USB3.0 的 5Gbit/s 为何不能等同于 625MB/s?

2021年9月10日 | 分类: 【技术】

参考:https://www.sohu.com/a/443776632_120892652

上一篇文章,讲述了传输速率、传输速率的单位等。而这篇文章主要是诠释影响传输速率的关键因素——编码。

通用串行总线(USB)作为当下不可或缺的行业标准,与我们的生活息息相关。它包括 11 种不同的连接器,连接计算机和各种外围设备,这些技术让生活有了很多乐趣。

USB 在 2019 年 8 月 29 日更新至第四代,由 USB 实施者论坛(USB-IF)发布。USB 4支持 40Gbit/s 的吞吐量,与雷电 3 完全兼容。但在生产上由于各种各样的原因,如成本、技术、工艺等问题,市场还在大规模使用 USB 2.0 的标准,其传输速率支持 480Mbit/s(60MB/s)。不同版本的 USB 所传输的速度也有所不同,如图 1 所示。

图 1.USB 的传输速度

随着 5G 的到来,计算机、手机等设备都对数据的传输有了更高的要求。而 USB 2.0 的传输速率是不足以满足未来的市场使用需求,未来市场份额将是 USB 3.0 和 USB 4 的。从(图 1)可以看到,USB 3.0 的数据速率是 5Gbit/s,传输速度却只有 500MB/s。结合上一篇文章的内容,可以计算:

大家会发现结果不管这么算都不会等于 500MB/s 的传输速度,那么多出来的一百多兆的传输速度哪里去了呢?

USB 3.0 规范于 2008 年 11 月 12 日发布,其管理权从 USB 3.0 促进者小组转移到 USB 实施者论坛(USB-IF),并于 2008 年 11 月 17 日在 SuperSpeed USB 开发者大会上宣布。

USB 3.0 增加了SuperSpeed 传输模式,并具有向后兼容的插头,插座和电缆 SuperSpeed 插头和插座标有独特的徽标,标准格式的插座中带有蓝色插入物。

除了现有的三种传输模式外,SuperSpeed 总线还以 5.0 Gbit / s 的标称速率提供一种传输模式。它的效率取决于许多因素,包括物理符号编码和链路级开销。以 8b/10b 编码为 5 Gbit / s 的信令速率传输时,每个字节需要 10 位进行传输(而非 8 位,故有 20% 的损耗),因此原始吞吐量为 500 MB / s。即:

8b/10b 编码是什么?

在电信中,8b / 10b 是一种线路代码,它将 8 位字映射到 10 位符号以实现 DC 平衡和有界视差,同时提供足够的状态变化以允许合理的时钟恢复。这意味着至少 20 位的字符串中的 1 和 0 的计数之差不超过 2,并且一行中的位数不超过 5。这有助于减少对传输信号所需的通道的较低带宽限制的需求。
USB 3.1 和 USB 3.2 的传输速度是多少?

在 USB 3 版本中,除了 USB 3.0 的 5Gbit/s 存在以编码方案进行信号传输,USB 3.1 和 USB 3.2 也是以物理符号编码进行信号传输的,但是后两者(USB 3.1 和 USB 3.2)与前者(USB 3.0)的编码方案是不一样的。

2013 年 7 月发布的 USB 3.1 有两个版本。第一种 USB 3.0 的超高速传输模式和进行标记 USB 3.1,和第二个版本引入了新的超高速+的标签下传输模式 USB 3.1 的 Gen 2。SuperSpeed +将最大数据信令提高了一倍,达到 10 Gbit / s,同时通过将编码方案更改为 128b/132b,将线路编码开销降低到仅 3%。

USB 3.2 于 2017 年 9 月发布,保留了现有的 USB 3.1 SuperSpeed 和 SuperSpeed +数据模式,但通过 USB-Type C 连接器引入了两种新的 SuperSpeed +传输模式,数据速率为 10 和 20 Gbit / s(1.25 和 2.5 GB / s)。带宽的增加是对现有线路进行多通道操作的结果,这些线路旨在实现 USB-C 连接器的触发器功能。

USB 3.1 和 USB 3.2 传输速度的计算过程如下:

线路代码是什么?

在电信中,线路码是电压,电流,或用于表示数字数据的光子的图案发送向下一个传输线。在数据存储系统中,这种信号清单通常称为约束代码。当某些信号在通信通道上传输时,与其他信号相比,它们更容易出错,因为通信或存储介质的物理特性限制了可以可靠使用的信号的范围。