Кіріспе
Бір USB портын бірнешеге кеңейтетін құрылғы USB хаб - бұл бір Universal Serial Bus (USB) портын бірнешеге кеңейтетін құрылғы, сондықтан құрылғыларды хост жүйесіне қосу үшін көбірек порттар бар, бұл қуат таспасына ұқсас. USB хаб арқылы қосылған барлық құрылғылар осы хабқа қол жетімді жолақты бөліседі. Физикалық жағынан бөлек USB хабтар әр түрлі формада болады: сыртқы қораптардан (Этернет немесе желілік хабқа ұқсас), USB портына тікелей қосылатын шағын дизайндарға дейін ("компактты дизайн" суретін қараңыз). "Қысқа кабель" хабтары әдетте кішкентай хабты физикалық порт тығырығынан сәл алыстату және қол жетімді порттардың санын арттыру үшін интегралды 6 дюймдік (15 см) кабельді пайдаланады. Қазіргі заманғы барлық ноутбук компьютерлері USB порттарымен жабдықталған, бірақ сыртқы USB хаб бірнеше күнделікті құрылғыларды (мышы, пернетақта немесе принтер сияқты) бір хабқа біріктіре алады, бұл барлық құрылғыларды бір қадамда қосуға және алып тастауға мүмкіндік береді. Кейбір USB хабтар, егер өздігінен қуатты және сертификатталған болса, ноутбук батареясын зарядтау үшін қуат беруді (PD) қолдай алады, бірақ батареяны зарядтау және перифериялық құрылғыларды қосу үшін бір ғана қосылысты қажет етудің ұқсас сипаты болғандықтан, оны қарапайым док станциясы деп атауға болады. Хабтарда жауап бермейтін құрылғыларды ыңғайлы түрде қуаттандыру үшін жеке порттар үшін қуат қосу коммутаторлары болуы мүмкін.
A USB hub is a device that expands a single Universal Serial Bus (USB) port into several so that there are more ports available to connect devices to a host system, similar to a power strip. All devices connected through a USB hub share the bandwidth available to that hub. Physically separate USB hubs come in a wide variety of form factors: from external boxes (looking similar to an Ethernet or network hub), to small designs that can be directly plugged into a USB port (see the "compact design" picture). "Short cable" hubs typically use an integral 6 inch (15 cm) cable to slightly distance a small hub away from physical port congestion and increase the number of available ports. Almost all modern laptop computers are equipped with USB ports, but an external USB hub can consolidate several everyday devices (like a mouse, keyboard or printer) into a single hub to enable one step attachment and removal of all the devices. Some USB hubs may support power delivery (PD) to charge a laptop battery, if self powered and certified to do so, but may be referred to as a simple docking station due to the similar nature of only needing one connection to charge the battery and connect peripherals. Hubs may feature power switches for individual ports to allow conveniently power cycling unresponsive devices.
Физикалық орналасуы
USB желісі USB хабтарынан USB порттарына ағысы бойынша қосылған USB хабтарынан құрылады, олар өздері USB хабтарынан туындайтын болуы мүмкін. USB хабтары USB желісін ең көп дегенде 127 портқа дейін кеңейте алады. USB-спецификациясында шинамен жұмыс істейтін (пассивті) хабтар басқа шинамен жұмыс істейтін хабтармен қатар қосылмауы талап етіледі. Сатушы мен дизайнына байланысты USB порттары жиі бір-бірінен жақын орналасады. Нәтижесінде, құрылғыны бір портқа қосу көрші портты физикалық түрде бұғаттауы мүмкін, әсіресе, егер плагин кабельдің бөлігі болмаса, бірақ USB флеш-дискі сияқты құрылғыға ажырамас бөлігі болса. Көлденең тұйықтардың көлденең массивін жасау оңай болуы мүмкін, бірақ төрт порттың тек екеуін ғана пайдалануға болады (қосқыштың еніне байланысты). Порт массивтері, онда порт бағыты массив бағытына перпендикуляр, әдетте, бұғатталу проблемалары аз болады. Сыртқы "Октопус" немесе "Скид" хабтары (әрбір сокеті өте қысқа кабельдің соңында, көбінесе ұзындығы 2 дюймге (5 см) дейін) немесе "жұлдыз" хабтары (әрбір порты әртүрлі бағытта, суреттегідей) бұл мәселені толығымен болдырмайды.
Ұзындығы шектеулі
USB кабельдері төмен жылдамдықты USB 1.1 құрылғылары үшін 3 метр (10 фут) дейін шектеледі. Хабты USB ретрансляторы ретінде кабель ұзындығын бір уақытта 5 метрге дейін ұзартуға болады. Активті кабельдер (арнайы қосылымдар, бір портты хабтар) бірдей функция атқарады, бірақ олар тек шинамен жабдықталғандықтан, кейбір сегменттер үшін сыртқы қуатты USB хабтар қажет болуы мүмкін.
Қуат
Көптеген хабтар автобуспен немесе өздігінен жұмыс істей алады. Қуат кернеуді токқа көбейтуге тең. 5 вольттан 500 мА (0,5 А) қуатын алатын USB порты 2,5 Вт қуат алады. USB-орталықта әрбір USB порты деректерді берумен қатар, қуат та береді. Өзін-өзі қоректендіретін хаб сыртқы қуат көзіне қуат алады, сондықтан ол барлық порттарға толық қуатты (500 мА-ға дейін) қамтамасыз ете алады. Өзін-өзі қоректендіретін USB-орталықтар әдетте қуатсыз USB-орталықтарға қарағанда қымбат
Өздігінен қуаттылық беретін хаб (активті хаб)
Өздігінен қуаттылық беретін хабтар динамиктер, принтерлер және сканерлер сияқты жоғары кернеулі құрылғыларды қуаттандыруға мүмкіндік береді. Өздігінен қуатты USB хабтар әдетте үлкен және автобуспен қуатты USB хабтарына қарағанда қымбат.
Бір-біріне үйлесімділік
Нарықта көптеген сәйкес келмейтін хабтар бар, олар шын мәнінде автобуспен жұмыс істегеніне қарамастан, өздерін хостқа өзіндік қуатты деп жариялайды. Сонымен қатар, 100 мА-дан астам қуатын пайдаланатын, бірақ бұл туралы хабарламайтын құрылғылар да көп. Бұл хабтар мен құрылғылар қуатты пайдалануда көбірек икемділікке мүмкіндік береді (әсіресе, көптеген құрылғылар 100 мА-дан аз пайдаланады және көптеген USB порттары 500 мА-дан астам қуатты жүктемеден кейін өшіруден бұрын қамтамасыз ете алады), бірақ олар қуат проблемаларын диагностикалауды қиындатады. Кейбір өздігінен қоректенетін хабтар әрбір портқа 500 мА жүктемені жеткізуге жеткілікті қуат бермейді. Мысалы, көптеген жеті портты хабтар 1 А қуат көзіне ие, ал шын мәнінде жеті порт ең көп А, сонымен қатар хабтың өзіне қуат алады. Дизайнерлер пайдаланушы көптеген төмен қуатты құрылғыларды және толық 500 мА талап ететін бір немесе екі ғана құрылғыны қосады деп болжайды. Екінші жағынан, кейбір өздігінен қоректенетін хабтардың таңбасында қанша порт бір уақытта 500 мА толық жүктемені жүргізе алатыны нақты көрсетілген. Мысалы, жеті портты хабтың таңбасында ең көп төрт толық жүктемелі құрылғыны қолдауы мүмкін.
Автобуспен жұмыс істейтін хаб (пассивті хаб)
Автобуспен жұмыс істейтін хаб барлық қуатын хост компьютердің USB интерфейсінен алады. Оған жеке қуат қосылымы қажет емес. Алайда көптеген құрылғылар осы әдістен артық қуатты қажет етеді және бұл типті хабта жұмыс істемейді. Автобуспен жұмыс істейтін хабты өзіндік қуатты сыртқы қатты дискілермен пайдалану қажет болуы мүмкін, өйткені қатты диск компьютерді сөндіру кезінде немесе ұйқы режиміне кіргенде, қатты диск контроллері USB порттарында қуат көзіне қарайды. Барлық USB порттар 5 вольтпен жұмыс істейді, бірақ әр түрлі электр тоғын алады немесе береді.
Шектеулер
USB-нің электр тогы 100 мА-ға дейін бірліктерге бөлінген, ал порт бойынша жалпы көлемі 500 мА-ға дейін. Сондықтан, стандартқа сай келетін шинамен жұмыс істейтін хабтың төрт төменгі ағыстағы порты болуы мүмкін және ол төменгі ағыстағы құрылғыларға 100 мА-дан астам төрт бірлік ток ұсына алмайды (негізінде хаб өзіне бір бірлік қажет). Егер құрылғыға қосылған порттың қамтамасыз ету мүмкіндігіне қарағанда токтың бірлік саны көп болса, операциялық жүйе әдетте пайдаланушыға хабарлайды.
Динамикалық қуатты хабтар
Динамикалық қуатты хабтар - бұл автобус қуаттылығымен және өздігінен қуаттылықпен жұмыс істейтін хабтар. Олар жеке қуат көзі бар-жоғына байланысты режимдерді автоматты түрде ауыстыра алады. Автобуспен жұмыс істеуден автономды режимге ауысу хостпен дереу қайта келіссөздерді талап етпесе де, автономды режимнен автобуспен жұмыс істеу режиміне ауысу USB қосылымдарын қайта орнатуға әкелуі мүмкін, егер қосылған құрылғылар бұрын автобуспен жұмыс істеу режимінде қол жетімдіден артық қуат сұраған болса.
Жылдамдық
Жоғары жылдамдықты (USB 2.0) құрылғылардың ең жылдам режимде жұмыс істеуіне мүмкіндік беру үшін құрылғылар мен компьютер арасындағы барлық хабтар жоғары жылдамдықты болуы керек. Жоғары жылдамдықты құрылғылар толық жылдамдықты хабқа (немесе ескі толық жылдамдықты компьютер портына қосылған) қосылған кезде толық жылдамдыққа (USB 1.1) қайта оралуы керек. Жоғары жылдамдықты хабтар барлық құрылғы жылдамдықтарында байланыс жасай алады, ал төменгі және толық жылдамдықтағы трафик транзакция аударғышы арқылы қосылады және жоғары жылдамдықтағы трафиктен бөлінеді. Әрбір транзакция аудармашы төмен жылдамдықты трафикті өз бассейніне бөліп, іс жүзінде виртуалды толық жылдамдықты автобус жасайды. Кейбір жобалар бір транзакциялық аудармашыны (STT) қолданады, ал басқа жобаларда бірнеше аудармашы бар (MTT). Көп аудармашы болу бірнеше жоғары жолақты толық жылдамдықты құрылғыларды қосу кезінде маңызды артықшылық болып табылады. Жалпы тілінде (және көбінесе өнімдерді маркетингте) USB 2.0 жоғары жылдамдықтың синонимі ретінде пайдаланылатыны маңызды. Алайда, жоғары жылдамдықты енгізген USB 2.0 спецификациясына USB 1.1 спецификациясы енгізілгендіктен, USB 2.0 құрылғысының жоғары жылдамдықта жұмыс істеуі талап етілмейді, сондықтан кез келген толық жылдамдықты немесе төмен жылдамдықты құрылғы әлі де USB 2.0 құрылғысы ретінде белгіленуі мүмкін. Осылайша, барлық USB 2.0 хабтары жоғары жылдамдықпен жұмыс істемейді. USB 3.0 - компьютерлер мен электрондық құрылғыларды өзара байланыстыру үшін Universal Serial Bus (USB) стандартының үшінші негізгі нұсқасы. Басқа да жақсартулар арасында USB 3.0 жаңа USB (SS) деп аталатын жаңа беру жылдамдығын қосады, ол деректерді 5 Гбит/с (625 МБ/с) жылдамдықпен бере алады, бұл USB 2.0 стандартынан 10 есе жылдам. Өндірушілерге USB 3.0 қосқыштарын USB 2.0-дан көк (Pantone 300C) стандартты А қораптары мен плагиндерді және SS инициалдарын қолдану арқылы ажырату ұсынылады. 2013 жылдың шілдесінде шығарылған USB 3.1 - бұл USB 3.0 стандартының орнын басатын стандарт. USB 3.1 қолданыстағы SuperSpeed беру жылдамдығын сақтайды, оған жаңа USB 3.1 Gen 1 белгісін береді, сонымен қатар USB 3.1 Gen 2 деп аталатын жаңа SuperSpeed + беру режимін анықтайды, ол қолданыстағы USB A және USB C коннектерінен 10 Гбит / с жылдамдықпен деректерді тасымалдауға мүмкіндік береді (1250 МБ / с, USB 3.0 жылдамдығынан екі есе). USB 3.2, 2017 жылдың қыркүйегінде шығарылған, USB 3.1 стандартының орнын алады. Ол USB 3.1 SuperSpeed және SuperSpeed+ деректерді сақтау режимдерін сақтайды және екі жолақты операцияны қолдана отырып, USB C қосылымы арқылы SuperSpeed+ екі жаңа SuperSpeed+ беру режимдерін енгізеді, деректерді беру жылдамдығы 10 және 20 Гбит/с (1250 және 2500 МБ/с).
for the Standard A receptacles and plugs, and by the initials SS. USB 3.1, released in July 2013, is the successor standard that replaces the USB 3.0 standard. USB 3.1 preserves the existing SuperSpeed transfer rate, giving it the new label USB 3.1 Gen 1, while defining a new SuperSpeed+ transfer mode, called USB 3.1 Gen 2 which can transfer data at up to 10 Gbps over the existing USB type A and USB C connectors (1250 MB/s, twice the rate of USB 3.0). USB 3.2, released in September 2017, replaces the USB 3.1 standard. It preserves existing USB 3.1 SuperSpeed and SuperSpeed+ data modes and introduces two new SuperSpeed+transfer modes over the USB C connector using two lane operation, with data rates of 10 and 20 Gbps (1250 and 2500 MB/s).
Хаттама
Әрбір хабтың дәл бір жоғары ағыстағы порты және бірнеше төменгі ағыстағы порттары болады. Ағыстағы порт хабты (тікелей немесе басқа хабтар арқылы) хостқа жалғастырады. Ағыстағы порттарға басқа да хабтар немесе құрылғылар қосылуы мүмкін. Әдеттегі беріліс кезінде хабтар негізінен мөлдір болады: оның жоғары ағыстағы портынан алынған деректер оның төменгі ағыстағы порттарына қосылған барлық құрылғыларға таратылады (суретте USB 2.0 спецификациясында суреттеледі) 112, Хаб сигналды қосу. Ағыстағы порттан алынған деректер, әдетте, тек қана жоғарыдағы портқа жіберіледі. Осылайша, хост жіберген нәрсені барлық хабтар мен құрылғылар қабылдайды, ал құрылғы жіберген нәрсені хост алады, бірақ басқа құрылғылар қабылдамайды (ерекшелік - қайта бастау сигналы). USB 3.0-да төменгі ағыстағы маршрутизация Point to Point маршрутизациясының қосылуымен өзгертілді: пакет басында жіберілген маршрут тізбегі USB 3.0 хостқа тек бір мақсатты портқа төменгі ағыстағы пакет жіберуге мүмкіндік береді, бұл тығындар мен қуат тұтынуды азайтады. Хабтар құрылғыларды енгізу немесе алып тастау сияқты төменгі ағыстағы порттардың мәртебесіндегі өзгерістермен айналысқан кезде ашық емес. Атап айтқанда, егер хабтың төменгі ағысындағы порттың мәртебесі өзгерсе, бұл өзгеріс хост пен осы хаб арасындағы өзара әрекеттесуде қарастырылады; хост пен "өзгертілген хаб" арасындағы кез келген хабтар ашық болып табылады. Осы мақсатта әрбір хабта төменгі ағыстағы порттардың мәртебесіндегі өзгерістерді хабарлауға арналған бір ғана "1 IN" (соңғы нүкте мекенжайы 1, хабтан хостқа қарай) үзіліс нүктесі бар. Біреу құрылғыны қосқанда, хаб D+ немесе D- кернеуін байқайды және осы үзіліс нүктесі арқылы хостқа енгізу туралы белгі береді. Хост осы үзіліс нүктесін тексергенде, жаңа құрылғының бар екендігін біледі. Содан кейін ол хабқа (әдеттегі басқару құбыры арқылы) жаңа құрылғы қосылған портты қалпына келтіруді тапсырады. Бұл қалпына келтіру жаңа құрылғыға 0 адресін береді, содан кейін хост онымен тікелей әрекеттесе алады; бұл әрекеттесу хосттың құрылғыға жаңа (нөл емес) мекенжайды беруіне әкеледі.
Транзакция аудармашысы
USB 1.1 (12 Мбит/с) стандартынан жоғары стандартты қолдайтын кез келген USB 2.0 хабы транзакция аударғышы (TT) деп аталатынны пайдалана отырып, төменгі стандарт пен жоғары стандарттың арасында аударады. Мысалы, егер USB 1.1 құрылғысы USB 2.0 хабтағы портқа қосылса, онда TT автоматты түрде танып, USB 1.1 сигналдарын USB 2.0-ға аудармақ. Дегенмен, әдеттегі дизайн бойынша барлық төменгі стандартты құрылғылар бірдей транзакция аударғышын пайдаланады және осылайша бір транзакция аударғышы деп аталатын конфигурациядағы бөтелке тосындығын жасайды. Нәтижесінде бірнеше транзакцияларды аударушылар (Multi TT) құрылды, олар бірнеше транзакцияларды аударушыларды ұсынады, сондықтан бөтелкелер болдырмалады. USB 3.0 хабтары қазіргі уақытта USB 2.0 құрылғылары үшін транзакцияларды супер жылдамдыққа аударуды орындамайды.
Электрондық жобалау
USB хабтарының көпшілігі бір немесе бірнеше интегралды контроллерлерді (IC) пайдаланады, олардың бірнеше дизайны әр түрлі өндірушілерден қол жетімді. Көбіне төрт портты хаб жүйесін қолдайды, бірақ 16 портты хаб контроллерлерін қолданатын хабтар да өндірісте бар. USB шинасы порттардың жеті каскадтық деңгейіне мүмкіндік береді. Тамырлық хаб бірінші қабатта, ал соңғы құрылғылар жетінші қабатта, олардың арасында бес қабатты хабтарға мүмкіндік береді. Пайдаланушы құрылғыларының ең көп саны хабтардың санына азайтылады. 50 шоғырланған шоғырлар болса, ең көп саны .