Технология USB: концентратор с несколькими трансляторами транзакций – THG.RU

Концентраторы USB 2.0: обычный против интеллектуального

USB уже несколько лет является повсеместным стандартом. К сожалению, многие люди ошибочно думают, что с выходом USB 2.0 о плохой производительности можно забыть. Истина заключается в том, что устройства USB 2.0 могут передавать данные с быстрой скоростью, а устройства USB 1.1 оптимально работают с ПК, только если они не подключены через концентратор USB.

Пользователей вновь запутывает то, что концентраторы USB 1.1 имеют пропускную способность 2 Мбит/с, которая должна быть распределена между всеми устройствами. Конечно, решение сразу же приходит на ум: давайте перейдём на USB 2.0, которая даёт 480 Мбит/с, и мы получим желаемое – несколько медленных устройств будут работать на нормальной скорости, не так ли?

Не совсем. Не все концентраторы используют одинаковый способ для встраивания 12 Мбит/с потока в 480 Мбит/с. За встраивание отвечает специальный блок в концентраторе USB, называемый транслятором транзакций (TT). TT не может одновременно работать с несколькими устройствами, что создаёт “узкое место” при одновременном подключении нескольких устройств USB 1.1

Мы получили концентратор с несколькими TT от Cypress Semiconductor, основного поставщика подобных компонентов, и сравнили его работу с обычным концентратором USB, оснащённым одним TT.

Универсальная последовательная шина (USB): азы

Два распространённых стандарта USB сильно отличаются по скорости передачи. USB 1.1, находящаяся на рынке уже многие годы, обеспечивает скорость передачи 12 Мбит/с. USB 2.0, возраст которой достиг 18 месяцев, становится всё более популярной благодаря скоростям передачи до 480 Мбит/с.

Поскольку стандарт USB был разработан для обмена данными со всеми видами периферии, с самого начала планировалось использование концентраторов USB. Всё, что вам нужно, – подключить концентратор к порту USB на компьютере, после чего в вашем распоряжении оказываются дополнительные порты. Преимущество подобной конфигурации заключается в том, что вы можете подключить больше устройств, чем разъёмов на вашем компьютере. Однако есть и недостаток: вы наверняка столкнётесь с проблемами при подключении высокоскоростных устройств USB, поскольку пропускная способность шины будет разделяться между ними.

Чтобы понимать, почему проблемы производительности встречаются так часто, вам нужно знать работу протокола USB. Устройства USB могут использовать любой из четырёх под-протоколов: bulk (массивный), control (управляющий), interrupt (прерываний) и isochronous (изохронный). Они помогают выделить пропускную способность, которая необходима устройству для работы.

Независимо от всего остального, 10% пропускной способности резервируются для управляющего протокола, который направляет все передачи. Аудио/видео устройства, типа web-камер или колонок, работают изохронно (в реальном времени), поскольку им обычно требуются минимальные задержки. Большинство внешних устройств хранения используют массивный протокол (bulk), в то время как клавиатуры или мыши предпочитают протокол прерываний.

Независимо от всего остального, 10% пропускной способности USB резервируется контроллером USB.

Вы наверняка уже догадались о проблеме: если вы подключите два устройства USB, оба из которых используют изохронный протокол, и они отнимут определённую пропускную способность, то для остальных устройств мало чего останется. Стандарт USB реализован по принципу “кто первый встал, того и тапки”, так что если подключите к концентратору третье или четвёртое устройство, то для них может не остаться достаточной пропускной способности.

Один TT или много TT?

Одним из способов решения этой проблемы является повышение общей пропускной способности за счёт подключения устройства USB 1.1 к концентратору USB 2.0.

Все концентраторы USB 2.0 оснащены, по крайней мере, одним транслятором транзакций (TT), так что они обратно совместимы. TT автоматически распознаёт тип подключённых к каждому порту устройств и переводит любые сигналы USB 1.1 в USB 2.0. Но здесь находится “подводный камень”: у вас есть только один TT на все порты, что снижает пропускную способность всей системы до тех же 12 Мбит/с.

Если все устройства концентратора используют один транслятор транзакций, то общая производительность снижается.

Вы можете решить эту проблему, перейдя на высококачественные концентраторы USB, которые имеют по одному TT на все порты. Тогда устройствам не придётся ждать своей очереди, чтобы получить пропускную способность: трансляторы транзакций оптимально встроят данные в поток USB 2.0.

Каждый порт в этом концентраторе оснащён своим собственным транслятором транзакций. Однако используются только три из них: к четвёртому порту подключено устройство USB 2.0, которому транслятор не нужен.

Стандартный концентратор с одним TT: DLink DUB-H4

DUB-H4 можно часто встретить на полках магазинов во всех странах. Концентратор имеет четыре порта, которые совместимы с USB 1.1, – однако по цене одного транслятора транзакций.

Существует много ситуаций, когда требуется концентратор без внешнего питания: во время путешествия, или когда у вас нет лишнего времени на поиск розетки в стене. К сожалению, на сайте D-Link не указано, сколько энергии выдаёт концентратор в подобных ситуациях. Если вы будете использовать адаптер питания, поставляемый с концентратором, то он будет выдавать 500 мА на порт.

Концентратор имеет довольно компактные размеры 10x6x2,5 см. Мы были приятно удивлены, что подключение концентратора к контроллеру USB осуществляется стандартным кабелем – часто компании предпочитают использовать собственные решения. Также следует отметить и длину кабеля в 1,5 метра. Её будет вполне достаточно, чтобы подключить концентратор не только к ноутбуку, но и к компьютеру, расположенному под столом.

Ссылка на производителя

В противоположном углу: концентратор с несколькими TT LinXcel USB 2.0

Устройство LinXcel было выслано Cypress Semiconductor. Благодаря использованию нескольких TT, оно способно эффективно интегрировать данные устройств USB 1.1 в поток USB 2.0.

Первое, что привлекает внимание к концентратору, – его размер. Несмотря на наличие четырёх портов, он оказывается меньше, чем у пачки сигарет. Единственное, что нам не очень понравилось, – подключение между концентратором и системой, для которого LinXcel использовала кабель собственной разработки.

В соответствии с информацией, указанной на коробке, концентратор выдаёт до 100 мА на порт без питания от сети. Если вы подключите концентратор к сети, то ток возрастёт до 500 мА на порт.

Тестовая конфигурация

Как обычно, в наших тестах разобраться несложно. Однако мы всё же хотели бы более подробно разобрать процедуру тестирования.

Мы протестировали оба концентратора USB в четырёх различных конфигурациях и с двумя различными устройствами, предназначенными для использования дома и в офисе. Одно из них – это жёсткий диск USB 2.0 от ValuePlus под названием SPIO. Второе – стандартный Memory Stick от Hana Micron (USB 1.1).

Мы провели тестирование в четырёх следующих конфигурациях:

• Простой тест без подключения периферийных устройств. К концентратору не были подключены какие-либо дополнительные устройства USB.
• Тест с одним устройством (а именно SPIO), в то время как данные записывались на второе устройство (Memory Stick).
• Тест с одним устройством, когда была активна web-камера USB 1.1.
• Тест с одним устройством, когда была активна web-камера и когда на второе устройство записывались данные.

Различие в конфигурациях создавало различные условия нагрузки, которые вполне отражают реальные условия, в которых приходится работать концентраторам USB.

Результаты тестирования

Производительность USB 2.0

Производительность USB 1.1

Заключение: несколько TT оправдывают себя при высоких нагрузках

Конечно же, при столь разнообразных тестовых результатах, как в этой статье, вам наверняка пришлось долго вглядываться в графики, прежде чем разобраться в них. Но одно можно утверждать с первого взгляда: чем больше устройств USB используется, тем ниже производительность. К примеру, скорость чтения с внешнего привода SPIO (USB 2.0) падает с 23 до 20 Мбайт/с при подключении web-камеры и Memory Stick USB 1.1. Падение ещё сильнее сказывается на производительности записи.

То же самое, но в более мрачных тонах, можно сказать про устройства USB 1.1 типа Memory Stick. Как только web-камера начинает загрузку картинок, а SPIO начинает передавать данные через USB 2.0, вы получаете лишь небольшую долю от оригинальных 900 кбайт/с.

Именно в подобных ситуациях концентратор LinXcel с несколькими TT показывает себя с лучшей стороны. Если вам более интересен SPIO, работающий по стандарту 2.0, то различия при высоких скоростях USB несущественны. Особенно, если сравнить со случаем, когда мы наблюдаем ничтожную оставшуюся пропускную способность от и так невысокой скорости устройств 1.1

Вам придётся сталкиваться с подобными случаями, когда вы будете пытаться подключать несколько устройств USB 1.1 к концентратору 2.0 и/или одно из этих устройств будет использовать изохронный протокол шины USB. Тогда вы явно ощутите падение производительности.

Если вы желаете приобрести концентратор, то покупайте версию с несколькими TT. Вы получите скромный прирост производительности в чистых окружениях 2.0 и существенный прирост, если вы работаете с несколькими устройствами 1.1. Однако при покупке следует быть внимательным, так как часто на упаковке не говорится о числе трансляторов транзакций.