USB数据线是如何连通手机数据和电脑的？

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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。