Концентратор не перешкода, КомпьютерПресс

Якщо для підключення всіх необхідних периферійних пристроїв у ПК або ноутбука не вистачає вільних портів USB, доводиться використовувати USB-концентратори. Але не приноситься чи при цьому в жертву швидкість передачі даних? Щоб відповісти на це питання, ми провели невеликий експеримент.

Вже більше десяти років інтерфейс USB є найбільш поширеним рішенням для підключення периферійних пристроїв і різноманітних гаджетів до ПК. Можливість гарячого підключення, наявність шини харчування, зручний і компактний роз'єм - все це сприяло зростанню популярності та широкому розповсюдженню інтерфейсу USB не тільки в ПК, а й в побутових цифрових пристроях. Певним недоліком першої отримала широке поширення ревізії USB (специфікація версії 1.1) була невисока швидкість передачі даних, яка обмежувала сферу її застосування головним чином підключенням низькошвидкісних периферійних пристроїв (мишей, клавіатур, ігрових маніпуляторів і т.д.). Втім, кілька років тому індустрія перейшла на використання набагато більш швидкісний версії USB (відповідної специфікації 2.0), пропускна здатність якої вже цілком прийнятна і для роботи з зовнішніми накопичувачами високої ємності.

Ще однією важливою перевагою інтерфейсу USB в порівнянні з раніше використалися в ПК портами введення-виведення (COM, паралельним IEEE-1284, PS / 2 та ін.) Є можливість підключення до одного хост-контролера дуже великої кількості пристроїв. Кожному з них присвоюється унікальний 7-розрядний ідентифікатор, а це значить, що до одного хосту теоретично можна підключити до 127 пристроїв. Але яким чином реалізувати це на практиці, адже навіть у настільних ПК зазвичай є не більше дюжини портів USB, а у ноутбуків і того менше? Тут-то і прийдуть на допомогу концентратори - пристрої, що дозволяють підключити до одного порту USB одночасно кілька пристроїв.

USB: технічний екскурс

Нагадаємо, що топологія шини USB являє собою багаторівневу зірку (рис. 1). Вершиною цієї схеми є хост-пристрій, або кореневої концентратор (root hub). Зазвичай він реалізований на системній платі ПК, але іноді зустрічаються і інші варіанти - наприклад хост-контролери, виконані у вигляді плат розширення, які встановлюються в слот PCI (рис. 2), а також карт стандарту PCMCIA для портативних ПК (рис. 3) . До портів кореневого концентратора можуть бути підключені як периферійні пристрої, так і нижчі концентратори. Останні можуть бути виконані у вигляді як зовнішніх (рис. 4), так і внутрішніх (рис. 5) модулів, в тому числі вбудованих в периферійні пристрої (клавіатури, монітори і т.д.).

Мал. 1. Схема можливих варіантів підключення пристроїв по інтерфейсу

Мал. 2. Хост-контролер USB 2.0, виконаний
у вигляді плати розширення PCI

Мал. 3. Хост-контролер USB 2.0, виконаний
у формфакторі карти PCMCIA

Мал. 4. Зовнішній 4-портовий
USB-концентратор

Мал. 5. 4-портовий USB-концентратор, призначений
для установки в 3,5-дюймовий відсік корпусу ПК

Щоб збільшити кількість доступних портів USB, до одного хосту можна підключити декілька концентраторів. В силу ряду причин технічного характеру максимальну кількість рівнів підключення обмежена сім'ю. При цьому на рівнях з другого по шостий включно можуть розташовуватися як периферійні пристрої, так і концентратори, а на останньому (сьомому) - тільки периферійні пристрої.

І якщо вже бути зовсім точним, то підключити 127 периферійних пристроїв, використовуючи USB-концентратори, все одно не вийде. Справа в тому, що кожний підключений концентратор теж є USB-пристрій та чи отримуються ідентифікатор. Отже, теоретичний максимум можливих підключень для кінцевих пристроїв зменшиться на кількість задіяних концентраторів. Але, за великим рахунком, навряд чи у кого-небудь виникне необхідність в підключенні сотні різних пристроїв до одного ПК.

Повернемося до USB-концентраторів. Використання цих пристроїв дозволяє збільшити кількість вільних портів, а значить підключити більше пристроїв до одного хосту. Однак здоровий глузд підказує, що збільшення кількості підключеної периферії напевно призведе до зниження швидкості передачі даних: додатковий концентратор, підключений до одного з портів хост-контролера, повинен буде ділити смугу пропускання між усіма нижчестоящими пристроями, які підключені до його портів.

Втім, висока пропускна здатність необхідна далеко не всім пристроям.

проведення вимірювань

Теоретично швидкість передачі даних через інтерфейс USB в режимі hi-speed може досягати 480 Мбіт / с. Втім, добитися такого результату в реальних умовах навряд чи можливо, навіть якщо підключитися до порту кореневого концентратора, а носій зовнішнього накопичувача (наприклад, жорсткий диск) буде володіти заздалегідь більш високою продуктивністю. На практиці вдається отримати стабільну швидкість на рівні 240-280 Мбіт / с - тобто трохи більше половини теоретично можливого максимуму. Але чи можна досягти такого ж результату, якщо підключення буде проводитися через зовнішній USB-концентратор?

Щоб перевірити це, ми вирішили виміряти швидкість читання і запису різних моделей USB флеш-дисків, змінюючи схему їх підключення до ПК. Для того щоб отримати цілісну картину, були взяті накопичувачі з різними швидкісними характеристиками. У ролі контрольного зразка (найменш чутливого до обмеження швидкості) виступав флеш-диск невідомого виробника ємністю 1 Гбайт. Сучасне покоління накопичувачів було представлено двома 16-гігабайтними моделями компанії Silicon Power - відносно повільної LuxMini 720 і високошвидкісний LuxMini 920. В ході випробувань були використані два чотирьохпортовий USB-концентратора з підтримкою режиму hi-speed, підключені до зовнішніх джерел живлення.

Як тестовий стенд був задіяний ПК наступної конфігурації:

Вимірювання швидкості читання і запису даних проводилося за допомогою утиліти Flash Memory Toolkit версії 1.20 в режимі File Benchmark.

Для початку необхідно встановити точку відліку - тобто отримати вихідні дані для подальшого порівняння. Для цього ми виконали виміри, по черзі підключаючи кожний з трьох флеш-дисків до одного і того ж порту USB на комутаційної панелі системної плати ПК. Згідно з отриманими даними (див. Табл. 1), швидкість читання файлів з контрольного флеш-диска становила близько 10 Мбайт / с, а записи - лише близько 1 Мбайт / с. У порівнянні з ним більш сучасні носії компанії Silicon Power виглядають набагато краще. Модель LuxMini 720 забезпечує швидкість читання на рівні 15 Мбайт / с, але трохи розчаровує в режимі запису - в залежності від розміру файлів швидкість варіюється в межах від 1,5 до 11 Мбайт / с. Як і очікувалося, накопичувач LuxMini 920, пару місяців назад переміг в порівняльному тестуванні USB флеш-дисків, продемонстрував просто чудовий результат: швидкість передачі даних в режимі запису варіюється в межах 23-28 Мбайт / с, а при читанні перевищує 30 Мбайт / с. Не виключено, що в режимі читання потенціал цього накопичувача був розкритий не в повній мірі внаслідок обмежень використовуваного інтерфейсу. Таким чином, саме зі зміни результатів LuxMini 920 можна буде найбільш чітко простежити вплив USB-концентраторів.

Далі була проведена основна частина випробувань, розбита на чотири етапи. В ході кожного з них флеш-диски підключалися до ПК за певною схемою, після чого відбувалося вимір їх швидкісних характеристик.

На першому етапі виконувалося почергове підключення кожного з трьох флеш-дисків до одного і того ж порту зовнішнього USB-концентратора, приєднаного до порту USB на комутаційної панелі системної плати (рис. 6).

Мал. 6. Схема підключення пристроїв
на першому етапі випробувань

В ході другого етапу все три флеш-диска були одночасно підключені до портів зовнішнього USB-концентратора, який, в свою чергу, був приєднаний до USB-порту ПК. Четвертий порт концентратора був задіяний для підключення миші (рис. 7).

Мал. 7. Схема підключення пристроїв на другому етапі випробувань

Для проведення третього етапу був задіяний другий USB-концентратор. Підключення кожного з трьох флеш-дисків виконувалося по черзі до одного і того ж порту зовнішнього USB-концентратора, який, в свою чергу, був приєднаний до порту ПК через вищестоящий концентратор (рис. 8).

Мал. 8. Схема підключення пристроїв
на третьому етапі випробувань

І нарешті, на четвертому етапі всі три флеш-диска були одночасно приєднані до USB-концентратора, підключеному до ПК через вищестоящий USB-концентратор (рис. 9).

Мал. 9. Схема підключення пристроїв на четвертому етапі випробувань

Аналіз результатів

Проаналізуємо дані, отримані в ході описаних тестів. Для початку можна порівняти еталонні значення з результатами, отриманими при почерговому підключенні флеш-дисків через один і два концентратора (табл. 2). Як бачите, що розглядаються варіанти підключень практично не впливають на продуктивність контрольного флеш-диска і моделі LuxMini 720. Невеликий розкид значень цілком зрозумілий впливом випадкових чинників і похибкою вимірювань. А ось більш швидкісного LuxMini 920 додаткові пристрої явно створюють перешкоди. При цьому цікаво відзначити, що швидкість запису знизилася в обох випадках, а швидкість читання - лише при підключенні через два концентратора.

Тепер порівняємо еталонні значення з результатами, показаними при підключенні флеш-дисків до зовнішнього концентратора по черзі і одночасно з іншими (табл. 3). Тут спостерігається схожа картина: на показники продуктивності контрольного флеш-диска і моделі LuxMini 720 зміни в схемі підключення практично не вплинули. У той же час за результатами LuxMini 920 добре видно, що в разі одночасного підключення до USB-концентратора декількох пристроїв в режимі hi-speed смуга пропускання, доступна для кожного з них, звужується. У порівнянні з вихідними 29-32 Мбайт / с швидкість зчитування даних з LuxMini 920 впала приблизно в півтора рази - до 20-22 Мбайт / с. Швидкість запису також знизилася - до 18-20 Мбайт / с.

І нарешті, можна порівняти еталонні значення з даними, отриманими в ході другого і четвертого етапів - тобто при одночасному підключенні трьох накопичувачів до USB-концентраторів, що знаходяться на різних рівнях (табл. 4). Тенденція до невеликого зниження швидкості читання при включенні в ланцюжок додаткового концентратора помітна навіть у контрольного флеш-диска і накопичувача LuxMini 720. Стосовно до цих пристроїв подібний ефект, швидше за все, викликана не стільки обмеженням смуги пропускання, скільки збільшенням часу затримки при передачі пакетів даних. Що стосується LuxMini 920, то у відповідному розділі таблиці простежується чіткий зв'язок між швидкістю передачі даних і довжиною ланцюжка проміжних концентраторів, що відокремлюють накопичувач від USB-порту комп'ютера.

висновки та рекомендації

Які ж висновки можна зробити, виходячи з результатів проведеного експерименту? Як і очікувалося, при підключенні периферійних пристроїв через концентратори швидкість обміну даними буде зменшуватися. Наскільки - залежить від кількості пристроїв і схеми їх підключення. У той же час необхідно відзначити, що дана проблема актуальна лише при експлуатації пристроїв, що працюють в режимі hi-speed і забезпечують обмін даними зі швидкістю більше 15 Мбайт / с. Для менш швидкісних пристроїв схема підключення не є критичним фактором. Наявність в ланцюжку одного-двох концентраторів (зрозуміло, що підтримують роботу з пристроями в режимі hi-speed) призведе до зниження продуктивності лише на кілька відсотків, і користувач навряд чи це помітить.

І на закінчення - практична порада тим, хто з тих чи інших причин змушений використовувати USB-концентратори для підключення периферійних пристроїв.

У багатьох моделях ноутбуків і нетбуків передбачена лише пара роз'ємів USB. Припустимо, що виникла необхідність підключити відразу декілька пристроїв, в тому числі і високошвидкісний накопичувач (наприклад, зовнішній жорсткий диск або USB флеш-диск). Оптимальне рішення полягає в тому, щоб один з наявних портів задіяти для прямого підключення високопродуктивного накопичувача, а до іншого підключити декілька низькошвидкісних периферійних пристроїв (миша, ігровий контролер, «повільний» флеш-диск і т.д.) через USB-концентратор. Приклад схеми підключення представлений на рис. 10.

Мал. 10. Оптимальна схема підключення пристроїв з використанням
USB-концентратора при наявності на ПК двох вільних портів USB

Зовсім недавно компанія Cougar представила нову серію блоків живлення для традиційних ПК - VTX, орієнтовану на користувачів з обмеженим бюджетом. У цьому огляді буде розглянута модель Cougar VTX600, яка завдяки своїм характеристикам буде однією з найбільш затребуваних в цій лінійці блоків живлення

На щорічному заході Capsaicin SIGGRAPH в Лос-Анджелесі компанія AMD зміцнила свої позиції на ринку ПК класу high-end з новими процесорами Ryzen Threadripper і GPU «Vega»

Для простого і зручного побудови мереж рядовими користувачами компанія ZyXEL випустила чергову версію свого Інтернет-центру для підключення до мереж 3G / 4G через USB-модем з точкою доступу Wi-Fi - ZyXEL Keenetic 4G III, який ми і розглянемо в цьому огляді

До своєї і так великій родині роутерів і маршрутизаторів фірма ASUS недавно додала дві вельми цікаві моделі: флагманську 4G-AC55U і більш просту 4G-N12. У даній статті буде розглянута флагманська модель ASUS 4G-AC55U

Молода, але амбіційна компанія KREZ на початку цього року випустила нову, оригінальну модель ноутбука KREZ Ninja (модель TM1102B32) під керуванням Windows 10. Оскільки цей комп'ютер має поворотний екран, він може служити універсальним рішенням - його можна з успіхом використовувати і для роботи, і для навчання, і для ігор

Якщо ви часто друкуєте фотографії та вже втомилися міняти картриджі в своєму принтері, зверніть увагу на МФУ Epson L850. Великий ресурс витратних матеріалів, чудова якість відбитків, найширший набір функціональних можливостей - ось лише деякі з переваг даної моделі