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USB提速10倍?西数My Book 3.0外置硬盘评测

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最近一段时间,高速的USB 3.0接口标准成为业界关注的焦点之一。日前我们收到了西部数据公司采用USB 3.0接口的外置硬盘My Book 3.0,在本文中将对它进行详细的介绍和评测。

作者:存储时代——黄亮 来源:Stor-Age.com【原创】 2010年2月2日

关键字: WD SuperSpeed 西部数据 USB 3.0

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最近一段时间,高速的USB 3.0接口标准成为业界关注的焦点之一。日前我们收到了西部数据公司采用USB 3.0接口的外置硬盘My Book 3.0,在本文中将对它进行详细的介绍和评测。

西部数据My Book 3.0外置硬盘

上图就是拆开包装之前的My Book 3.0,我们收到的这款容量为1TB,也就是它外壳里面3.5英寸SATA硬盘的容量。My Book 3.0还有一款2TB容量的型号。在包装盒正面下方贴着的红色标签表示它附带了一块USB 3.0接口的PCIe扩展卡,这是考虑到目前绝大多数的主机还没有提供USB 3.0接口。在产品测试之前,我们先来了解一下USB 3.0规范。

提速和兼容性的基础——USB 3.0双总线架构

在多年以前USB 2.0接口开始普及的时候,人们对它相对于USB 1.1 40倍的理论速度提升(480Mbps vs. 12Mbps)感到非常满足。包括移动硬盘、外置刻录机、打印机/扫描仪、摄像头等设备因为传输带宽的提高而大为受益。曾经流行一时的IEEE 1394(Firewire)接口也早已风光不再,尽管传输率为400Mbps的1394A实际效率优于USB 2.0,但还是竞争不过USB控制器集成到主板芯片组这样的“免费午餐”。虽然目前的很多笔记本电脑仍然提供Firewire接口,但外设除了个别高端移动硬盘和DV(通常也支持USB)等视频设备之外就很少见了,至于1394B(800Mbps)及后来更高速的标准也是难以推广。

如今的PC外设接口仍然可以说是USB 2.0一统天下,但是30~40MB/s的实际传输速度面对一些应用已经开始捉襟见肘。外置硬盘就是一个很好的例子:目前主流3.5英寸SATA硬盘的持续传输率已经超过100MB/s,2.5英寸硬盘虽然低于这个数字可是USB 2.0也成为了瓶颈。另外随着高清(蓝光)视频内容的普及,每部影片动辄十几二十GB的容量通过USB 2.0传输的时间也逐渐令人难以忍受。eSATA作为SATA接口向外的一种扩展,其速度不成问题(1.5/3Gbps),然而一方面它几乎只能用于硬盘,另一方面不支持向设备供电使eSATA的应用范围大大受限。在这种情况下,USB 3.0(SuperSpeed USB)标准的发布,使通用串行总线的速率一举提升到5.0Gbps。

USB 3.0的双总线架构

由于USB 3.0的速度达到了5.0Gbps,串行接口的时钟频率已经相当高。目前只有6Gbps的SATA和SAS硬盘接口以及PCI-E 2.0/3.0总线的频率能够与之匹敌,而这些都是主要用于机箱内部的互连(SAS也可以用在外部,PCI-E则很少),USB 3.0却是连接在主机和外设之间。为了保证信号的完整性,对控制器和线缆提出了更加严格的要求。由于USB 3.0和2.0的速度相差10倍以上,再加上还有键盘/鼠标这样的USB 1.x低速外设的拖累,为了保持向下的兼容性USB 3.0采用了双总线架构(如上图)。即在主机、Hub(集线器)、设备和线缆方面全部保留Non-SuperSpeed(USB 2.0)部分模块,在此基础上增加SuperSpeed(USB 3.0)功能模块。这样做可以说是一种折中的办法,虽然增加了一部分成本,但是却很好的解决了兼容性的问题。

USB 3.0线缆结构示意图

以上图中的USB 3.0复合线缆为例,其中Vbus和GND两条连接仍然是+5V电源和低线,中间的部分分为两组,D+和D-用于传输USB 2.0信号,而新增的SSRX+/SSRX-和SSTX+/SSTX-则是2对分别用于收发数据(双向分离)的USB 3.0信号线。

USB 3.0/2.0规格对比表

从上表我们看到,USB 3.0除了在数据速度上提升到5Gbps之外,其传输界面也由USB 2.0的半双工(同一时间只能向一个方向传输数据)改为使用双重单工设计,这一点从上面的线缆图就已经能看出来。“双重单工”(Dual-simplex)与我们常说的全双工(Full-Duplex)技术相类似,二者区别在于双重单工的每对线缆都拥有它自己的接地,而全双工则使用一条公共的地线,双重单工连接可以达到更高的速度和更好的信号质量。这样看来PCI Express总线严格的说应该也属于双重单工连接。

USB接口支持在一个控制器上最多连接127个设备,不过USB 2.0及之前的规范中通信数据包都是以广播形式发送的,这样就影响到了它的效率。USB 3.0对这一点进行了改进,所有传输的数据包都会明确的路由到目标设备上。此外,USB 3.0能够支持更多的电源管理状态级别,以达到更高的能效比。供电方面,USB 2.0标准规定的+5V输出电流是500mA(0.5A),而部分主板厂商在设计时将USB端口实际供电能力提高到800mA。USB 3.0在规范中直接将这个数字确定为900mA,而且还有一种Powered-B增强供电接口+5V输出能够达到1A。USB 2.0在端口硬件侦测到连接事件后,需要通过系统软件使用端口命令去转变端口进入启用状态。而USB 3.0硬件直接能够进入可操作状态,这样就降低了对主机和操作系统的依赖,使设备到设备之间的应用更加简便。

关于USB 3.0的实际效率,相信是大家最关注的一个问题。这里我们要特别说明一下:由于USB 3.0采用的是8b/10b的编码方式(与USB 2.0相同),5Gbps的信号速度就意味着500MBps的最大吞吐量(原始数据),而不是之前有些人宣传的625MB/s。考虑到还有连接级流控制、封包构架和协议开销,实际应用中能够达到400MB/s或者更高的性能。

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