news

USB-hubb


Posttid: 2021-01-01

En USB-hubb är en enhet som utökar en enda USB-port (Universal Serial Bus) till flera så att det finns fler tillgängliga portar för att ansluta enheter till ett värdsystem, liknande en grenuttag.Alla enheter som är anslutna via en USB-hubb delar den bandbredd som är tillgänglig för den hubben.

USB-hubbar är ofta inbyggda i utrustning som datorfodral, tangentbord, bildskärmar eller skrivare.När en sådan enhet har många USB-portar kommer de vanligtvis alla från en eller två interna USB-hubbar snarare än att varje port har oberoende USB-kretsar.

Fysiskt separata USB-hubbar finns i en mängd olika formfaktorer: från externa lådor (som ser ut som en Ethernet- eller nätverkshubb), till små konstruktioner som kan anslutas direkt till en USB-port (se bilden "kompakt design")."Kort kabel"-hubbar använder vanligtvis en integrerad 6-tums (15 cm) kabel för att distansera ett litet nav något från fysisk portstockning och öka antalet tillgängliga portar.

Nästan alla moderna bärbara/notebook-datorer är utrustade med USB-portar, men en extern USB-hubb kan konsolidera flera vardagliga enheter (som en mus, tangentbord eller skrivare) till en enda hubb för att möjliggöra ett stegs anslutning och borttagning av alla enheter.

Vissa USB-hubbar kan stödja strömförsörjning (PD) för att ladda bärbar dators batteri, om de är självförsörjande och certifierade för att göra det, men kan hänvisas till som en enkel dockningsstation på grund av den liknande karaktären att bara behöva en anslutning för att ladda batteriet och anslut kringutrustning.

number (9)

Fysisk layout

Ett USB-nätverk är byggt av USB-hubbar anslutna nedströms till USB-portar, som i sig kan härröra från USB-hubbar.USB-hubbar kan utöka ett USB-nätverk till maximalt 127 portar.USB-specifikationen kräver att bussdrivna (passiva) hubbar inte är seriekopplade med andra bussdrivna hubbar.

Beroende på leverantör och design är USB-portar ofta tätt placerade.Följaktligen kan en inkoppling av en enhet till en port fysiskt blockera en angränsande port, särskilt när kontakten inte är en del av en kabel utan är integrerad i en enhet såsom ett USB-minne.En horisontell uppsättning horisontella uttag kan vara lätt att tillverka, men kan göra att endast två av fyra portar kan användas (beroende på kontaktens bredd).

Portmatriser där portorienteringen är vinkelrät mot matrisorienteringen har i allmänhet färre blockeringsproblem.Externa "Bläckfisk"- eller "Bläckfisk"-nav (med varje uttag i änden av en mycket kort kabel, ofta cirka 5 cm lång), eller "stjärna"-nav (med varje port vänd åt olika håll, som bilden visar) ) undvik detta problem helt.

number (7)

Längdbegränsningar

USB-kablar är begränsade till 3 meter (10 fot) för USB 1.1-enheter med låg hastighet.En hubb kan användas som en aktiv USB-repeater för att förlänga kabellängden med upp till 5 meter (16 fot) åt gången.Aktiva kablar (specialiserade kontaktinbäddade enportshubbar) fyller samma funktion, men eftersom de är strikt busdrivna, skulle externt drivna USB-hubbar sannolikt behövas för vissa av segmenten.

number (3)

Kraft

Abussdrivet nav (passiv nav)är ett nav som hämtar all sin ström från värddatorns USB-gränssnitt.Den behöver ingen separat strömanslutning.Men många enheter kräver mer ström än den här metoden kan ge och fungerar inte i den här typen av nav.Det kan vara önskvärt att använda en bussdriven hubb med självförsörjande externa hårddiskar, eftersom hårddisken kanske inte snurrar ner när datorn stängs av eller går in i viloläge när du använder en självförsörjande hubb eftersom hårddiskkontrollern skulle fortsätta att se en strömkälla på USB-portarna.

En USBs elektriska ström tilldelas i enheter på 100 mA upp till maximalt totalt 500 mA per port.Därför kan en kompatibel bussdriven hubb inte ha fler än fyra nedströmsportar och kan inte erbjuda mer än fyra 100 mA strömenheter totalt till nedströmsenheter (eftersom hubben behöver en enhet för sig själv).Om en enhet kräver fler strömenheter än vad porten den är ansluten till kan leverera, rapporterar operativsystemet vanligtvis detta till användaren.
Däremot, asjälvförsörjande nav (aktivt nav)tar sin ström från en extern strömförsörjningsenhet och kan därför ge full effekt (upp till 500 mA) till varje port.Många nav kan fungera som antingen bussdrivna eller självdrivna nav.
Det finns dock många icke-kompatibla nav på marknaden som tillkännager sig för värden som självförsörjande trots att de verkligen är bussdrivna.Likaså finns det massor av icke-kompatibla enheter som använder mer än 100 mA utan att meddela detta.Dessa hubbar och enheter tillåter mer flexibilitet i användningen av ström (särskilt många enheter använder mycket mindre än 100 mA och många USB-portar kan leverera mer än 500 mA innan de går in i överbelastningsavstängning), men de kommer sannolikt att göra strömproblem svårare att diagnostisera.

Vissa självförsörjande nav ger inte tillräckligt med ström för att driva en 500 mA-belastning på varje port.Till exempel har många sju portar hubbar en 1 A strömförsörjning, när faktiskt sju portar kunde dra maximalt 7 x 0,5 = 3,5 A, plus ström till själva hubben.Designers antar att användaren med största sannolikhet kommer att ansluta många lågeffektsenheter och bara en eller två som kräver hela 500 mA.Å andra sidan anger förpackningen för vissa självförsörjande nav uttryckligen hur många av portarna som kan driva en 500 mA full belastning på en gång.Till exempel kan förpackningen på ett nav med sju portar göra anspråk på att stödja maximalt fyra fulllastenheter.
Dynamiskt drivna navär nav som kan fungera både som bussdrivna och självdrivna nav.De kan automatiskt växla mellan lägen beroende på om en separat strömförsörjning är tillgänglig eller inte.Även om byte från bussdriven till självförsörjande drift inte nödvändigtvis kräver omedelbara omförhandlingar med värden, kan byte från självförsörjande till bussdriven drift leda till att USB-anslutningar återställs om anslutna enheter tidigare begärt mer ström än vad som är tillgängligt i buss- strömförsörjt läge.

number (2)

Hastighet

För att höghastighetsenheter (USB 2.0) ska kunna fungera i sitt snabbaste läge, måste alla nav mellan enheterna och datorn ha hög hastighet.Höghastighetsenheter bör falla tillbaka till full hastighet (USB 1.1) när de är anslutna till en fullhastighetshubb (eller anslutna till en äldre datorport med full hastighet).Medan höghastighetshubbar kan kommunicera med alla enhetshastigheter, kombineras låg- och fullhastighetstrafik och separeras från höghastighetstrafik genom en transaktionsöversättare.Varje transaktionsöversättare segregerar låghastighetstrafik till sin egen pool, vilket i huvudsak skapar en virtuell fullhastighetsbuss.Vissa konstruktioner använder en enda transaktionsöversättare (STT), medan andra konstruktioner har flera översättare (MTT).Att ha flera översättare är en betydande fördel när man ansluter flera fullhastighetsenheter med hög bandbredd.

Det är ett viktigt övervägande att USB 2.0 i vanligt språkbruk (och ofta produktmarknadsföring) är synonymt med hög hastighet.Men eftersom USB 2.0-specifikationen, som introducerade höghastighet, innehåller USB 1.1-specifikationen så att en USB 2.0-enhet inte krävs för att fungera med hög hastighet, kan alla kompatibla full- eller låghastighetsenheter fortfarande märkas som en USB 2.0-enhet.Alltså fungerar inte alla USB 2.0-hubbar med hög hastighet.

USB 3.0är den tredje större versionen av Universal Serial Bus-standarden (USB) för gränssnitt mellan datorer och elektroniska enheter.Bland andra förbättringar lägger USB 3.0 till den nya överföringshastigheten som kallas SuperSpeedUSB (SS) som kan överföra data i upp till 5 Gbit/s (625 MB/s), vilket är cirka 10 gånger snabbare än USB 2.0-standarden.Det rekommenderas att tillverkare skiljer USB 3.0-kontakter från sina USB 2.0-motsvarigheter genom att använda blått (Pantone 300C) för Standard-A-uttag och pluggar,[4] och med initialerna SS.

USB 3.1, som släpptes i juli 2013, är den efterföljande standarden som ersätter USB 3.0-standarden.USB 3.1 bevarar den befintliga SuperSpeed-överföringshastigheten, vilket ger den den nya etiketten USB 3.1 Gen 1, samtidigt som den definierar ett nytt SuperSpeed+-överföringsläge, kallat USB 3.1 Gen 2 som kan överföra data med upp till 10 Gbit/s över den befintliga USB-typen- A- och USB-C-kontakter (1250 MB/s, dubbelt så snabbt som USB 3.0).
USB 3.2, som släpptes i september 2017, ersätter USB 3.1-standarden.Den bevarar befintliga USB 3.1 SuperSpeed- och SuperSpeed+-datalägen och introducerar två nya SuperSpeed+-överföringslägen över USB-C-kontakten med tvåfältsdrift, med datahastigheter på 10 och 20 Gbit/s (1250 och 2500 MB/s).

number (1)

Protokoll

Varje hubb har exakt en uppströmsport och ett antal nedströmsportar.Uppströmsporten ansluter hubben (direkt eller via andra nav) till värden.Andra nav eller enheter kan anslutas till nedströmsportarna.Under normal överföring är hubben i huvudsak transparenta: data som tas emot från dess uppströmsport sänds till alla enheter som är anslutna till dess nedströmsportar (bildligt beskrivet i USB 2.0-specifikationen i Figur 11-2, Hub Signaling Connectivity).Data som tas emot från en nedströmsport vidarebefordras i allmänhet endast till uppströmsporten.På så sätt tas det som skickas av värden emot av alla nav och enheter, och det som skickas av en enhet tas emot av värden men inte av de andra enheterna (ett undantag är återuppta signalering).Nedströms routing har ändrats i USB 3.0 med tillägget av Point to Point routing: En ruttsträng som skickas i pakethuvudet tillåter en USB 3.0-värd att bara skicka ett nedströms paket till en enda destinationsport, vilket minskar överbelastning och strömförbrukning.

Hub är inte genomskinliga när de hanterar förändringar i status för nedströmsportar, såsom insättning eller borttagning av enheter.I synnerhet, om en nedströmsport av ett nav ändrar status, hanteras denna förändring i en interaktion mellan värden och detta nav;med eventuella nav mellan värden och "bytt nav" som fungerar som transparenta.

För detta syfte har varje hubb en enda avbrottsändpunkt "1 IN" (slutpunktsadress 1, hubb-till-värd-riktning) som används för att signalera förändringar i status för nedströmsportarna.När någon ansluter en enhet känner hubben av spänning på antingen D+ eller D- och signalerar insättningen till värden via denna avbrottsändpunkt.När värden pollar denna avbrottsslutpunkt får den reda på att den nya enheten finns.Den instruerar sedan hubben (via standardkontrollröret) att återställa porten där den nya enheten anslutits. Denna återställning gör att den nya enheten antar adress 0, och värden kan sedan interagera med den direkt;denna interaktion kommer att resultera i att värden tilldelar en ny (ej noll) adress till enheten.

number (4)

Transaktionsöversättare

Varje USB 2.0-hubb som stöder en högre standard än USB 1.1 (12 Mbit/s) kommer att översättas mellan den lägre standarden och den högre standarden med hjälp av vad som kallas en transaktionsöversättare (TT).Till exempel, om en USB 1.1-enhet är ansluten till en port på en USB 2.0-hubb, kommer TT automatiskt att känna igen och översätta USB 1.1-signalerna till USB 2.0 på upplänken.Standarddesignen är dock att alla enheter med lägre standard delar samma transaktionsöversättare och därmed skapar en flaskhals, en konfiguration som kallas singeltransaktionsöversättaren.Följaktligen skapades multitransaktionsöversättare (Multi-TT), som ger fler transaktionsöversättare så att flaskhalsar undviks.Observera att USB 3.0-hubbar för närvarande inte utför transaktionsöversättning till superhastighet för USB 2.0-enheter.

number (5)

Elektronisk design

De flesta USB-hubbar använder en eller flera integrerade kontroller (ICs), varav flera utföranden finns tillgängliga från olika tillverkare.De flesta stöder ett navsystem med fyra portar, men nav som använder 16-ports navkontroller är också tillgängliga i branschen.USB-bussen tillåter sju kaskadnivåer av portar.Rotnavet är den första nivån, och de sista enheterna är på den sjunde nivån, vilket tillåter 5 nivåer av hubbar mellan dem.Det maximala antalet användarenheter reduceras med antalet hubbar.Med 50 hubbar anslutna är det maximala antalet 127−50 = 77.

number (8)

Omvända eller delade nav (KVM)

Också tillgängliga är "sharing hubs", som i praktiken är det omvända till en USB-hubb, vilket gör att flera datorer kan komma åt (vanligtvis) en enda kringutrustning.De kan antingen vara manuella, i praktiken en enkel switchbox eller automatiska, med en mekanism som känner av vilken dator som vill använda kringutrustningen och växlar därefter.De kan inte ge mer än en dator åtkomst samtidigt.Vissa modeller har dock möjligheten att styra flera kringutrustningar separat (t.ex. två datorer och fyra kringutrustning, som tilldelar åtkomst separat).Enklare växlar tenderar att vara automatiska, och den här funktionen placerar dem i allmänhet till ett högre pris också.Moderna "tangentbord, video och mus"-switchar (KVM) kan också ofta dela USB-enheter mellan flera datorer.


  • Tidigare:
  • Nästa: