USB 相关知识简单科普

USB 协议性能标准

* 理论速度为什么光看数字低于带宽的 1 / 8，我在《网速的计算方式》一节中详细说明过。

USB 命名演进过程（USB-IF 真是不干人事）

USB-IF 起源

1994 年，微软和英特尔倡导发起成立了 USB 开发者论坛（USB Implementers Forum），旨在推进 USB 的技术发展与标准化。

物理接口

Type-A

• Standard Type-A USB 接口
  • USB 2.0 协议（4 金属触点）
  • USB 3.0 协议（9 金属触点）：一般是蓝色，很多人教你区分 2.0 和 3.0 看颜色，其实未必准确（我见过青色的，我 TM），但是看金属触点就靠谱得多了
• Mini Type-A USB 接口
• Micro Type-A USB 接口
  • USB 2.0 协议
  • USB 3.0 协议

除了经典的标准 Type-A 熬死了所有后辈，坚挺到了今天。
别的 Type-A 都已经死绝了，以前是用在 MP3 / MP4 上。

我很怀疑现在的年轻人是否知道 MP3，不是 .mp3，是专门播放 .mp3 的硬件。
也许听个歌还有专门的机器对他们来说是一件很难想象的事。
但就是我这代人的童年回忆，我们小学初中哪有什么手机甚至电脑，能玩贪吃蛇就很吊了，整到一台电脑几个小伙伴一个魔塔玩一下午是很平常的事。
半夜躲在被窝里听 MP3 就是最大的乐子之一。发展到 MP4 可以看点 360p 的高清电影，这个时候电子娱乐开始抬头，街上甚至出现了代下歌曲 / 电影的店。
后来还炒过什么 MP5 的概念，再后来出了智能机，就没有然后了，连功能机都没有了。

Type-B

• Standard Type-B USB 接口：长得很奇葩，方的，一般出现于打印机上
  • USB 2.0 协议（4 金属触点）
  • USB 3.0 协议（9 金属触点，比 2.0 版高一块，但兼容 2.0）
• Mini Type-B USB 接口（5 金属触点，只有 2.0）：出现于功能机（现在叫老年机）上，一些 MP3 / MP4 也挣扎着活到了这个时代
• Micro Type-B USB 接口
  • USB 2.0 协议（5 金属触点）：就是以前老的安卓手机上那种，我还记得我第一部智能机是高中的时候，后来发现我的 USB 口怎么跟别人的不太一样
  • USB 3.0 协议（10 金属触点）：就是 2.0 版加宽了一块，常见于老式的移动硬盘*上

* 我以前挂载在树莓派上当微型 NAS 用的那块老希捷就是。
这实属新丐中丐了，树莓派 + 1 T 移动盘，丐到这种程度也不用考虑啥 UPS 了。
结果后来真就遇见一次停电，树莓派屁事没有，硬盘挂了。
上面还有好多好东西，好多天上地下仅此一份的独家记忆，现在想起心还会滴血。
再次强调数据无价，谨慎操作。重要文件尽量做好备份和容灾。

Type-C

俗称的 USB-C，只有这一种形状，最显著的特点支持正反插。
好像有人叫华为口，问题这也不是华为发明的啊，甚至都不是华为引进的*……

* 国内最早用上 Type-C 的手机厂商如果我没记错是下周回国。
没错他们还做过手机，我家还有一部，我大一还是大二用来当过一段时间备用机。
至于性能的话……这么说吧，颜值蛮高。

Type-C 厉害的地方不止正反插实在是太方便了——
这种方便只能用「先进性」来形容，给人类降低了极大的心智负担。稍微想象一下 Type-A 发明三十年来，全人类加一起总共在「为了给 USB 区分正反面」这件事上浪费了多少时间。
——支持正反插还有个好处是拔插受力相对均衡，不管是接口还是插头，使用寿命都比以前的安卓口要长得多。
并且 Type-C 拥有史无前例的 24 个金属触点，这意味着甚至有多的触点用不上。
如此多 I/O 口带来的是超级强大的功能，兼容 USB 2.0 / USB 3.0 / USB4 / 雷电 3 / 雷电 4 / 100W+ 供电都是小意思。
但并不是所有 Type-C 都这么吊，实际上市面流通的大部分 Type-C，包括很多手机大厂的原装数据线，都是阉割后的丐版 Type-C。
全功能 Type-C 要大几百呢，后面讲 USB4 会解释凭什么卖这么贵。
当然了，也不会也一直这么贵。连资本家都忍不了，卖得贵没用，卖得掉才是资本想要的。

通信协议

注意：本文给协议这个分代是我自己想的，我个人是这样理解的。
我并没有能力为这个结论的权威性背书，请悉知。

第一代

第二代

第三代

神必的雷电协议

英特尔发现 USB 已经被他们玩坏了，就丢下微软找苹果合作开发了强大的 雷电（Thunderbolt） 协议。
雷电 1 / 雷电 2 用的 Mini DP，雷电 3 / 雷电 4 才升级到 Type-C 进行一个飞的起。
雷电协议强到什么程度呢，可以让笔记本外接显卡（显卡坞技术），用雷电口外接的显卡进行实时计算并与 CPU 通信。

想想确实很美，但好多人可能听都没听说过，移动硬盘就算了，显卡还能外接来跑的？
事实上也是，由于这个技术需要直通 CPU，英特尔在其中收了一笔高昂的专利授权费用，导致支持这个功能的笔记本价格普遍上天。门槛实在太高了，根本没有市场。
而价格能上天的笔记本就算不是专门的游戏本，打个游戏还是没问题的，反过来其实又用不上外接显卡的雷电协议，这就陷入了 American Chopper Argument Meme 的循环。

英特尔一看，吗的不对劲了，赶紧带着雷电 3 回 USB-IF 找微软，说：
「老婆你看，我出去没有光是鬼混，这不给你带了个娃回来。家里的娃不行，这个娃，彳亍！」
微软一想：反正回来了，算了。凑活过吧，还能离咋地。
再说这个娃确实牛逼，咱们家的基业算是有希望了。

于是 USB-IF 在雷电 3 的基础上推出了免费的 USB4 协议。
英特尔自己想赚钱没成，不得已回去赚口碑，表示「给行业和消费者带来了双赢的局面」。
这就是 USB4 的诞生和「雷电 3 / USB4 互相兼容」的原因。

然后英特尔一扭头又回去找苹果，说：
「果妹，上一个娃属实牛逼，帮忙把市场打开了，咱们再生一个赚大钱吧~」
接着做出了雷电 4，继续搞技术认证，继续收认证费。
这就是雷电 4 的诞生和「雷电 3 / USB4 / 雷电 4 互相兼容」的原因。

* 注意这是一个充分不必要条件：
USB4 / 雷电协议一定是 Type-C 接口，但 Type-C 接口未必是 USB4 / 雷电协议。
目前市面上的 Type-C 反而大部分是 USB 3.0（或者说各种 USB 3.2 Gen X）。

* 直接内存访问（Direct Memory Access）：硬件之间不通过 CPU 的数据传输。
减轻了 CPU 的负载压力，毕竟 CPU 需要管理大量系统中断来分配时间片（是这样的吧，我挂过操作系统）；并且不再吃 CPU 的性能瓶颈，能跑多快看 DMA 控制器，跑完才会把总线控制权还给 CPU。

第四代

总结

• USB4 只支持 Type-C 接口，所以 USB4 一定是 Type-C，Type-C 就是 USB 的未来
• 但现在的 Type-C 未必是 USB4，根据目前的市场情况很可能是 USB 3.0
• 雷电 3 / 雷电 4 / USB4 互相兼容
• 显卡坞技术想得很美，但长得丑啊