usb集線器知識(shí)介紹,usb集線器工作原理是什么?
usb集線器使用很多,對(duì)于usb集線器,大家并不陌生。但大家對(duì)于usb集線器的了解僅停留在使用層面,對(duì)usb集線器的工作原理卻未必知曉。為增進(jìn)大家對(duì)usb集線器的了解,本文將對(duì)該知識(shí)予以介紹,一起來(lái)了解下吧。
無(wú)論你是一名電腦初學(xué)者,還是資深發(fā)燒友,有一種電腦設(shè)備你幾乎每天都在與其打交道,這就是各種基于USB 接口的外設(shè),例如USB 鼠標(biāo)、USB 鍵盤(pán)、USB 攝像頭、USB打印機(jī)、移動(dòng)硬盤(pán)、閃盤(pán)等
實(shí)際上,USB 接I 1自誕生以來(lái),其具有可熱插拔、即插即用兩大優(yōu)異的特性,很快便贏得了用戶(hù)的青睞。一時(shí)間各種基于USB 接[ 1的外設(shè)層出不窮,逐步將過(guò)去采用并口及串口的老舊設(shè)備淘汰出局。然而,這些品種繁多的USB 設(shè)備的出現(xiàn),卻使得用戶(hù)不得不面臨著一個(gè)新 的問(wèn) 題---USB 接口不夠用了。
提起USB Hub,相信通多童鞋對(duì)它都是“又愛(ài)又恨”。愛(ài)的是,它能解決電腦USB接口數(shù)量不夠用的尷尬,恨的是,速度慢、帶不動(dòng)移動(dòng)硬盤(pán)、每個(gè)接口的速度都還不一樣。那你有沒(méi)有想過(guò),為啥USB Hub會(huì)如此招人恨呢?
說(shuō)USB Hub速度慢,那你可是冤枉它了。只要USB Hub采用了品質(zhì)足夠好的主控芯片就不是問(wèn)題,出問(wèn)題的都是廉價(jià)貨。
USB HUB工作原理
USB HUB用于設(shè)備擴(kuò)展連接,所有USB DEVICE都連接在USB HUB的端口上。一個(gè)USB HOST總與一個(gè)根HUB (USB ROOT HUB)相連。USB HUB為其每個(gè)端口提供100mA電流供設(shè)備使用。同時(shí),USB HUB可以通過(guò)端口的電氣變化診斷出設(shè)備的插拔操作,并通過(guò)響應(yīng)USB HOST的數(shù)據(jù)包把端口狀態(tài)匯報(bào)給USB HOST。一般來(lái)說(shuō),USB設(shè)備與USB HUB間的連線長(zhǎng)度不超過(guò)5m,USB系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)不能超過(guò)5級(jí)(包括ROOT HUB)。
USB Hub的下游各個(gè)接口會(huì)平分上游接口帶寬,加上USB Hub本身也需要傳輸控制信號(hào),所以下游各個(gè)設(shè)備的帶寬是必然要小于上游設(shè)備的總帶寬。
實(shí)際情況是,現(xiàn)在主流的USB 3.0設(shè)備都很難占滿(mǎn)總帶寬(5Gbps),比如主流的3.0 U盤(pán)大概只有100MB~200MB/s的傳輸速度,折合帶寬也不到2Gbps,所以實(shí)際情況是不一定。
USB Hub的原理比較復(fù)雜,USB協(xié)議規(guī)范里最復(fù)雜的部分就是Hub的章節(jié),USB Hub與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(以太網(wǎng))的Hub原理相差很多,如果真要類(lèi)比的話,復(fù)雜度大概相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備里的路由器。
USB協(xié)議中有控制傳輸、Bulk傳輸、中斷傳輸、同步傳輸四種模式,其中:
控制傳輸用于傳輸控制設(shè)備一級(jí)的指令;
Bulk傳輸(中文名可能叫批傳輸)主要用于傳輸U(kuò)SB各種大塊數(shù)據(jù),比如U盤(pán)讀寫(xiě)的數(shù)據(jù);
中斷傳輸,用于傳輸小塊數(shù)據(jù),鼠標(biāo)鍵盤(pán)主要使用中斷傳輸;
同步傳輸,用于傳輸實(shí)時(shí)性不夠強(qiáng)的數(shù)據(jù),也就是說(shuō)不保證可靠性,部分USB音頻設(shè)備使用這種傳輸;
USB Hub負(fù)責(zé)整合下游設(shè)備的各種傳輸信號(hào),其中同步傳輸有一定限制,如果超過(guò)總帶寬的某個(gè)比例(記憶中是20%),那么超出比例的同步傳輸將被丟棄;中斷傳輸和控制傳輸占用的是保留帶寬,不允許丟棄;Bulk傳輸占用剩下的帶寬,如果沒(méi)有同步傳輸,那么Bulk傳輸大概能占到90%以上的總帶寬。
USB Hub整合數(shù)據(jù)以后向上游設(shè)備發(fā)送,如果上游還有USB Hub,那么上游的設(shè)備還會(huì)繼續(xù)做同樣的操作。另外,需要說(shuō)明的是,通常來(lái)說(shuō)主機(jī)上的USB接口,本身就是一個(gè)Root Hub,如果一個(gè)PC上有多個(gè)接口,可能是多個(gè)接口共用一個(gè)控制器,每個(gè)控制器上有一個(gè)Root Hub。
所以USB Hub相當(dāng)于重新封裝了各種數(shù)據(jù)包,類(lèi)似于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備里的路由器,而不像交換機(jī)或者集線器(Hub)那么簡(jiǎn)單。
同時(shí)USB Hub自身還是一個(gè)USB設(shè)備,負(fù)責(zé)向上級(jí)匯報(bào)自己的下級(jí)有多少個(gè)設(shè)備,它本身也要占用一些帶寬周期性匯報(bào)自己的狀態(tài)。
由于以太網(wǎng)等很多網(wǎng)絡(luò)(常見(jiàn)共享HUB連接的內(nèi)部網(wǎng))是基于總線方式,物理上是廣播的,就是當(dāng)一個(gè)機(jī)器發(fā)給另一個(gè)機(jī)器的數(shù)據(jù),共享HUB先收到然后把它接收到的數(shù)據(jù)再發(fā)給其他的(來(lái)的那個(gè)口不發(fā)了)每一個(gè)口,所以在共享HUB下面同一網(wǎng)段的所有機(jī)器的網(wǎng)卡都能接收到數(shù)據(jù)。
交換式HUB的內(nèi)部單片程序能記住每個(gè)口的MAC地址,以后就該哪個(gè)機(jī)器接收就發(fā)往哪個(gè)口,而不是像共享HUB那樣發(fā)給所有的口,所以交換HUB下只有該接收數(shù)據(jù)的機(jī)器的網(wǎng)卡能接收到數(shù)據(jù),當(dāng)然廣播包還是發(fā)往所有口。顯然共享HUB的工作模式使得兩個(gè)機(jī)器傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候其他機(jī)器別的口也占用了,所以共享HUB決定了同一網(wǎng)段同一時(shí)間只能有兩個(gè)機(jī)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,而交換HUB兩個(gè)機(jī)器傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候別的口沒(méi)有占用,所以別的口之間也可以同時(shí)傳輸。這就是共享HUB與交換HUB不同的兩個(gè)地方,共享HUB是同一時(shí)間只能一個(gè)機(jī)器發(fā)數(shù)據(jù)并且所有機(jī)器都可以接收,只要不是廣播數(shù)據(jù)交換HUB同一時(shí)間可以有對(duì)機(jī)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸并且數(shù)據(jù)是私有的。
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