關於USB你應該知道的一些資訊

本文介紹的是電腦匯流排標準。關於其他用途，請參閱USB（消歧義）。

通用序列匯流排（USB）是一種產業標準，由USB 實施者論壇（USB-IF），用於多種電子產品之間的數位資料傳輸與電力傳輸。它定義了架構，特別是實體介面，以及通訊協定，用於與主機（例如個人電腦）之間、與周邊裝置（例如顯示器、鍵盤和大容量儲存裝置）之間，以及與可倍增主機連接埠數量的中繼集線器之間進行通訊。[2]

USB 於 1996 年推出，最初旨在標準化周邊裝置與電腦的連接，取代了多種介面，例如序列埠、並列埠、遊戲埠以及Apple Desktop Bus（ADB）埠。[3] USB 的早期版本已廣泛應用於各種裝置，例如鍵盤、滑鼠、相機、印表機、掃描器、隨身碟、智慧型手機、遊戲主機和行動電源。[4] 此後，USB 已發展成為一項標準，幾乎取代了電腦、行動裝置、周邊設備、電源供應器以及眾多其他小型電子產品上的所有常見連接埠。

在最新標準中，USB-C連接器取代了多種用於供電（最高 240 瓦）、顯示（例如 DisplayPort、HDMI）以及許多其他用途的連接器，同時也取代了所有先前的 USB 連接器。

截至 2024 年，USB 包含四個規格世代：USB 1.x、USB 2.0、USB 3.x 以及 USB4。USB4 規格透過「一種面向連接的通道架構，旨在將多種協定合併到單一物理介面上，以便 USB4 架構的總速度和效能可以動態共享」[2]，增強了資料傳輸和供電功能。特別是，USB4 支援通道化 Thunderbolt 3 協定，即 PCI Express （PCIe，載入/儲存介面）和 DisplayPort （顯示介面）。USB4 也新增了主機對主機介面。[2]

每個規格子版本支援不同的 訊號傳輸速率 從 1.5 和 12 Mbit/s 半雙工 在 USB 1.0/1.1 中，到 80 Gbit/s 全雙工 在 USB4 2.0 中。[5][6][7][2] USB 也為周邊裝置提供電力；最新版本的標準擴展了電力傳輸限制，以支援電池充電和需要高達 240 瓦的裝置，如 USB 電力傳輸（USB-PD） 修訂版 V3.1.[8] 多年來，USB(-PD) 已被廣泛採用為許多行動裝置（例如手機）的標準電源供應與充電格式，從而減少了對專用充電器的需求。[9]

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USB 的設計目的是標準化周邊設備的連接到個人電腦，既用於交換資料，也用於供應電力。它已大幅取代了諸如序列埠和並列埠，並已成為各種裝置上的常見配置。透過 USB 連接的周邊設備包括電腦鍵盤和滑鼠、攝影機、印表機、可攜式媒體播放器、行動（可攜式）數位電話、磁碟機以及網路卡。

USB 連接器已逐漸取代其他類型的可攜式裝置充電線。[10][11][12]

USB 連接器介面分為三種類型：主機、集線器與周邊裝置上常見的多種傳統 Type-A（上游）與 Type-B（下游）連接器，以及現代的 Type-C（USB-C）連接器，它取代了多種傳統連接器，成為 USB4 唯一適用的連接器。

Type-A 與 Type-B 連接器曾推出標準、Mini 及 Micro 三種尺寸。標準規格體積最大，主要用於桌上型電腦及較大型周邊設備。Mini-USB 連接器（Mini-A、Mini-B、Mini-AB）專為行動裝置設計，但很快就被更輕薄的 Micro-USB 連接器（Micro-A、Micro-B、Micro-AB）取代。Type-C 連接器（亦稱 USB-C）並非 USB 專屬規格，卻是目前唯一的 USB 標準規格，為 USB4 所必需，同時也是現代 DisplayPort 與 Thunderbolt 等其他標準的必備規格。此連接器具備正反可插特性，能支援多種功能與通訊協定（包含 USB）；其中部分功能為強制性，許多則為選擇性，具體取決於硬體類型：主機、周邊設備或集線器。[13][14]

USB 規格提供向下相容性，通常會導致訊號速率、最大供電功率及其他功能降低。USB 1.1 規格取代了 USB 1.0。USB 2.0 規格向下相容 USB 1.0/1.1。USB 3.2 規格取代了 USB 3.1（及 USB 3.0），同時包含 USB 2.0 規格。USB4「功能上取代」USB 3.2，同時保留並行運作的 USB 2.0 匯流排。[5][6][7][2]

USB 3.0 規格定義了一種名為 SuperSpeed（亦稱 SuperSpeed USB，市場標示為 SS）的新架構與協定，其中包含一條用於新訊號編碼方案（8b/10b 符號，5 Gbit/s；後續亦稱為 Gen 1）的通道，可實現全雙工資料傳輸，實體上需要額外五條線路與接腳；同時保留 USB 2.0 的架構與協定，因此保留原始的四條接腳/線路以維持 USB 2.0 向下相容性，總計共九條線路（連接器介面為九或十個接腳；ID 接腳未連接）。

USB 3.1 規格引入了增強型超高速系統（Enhanced SuperSpeed System），同時保留了超高速（SuperSpeed）架構與協定（SuperSpeed USB），並新增了超高速+（SuperSpeedPlus）架構與協定（又稱 SuperSpeedPlus USB），採用新的編碼方案（128b/132b 符號，10 Gbit/s；也稱為 Gen 2）；曾有一段時間被行銷為 SuperSpeed+（SS+）。

USB 3.2 規格[15] 除了其他增強功能外，還為增強型超高速系統新增了第二條通道，使 SuperSpeedPlus USB 系統部分能夠實現 Gen 1×2、Gen 2×1 和 Gen 2×2 操作模式。然而，系統中的 SuperSpeed USB 部分仍僅支援單通道的 Gen 1×1 操作模式。因此，雙通道操作（即 USB 3.2 Gen 1×2（10 Gbit/s）和 Gen 2×2（20 Gbit/s））僅能透過全功能 USB-C 實現。截至 2023 年，這些功能仍較少被實作；不過，英特爾已開始將其納入第 11 代 SoC 處理器型號中，但蘋果從未提供支援。另一方面，USB 3.2 Gen 1(×1)（5 Gbit/s）和 Gen 2(×1)（10 Gbit/s）在過去幾年中已相當普遍。

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主條目：USB 硬體 § 連接器

每個 USB 連接都使用兩個連接器：一個插座和一個插頭。圖片僅顯示插座：

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通用序列匯流排的開發旨在簡化並改善個人電腦與周邊裝置（如手機、電腦配件和顯示器）之間的介面，相較於先前既有的標準或專有介面。[17]

從電腦使用者的角度來看，USB 介面在幾個方面提升了易用性：

USB 標準也為硬體製造商和軟體開發者提供了多項好處，特別是在實作上相對容易：

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與所有標準一樣，USB 在設計上存在多項限制：

對於產品開發者而言，使用USB需要實作複雜的協定，並意味著周邊設備中需具備「智慧型」控制器。開發供公開銷售的USB設備通常必須取得USB ID，這需要向USB Implementers Forum（USB-IF）。使用USB規格的產品開發者必須與USB-IF簽署協議。產品上使用USB標誌需要支付年費並成為該組織的成員。[17]

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基本的USB三叉戟標誌

七家公司在1995年開始開發USB：[21]Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft、NEC，以及Nortel。其目標是從根本上簡化外部裝置與個人電腦的連接方式，透過取代電腦後方的多種連接埠，解決現有介面的可用性問題，並簡化所有連接至USB之裝置的軟體設定，同時允許外部裝置擁有更高的資料傳輸速率，以及隨插即用 功能。[22] 1979年Atari SIO 序列匯流排（用於8位元Atari電腦）以及1980年的IEEE-488 衍生自Commodore 匯流排，以及 Hewlett Packard 的HP-IL匯流排率先採用此方法。[23][24] 由 Apple 主導，包含 Sony、Panasonic（Matsushita）、LG、Toshiba、Hitachi、Cannon、Philips Electronics、Compaq、Thomson 及 Texas Instruments 的聯盟，自 1986 年起進一步發展此概念，成為IEEE 1394 FireWire 標準與專利池。[25] Joseph C. Decuir，原任職於 Atari，後轉至 Commodore，同時也是 Atari SIO 通用匯流排的設計者，後來為 Microsoft 參與 USB 專案，並取得其中一項相關美國專利。[26] Ajay Bhatt 及其團隊[a] 在 Intel 共同制定此標準；[28][29] 第一款 支援 USB 的積體電路 由 Intel 於 1995 年生產。[30]

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基本速度USB標誌

USB 1.0 於1996年1月發布，規定了1.5 Mbit/s（低頻寬或低速）和12 Mbit/s（全速）的信令速率。[31] 由於時序和功率限制，它不允許使用延長線。直到1998年8月USB 1.1發布，市場上才出現少量USB裝置。USB 1.1是最早被廣泛採用的修訂版，並導致微軟將其稱為「無遺留系統」。[32][33][34]

USB 1.0 和 1.1 都沒有為比標準 Type A 或 Type B 更小的連接器指定任何設計。儘管許多週邊設備上出現了多種微型 Type B 連接器的設計，但由於將帶有微型連接器的週邊設備視為具有固定連接（即：週邊設備端沒有插頭或插座），因此阻礙了對 USB 1.x 標準的遵循。直到 USB 2.0（修訂版 1.01）引入微型 Type A 連接器之前，沒有已知的此類連接器。

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高速 USB 標誌

USB 2.0 於 2000 年 4 月發布，除了 USB 1.x 全速的 12 Mbit/s（最大理論資料吞吐量 1.2 MByte/s）[36] 之外，還增加了更高的最大訊號速率 480 Mbit/s（最大理論資料吞吐量 53 MByte/s[35]），稱為高速或高頻寬。[35]

USB 規格的修改是透過工程變更通知（ECN）進行的。這些 ECN 中最重要的部分已納入 USB 2.0 規格套件中，可從 USB.org 取得：[37]

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主條目：USB 3.0

已棄用的 SuperSpeed USB 標誌

USB 3.0 規格於 2008 年 11 月 12 日發布，其管理權從 USB 3.0 推廣組織移交給 USB 實施者論壇（USB-IF），並於 2008 年 11 月 17 日在 SuperSpeed USB 開發者大會上宣布。[39]

USB 3.0 新增了一種名為 SuperSpeed 的新架構與協定，並搭配相關的向下相容插頭、插座與線纜。SuperSpeed 插頭和插座以獨特的標誌和標準格式插座中的藍色插件來識別。

SuperSpeed 架構除了提供三種現有的操作模式外，還提供了一種速率為 5.0 Gbit/s 的操作模式。其效率取決於多種因素，包括實體符號編碼和鏈路層開銷。在 5 Gbit/s 的信令速率下，使用8b/10b 編碼，每個位元組需要 10 個位元來傳輸，因此原始吞吐量為 500 MB/s。若考慮流量控制、封包框架與協定開銷，實際傳輸至應用程式的吞吐量大約為原始吞吐量的三分之二，即 330 MB/s。[40]: 4–19  SuperSpeed 的架構是全雙工；所有較早的實作（USB 1.0 至 2.0）均為半雙工，由主機進行仲裁。[41]

低功率與高功率裝置在此標準下仍可運作，但支援 SuperSpeed 的裝置可透過 150 mA 的離散步進，將電流提升至 150 mA 至 900 mA 之間。[40]: 9–9 

USB 3.0 也引入了USB 附加 SCSI 協定 (UASP)，此協定通常比 BOT（僅大量傳輸）協定提供更快的傳輸速度。

USB 3.1[5] 於 2013 年 7 月發布，共有兩個變體。第一個變體保留了 USB 3.0 的 SuperSpeed 架構與協議，其操作模式被重新命名為 USB 3.1 Gen 1，[42][43][44] 而第二個變體則引入了全新的 SuperSpeedPlus 架構與協議，並新增第二種操作模式，命名為 USB 3.1 Gen 2（市場上稱為 SuperSpeed+ USB）。SuperSpeed+ 將最大訊號傳輸率提升至 10 Gbit/s（後續在 USB 3.2 規格中市場上稱為 SuperSpeed USB 10 Gbps），同時透過改變線路編碼開銷，將其降低至僅 3%。編碼方案到128b/132b.[42][45]

USB 3.2，於 2017 年 9 月發布，[15] 保留了現有的 USB 3.1 SuperSpeed 與 SuperSpeedPlus 架構及協定，以及其各自的操作模式，但引入了兩種新的 SuperSpeedPlus 操作模式（USB 3.2 Gen 1×2 和 USB 3.2 Gen 2×2），搭配新的 USB-C Fabric，訊號速率為 10 和 20 Gbit/s（原始資料速率為 1212 和 2424 MB/s）。頻寬的提升是由於在原本設計用於 USB-C 連接器正反插功能的現有線路上實現了雙通道操作。[46]

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從 USB 3.2 規格開始，USB-IF 引入了新的命名方案。[47] 為了協助公司針對不同操作模式進行品牌標示，USB-IF 建議分別將 5、10 和 20 Gbit/s 的傳輸能力品牌命名為 SuperSpeed USB 5Gbps、SuperSpeed USB 10 Gbps 和 SuperSpeed USB 20 Gbps。[48]

2023 年，這些名稱再次被取代，[49] 移除了「SuperSpeed」，改為 USB 5Gbps、USB 10Gbps 和 USB 20Gbps，並搭配新的包裝與連接埠標誌。[50]

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主條目：USB4

已棄用的 Certified USB4 標誌

USB4 規格於 2019 年 8 月 29 日由 USB 實施者論壇發布。[51]

USB4 2.0 規格於 2022 年 9 月 1 日由 USB 實施者論壇發布。[52]

USB4 基於Thunderbolt 3協議。[53] 它支援 40 Gbit/s 的吞吐量，相容於 Thunderbolt 3，並向下相容 USB 3.2 和 USB 2.0。[54][55] 該架構定義了一種方法，可動態地將單一高速連結與多種終端裝置類型共享，從而根據類型和應用最佳化資料傳輸。

在CES 2020期間，USB-IF 和英特爾表示，他們打算允許支援所有可選功能的 USB4 產品作為Thunderbolt 4產品。

速度達 80 Gbit/s 的 USB4 2.0 原定於 2022 年 11 月發布。[56][57] 更多技術細節將在 2022 年 11 月舉行的兩場 USB 開發者日期間公布。[58][需要更新]

USB4 規範指出，USB4 應支援以下技術：[2]

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2022 年 9 月實施的 USB 命名方案概述

（混合顯示了 USB 規格及其行銷名稱

因為規格有時會被錯誤地用作行銷名稱。）

[有爭議（因為：USB4 20 Gbit/s 並不存在；USB4 2×2 與 USB 3.2 2×2 不可互換，如標誌所示；USB 3.x 和 USB4 的標誌不同。） – 討論]

由於先前的命名方案容易混淆，USB-IF 決定再次更改。自 2022 年 9 月 2 日起，行銷名稱遵循「USB xGbps」的語法，其中 x 是以 Gbit/s 為單位的傳輸速度。[59] 更新後的名稱和標誌概覽可參閱相鄰表格。

USB 3.2 Gen 2×2 和 USB4 Gen 2×2 操作模式（或 USB 3.2 Gen 2×1 和 USB4 Gen 2×1）不可互換或相容；所有參與的控制器必須以相同模式運作。

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USB 系統由一個具有一個或多個下行埠 (DFP) 的主機 [67] 以及多個周邊裝置組成，形成分層的星狀拓撲。額外的USB 集線器最多可包含五層。一個 USB 主機可能擁有多個控制器，每個控制器配備一個或多個連接埠。單一主機控制器最多可連接 127 個裝置。[68][40]: 8–29  USB 裝置透過集線器串聯。內建於主機控制器的集線器稱為「根集線器」。

一個 USB 裝置可能由數個邏輯子裝置組成，這些子裝置稱為「裝置功能」。一個「複合裝置」可能提供多種功能，例如，一個網路攝影機（視訊裝置功能）內建麥克風（音訊裝置功能）。另一種替代方案是複合裝置，主機為每個邏輯裝置分配獨特位址，所有邏輯裝置連接至內建集線器，再連接至實體USB纜線。

USB端點位於周邊裝置上：通往主機的通道稱為管道。

USB 裝置的通訊是基於**管道**（邏輯通道）來進行的。管道將主機控制器連接到裝置內部的邏輯實體，稱為**端點**。由於管道對應於端點，這兩個術語有時會互換使用。每個 USB 裝置最多可擁有 32 個端點（16 個輸入端與 16 個輸出端），但實際上很少會用到這麼多。端點在裝置初始化期間（即物理連接後的**列舉**階段）被定義並編號，因此相對來說是永久性的；而管道則可能被打開或關閉。

管道分為兩種：串流管道與訊息管道。

當主機開始資料傳輸時，會發送一個包含由 指定的端點的TOKEN封包元組（device_address, endpoint_number）。若傳輸方向為主機至端點，主機將發送一個OUT封包（TOKEN封包的一種特化形式），其中包含目標裝置位址與端點編號。若資料傳輸方向為裝置至主機，則主機改為發送IN封包。若目標端點為單向端點，且製造商指定的方向與TOKEN封包不符（例如製造商指定方向為IN，但TOKEN封包為OUT封包），則該TOKEN封包將被忽略。反之，若方向相符，則接受該封包並開始資料交易。至於雙向端點，則可同時接受IN與OUT封包。

電腦前面板上的兩個USB 3.0 Standard-A插座（左）和兩個USB 2.0 Standard-A插座（右）

端點被分組為介面，每個介面與單一裝置功能相關聯。例外情況是端點零，它用於裝置配置，且不與任何介面相關聯。由獨立控制的介面組成的單一裝置功能稱為複合裝置。複合裝置只有一個裝置位址，因為主機僅將裝置位址分配給一個功能。

當USB裝置首次連接到USB主機時，會啟動USB裝置枚舉程序。枚舉從向USB裝置發送重置訊號開始。在重置訊號期間，會決定USB裝置的訊號速率。重置後，主機會讀取USB裝置的資訊，並為裝置分配一個唯一的7位元位址。如果主機支援該裝置，則會載入裝置驅動程式以與裝置進行通訊，並將裝置設定為已配置狀態。如果USB主機重新啟動，則會對所有已連接的裝置重複枚舉程序。

主機控制器負責引導流量流向裝置，因此在沒有主機控制器明確請求的情況下，任何USB裝置都無法在匯流排上傳輸資料。在USB 2.0中，主機控制器民意調查 匯流排上的流量，通常以 循環輪詢模式。每個 USB 連接埠的吞吐量，取決於該連接埠或所連接 USB 裝置中速度較慢的一方。

高速USB 2.0集線器包含稱為事務轉換器的裝置，可在高速USB 2.0匯流排與全速及低速匯流排之間進行轉換。每個集線器或每個連接埠可能有一個轉換器。

由於每個USB 3.0主機中有兩個獨立控制器，無論該主機連接了USB 2.0或更早的裝置，USB 3.0裝置都會以USB 3.0訊號速率進行傳輸和接收。較早裝置的操作訊號速率則以傳統方式設定。

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USB 裝置的功能由傳送至 USB 主機的類別碼定義。這讓主機能夠為裝置載入軟體模組，並支援來自不同製造商的新裝置。

裝置類別包括：[70]

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另請參閱：USB 大量儲存裝置類別、磁碟外接盒，以及外接硬碟

一個隨身碟，一種典型的 USB 大量儲存裝置

一個M.2（2242）固態硬碟（SSD）連接到電腦的 USB 3.0 轉接器

The USB 大量儲存裝置類別（MSC 或 UMS）標準化了儲存裝置的連接。最初是針對磁碟和光碟機設計，後來擴展支援隨身碟和SD 卡讀卡機。能夠從寫入鎖定的SD 記憶卡 搭配 USB 轉接器對於維持開機介質的完整性、不可損壞及原始狀態特別有利。

雖然自2005年初以來，大多數個人電腦都可以從USB大量儲存裝置開機，但USB並非設計作為電腦內部儲存的主要匯流排。然而，USB的優點在於允許熱插拔，這使其對於行動周邊設備（包括各種類型的硬碟）非常實用。

多家製造商提供外接可攜式USB硬碟，或供硬碟使用的空外接盒。這些產品的效能可與內接硬碟媲美，但會受到所連接USB裝置的數量與類型，以及USB介面上限的限制。其他競爭的外接硬碟連接標準包括eSATA、ExpressCard、FireWire （IEEE 1394），以及最新的 Thunderbolt。

USB 大量儲存裝置的另一個用途是可攜式執行軟體應用程式（例如網頁瀏覽器和 VoIP 用戶端），無需將其安裝在主機電腦上。[74][75]

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另請參閱：圖片傳輸協定

媒體傳輸協定（MTP）由 微軟 設計，旨在提供比 USB 大容量儲存更高層級的裝置檔案系統存取權限，以檔案而非磁碟區塊為單位。它還具有可選的 DRM 功能。MTP 最初設計用於 可攜式媒體播放器，但後來被採用為 Android 作業系統從 4.1 Jelly Bean 版本以及 Windows Phone 8（Windows Phone 7 裝置曾使用 Zune 協定——MTP 的演進版本）開始。主要原因在於 MTP 不像 UMS 那樣需要獨佔存取儲存裝置，從而緩解了當 Android 程式在裝置連接電腦時要求存取儲存空間可能引發的問題。主要缺點是 MTP 在 Windows 作業系統以外的支援度較差。

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主條目：USB 人機介面裝置類別

USB 滑鼠或鍵盤通常可搭配較舊的電腦使用，這些電腦配備有PS/2 連接埠，只需使用一個小型 USB 轉 PS/2 轉接器即可。對於支援雙協定的滑鼠和鍵盤，一個不含邏輯電路 可能被使用：USB 硬體鍵盤或滑鼠中的設計用於偵測其是否連接到 USB 或 PS/2 連接埠，並使用適當的通訊協定進行通訊。[需要引用] 也存在將 USB 鍵盤和滑鼠（通常各一個）連接到 PS/2 連接埠的主動式轉換器。[76]

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裝置韌體升級 (DFU) 是一種用於升級韌體 的 USB 裝置，由製造商提供改良版本，例如可部署韌體錯誤修復。在韌體升級操作期間，USB 裝置會改變其運作模式，實際上成為一個 PROM程式設計師。任何類別的USB裝置都可以透過遵循官方DFU規範來實現此功能。這樣做允許使用相容DFU的主機工具來更新裝置。[73][77][78]

DFU有時被用作微控制器中內建USB開機載入器功能的快閃記憶體程式設計協定。[79]

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USB裝置工作小組已為音訊串流制定規格，並針對音訊類別用途（如麥克風、喇叭、耳機、電話、樂器等）開發並實施了特定標準。該工作小組已發布三個版本的音訊裝置規格：[80][81] USB Audio 1.0、2.0 和 3.0，簡稱為「UAC」[82] 或「ADC」。[83]

UAC 3.0 主要針對可攜式裝置進行改進，例如透過突發傳輸資料並更頻繁地維持在低功耗模式來降低功耗，以及為裝置的不同元件設置電源域，使其在未使用時可關閉。[84]

UAC 2.0 引入了對高速 USB（除了全速之外）的支援，允許更大的頻寬用於多通道介面、更高的取樣率[85]、更低的固有延遲[86][82]，以及在同步和自適應模式下時序解析度提升 8 倍[82]。UAC2 還引入了時脈域的概念，這會向主機提供關於哪些輸入和輸出端子從相同來源衍生其時脈的資訊，並改善了對音訊編碼（如DSD、音效效果、聲道群組、使用者控制項及裝置描述。[82][87]

UAC 1.0裝置仍然常見，這是由於其跨平台的免驅動相容性[85]，部分原因也歸咎於微軟在其發布後超過十年未能實作UAC 2.0，最終在Windows 10中透過2017年3月20日的創作者更新加入了支援。[88][89][87] UAC 2.0也獲得macOS、iOS、以及Linux，[82] 然而Android僅實作 UAC 1.0 規格的子集。[90]

USB 提供三種等時（固定頻寬）同步類型，[91] 所有類型皆用於音訊裝置：[92]

雖然 USB 規格最初描述非同步模式用於「低成本喇叭」，而自適應模式用於「高階數位喇叭」，[96] 但在高傳真 世界，其中非同步模式被宣傳為一項功能，而自適應/同步模式則聲名狼藉。[97][98][90] 實際上，所有類型都可以是高品質或低品質，取決於其工程設計和應用的品質。[94][82][99] 非同步的優點是不受電腦時鐘的束縛，但缺點是需要 取樣率轉換 當合併多個來源時。

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主條目：USB 硬體 § 連接器

USB 委員會指定的連接器支援 USB 的多項基本目標，並反映了電腦業界過去使用眾多連接器所累積的經驗。安裝在主機或裝置上的母座連接器稱為 receptacle，而連接在線纜上的公頭連接器則稱為 plug。[40]: 2-5–2-6  官方 USB 規格文件也定期定義 male 一詞代表插頭，female 代表插座。[100]

USB Standard-A 插頭，曾經是最常見的USB 連接器，如今已成為多種舊式 USB 連接器之一

此設計旨在讓USB插頭難以錯誤插入插座。USB規格要求纜線插頭與插座需標示清楚，以便使用者辨識正確方向。[40] 然而USB-C插頭是可正反插的。USB纜線與小型USB裝置是透過插座的夾持力固定，無需像某些連接器使用螺絲、夾扣或拇指旋鈕。

USB Mini-B（右）與其後繼規格USB Micro-B（左）。在USB Type-C問世前，這些是小型與可攜式硬體上最常見的USB連接器類型。USB Type-C。

不同的 A 和 B 插頭可防止意外連接兩個電源。然而，隨著多功能 USB 連接的出現（例如 USB On-The-Go 在智慧型手機中，以及 USB 供電的 Wi-Fi 路由器），這種有向拓撲結構在某種程度上被打破了，這些連接需要 A 對 A、B 對 B，有時還需要 Y 型/分叉線。

隨著規格的演進，USB 連接器類型也隨之倍增。最初的 USB 規格詳細說明了標準 A 型與標準 B 型的插頭與插座。這些連接器設計不同，以防止使用者將一台電腦的插座連接到另一台電腦。標準插頭中的數據引腳相較於電源引腳是內縮的，這樣設備可以在建立數據連線之前先通電啟動。有些設備會根據是否建立數據連線而運作於不同模式。充電底座僅提供電源，不包含主機設備或數據引腳，讓任何支援 USB 的設備都能透過標準 USB 線纜進行充電或運作。充電線纜僅提供電源連接，而不傳輸數據。在純充電線纜中，數據線在設備端是短路的；否則，設備可能會認為該充電器不適用而拒絕使用。

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主要條目：USB 硬體 § 佈線

在香港販售的各種 USB 電纜香港

USB 1.1 標準規定，以全速（12 Mbit/s）運行的裝置，標準電纜最大長度為 5 公尺（16 英尺 5 英寸）；以低速（1.5 Mbit/s）運行的裝置，最大長度為 3 公尺（9 英尺 10 英寸）。[101][102][103]

USB 2.0 規定，以高速（480 Mbit/s）運行的裝置，最大電纜長度為 5 公尺（16 英尺 5 英寸）。[103]

USB 3.0 標準並未直接指定最大電纜長度，僅要求所有電纜符合電氣規格：對於使用AWG26 條線的最大實用長度為 3 公尺（9 英尺 10 英寸）。[104]

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市面上可以找到 USB 橋接線或資料傳輸線，提供電腦對電腦的直接連接。橋接線是一種特殊的纜線，中間帶有晶片和主動式電子元件。纜線中間的晶片對兩台電腦而言都扮演周邊裝置的角色，並允許電腦之間進行點對點通訊。USB 橋接線用於透過 USB 連接埠在兩台電腦之間傳輸檔案。

由微軟推廣為Windows 輕鬆傳輸，微軟的公用程式使用特殊的 USB 橋接線，將檔案和設定從執行舊版 Windows 的電腦傳輸到執行新版 Windows 的電腦。在使用 Windows 輕鬆傳輸軟體的情況下，橋接線有時也被稱為「輕鬆傳輸線」。

許多 USB 橋接線/資料傳輸線仍為 USB 2.0，但也有不少 USB 3.0 傳輸線。儘管 USB 3.0 比 USB 2.0 快 10 倍，但由於設計因素，USB 3.0 傳輸線的速度僅快 2 到 3 倍。[需要釐清]

USB 3.0 規格引入了一種不帶電源的 A 對 A 交叉線，用於連接兩台 PC。這些線纜並非用於資料傳輸，而是針對診斷用途。

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隨著USB 3.1規格引入的雙角色裝置功能，USB橋接線的重要性已逐漸降低。根據最新規格，USB支援多數場景下透過Type-C傳輸線直接連接系統。然而，若要啟用此功能，連接的系統必須支援角色切換。雙角色功能需要在系統內具備兩個控制器，以及一個角色控制器。雖然這在平板電腦或手機等行動平台上可視為標準配置，但桌上型電腦與筆記型電腦通常不支援雙角色功能。[105]

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主條目：USB 硬體 § 電源

上游 USB 連接器透過 V_BUS 針腳，以標稱 5 V 直流電為下游 USB 裝置供電。

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本節說明 USB 在以下技術出現前的電力分配模型：電力傳輸（USB-PD）。在未使用 PD 的設備上，USB 透過 Type-A 和 Type-B 連接器提供最高 4.5 瓦的電力，透過 USB-C 則提供最高 15 瓦。所有 PD 之前的 USB 電力均以 5 伏特提供。

對於為設備供電的主機，USB 具有「單位負載」的概念。任何設備均可抽取一個單位的電力，且設備可依此離散步驟請求更多電力。主機無須提供所請求的電力，而設備也不得抽取超過協商範圍的電力。

消耗不超過一個單位電流的裝置稱為低功率裝置。所有裝置在初始未設定狀態時，都必須以低功率裝置模式運作。對於 USB 2.0 及之前的 USB 裝置，一個單位負載為 100 mA（或 500 mW），而 USB 3.0 則將一個單位負載定義為 150 mA（750 mW）。全功能 USB-C 可支援單位負載為 250 mA（或 1250 mW）的低功率裝置。

耗電超過一個單位的裝置屬於**高功率裝置**（例如典型的2.5吋硬碟機）。USB 2.0 規格允許主機或集線器為每個裝置提供最高 2.5 瓦的電力，並以 100 毫安培為單位，分為五個離散級別；而 SuperSpeed 裝置（USB 3.x）則允許主機或集線器以 150 毫安培為單位，分為六個級別，提供最高 4.5 瓦的電力。USB-C 支援 USB 3.x 的雙通道運作，並採用更大的單位負載（250 毫安培；最高可達 7.5 瓦）。[106] USB-C 也支援以 Type-C 電流取代 USB BC，以簡單的方式指示供電能力，無需任何數據連接。[107]

為了識別電池充電模式，專用充電埠會在D+和D−端子之間放置一個不超過200Ω的電阻。D+和D−端子之間短路或接近短路且電阻小於200Ω的資料線，表示為具有無限充電速率的專用充電埠（DCP）。[108][109]

除了標準USB之外，還有一種專有的高功率系統稱為PoweredUSB的通用機制，於 1990 年代開發，主要用於收銀機等銷售點終端機。

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主條目： USB 通訊 § 訊號傳輸（USB PHY）

USB 訊號透過 差動訊號 於 雙絞線 資料線，阻抗為 90 Ω ± 15% 特性阻抗。[110] USB 2.0 及更早版本的規格定義了單一對半雙工HDx）的支援。USB 3.0 及後續規格定義了一對專用於 USB 2.0 相容性的線對，以及兩對或四對用於資料傳輸的線對：實現全雙工（FDx）的兩條資料線對，用於單通道（×1）變體時需要至少 SuperSpeed（SS）連接器；實現全雙工的四條線對，用於雙通道（×2）變體時則需要 USB-C 連接器。

USB4 Gen 4 需要使用全部四對線路，但允許不對稱的線路對配置。[111] 在這種情況下，一條數據線對用於上行數據，另外三條用於下行數據，反之亦然。USB4 Gen 4 使用脈衝振幅調變在 3 個層級上，提供三態位元資訊每鮑率 傳輸時，12.8 GHz 的傳輸頻率換算為 25.6 GBd 的傳輸速率[112]，而 11 位元轉 7 位元三進位轉換則提供略高於 40.2 Gbit/s 的理論最大傳輸速度。[113]

USB 連接始終存在於 **A 端**（主機或集線器的下行埠）與 **B 端**（周邊裝置或集線器的上行埠）之間。過去，這點相當明確：主機僅配備 Type-A 埠，周邊裝置僅配備 Type-B 埠，且所有相容的傳輸線都帶有一個 Type-A 插頭與一個 Type-B 插頭。USB-C（Type-C）是一種單一連接器，可取代所有舊式的 Type-A 與 Type-B 連接器；因此，當兩端皆配備 USB Type-C 埠時，它們會協商決定哪一端作為**主機**、哪一端作為**裝置**。

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主條目：USB（通訊）§ 協定層

在 USB 通訊過程中，資料是以 封包。最初，所有封包皆由主機透過根集線器（可能再經由更多集線器）傳送至裝置。其中部分封包會指示裝置回傳某些封包。

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主條目：USB (通訊) § 交易

USB 的基本交易類型為：

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無線 USB 標誌

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USB 實施者論壇於 2015 年 7 月 29 日推出了基於 USB 協定的 Media Agnostic USB (MA-USB) v.1.0 無線通訊標準。無線 USB 是一種替代傳輸線的技術，並使用超寬頻 無線技術 資料傳輸速率最高可達 480 Mbit/s。[114]

USB-IF 以 WiGig Serial Extension v1.2 規格作為 MA-USB 規格的初始基礎，並相容於 SuperSpeed USB（3.0 和 3.1）及 Hi-Speed USB（USB 2.0）。使用 MA-USB 的裝置將標示為「Powered by MA-USB」，前提是產品通過其認證計畫。[115]

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主條目： InterChip USB

InterChip USB 是一種晶片對晶片的變體，消除了普通 USB 中常見的傳統收發器。HSIC實體層 使用的功耗約減少50%，頻寬減少75% 電路板 面積相比於 USB 2.0。[116] 它是 SPI 和 I2C。

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主條目：USB-C

USB-C（正式名稱為 USB Type-C）是一種定義新型連接器及多項新連接功能的標準。其中一項功能是支援替代模式（Alternate Mode），允許透過 USB-C 連接器和傳輸線傳輸其他協定。此功能常用於支援 DisplayPort 或 HDMI 協定，可連接顯示器，例如 電腦顯示器 或 電視機，透過 USB-C。

所有其他連接器在 USB 3.2 中均無法支援雙通道操作（Gen 1×2 和 Gen 2×2），但可用於單通道操作（Gen 1×1 和 Gen 2×1）。[117]

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主條目：DisplayLink

DisplayLink是一種允許透過USB將多個顯示器連接到電腦的技術。它大約在2006年推出，在USB-C替代模式出現之前，這是唯一透過USB連接顯示器的方式。這是一項專有技術，未經USB實施者論壇標準化，通常需要單獨的裝置驅動程式在電腦上。

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起初，USB 被視為 FireWire（IEEE 1394）技術，該技術被設計為一種高頻寬序列匯流排，可有效連接磁碟機、音訊介面與視訊設備等周邊裝置。在初始設計中，USB 以遠低於此的資料傳輸速率運作，並使用較不複雜的硬體，適用於鍵盤與指向裝置等小型周邊設備。

FireWire 與 USB 之間最顯著的技術差異包括：

這些及其他差異反映了兩種匯流排不同的設計目標：USB 以簡潔與低成本為設計導向，而 FireWire 則專注於高效能，特別是在音訊與視訊等對時間敏感的應用中。雖然兩者在理論最大傳輸速率上相近，但在實際使用中，FireWire 400 比 USB 2.0 高頻寬模式更快，[118] 尤其在外接硬碟等高頻寬應用中表現更為明顯。[119][120][121][122] 更新的 FireWire 800 標準速度是 FireWire 400 的兩倍，無論在理論還是實際應用上，都優於 USB 2.0 高頻寬模式。[123] 然而，FireWire 的速度優勢依賴於低階技術，例如直接記憶體存取（DMA），進而產生了安全漏洞的利用機會，例如DMA 攻擊。

晶片組和驅動程式在實現 USB 和 FireWire 時，對於規範所規定的頻寬在現實世界中能達成多少，以及與周邊設備的相容性，具有關鍵影響。[124]

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IEEE 802.3af、802.3at 和 802.3bt乙太網路供電（PoE）標準規範了比供電 USB 更精細的電力協商機制。它們以 48 V直流，且能在長達 100 公尺的纜線上提供更多電力（802.3af 最高 12.95 W、802.3at 又稱 PoE+ 最高 25.5 W、802.3bt 又稱 4PPoE 最高 71 W），相較之下 USB 2.0 僅能在最長 5 公尺的纜線上提供 2.5 W。這使得 PoE 在網路語音通話電話、安全攝影機，無線存取點，以及建築物內的其他網路設備。然而，在距離短且功耗低的情況下，USB 比 PoE 更便宜。

乙太網路標準要求網路設備（如電腦、電話等）與網路線之間需具備電氣隔離，最高可承受 1500 伏特交流電或 2250 伏特直流電，持續 60 秒。[125] USB 則無此類要求，因為其設計初衷是與主機電腦緊密相關的周邊設備，實際上它會將周邊設備與主機的接地連接在一起。這使得乙太網路在連接如纜線數據機或 DSL 數據機等周邊設備時，相較於 USB 具有顯著的安全優勢，因為這些設備連接至外部線路，在特定故障情況下可能產生危險電壓。[126][127]

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USB 裝置類別定義用於 MIDI 裝置，可傳輸樂器數位介面（MIDI）音樂資料透過 USB 傳輸。[128] MIDI 功能已擴展，最多可支援十六條同時存在的虛擬 MIDI 線路，每條線路可承載標準的 MIDI 十六個頻道與時脈。

USB 在低成本且實體鄰近的裝置中具有競爭力。然而，乙太網路供電與MIDI插頭標準在可能使用長線材的高階裝置中具有優勢。USB 可能導致接地迴路問題，因為它會連接兩個收發器的接地參考點。相比之下，MIDI 插頭標準與乙太網路內建隔離能力達 500V 或更高。

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「eSATA連接器是一種更穩固的SATA連接器，用於連接外接硬碟與固態硬碟。eSATA 的傳輸速率（最高 6 Gbit/s）與 USB 3.0（最高 5 Gbit/s）及 USB 3.1（最高 10 Gbit/s）相近。透過 eSATA 連接的裝置會顯示為一般 SATA 裝置，具備與內接硬碟相同的完整效能與相容性。

eSATA 不提供電力給外部裝置。與 USB 相比，這是一個日益明顯的缺點。儘管 USB 3.0 的 4.5 瓦有時不足以驅動外接硬碟，但隨著技術進步，外接硬碟逐漸降低耗電量，使得 eSATA 的優勢逐漸減弱。eSATAp（電源透過 eSATA，亦稱 ESATA/USB）是一種於 2009 年推出的連接器，使用新的、向下相容的連接器為連接的裝置供電。在筆記型電腦上，eSATAp 通常僅提供 5V 電源給 2.5 吋 HDD/SSD；在桌上型工作站上，它還可以額外提供 12V 電源，以驅動包括 3.5 吋 HDD/SSD 和 5.25 吋光碟機在內的較大裝置。

可以透過一個連接主機板 SATA、電源和 USB 資源的支架，為桌上型電腦加入 eSATAp 支援。

eSATA 與 USB 一樣支援熱插拔，但這可能受限於作業系統驅動程式與裝置韌體。

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主條目：Thunderbolt（介面）

Thunderbolt 結合了 PCI Express 和 DisplayPort轉換為新的序列資料介面。原始的 Thunderbolt 實作有兩個通道，每個通道的傳輸速度為 10 Gbit/s，因此總單向頻寬為 20 Gbit/s。[129]

Thunderbolt 2 使用鏈路聚合將兩個 10 Gbit/s 通道合併為一個雙向 20 Gbit/s 通道。[130]

Thunderbolt 3 和 Thunderbolt 4 使用 USB-C。[131][132][133] Thunderbolt 3 具有兩個實體 20 Gbit/s 雙向通道，聚合後呈現為單一邏輯 40 Gbit/s 雙向通道。Thunderbolt 3 控制器可整合 USB 3.1 Gen 2 控制器，以提供與 USB 裝置的相容性。它們也能提供 DisplayPort 替代模式以及透過 USB4 Fabric 的 DisplayPort，使 Thunderbolt 3 連接埠的功能成為 USB 3.1 Gen 2 連接埠的超集。

DisplayPort 替代模式 2.0：USB4（需使用 USB-C）要求集線器支援透過 USB-C 替代模式的 DisplayPort 2.0。DisplayPort 2.0 可在 HDR10 色彩下支援 60 Hz 的 8K 解析度。[134] DisplayPort 2.0 最高可使用 80 Gbit/s，是 USB 資料可用頻寬的兩倍，因為它將所有資料朝單一方向（顯示器）傳送，因此可同時使用全部八條資料線。[134]

在規格改為免權利金，且 Thunderbolt 協定的管理權從 Intel 轉移至 USB 實施者論壇後，Thunderbolt 3 已有效整合至 USB4 規格中——對 USB4 產品而言，與 Thunderbolt 3 的相容性為選擇性但受到鼓勵。[135]

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主條目：USB 轉序列埠轉接器

各種協定轉換器可將 USB 資料訊號轉換為其他通訊標準，或進行反向轉換。

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由於 USB 標準的普及，存在許多利用 USB 標準的漏洞。目前最常見的案例之一就是所謂的USB 殺手中，一種透過在資料線上發送高壓脈衝來損壞 USB 裝置的惡意裝置。

在版本Microsoft Windows在Windows XP，Windows 會透過自動執行，其中一個是 USB 大容量儲存裝置，可能包含惡意軟體。[136]