要大量頻寬的裝置，例如：滑鼠、鍵盤。





• (2)12Mbps：屬同時傳輸模式，提供給需要大量頻寬的裝置，例如：電話、數據機、揚聲器、掃瞄器、視訊裝置、印表機。

3.支援「隨插即用」

在任何時候都可以將USB插入電腦系統。USB Hub驅動程式「細數」周邊裝置，並且通知系統有新裝置已加入。

4.位址自動設定

USB使用「描述器(descriptors)」來辨識裝置和它們的能力及使用的通訊協定。序列號碼(S/N)產生PnP ID，埠位址指明裝置是連接到那個Hub的通訊埠上，如果裝置不提供序列號碼，USB就使用該裝置埠位址。

5.支授電源管理功能

USB支授三種電源模式：On、Suspend及Off。當裝置處於Suspend模式時，它隨時可以「清醒」回到On模式，這是類似「省電」或「睡眠」模式。

6.USB驅動介面

USB裝置驅動程式(例如：人機介面驅動程式是提供給滑鼠、鍵盤和搖桿使用的)、USB驅動程式堆疊和USB驅動程式介面是USB驅動介面的組成單元。在Windows 98中，USB驅動介面是歸屬在WDM內；(圖二)是Windows 98的USB驅動程式架構，細分包含下列模組：

《圖二　USB驅動程式架構》

(1)Usbhub.sys：是USB Hub驅動程式，負責細數所有的周邊裝置。

(2)Usbd.sys：是USB類別驅動程式。

(3)Uhcd.sys：是USB Host控制器的驅動程式(Universal Host Controller Driver)。

(4)Ohcd.sys：Open Host Controller Driver，也是USB Host控制器的驅動程式。

此外，Hidclass.sys是WDM的輸入類別驅動程式，負責自「迷你驅動程式(minidriver)」處讀取或傳送HID資料。Hidusb.sys是HID裝置驅動程式，被安裝在人機介面上，可以將滑鼠或鍵盤等周邊裝置輸出的訊號透過USB傳給USB Hub。在周邊裝置驅動程式和USB驅動程式堆疊之間存在著「USB驅動程式介面(USBDI)」，每當新裝置加入時，I/O要求封包(I/O Request Packet)即被傳送到USBDI，進入USB驅動程式堆疊，如(圖三)所示。

《圖三　USB周邊裝置加入Win98系統產生IRP》

IEEE 1394簡介

1394匯流排也稱作FireWire，可以應用在寬頻電腦和其周邊上，例如數位錄影機(Camcorder)、相機和視訊播放機等；WDM支援1394，並遵守OpenHCI標準。一條1394匯流排最多可以連接63個周邊裝置，且1394匯流排可以相互連接，使其網路連接的周邊裝置數量超過64000個，這真是驚人的數目，而1394保證所有周邊裝置可以平等地擷取頻寬，絕不會顧此失彼。(圖四)是IEEE 1394匯流排的接線圖，而其四個構成元件分述如下：

《圖四　IEEE 1394匯流排接線圖》

1.裝置：連接到匯流排上。1394周邊裝置最多不可超過27個，而裝置可以串接，最多可串接到16個裝置。Windows 98在開機時即重設(reset)1394匯流排，並分配位址給1394周邊裝置，之後若加入或退出，Windows 98也會自動偵測，並分配位址或刪除位址。

2.分岔器(Splitter)：提供額外的1394通訊埠，使1394網路擴張。

3.橋接器(bridge)：位在匯流排的特定區域，阻絕資料，訊號到末端裝置不會衰減。

IEEE 1394特性與應用

接頭

1394接頭是自任天堂(Nintendo)Game Boy接頭改良來的，其Cable包含兩個電源接頭和兩個TP(Twisted Pairs)，TP是用來傳收資料用的。

資料傳輸率

IEEE 1394目前支援三種傳輸率：S100(98.304Mbps)、S200(196.608Mbps)及S400(393.216Mbps)；更高的傳輸率正在開發當中。不同傳輸率的周邊裝置可以串連，傳輸率將依所連接的周邊裝置之傳輸率不同而升降，但是，即使是連到低速裝置，傳輸率會等於該裝置的最大傳輸率，而不會低於它的最大傳輸率。

1394只支援「同時」和「非同步」傳輸協定，在同時模式下，傳輸率是固定的，所以適合多媒體應用。如果在1394匯流排上沒有「同時模式」的資料流存在，則「非同步」資料可以被傳送；如果有，則「非同步」資料將被延遲傳送。

隨插即用

1394裝置可以隨時加入或退出Windows 98系統。

IEEE 1394標準

1394標準目前仍不斷被更新中。下列是較重要的幾項標準：

1.OpenHCI：電腦Host控制器硬體標準介面，類似IDE，企圖藉標準化的軟硬體規格以擴大市場需求。

2.SBP-2：是一種傳輸協定(transport protocol)，可普遍應用在非常廣泛的周邊裝置上，能使周邊裝置的開發時程縮短。

3.裝置電源管理：中央電源管理機制，標準化的電源控制，結合微軟「OnNow」技術，周邊製造商可以自行設計出不同的應用例如電玩裝置、資訊家電等。

4.「隨插即用」參考：有助於解決相容性問題，提供可程式化的ROM軟體架構參考資料、匯流排管理，及機構設計等，可令使用者容易操作的設計指南。

上述標準是廠商們務必要遵守的，如果只遵守其中幾項，很有可能會產生無法和其它1394裝置相容的問題。

USB和1394的比較

USB和1394是應用在不同種類的裝置上，如前述，1394是應用在需要寬頻的裝置上，而USB則應用在傳統的窄頻裝置上，因此在目前消費市場中，USB的名聲是比1394響亮多了，畢竟低價者是佔絕對優勢的。不過長期而言，1394仍是可稱雄的。

微軟計劃將「簡易互動PC(Simply Interactive PC；SIPC)」推廣到不會使用PC的族群裡，在此SIPC中，1394和USB是必備的匯流排，而WDM、OnNow更是不可或缺的。此外，微軟也力推一系列的MicroSoft.Net產品，這些產品所使用的匯流排正是1394和USB，而且互不相斥；由此可見微軟在網路時代裡搶佔網路作業系統或IA OS霸主的雄心壯志。(作者電子信箱：[email protected])