USB数据线是如何连通手机数据和电脑的?

知识点:USB,即“通用串行总线”,简称“通串线”,接口内有四根针,分别用于供电和数据传输。

现在,大家出门似乎钱包、公交卡啥的都能不带,就是不能忘记带手机。手机正在占据我们生活的方方面,成为一种必需品。看到有意思的东西,吃顿美味的小吃,邂逅一朵漂亮的小花……我们都会忍不住“咔咔咔”地拍几张。手机存储卡爆满时,我们会很自然地把它们上传云端,然后刷刷刷清空手机内存。可是,你知道的,各种“云”服务,是这几年才兴起的新东东,在此之前,大家要转移手机里的数据,或者把电脑里喜欢的音乐和电影等下载到手机上,都是需要一根数据线的哟。数据线的一头接上电脑,另一头插手机……这么一连,不就是充电嘛,数据咋就传输成功的呢?

这里要介绍一种关键技术:USB(Universal Serial Bus),翻译成中文是“通用串行总线”,简称“通串线”,它也是一种技术标准。如今USB技术应用已经相当广泛,可以连接电脑、鼠标、键盘、打印机、摄像头、数码相机、移动硬盘、手机等等各种用途的设备。最常见的USB接口是扁长方形的,如果将接口对着自己,你能看到四条黄色的金属片,这叫做四条“针”,每一条“针”就像是一条马路一样,跟汽车在马路上行驶的道理相同,数据在“针”上传输。具体地讲,最外面的两个针,是电源线:一条是地线(GND),另一条是正电源线(ACC),标准供电电压是5伏特。这两条线负责给接上的设备供电,所以我们可以想到,优盘自身并没有电池,插在电脑上就能使用,就是因为有这两条线供电,驱动它工作。USB接头中间还有两个针,是真正传输数据用的,分别命名为“D+”和“D-”。

     

传输数据的过程就好像在一座大桥上开汽车。在计算机世界,信息都是用二进制表示,也就是用许许多多的“0”和“1”的组合代表信息。举个简单的例子,在十进制中,数字“1”对应二进制中的“001”,“2”对应“010”,“3”对应“011”,“4”对应“100”,以此类推。用像这样“0”和“1”的组合能够表示非常丰富的信息。想象在一座跨海大桥上,两边就类似于电脑和手机,这两个设备之间要传输数据,就像是海这边的汽车要开到对岸去,每辆车上都装着“0”或者“1”的信息。但是大桥宽度有限,我们怎样让汽车开过去呢?第一种方案,只修一条车道,只允许车从东向西开,这样最省事,成本低,效率也很高因为不会堵车,但缺点是只能单向地传输,有很大局限,用专业术语讲叫“单工模式”。第二种方案,还是修一条车道,既允许从东向西又允许从西向东,但是向西开的时候向东开的车要等待,反过来也是,这样能够双向传输了,成本没有增加,但是效率受到限制,因为总有一边的要等着,专业术语叫“半双工模式”。第三种方案,修两条车道,从东向西和从西向东的车可以同时开,这样实现了双向传输,效率也有保证,但成本翻倍,专业术语叫“全双工模式”。

     

USB标准采用“半双工模式”,而且通过检测“D+”和“D-”两条线之间的电压差区分“0”和“1”。所谓“串行”,就是将数据在时间上排列,每隔一个固定的时间传输线上的电压会变化一次,同时另一端的设备也以相同的速率检测电压,“读取”这些数据,这样就实现了数据的“串行”传输。这就好比说,甲和乙的面前各有10支彩色画笔,两人见不到面,可以通过电话沟通;两人约好,依次说出画笔的颜色,比如红、黄、绿……当甲依次说出10个颜色后,乙就能够把画笔排好顺序,这个顺序和甲是一模一样的。也就是说,甲将彩色画笔排序的信息用“串行”通信的方式传递给了乙。通常USB每秒可以传输上百万个比特的数据,也就是说一首流行歌曲两三秒之内就可以传输完成。这也就是常说的“带宽”。“带宽”实际上并不是指传输线有多么“粗”,实际上是指传输有多“快”,这就和设备的性能以及所采用的标准有关了。