看懂 USB 3.0:為什麼很快?架構完整大介紹

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電源管理聰明化

USB 3.0除了頻寬外,最為人津津樂道的就是匯流排供電能力,基本輸出電流量範圍是150∼900mA之間,較USB 2.0最高500mA增加了80%供應量。充足的電力能夠驅動更多類型裝置,像是USB 2.0介面遇到採用7200RPM轉速機種的2.5吋外接硬碟,往往得使用Y型分接線,多佔用1組USB連接埠才能取得足夠電力。對USB 3.0而言就沒有這樣的困擾,而且也能縮短行動裝置充電時間。

不過提高輸出負載,等同也是增加了系統耗電量,特別不利於筆電這類行動裝置,勢必加強電源管理機制才行。

除了以往的U0(運作狀態,各裝置可立即傳送和接收封包)、U3(休眠模式,由軟體控制),另外新增U1(待機與快速恢復,各裝置在低耗電模式)和U2(待機與緩慢恢復,轉回U0狀態的延遲時間較U1長)2種模式,並且以PLL(Phase Locked Loop;鎖相迴 路)控制運作狀態,增加架構中各環節裝置的省電性能。

高速不一定最耗電

此外,主控端能夠向裝置傳送packet pending、end of burst、last packet等多種旗標訊號,讓裝置不用等待匯流排閒置,就能自行判斷是否進入待機模式。且裝置處於待機狀態時,還能改用LFPS(Low Frequency Periodic Signaling;低頻率週期訊號)與主控端維持通訊,甚至是進行封包傳輸作業。此外,還有function suspend、device suspend、host initiated suspend等多種休眠機制,提供像是暫停裝置的特定功能等作用。

另一個MLT(Latency Tolerance Message;延遲容忍訊息)功能,就像啟動延遲功能,當裝置向主控端回報ERDY狀態,從送出訊號到接收到回應訊號之前,能夠持續向主控端告知可接受的最大延遲。以上的諸多電源管理設計,並不會改變資料傳輸時的耗電量,但是由於USB 3.0資料傳輸速度快,相對的運作時間更短,平均耗電量反而比USB 2.0低。其關係式就像筆電處理器性能,與電池續航力消長的對比。

總結來看,USB-IF(USB Implementers Forum;USB論壇)大幅改造了USB體質,具備 更強大的層級架構,配置獨立單雙工資料傳輸線,並改善資料傳遞廣播模式,以及完善的電源管理功能,因而成就高達5Gbps頻寬的USB 3.0。

常見USB連接器比較(按縮圖可看大圖)

USB 3.0 USB 2.0
Standard-A Plug
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Standard-A Receptacle
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Standard-B Plug
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Standard-B Receptacle
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Micro-B Plug
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Micro-B Receptacle
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<更多關於USB 3.0的產品、升級介紹,請參考85期電腦王

延伸閱讀:

傳輸3倍快,Team TR1151 USB 3.0 讀卡機首測

bisheng
作者

前 PCADV 編輯、現 BenchLife 玩票性質打雜工 https://benchlife.info

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凌武
2.  凌武 (發表於 2011年9月05日 11:44)
USB3.0 只能用最標準的插曹
最下面兩個衍生型的拿去插 USB2.0就進不去了XD
72921b679ff3a7fef80621cc99faa9f0?size=48&default=wavatar
3.  GENE (發表於 2011年9月05日 13:26)
Bulk Stream模式還要有OS支援(要有UASP driver),Device支援才可以使用,目前非常少
CC
4.  CC (發表於 2011年9月05日 14:31)
介紹真詳細(⊙ˍ⊙)
不過U3速度能真的達到顛峰的話,那才是Perfect !!!
八雲紫
1人給推

5.  八雲紫 (發表於 2011年9月05日 21:00)
2.0拿來供應低資料量的周邊使用
如:印表機、滑鼠、鍵盤、桌燈、電風扇(?)
3.0就拿來養一些大傳輸量的裝置
如:行動碟、隨身碟、讀卡機、充電器
各執其職,皆大歡喜<( ̄︶ ̄)>
B82aa2e27ca4842fc382f9fa10423191?size=48&default=wavatar
6.  USB20 (發表於 2011年9月06日 11:14)
講了那麼多為什麼不提USB3.0那熱情如火的溫度?
你知道USB3.0的裝置插上去跑沒幾分鐘
那溫度已經可以把手燙傷了嗎?
在一面倒的好評也該提一下缺點讓那些不長進的廠商修改吧?
bisheng
1人給推

7.  bisheng (發表於 2011年9月06日 18:08)
※ 引述《USB20》的留言:
> 講了那麼多為什麼不提USB3.0那熱情如火的溫度?
> 你知道USB3.0的裝置插上去跑沒幾分鐘
> 那溫度已經可以把手燙傷了嗎?
> 在一面倒的好評也該提一下缺點讓那些不長進的廠商修改吧?

溫度問題是爛梗了,特別是第一代的USB 3.0隨身碟,
那東西說穿了,是SSD加上SATA轉USB 3.0橋接器兜出
來的,因為內部使用晶片數量很多,所以不容易小型化
,而且有嚴重的耐溫能力瑕疵。

事實上在電腦王雜誌和T客邦網站,多位編輯已經提起過
數次,有鑑於原生單晶片USB 3.0隨身碟控制晶片已經
普及,就沒在拿這爛梗出來說。

至於其他類型裝置,由於機體空間充裕,所以溫度不至
於造成太大的影響,甚少聽聞和溫度有關的災情。
9bcb10483ed4cbde42dcceee144d072b?size=48&default=wavatar
9.  andy (發表於 2011年9月15日 12:43)
USB3 實際拿來傳 速度多是 x3 .. 不過我比較看好 Thunderbolt界面
D38308bb59ed6580dab4e0d40852a026?size=48&default=wavatar
10.  snake (發表於 2011年11月29日 14:35)
SuperSpeed速度 5Gbps(610MB/秒)
這種理論值有何用 ?
你的記憶卡或隨身碟有這種速度 ? 軟硬體支援能力?

SanDisk Extreme CF 高速記憶卡讀寫速度也只達 60MB/秒
ultra CF 記憶卡讀寫速度也只達 30MB/秒
用usb 3.0 速度會變 (610MB/秒)?
電腦王不要玩我
11.  電腦王不要玩我 (發表於 2013年4月01日 01:40)
那些條件才會有UASP mode,
首先是您主機板或者筆電一定要有USB3.0 Host controller且硬體要有Support UASP mode.
再來是USB3.0的driver也要有支援UASP mode最後USB3.0硬碟或隨身碟也要有USAP mode.
總之==>
USB3.0 IC(UASP mode) + USB3.0 Driver(UASP mode) + USB3.0 Devices(UASP mode)
只要有一項沒有就無法啟動UASP mode.
只要您的主機板是Intel USB3.0(原生3.0) 或NEC USB3.0的晶片都有支援;
再來是Driver的部分,目前全世界沒有一家IC有Windows 7的UASP Driver,雖然ASmeida(祥碩)
在華碩主機板有提供Tubro modeu有UASP但是在Windows 8卻無法開啟,看來ASmedia自行開發Windows 7 UASP Driver sopport
實際IC硬體並無支援;Windows 8在開發時微軟已經把
UASP這一支Driver放入Windows 8作業系統.
如果您本身是科技業的工程師就應該知道 "In-box driver" 沒錯就是它, "Windows 8 UASP In-box driver"
最後就是您的US3.0硬碟或隨身碟就我所知目前市面可以買的有兩家IC: ASmedia與LucidPort
但是產品包裝上面並不會寫這個產品是用哪一家的,直接看包裝上面是否有寫"UASP"
如果產品上面有寫那就可以買了 ^^
USB3.0的優點有在Copy大檔案如:100GB以上有所幫助,不然其實沒啥優點
市面上的主機板大多有USB3.0 port但是並非所有USB3.0都可以相容市面上所有USB2.0的裝置
在Intel 7系列主機板上市以前很多主機板都是使用外掛式晶片(ASmedia,TI,Etron,VIA,Fresco,NEC)
只有NEC相容性是最佳,其它廠商的的IC都不盡理想,連Intel 7系列原生USB3.0都沒有NEC好,
但是市面上有NEC USB3.0晶片的主機板都是xHCI 0.96版本,並不是xHCI 1.0版本.
現在只有期待Intel 8系列晶片組的USB3.0可以解決7系列一些Bug!
本人現在使用NEC720201晶片,
原因是Windows 8開發及USB-IF協會要過USB3.0裝置認證都是以這個IC為主.
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