ארכיטקטורת האוטובוס של מחבר USB היא שכבתית

מערכת יישום טיפוסית של מחברי USB מורכבת ממארח ​​USB, התקן USB וכבל USB.במערכת ה-USB, התקנים חיצוניים מאוחדים בדרך כלל כהתקני USB, אשר משלימים בעיקר פונקציות ספציפיות, כגון דיסק U נפוץ, דיסק קשיח נייד, עכבר, מקלדת, בקר משחק וכו'. מארח ה-USB הוא המאסטר של המערכת ואחראי על בקרה ועיבוד נתונים בתהליך תקשורת USB.במהלך השידור של מחבר ה-USB, העברת הנתונים ממארח ​​ה-USB להתקן ה-USB נקראת תקשורת Down Stream, והעברת הנתונים מהתקן ה-USB למארח ה-USB נקראת תקשורת Up Stream.

בדומה לעיצוב המבנה השכבתי של Ethernet, למערכת האוטובוסים של מחבר ה-USB יש גם מבנה שכבות ברור.כלומר, ניתן לחלק מערכת יישום USB שלמה לשכבת פונקציה, שכבת מכשיר ושכבת ממשק אפיק.

1. שכבת פונקציה.שכבת הפונקציה אחראית בעיקר על העברת הנתונים בין מארח ה-USB להתקן במערכת היישום של מחברי ה-USB, המורכבת מיחידת הפונקציות של התקן ה-USB ותוכנית מארח ה-USB המתאימה.השכבה הפונקציונלית מספקת ארבעה סוגים של העברת נתונים, כולל העברת בקרה, העברת כמות גדולה, העברת פסיקה והעברה איזוכרונית.

2. שכבת ציוד.במערכת מחברי ה-USB, שכבת המכשיר אחראית על ניהול התקני ה-USB, הקצאת הכתובות של התקני ה-USB וקבלת מתארי ההתקן.העבודה של שכבת המכשיר דורשת תמיכה במנהלי התקנים, התקני USB ומארחי USB.בשכבת ההתקן, מנהל התקן ה-USB יכול לרכוש את היכולות של התקן ה-USB.

3. שכבת ממשק אוטובוס.שכבת ממשק האוטובוס מממשת את התזמון של העברת נתוני USB במערכת מחברי ה-USB.העברת נתונים באפיק USB משתמשת בקידוד NRZI, שהוא קידוד הפוך ללא חזרה לאפס.בשכבת ממשק אוטובוס מחברי ה-USB, בקר ה-USB מבצע באופן אוטומטי קידוד או פענוח NRZI כדי להשלים את תהליך העברת הנתונים.שכבת ממשק האוטובוס מושלמת בדרך כלל אוטומטית על ידי חומרת ממשק ה-USB.