Что такое USB-концентратор, его виды и особенности

Рано или поздно пользователь ПК сталкивается с проблемой нехватки usb портов. Тогда ему рекомендуют приобрести usb хаб (концентратор). Что же это такое, и какие его виды существуют?
В настоящее время появляется все больше внешних устройств, необходимых (и не очень) для работы за компьютером, которые подсоединяются к нему через usb (универсальная последовательность шин) порт. Это и компьютерные мыши, клавиатуры, внешние жесткие диски, флешнакопители, лампы, вентиляторы, кофеварки, модемы, принтеры и другие устройства. Особенно досаждает проблема нехватки usb портов обладателям старых моделей ПК. Что же делать?
Из сложившейся ситуации есть несколько выходов:
1.На время отключать неиспользуемые в данный момент устройства и подключать в освободившийся разъем то устройство, которое сейчас надо. Но это худший вариант. Так как может оказаться, что и подключенные устройства и те, которые надо подключить, нужны одновременно, так что портов все равно не хватит. Кроме того от постоянного переключения рано или поздно usb порт расшатается и выйдет из строя.
2. Приобрести нужное приспособление – USB-хаб (или концентратор). Это небольшое устройство с двумя и больше USB-портами, которое подключается в один из USB-портов компьютера.
3. Купить новый компьютер или хотя бы монитор (сейчас существуют мониторы с usb портами). Но это радикальный способ и, как правило, весьма затратный.
Из вышеизложенного можно сделать вывод, что оптимальным вариантом решения проблемы нехватки usb портов, является покупка usb концентратора (хаба). Существует несколько разновидностей usb концентраторов:
1.Карта USB PCI – подключается к свободному слоту на материнской плате. Чтобы подключить такой usb концентратор, необходимо вскрыть корпус компьютера. В ОС Windows ME, 2000 и XP есть необходимый набор драйверов для самонастройки системы и работы с добавленными usb портами.

2. Пассивный Usb хаб – небольшое приспособление, которое подключается к одному из usb портов компьютера, и имеет от 2 до 6 дополнительных портов. Так как устройства, подключаемые к концентратору, потребляют энергию, его внутреннего энергетического ресурса может не хватить для одновременной работы всех подключенных устройств. Такой вид usb хаба удобно использовать на ноутбуках.

3.Активный Usb хаб – подключается к компьютеру и к электросети, имеет 4 и более дополнительных usb портов (есть модели с 49 и даже 80 портами). Питание концентратора от электросети позволяет одновременно использовать много энергоемких устройств.

Производители usb хабов изощряются в оригинальности и разнообразии их дизайна, чтобы использование этих устройств было не только полезным, но и приятным.

Если для подключения всех необходимых периферийных устройств у ПК или ноутбука не хватает свободных портов USB, приходится использовать USB-концентраторы. Но не приносится ли при этом в жертву скорость передачи данных? Чтобы ответить на этот вопрос, мы провели небольшой эксперимент.

Уже более десяти лет интерфейс USB является наиболее распространенным решением для подключения периферийных устройств и разнообразных гаджетов к ПК. Возможность горячего подключения, наличие шины питания, удобный и компактный разъем - всё это способствовало росту популярности и широкому распространению интерфейса USB не только в ПК, но и в бытовых цифровых устройствах. Определенным недостатком первой получившей широкое распространение ревизии USB (спецификация версии 1.1) была невысокая скорость передачи данных, которая ограничивала сферу ее применения главным образом подключением низкоскоростных периферийных устройств (мышей, клавиатур, игровых манипуляторов и т.д.). Впрочем, несколько лет тому назад индустрия перешла на использование гораздо более скоростной версии USB (соответствующей спецификации 2.0), пропускная способность которой уже вполне приемлема и для работы с внешними накопителями высокой емкости.

Еще одним важным достоинством интерфейса USB по сравнению с ранее использовавшимися в ПК портами ввода-вывода (COM, параллельным IEEE-1284, PS/2 и пр.) является возможность подключения к одному хост-контроллеру очень большого количества устройств. Каждому из них присваивается уникальный 7-разрядный идентификатор, а это значит, что к одному хосту теоретически можно подключить до 127 устройств. Но каким образом реализовать это на практике, ведь даже у настольных ПК обычно имеется не более дюжины портов USB, а у ноутбуков и того меньше? Здесь-то и придут на помощь концентраторы - устройства, позволяющие подключить к одному порту USB одновременно несколько устройств.

USB: технический экскурс

Напомним, что топология шины USB представляет собой многоуровневую звезду (рис. 1). Вершиной этой схемы является хост-устройство, или корневой концентратор (root hub). Обычно он реализован на системной плате ПК, но иногда встречаются и другие варианты - например хост-контроллеры, выполненные в виде плат расширения, которые устанавливаются в слот PCI (рис. 2), а также карт стандарта PCMCIA для портативных ПК (рис. 3). К портам корневого концентратора могут быть подключены как периферийные устройства, так и нижестоящие концентраторы. Последние могут быть выполнены в виде как внешних (рис. 4), так и внутренних (рис. 5) модулей, в том числе встроенных в периферийные устройства (клавиатуры, мониторы и т.д.).

Рис. 1. Схема возможных вариантов подключения устройств по интерфейсу

Рис. 2. Хост-контроллер USB 2.0, выполненный
в виде платы расширения PCI

Рис. 3. Хост-контроллер USB 2.0, выполненный
в формфакторе карты PCMCIA

Рис. 4. Внешний 4-портовый
USB-концентратор

Рис. 5. 4-портовый USB-концентратор, предназначенный
для установки в 3,5-дюймовый отсек корпуса ПК

Чтобы увеличить количество доступных портов USB, к одному хосту можно подключить несколько концентраторов. В силу ряда причин технического характера максимальное количество уровней подключения ограничено семью. При этом на уровнях со второго по шестой включительно могут располагаться как периферийные устройства, так и концентраторы, а на последнем (седьмом) - только периферийные устройства.

И если уж быть совсем точным, то подключить 127 периферийных устройств, используя USB-концентраторы, всё равно не получится. Дело в том, что каждый подключенный концентратор тоже является USB-устройством и получает идентификатор. Следовательно, теоретический максимум возможных подключений для конечных устройств уменьшится на количество задействованных концентраторов. Но, по большому счету, вряд ли у кого-нибудь возникнет необходимость в подключении сотни различных устройств к одному ПК.

Вернемся к USB-концентраторам. Использование этих устройств позволяет увеличить количество свободных портов, а значит подключить больше устройств к одному хосту. Однако здравый смысл подсказывает, что увеличение количества подключенной периферии наверняка приведет к снижению скорости передачи данных: дополнительный концентратор, подключенный к одному из портов хост-контроллера, должен будет делить полосу пропускания между всеми нижестоящими устройствами, которые подключены к его портам.

Впрочем, высокая пропускная способность необходима далеко не всем устройствам.

При подключении к хост-контроллеру USB, соответствующему требованиям спецификации ревизии 2.0, USB-устройство может задействовать один из трех скоростных режимов: низкоскоростной (low speed, до 1500 Кбит/c), полноскоростной (full speed, до 12 Мбит/с) либо высокоскоростной (hi-speed, до 480 Мбит/с). Очевидно, что проблема уменьшения полосы пропускания вследствие увеличения количества устройств актуальна лишь для периферии, использующей высокоскоростной режим. К этой категории, в частности, относятся современные USB флэш-диски и внешние модели накопителей на жестких дисках.

Проведение измерений

Теоретически скорость передачи данных через интерфейс USB в режиме hi-speed может достигать 480 Мбит/с. Впрочем, добиться такого результата в реальных условиях вряд ли возможно, даже если подключиться к порту корневого концентратора, а носитель внешнего накопителя (например, жесткий диск) будет обладать заведомо более высокой производительностью. На практике удается получить стабильную скорость на уровне 240-280 Мбит/с - то есть чуть больше половины теоретически возможного максимума. Но можно ли достичь такого же результата, если подключение будет производиться через внешний USB-концентратор?

Чтобы проверить это, мы решили измерить скорость чтения и записи различных моделей USB флэш-дисков, изменяя схему их подключения к ПК. Для того чтобы получить целостную картину, были взяты накопители с различными скоростными характеристиками. В роли контрольного образца (наименее чувствительного к ограничению скорости) выступал флэш-диск неизвестного производителя емкостью 1 Гбайт. Современное поколение накопителей было представлено двумя 16-гигабайтными моделями компании Silicon Power - относительно медленной LuxMini 720 и высокоскоростной LuxMini 920. В ходе испытаний были использованы два четырехпортовых USB-концентратора с поддержкой режима hi-speed, подключенные к внешним источникам питания.

В качестве тестового стенда был задействован ПК следующей конфигурации:

• процессор - Intel Core i7 Extreme 965 (тактовая частота 3,2 ГГц);
• системная плата - ASUS RAMPAGE II EXTREME;
• чипсет системной платы - Intel X58 Express;
• Intel Chipset Device Software - 9.1.0.1007;
• память - DDR3-1066 (Qimonda IMSH1GU03A1F1C-10F PC3-8500);
• объем памяти - 3 Гбайт (три модуля по 1024 Мбайт);
• режим работы памяти - DDR3-1333, трехканальный режим;
• тайминги памяти - 7-7-7-20;
• видеокарта - GeForce GTX295;
• жесткий диск - Western Digital WD2500JS.

Измерение скорости чтения и записи данных производилось при помощи утилиты Flash Memory Toolkit версии 1.20 в режиме File Benchmark.

Для начала необходимо установить точку отсчета - то есть получить исходные данные для дальнейшего сравнения. Для этого мы выполнили измерения, поочередно подключая каждый из трех флэш-дисков к одному и тому же порту USB на коммутационной панели системной платы ПК. Согласно полученным данным (см. табл. 1), скорость чтения файлов с контрольного флэш-диска составила порядка 10 Мбайт/с, а записи - лишь около 1 Мбайт/с. По сравнению с ним более современные носители компании Silicon Power выглядят гораздо лучше. Модель LuxMini 720 обеспечивает скорость чтения на уровне 15 Мбайт/с, но несколько разочаровывает в режиме записи - в зависимости от размера файлов скорость варьируется в пределах от 1,5 до 11 Мбайт/с. Как и ожидалось, накопитель LuxMini 920, пару месяцев назад победивший в сравнительном тестировании USB флэш-дисков, продемонстрировал просто великолепный результат: скорость передачи данных в режиме записи варьируется в пределах 23-28 Мбайт/с, а при чтении превышает 30 Мбайт/с. Не исключено, что в режиме чтения потенциал этого накопителя был раскрыт не в полной мере вследствие ограничений используемого интерфейса. Таким образом, именно по изменению результатов LuxMini 920 можно будет наиболее отчетливо проследить влияние USB-концентраторов.

Далее была проведена основная часть испытаний, разбитая на четыре этапа. В ходе каждого из них флэш-диски подключались к ПК по определенной схеме, после чего производилось измерение их скоростных характеристик.

На первом этапе выполнялось поочередное подключение каждого из трех флэш-дисков к одному и тому же порту внешнего USB-концентратора, подсоединенного к порту USB на коммутационной панели системной платы (рис. 6).

Рис. 6. Схема подключения устройств
на первом этапе испытаний

В ходе второго этапа все три флэш-диска были одновременно подключены к портам внешнего USB-концентратора, который, в свою очередь, был подсоединен к USB-порту ПК. Четвертый порт концентратора был задействован для подключения мыши (рис. 7).

Рис. 7. Схема подключения устройств на втором этапе испытаний

Для проведения третьего этапа был задействован второй USB-концентратор. Подключение каждого из трех флэш-дисков выполнялось поочередно к одному и тому же порту внешнего USB-концентратора, который, в свою очередь, был подсоединен к порту ПК через вышестоящий концентратор (рис. 8).

Рис. 8. Схема подключения устройств
на третьем этапе испытаний

И наконец, на четвертом этапе все три флэш-диска были одновременно подсоединены к USB-концентратору, подключенному к ПК через вышестоящий USB-концентратор (рис. 9).

Рис. 9. Схема подключения устройств на четвертом этапе испытаний

Анализ результатов

Проанализируем данные, полученные в ходе описанных тестов. Для начала сопоставим эталонные значения с результатами, полученными при поочередном подключении флэш-дисков через один и два концентратора (табл. 2). Как видите, рассматриваемые варианты подключений практически не влияют на производительность контрольного флэш-диска и модели LuxMini 720. Небольшой разброс значений вполне объясним влиянием случайных факторов и погрешностью измерений. А вот более скоростному LuxMini 920 дополнительные устройства явно создают помехи. При этом интересно отметить, что скорость записи снизилась в обоих случаях, а скорость чтения - лишь при подключении через два концентратора.

Теперь сравним эталонные значения с результатами, показанными при подключении флэш-дисков к внешнему концентратору поочередно и одновременно с остальными (табл. 3). Здесь наблюдается похожая картина: на показатели производительности контрольного флэш-диска и модели LuxMini 720 изменения в схеме подключения практически не повлияли. В то же время по результатам LuxMini 920 хорошо видно, что в случае одновременного подключения к USB-концентратору нескольких устройств в режиме hi-speed полоса пропускания, доступная для каждого из них, сужается. По сравнению с исходными 29-32 Мбайт/с скорость считывания данных с LuxMini 920 упала примерно в полтора раза - до 20-22 Мбайт/с. Скорость записи также снизилась - до 18-20 Мбайт/с.

И наконец, сопоставим эталонные значения с данными, полученными в ходе второго и четвертого этапов - то есть при одновременном подключении трех накопителей к USB-концентраторам, находящимся на разных уровнях (табл. 4). Тенденция к небольшому снижению скорости чтения при включении в цепочку дополнительного концентратора заметна даже у контрольного флэш-диска и накопителя LuxMini 720. Применительно к этим устройствам подобный эффект, скорее всего, вызван не столько ограничением полосы пропускания, сколько увеличением времени задержки при передаче пакетов данных. Что касается LuxMini 920, то в соответствующем разделе таблицы прослеживается четкая связь между скоростью передачи данных и длиной цепочки промежуточных концентраторов, отделяющих накопитель от USB-порта компьютера.

Какие же выводы можно сделать, исходя из результатов проведенного эксперимента? Как и ожидалось, при подключении периферийных устройств через концентраторы скорость обмена данными будет уменьшаться. Насколько - зависит от количества устройств и схемы их подключения. В то же время необходимо отметить, что данная проблема актуальна лишь при эксплуатации устройств, работающих в режиме hi-speed и обеспечивающих обмен данными со скоростью более 15 Мбайт/с. Для менее скоростных устройств схема подключения не является критичным фактором. Наличие в цепочке одного-двух концентраторов (разумеется, поддерживающих работу с устройствами в режиме hi-speed) приведет к снижению производительности лишь на несколько процентов, и пользователь вряд ли это заметит.

И в заключение - практический совет тем, кто по тем или иным причинам вынужден использовать USB-концентраторы для подключения периферийных устройств.

Во многих моделях ноутбуков и нетбуков предусмотрена лишь пара разъемов USB. Предположим, что возникла необходимость подключить сразу несколько устройств, в том числе и высокоскоростной накопитель (например, внешний жесткий диск или USB флэш-диск). Оптимальное решение состоит в том, чтобы один из имеющихся портов задействовать для прямого подключения высокопроизводительного накопителя, а к другому подключить несколько низкоскоростных периферийных устройств (мышь, игровой контроллер, «медленный» флэш-диск и т.д.) через USB-концентратор. Пример схемы подключения представлен на рис. 10.

Рис. 10. Оптимальная схема подключения устройств с использованием
USB-концентратора при наличии на ПК двух свободных портов USB

Довольно часто у среднестатистического пользователя персонального компьютера или ноутбука возникает необходимость в дополнительных . USB хаб - это невероятно полезное устройство, предназначенное для создания дополнительных портов последовательного USB-интерфейса. Это необходимо, к примеру, в тех случаях, когда пользователю их заводское количество явно недостаточно.

Еще подобный хаб покупают для создания удобства подключения множества USB совместимых устройств. Бывают случаи, когда это действительно необходимо, так как сама конструкция миниатюрного компьютера не предполагает одновременный доступ различных устройств к свободным USB гнездам.

Порой разнообразные WiFi адаптеры, флешки и модемы 3G/4G перекрывают своим корпусом соседние гнезда. Особенно это ярко эта проблема выражена на ультрабуках. USB хаб - это то, что должен иметь каждый владелец подобного компьютера. В рамках данной стать мы рассмотрим как правильно выбрать USB хаб под конкретные задачи.

Способ размещения USB хаба

Все устройства, которые сейчас можно найти в свободной продаже, по типу их размещения делятся на два типа: внешние и внутренние. Последний тип очень специфичен. В большинстве случаев он находит активное применение лишь в качестве составной части корпуса .

Помимо функции увеличения количества USB, такой хаб применяется в качестве внутреннего картридера.

Устройства для внешнего размещения отличается от внутренних аналогов не только способом размещения, но и интерфейсным разъёмом.

Если встроенный USB хаб можно подсоединить лишь к соответствующим коннекторам, которые распаяны на материнской плате, то с внешними USB хабом все обстоит намного интереснее. Стандартный входной USB кабель делает такие хабы более универсальными. Прочие технические характеристики во многих отношениях дублируют аналогичные параметры внутреннего USB хаба.

Какие входы необходимы на USB хабе

Во-первых, всем тем пользователям, которые активно занимаются фотосъемкой будут нужны слоты для карт памяти. С помощью них USB хаб синхронизирует такую миниатюрную флешку с компьютером. Пользователь с легкостью сможет скопировать необходимые фото на компьютер для последующего редактирования и размещения в интернете.

Во-вторых, определитесь с необходимым числом USB разъемов для подключения разнообразных устройств. Чем больше их количество, тем лучше устройство в пользовании. Большое количество выходных гнезд позволяет подключить сразу несколько внешних устройств одновременно. Особое внимание стоит уделить ни столько количеству, сколько качеству разъемов. Убедитесь, что устройство поддерживает USB 3.0, ведь факт наличия разъемов данного типа обеспечивает значительные улучшения скорости чтения и записи.

Если сравнивать новый стандарт с устаревшей USB 2.0 версией стандарта USB, то выясниться, что он работает примерно в 10 раз быстрее. Помимо более лучшего электропитания, данный интерфейс обеспечивает фантастическую скорость, которая в пике может составить 4,8 Гбит/с.

Безусловно, для владельцев устаревших ноутбуков, где нет поддержки USB 3.0, покупка такого хаба будет напрасной тратой денег. Если у вас старый компьютер или ноутбук, то для вас первостепенно число разъемов версии USB 2.0.

К сожалению, более старая версия не может похвастаться сколько-нибудь впечатляющими показателями скорости считывания данных. В идеальных условиях подобный хаб может дать максимальную скорость передачи данных — 480 Мбит/с.

И в третьих, определитесь, нужно ли вам внешнее электропитание. Наличие отдельного импульсного блока питания является несомненным плюсом для любого USB хаба, так как нагрузочная способность устройства значительно увеличивается.

Хабы, которые имеют подобный блок называют активными, а все остальные — пассивными.

У пользователя, купившего активный хаб, появляется возможность подключать к такому продвинутому устройству, например, внешний жесткий диск.

Технология USB, которая изобреталась для соединения компьютерного и телекоммуникационного устройств, сейчас является основным средством для подключения многих гаджетов. Их количество просто удивляет – это клавиатуры, мыши, модемы, кулеры, внешние жесткие диски, принтеры, флешки, даже кофеварки и лампы. И поскольку все эти устройства нужно подключать к компьютеру, то в настоящее время банально не хватает USB-портов.

Решить данную проблему можно двумя способами. Самый простой способ – это подключать только те устройства, которые нужны в данный момент, а неиспользующиеся устройства отсоединять, освобождая тем самым USB-порты. А второй способ – это приобрести оригинальное приспособление, именуемого USB-концентратоом (USB-хаб).

USB-хаб представляет собой небольшое устройство, в котором есть несколько USB-портов. Оно подсоединяется к одному из USB-портов компьютера (занимая тем, самым всего, один USB разъем), и дает возможность использовать несколько USB-устройств. Таким образом, USB-концентратор увеличивает количество USB разъемов на компьютере, снижает их износ, а также облегчает процесс использования многочисленных устройств.

Виды USB-концентраторов

Существует четыре вида USB-концентраторов. Первый – это карта USB PCI, которая подсоединяется в слот PCI на материнской плате. Для этого придется открывать системный блок, и если вы не разбираетесь в этом, то лучше этот вид USB-хаба не использовать.

Второй вид – это не питаемый USB-концентратор. Это простое устройство подсоединяется к одному из внешних USB-портов компьютера. После этого к нему можно будет подключать любые другие устройства. Такие USB-концентраторы очень компактны и отлично подходят как для компьютеров, так и для ноутбуков. Но у них есть небольшой минус. Некоторые USB-устройства (принтер, цифровая камера, сканер и т.д.) нуждаются в электропитании, и данный вид концентратора не сможет обеспечить их нужным количеством электроэнергии, особенно если подключить сразу несколько устройств.

Третий вид – питаемый USB-концентратор. Он также очень компактный и подключается к внешнему USB-разъему компьютера. Кроме того, такой USB-концентратор можно подключить напрямую в розетку. Это дает возможность подсоединять к нему любые виды USB-устройств.

И четвертый вид – это компьютерная карта USB. Если в работе используется ноутбук, а также нужно постоянно перемещаться с ним, то отличной альтернативой USB-хабу будет именно такая карта USB. Она подключается к USB-разъему на боковой стороне ноутбука и дает возможность подключить еще два дополнительных устройства.