速度供电难兼顾 USB Hub没想象的那么简单

软件先锋 2016-05-19 11:49网络整理点击: 标签:

随着超轻薄笔记本、PC平板二合一设备的普及,很多用户都会感叹设备上的USB接口数量越来越不够用了。为了获取同时接驳更多USB外设的能力,USB Hub就成为了必然的选择。然而,就是这么一种小小的“一拖多”设备竟然存在诸多隐患。不相信?那咱们就来瞧瞧。

 

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USB Hub的工作原理

USB Hub又称USB集线器,它使用星型拓扑结构可扩展出多个USB接口。USB Hub的核芯是主控芯片(又称桥接芯片),通过软硬件算法将PC身上的某个USB接口(上游端口)资源分配给USB Hub扩展出来的USB接口(下游端口)使用(图1)。

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理论上,USB Hub身上的多个下游端口们会平均分配上游端口的带宽,再加上USB Hub自身信号传输过程中也存在耗损,所以下游端口的总带宽一定小于上游端口分享的带宽。比如USB Hub上游连接的是USB3.0(5Gbps),哪怕USB Hub可以扩展出4个USB3.0,这几个USB3.0也无法同时传输超过5Gbps的数据流。

可能有读者会问了:“我家的USB Hub同时接驳2个USB3.0的闪存盘(图2),速度和直接插在PC上没啥区别啊?”这就是理论和实际的差异表现了。

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简单来说,如今USB3.0闪存盘的实际读取速度多在100MB/s左右,折合带宽也不到1Gbps,所以哪怕USB Hub同时接驳了2~3个USB3.0闪存盘,其实际读写速度也不会出现明显的下降。

USB Hub的4、7、10情怀

细心的读者可能已经注意到了,纵观市面上的USB Hub,它们身上扩展出来的USB接口数量几乎都是4个、7个或者10个。理论上USB Hub的桥接芯片都支持一拖四(别问原因,这是约定俗成的事情),为什么市面上没有配备8个或12个USB接口的Hub呢?

这个原因还得从USB Hub的拓扑结构谈起。前文说了,Hub桥接芯片都是一拖四的,要想扩展更多USB,就只能同时使用更多桥接芯片共同努力了。以7个接口的USB Hub为例,它的拓扑结构如图3,原理是“桥接芯片2”将“桥接芯片1”旗下的1个USB接口再度拆分为4,总计7个接口。同理,如果是三颗桥接芯片将可扩展出10个USB接口,以此类推。

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由此就会引发一个问题:“桥接芯片1”扩展出来的USB 1、USB 2和USB 3将平均分配上游端口3/4的带宽,而“桥接芯片2”旗下的USB 4、USB 5、USB 6、USB 7则共用剩余的1/4带宽。没错,USB接口带宽不一致,就是7口和10口USB Hub所面临的最大问题。

因此很多7口USB Hub都采用了3个USB3.0和4个USB2.0接口的设计,恰好可以掩饰USB接口带宽不一致的尴尬。而一些USB Hub配备了7个或10个USB3.0接口,但真正能跑出USB3.0速度的却只有其中的3个而已!网上很多用户反映的USB Hub接口速度不一的问题,就是上面的原因引起的。

因此,如果你购买的是4口以上的USB Hub,一定要留意哪些接口是高带宽的(通常靠近数据线一头的接口为高带宽)(图4),在连接闪存盘、移动硬盘等存储设备或给移动设备充电时一定要插在这些接口上。至于那些低带宽的接口,则可用于连接键盘、鼠标等外设。

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扩展阅读:USB Hub插拔键鼠时为何系统会卡

当键盘和鼠标都连接在USBHub的接口上时,突然拔下键盘或鼠标会导致系统假死1秒~2秒左右,而这个问题则源于USB Hub的识别协议。简单来说,USBHub添加或删除设备时采用了枚举方式,而Windows系统中用于USB枚举设备的线程只有一个,因此当Hub上有设备插拔时,该Hub和其所连接USB设备的请求都会被挂起(出现卡顿假死),而挂起的时间与PC性能和Hub主控芯片的性能。

选USB3.0还是USB2.0

如今USB Hub根据接口类型可以分为USB2.0、USB3.0或USB2.0+USB3.0三大版本。其中,USB2.0Hub价格最为实惠(4口普遍不足30元),适用于接驳键盘鼠标等外设,不适合用于闪存盘等设备进行数据交互。

如果你的笔记本只有1个USB3.0接口,而你又有同时读写多款存储设备的需求,那USB3.0 Hub就必不可少了(图5 图注:苹果新MacBook就是只有1个USB的代表)。此类产品的价格多在60元~100元之间,普通用户选择4口Hub就足够用了。

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如果你是Windows平板电脑用户,机身只有1个USB3.0接口,那就可以考虑7口的USB2.0+USB3.0 Hub了。其中,USB3.0用于接驳存储设备,USB2.0用于连接键盘鼠标,合理搭配干活不累。

扩展阅读:主控对Hub的影响

目前USB3.0 Hub的主控主要以VIA旗下的VL810/VL811/VL812(图6),创维科技GL3520和瑞昱RTS5401等芯片为主,这些主控平时的性能差别不大,只是在同时接驳多款USB3.0闪存盘并进行同时读写时才能表现出差距。此外,通过高端主控还能赋予Hub更多的功能,比如东芝旗下的一款USB Hub工作站就能在接驳USB设备的同时还能连接HDMI和网线(图7)!

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有源无源是个大问题

如果你需要一款4口以上的USB Hub,或是平时需要用Hub连接移动硬盘,那就一定要选择自带外接电源的产品!