Un concentrador USB es un dispositivo que expande un solo puerto de bus serie universal (USB) en varios para que haya más puertos disponibles para conectar dispositivos a un sistema host, similar a una regleta de enchufes . Todos los dispositivos conectados a través de un concentrador USB comparten el ancho de banda disponible para ese concentrador. [1]
Los concentradores USB a menudo están integrados en equipos como carcasas de computadoras , teclados , monitores o impresoras . Cuando un dispositivo de este tipo tiene muchos puertos USB, generalmente todos provienen de uno o dos concentradores USB internos en lugar de que cada puerto tenga un circuito USB independiente.
Los concentradores USB físicamente separados vienen en una amplia variedad de factores de forma : desde cajas externas (que se parecen a un concentrador de red o Ethernet ), hasta diseños pequeños que se pueden conectar directamente a un puerto USB (consulte la imagen de "diseño compacto"). Los concentradores de "cable corto" suelen utilizar un cable integral de 15 cm (6 pulgadas) para alejar ligeramente un concentrador pequeño de la congestión del puerto físico y aumentar la cantidad de puertos disponibles.
Casi todas las computadoras portátiles / portátiles modernas están equipadas con puertos USB, pero un concentrador USB externo puede consolidar varios dispositivos cotidianos (como un mouse, teclado o impresora) en un solo concentrador para permitir la conexión y extracción de todos los dispositivos en un solo paso.
Algunos concentradores USB pueden admitir suministro de energía (PD) para cargar la batería de la computadora portátil, si son autoalimentados y están certificados para hacerlo, pero pueden denominarse una estación de acoplamiento simple debido a la naturaleza similar de que solo se necesita una conexión para cargar la batería y conectar periféricos.
Disposición física
Una red USB se construye a partir de concentradores USB conectados en sentido descendente a puertos USB, que a su vez pueden provenir de concentradores USB. Los concentradores USB pueden extender una red USB a un máximo de 127 puertos. La especificación USB requiere que los concentradores alimentados por bus (pasivos) no estén conectados en serie a otros concentradores alimentados por bus.
Dependiendo del fabricante y el diseño, los puertos USB suelen estar poco espaciados. En consecuencia, conectar un dispositivo en un puerto puede bloquear físicamente un puerto adyacente, particularmente cuando el enchufe no es parte de un cable, pero es parte integral de un dispositivo como una unidad flash USB . Una matriz horizontal de enchufes horizontales puede ser fácil de fabricar, pero puede hacer que solo se puedan utilizar dos de los cuatro puertos (dependiendo del ancho del enchufe).
Las matrices de puertos en las que la orientación del puerto es perpendicular a la orientación de la matriz generalmente tienen menos problemas de bloqueo. Concentradores externos "Octopus" o "Squid" (con cada enchufe en el extremo de un cable muy corto, a menudo alrededor de 2 pulgadas (5 cm) de largo), o concentradores "estrella" (con cada puerto orientado en una dirección diferente, como se muestra en la imagen ) evitar este problema por completo.
Limitaciones de longitud
Los cables USB están limitados a 3 metros (10 pies) para dispositivos USB 1.1 de baja velocidad. Se puede usar un concentrador como un repetidor USB activo para extender la longitud del cable hasta 5 metros (16 pies) a la vez. Los cables activos (concentradores de un puerto integrados en conectores especializados) realizan la misma función, pero como son estrictamente alimentados por bus, es probable que se requieran concentradores USB con alimentación externa para algunos de los segmentos.
Energía
Un concentrador alimentado por bus (concentrador pasivo) es un concentrador que obtiene toda su energía de la interfaz USB de la computadora host . No necesita una conexión de energía separada. Sin embargo, muchos dispositivos requieren más energía de la que este método puede proporcionar y no funcionarán en este tipo de concentrador. Puede ser deseable utilizar un concentrador alimentado por bus con discos duros externos autoamplificados, ya que el disco duro puede no girar cuando la computadora se apaga o entra en modo de suspensión mientras se usa un concentrador autoalimentado desde el controlador del disco duro seguiría viendo una fuente de alimentación en los puertos USB.
La corriente eléctrica de un USB se asigna en unidades de 100 mA hasta un total máximo de 500 mA por puerto. Por lo tanto, un concentrador alimentado por bus compatible no puede tener más de cuatro puertos descendentes y no puede ofrecer más de cuatro unidades de 100 mA de corriente en total a los dispositivos descendentes (ya que el concentrador necesita una unidad para sí mismo). Si un dispositivo requiere más unidades de corriente de las que el puerto al que está conectado puede suministrar, el sistema operativo generalmente informa de esto al usuario.
Por el contrario, un concentrador autoalimentado (concentrador activo) toma su energía de una unidad de fuente de alimentación externa y, por lo tanto, puede proporcionar potencia completa (hasta 500 mA) a cada puerto. Muchos concentradores pueden funcionar como concentradores autoalimentados o alimentados por bus .
Sin embargo, hay muchos concentradores no compatibles en el mercado que se anuncian al host como autoamplificados a pesar de que en realidad están alimentados por bus. Del mismo modo, hay muchos dispositivos no compatibles que usan más de 100 mA sin anunciar este hecho. Estos concentradores y dispositivos permiten una mayor flexibilidad en el uso de la energía (en particular, muchos dispositivos usan mucho menos de 100 mA y muchos puertos USB pueden suministrar más de 500 mA antes de apagarse por sobrecarga), pero es probable que hagan Problemas de energía más difíciles de diagnosticar.
Algunos concentradores autoalimentados no suministran energía suficiente para impulsar una carga de 500 mA en cada puerto. Por ejemplo, muchos concentradores de siete puertos tienen una fuente de alimentación de 1 A, cuando de hecho siete puertos podrían consumir un máximo de 7 x 0,5 = 3,5 A, más energía para el propio concentrador. Los diseñadores asumen que lo más probable es que el usuario conecte muchos dispositivos de baja potencia y que solo uno o dos requieran 500 mA completos . Por otro lado, el paquete de algunos concentradores autoamplificados indica explícitamente cuántos de los puertos pueden impulsar una carga completa de 500 mA a la vez. Por ejemplo, el paquete en un concentrador de siete puertos puede afirmar que admite un máximo de cuatro dispositivos de carga completa.
Los concentradores con alimentación dinámica son concentradores que pueden funcionar como concentradores alimentados por bus y como concentradores autoalimentados. Pueden cambiar automáticamente entre modos dependiendo de si hay una fuente de alimentación separada disponible o no. Si bien cambiar de funcionamiento con alimentación por bus a funcionamiento con alimentación propia no requiere necesariamente renegociaciones inmediatas con el host, el cambio de funcionamiento con alimentación propia a alimentación con alimentación por bus puede hacer que las conexiones USB se reinicien si los dispositivos conectados previamente solicitaron más energía de la disponible en el bus. modo alimentado.
Velocidad
Para permitir que los dispositivos de alta velocidad (USB 2.0) funcionen en su modo más rápido, todos los concentradores entre los dispositivos y la computadora deben ser de alta velocidad. Los dispositivos de alta velocidad deben volver a la velocidad máxima (USB 1.1) cuando se conectan a un concentrador de velocidad completa (o se conectan a un puerto de computadora antiguo de velocidad completa). Si bien los concentradores de alta velocidad pueden comunicarse a todas las velocidades de los dispositivos, el tráfico de baja y alta velocidad se combina y segrega del tráfico de alta velocidad a través de un traductor de transacciones . Cada traductor de transacciones segrega el tráfico de menor velocidad en su propio grupo, esencialmente creando un bus virtual de velocidad completa. Algunos diseños utilizan un traductor de transacción única (STT), mientras que otros diseños tienen varios traductores (MTT). Tener varios traductores es un beneficio significativo cuando se conectan varios dispositivos de alta velocidad y ancho de banda. [2]
Es una consideración importante que en el lenguaje común (y a menudo en el marketing de productos), USB 2.0 se usa como sinónimo de alta velocidad. Sin embargo, debido a que la especificación USB 2.0, que introdujo la alta velocidad, incorpora la especificación USB 1.1 de manera que no se requiere un dispositivo USB 2.0 para operar a alta velocidad, cualquier dispositivo compatible de velocidad completa o baja puede etiquetarse como un Dispositivo USB 2.0. Por lo tanto, no todos los concentradores USB 2.0 funcionan a alta velocidad.
USB 3.0 es la tercera versión principal del estándar Universal Serial Bus (USB) para interconectar computadoras y dispositivos electrónicos. Entre otras mejoras, USB 3.0 agrega la nueva tasa de transferencia conocida como SuperSpeed USB (SS) que puede transferir datos a hasta 5 Gbit / s (625 MB / s ), que es aproximadamente 10 veces más rápido que el estándar USB 2.0 . Se recomienda que los fabricantes distingan los conectores USB 3.0 de sus contrapartes USB 2.0 mediante el uso de azul (Pantone 300C) [3] para los receptáculos y enchufes Standard-A, [4] y por las iniciales SS . [5]
USB 3.1 , lanzado en julio de 2013, es el estándar sucesor que reemplaza al estándar USB 3.0. USB 3.1 conserva la tasa de transferencia SuperSpeed existente , dándole la nueva etiqueta USB 3.1 Gen 1 , [6] [7] mientras define un nuevo modo de transferencia SuperSpeed + , llamado USB 3.1 Gen 2 [8] que puede transferir datos a hasta 10 Gbit / s sobre los conectores USB-tipo A y USB-C existentes (1250 MB / s, el doble de velocidad que USB 3.0). [9] [10]
USB 3.2 , lanzado en septiembre de 2017, reemplaza el estándar USB 3.1. Conserva los modos de datos USB 3.1 SuperSpeed y SuperSpeed + existentes e introduce dos nuevos modos de transferencia SuperSpeed + a través del conector USB-C con operación de dos carriles, con velocidades de datos de 10 y 20 Gbit / s (1250 y 2500 MB / s).
Protocolo
Cada concentrador tiene exactamente un puerto ascendente y varios puertos descendentes. El puerto ascendente conecta el concentrador (directamente o mediante otros concentradores) al host. Se pueden conectar otros concentradores o dispositivos a los puertos descendentes. Durante la transmisión normal, los concentradores son esencialmente transparentes: los datos recibidos desde su puerto ascendente se transmiten a todos los dispositivos conectados a sus puertos descendentes (descritos gráficamente en la especificación USB 2.0 en la Figura 11-2, Conectividad de señalización del concentrador). Los datos recibidos de un puerto descendente generalmente se reenvían solo al puerto ascendente. De esta manera, lo que envía el host lo reciben todos los concentradores y dispositivos, y lo que envía un dispositivo lo recibe el host, pero no los otros dispositivos (una excepción es la señalización de reanudación). El enrutamiento descendente se ha cambiado en USB 3.0 con la adición del enrutamiento punto a punto: una cadena de ruta enviada en el encabezado del paquete permite que un host USB 3.0 envíe solo un paquete descendente a un único puerto de destino, lo que reduce la congestión y el consumo de energía. [11]
Los concentradores no son transparentes cuando se trata de cambios en el estado de los puertos descendentes, como la inserción o eliminación de dispositivos. En particular, si un puerto de bajada de un concentrador cambia de estado, este cambio se trata en una interacción entre el host y este concentrador; con cualquier hub entre el host y el "hub cambiado" actuando como transparentes.
Con este objetivo, cada concentrador tiene un único punto final de interrupción "1 IN" (dirección de punto final 1, dirección concentrador a host) que se utiliza para señalar cambios en el estado de los puertos descendentes. Cuando alguien conecta un dispositivo, el concentrador detecta voltaje en D + o D- y señala la inserción al host a través de este punto final de interrupción. Cuando el host sondea este extremo de interrupción, se entera de que el nuevo dispositivo está presente. Luego le indica al concentrador (a través del conducto de control predeterminado) que reinicie el puerto donde se conectó el nuevo dispositivo. Este reinicio hace que el nuevo dispositivo asuma la dirección 0, y el host puede interactuar con él directamente; esta interacción dará como resultado que el host asigne una nueva dirección (distinta de cero) al dispositivo. [12] [13]
Traductor de transacciones
Cualquier concentrador USB 2.0 que admita un estándar más alto que USB 1.1 (12 Mbit / s) se traducirá entre el estándar más bajo y el estándar más alto usando lo que se llama un traductor de transacciones (TT). Por ejemplo, si un dispositivo USB 1.1 está conectado a un puerto en un concentrador USB 2.0, el TT reconocerá y traducirá automáticamente las señales USB 1.1 a USB 2.0 en el enlace ascendente. Sin embargo, el diseño predeterminado es que todos los dispositivos de estándares inferiores comparten el mismo traductor de transacciones y, por lo tanto, crean un cuello de botella, una configuración conocida como traductor de transacciones únicas . En consecuencia, se crearon traductores de transacciones múltiples (Multi-TT), que proporcionan más traductores de transacciones para evitar cuellos de botella. [14] Tenga en cuenta que los concentradores USB 3.0 actualmente no [15] [ cita requerida ] realizan la traducción de transacciones a supervelocidad para dispositivos USB 2.0.
Diseño electronico
La mayoría de los concentradores USB utilizan uno o más controladores integrados (CI), de los cuales varios diseños están disponibles de varios fabricantes. La mayoría admite un sistema de concentrador de cuatro puertos, pero los concentradores que utilizan controladores de concentrador de 16 puertos también están disponibles en la industria. [ cita requerida ] El bus USB permite siete niveles de puertos en cascada. El concentrador raíz es el primer nivel y los últimos dispositivos están en el séptimo nivel, lo que permite 5 niveles de concentradores entre ellos. El número máximo de dispositivos de usuario se reduce por el número de concentradores. Con 50 concentradores conectados, el número máximo es 127 - 50 = 77. [16]
Hubs inversos o compartidos (KVM)
También están disponibles los "concentradores para compartir", que efectivamente son el reverso de un concentrador USB, lo que permite que varias PC accedan (generalmente) a un solo periférico. Pueden ser manuales, efectivamente una simple caja de interruptores, o automáticos, incorporando un mecanismo que reconoce qué computadora desea usar el periférico y conmuta en consecuencia. No pueden otorgar acceso a más de una PC a la vez. Sin embargo, algunos modelos tienen la capacidad de controlar múltiples periféricos por separado (por ejemplo, dos PC y cuatro periféricos, asignando el acceso por separado). Los interruptores más simples tienden a ser automáticos, y esta característica generalmente los coloca a un precio más alto también. Los conmutadores de " teclado, vídeo y ratón " (KVM) modernos también pueden compartir dispositivos USB entre varias computadoras.
Ver también
Referencias
- ^ ¿Cuál es la diferencia entre concentradores USB alimentados y no alimentados?
- ^ Tecnología USB: el concentrador Multi-TT va de cabeza a cabeza con Single-TT . Tom's Hardware Reino Unido e Irlanda . Consultado el 24 de agosto de 2006.
- ^ "Actualizaciones de cumplimiento de USB-IF" . Foro de Implementadores USB. 1 de junio de 2011 . Consultado el 14 de agosto de 2020 .
- ^ "Especificación de la revisión 3.1 del bus serie universal" . usb.org . págs. 5-20. Archivado desde el original (ZIP) el 12 de abril de 2016 . Consultado el 12 de abril de 2016 .[ verificación necesaria ]
- ^ McFedries, Paul (2013). "Conexión de dispositivos USB". Equipos para adultos: cómo aprovechar al máximo su equipo con Windows 8 . Indianápolis: Que Publishing. ISBN 978-0-13-303501-8. Consultado el 18 de febrero de 2016 .
La mayoría de los fabricantes de PC etiquetan cada puerto USB con el logotipo del tipo USB, el [...] logotipo USB 2.0 es un tridente, mientras que el logotipo USB 3.0 es un tridente similar con las letras 'SS' (que significa SuperSpeed) adjuntas.
[ verificación necesaria ] - ^ "Directrices de uso del idioma de especificación USB 3.1 de USB-IF" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 12 de marzo de 2016 . Consultado el 10 de marzo de 2016 .[ verificación necesaria ]
- ^ "Explicación de USB 3.1 Gen 1 y Gen 2" . msi.com .[ verificación necesaria ]
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- ^ "Especificación USB 3.2" . usb.org . Foro de implementadores de USB, Inc . Consultado el 30 de agosto de 2018 .[ verificación necesaria ]
- ^ "Especificación de la revisión 3.1 del bus serie universal" . usb.org . Archivado desde el original (ZIP) el 21 de noviembre de 2014 . Consultado el 19 de noviembre de 2014 .[ verificación necesaria ]
- ^ ¿Cuál es la diferencia entre concentradores USB 2.0 y 3.0?
- ^ Especificación USB 2.0 Archivado el 7 de febrero de 2012 en Wayback Machine.
- ^ USB en pocas palabras
- ^ "Single TT o Multi TT: Tecnología USB: Multi-TT Hub va cara a cara con Single-TT" . tomshardware.com. 2003-09-09 . Consultado el 1 de mayo de 2013 .
- ^ "¿Qué es USB?» Hardware »Windows» Tech Ease " . Consultado el 4 de julio de 2019 .
- ^ APGodse; DAGodse (1 de enero de 2009). Microprocesadores avanzados . Publicaciones técnicas. pag. 16. ISBN 978-81-8431-560-8. Consultado el 3 de enero de 2013 .