यूएसबी हब

यूएसबी हब एक ऐसा उपकरण है जो एकल यूनिवर्सल सीरियल बस (यूएसबी) पोर्ट को कई पोर्टों में विस्तारित करता है, जिससे उपकरण को होस्ट सिस्टम से संयोजित करने के लिए पावर स्ट्रिप के समान अधिक पोर्ट उपलब्ध हों। यूएसबी हब के माध्यम से जुड़े सभी उपकरण उस हब के लिए उपलब्ध बैंडविड्थ को साझा करते हैं। भौतिक रूप से पृथक यूएसबी हब विभिन्न प्रकार के रूप कारकों में आते हैं: बाह्य बॉक्स (ईथरनेट हब या नेटवर्क हब के समान दिखने वाले) से लेकर, छोटी संरचनाओं तक, जिन्हें सीधे यूएसबी पोर्ट में प्लग किया जा सकता है ("सघन संरचना" चित्र देखें)। "लघु केबल" हब सामान्यतः एक छोटे से हब को भौतिक पोर्ट संकुलन से थोड़ी दूर करने और उपलब्ध पोर्टों की संख्या में वृद्धि करने के लिए एक अभिन्न 6-इंच (15 सेमी) केबल का उपयोग करते हैं। लगभग सभी आधुनिक लैपटॉप/नोटबुक कंप्यूटर यूएसबी पोर्ट से सुसज्जित हैं, लेकिन एक बाह्य यूएसबी हब कई दैनिक उपकरणों (जैसे माउस, कीबोर्ड या प्रिंटर) को एक ही हब में समेकित कर सकता है, जिससे सभी उपकरणों को एक-चरण में जोड़ा और निष्कासित किया जा सके।

कुछ यूएसबी हब स्व-संचालित और आवेशित करने के लिए प्रमाणित होने पर लैपटॉप बैटरी को आवेशित करने के लिए विद्युत वितरण (पीडी) का समर्थन कर सकते हैं, लेकिन बैटरी को आवेशित करने और बाह्य उपकरणों को संयोजित के लिए केवल एक संयोजन की आवश्यकता के समान प्रकृति के कारण इसे साधारण डॉकिंग स्टेशन के रूप में संदर्भित किया जा सकता है। हब में अलग-अलग पोर्टों के लिए विद्युत-शक्ति स्विचों की सुविधा उपलब्ध हो सकती है, जिससे अनुत्तरदायी उपकरणों को आसानी से विद्युत-शक्ति चक्रण की अनुमति मिल सके।

भौतिक अभिविन्यास
यूएसबी नेटवर्क को यूएसबी पोर्ट से डाउनस्ट्रीम में जुड़े यूएसबी हब से बनाया गया है, जो यूएसबी हब से स्वयं उत्पन्न हो सकता है। यूएसबी हब, एक यूएसबी नेटवर्क को अधिकतम 127 पोर्ट तक बढ़ा सकते हैं। यूएसबी विनिर्देश के लिए यह आवश्यक है कि बस-संचालित (निष्क्रिय) हब, अन्य बस-संचालित हबों से श्रेणी में संयोजित न हों।

विक्रेता और संरचना के आधार पर, यूएसबी पोर्ट प्रायः एक-दूसरे के समीप होते हैं। परिणामस्वरूप, उपकरण को एक पोर्ट में प्लग करने से एक आसन्न पोर्ट भौतिक रूप से अवरुद्ध हो सकता है, विशेषतया जब प्लग केबल का हिस्सा तो नहीं है, लेकिन यूएसबी फ्लैश ड्राइव जैसे उपकरण का अभिन्न अंग है। क्षैतिज सॉकेटों की एक क्षैतिज सरणी का निर्माण आसान हो सकता है, लेकिन चार में से केवल दो पोर्ट उपयोग करने योग्य (प्लग की चौड़ाई के आधार पर) हो सकते हैं।

ऐसी पोर्ट सरणियों में अवरोध की समस्या सामान्यतः कम होती है, जिसमें पोर्ट की अनुस्थिति (ओरिएंटेशन) सरणी की अनुस्थिति के लंबवत होती है। बाह्य "ऑक्टोपस" या "स्क्वीड" हब (एक अत्यंत छोटी केबल के अंत में प्रत्येक सॉकेट के साथ प्रायः लगभग 2 इंच (5 सेमी) लंबा), या "स्टार" हब (चित्र के आधार पर, प्रत्येक पोर्ट का मुख एक अलग दिशा में है) इस समस्या को पूर्णतः परिवर्जित करते हैं।

लंबाई सीमाएँ
निम्न-गति वाले यूएसबी 1.1 उपकरणों के लिए यूएसबी केबल 3 मीटर (10 फीट) तक सीमित है। एक समय में केबल की लंबाई को 5 मीटर (16 फीट) तक बढ़ाने के लिए हब का उपयोग एक सक्रिय यूएसबी आवर्ती के रूप में किया जा सकता है। सभी सक्रिय केबल (विशेष संयोजक-अंतर्निहित एक-पोर्ट हब) एक समान कार्य करते हैं, परन्तु चूँकि ये पूर्णतः बस-संचालित हैं, इसलिए कुछ खण्डों के लिए बाह्य-संचालित यूएसबी हबों की आवश्यकता होती है।

विद्युत-शक्ति
बस-संचालित हब (निष्क्रिय हब) एक ऐसा हब है जो होस्ट कंप्यूटर के यूएसबी अंतर्पृष्ठ से अपनी सम्पूर्ण विद्युत शक्ति को खींचता है। इसके लिए अलग से विद्युत-संयोजन की आवश्यकता नहीं होती है। हालाँकि, कई उपकरणों को इस विधि द्वारा प्रदान की जा सकने वाली विद्युत-शक्ति से अधिक विद्युत-शक्ति की आवश्यकता होती है और ये उपकरण इस प्रकार के हब में कार्य नहीं करते हैं। बस-संचालित हब का उपयोग स्व-संचालित बाह्य हार्ड-डिस्क के साथ करना वांछनीय हो सकता है, और स्व-संचालित हब का उपयोग करते समय जब कंप्यूटर बंद हो जाता है या सुषुप्ता अवस्था (स्लीप मोड) में प्रवेश करता है, तो हार्ड-डिस्क का घूर्णन मंद नहीं हो सकता है क्योंकि हार्ड डिस्क नियंत्रक, यूएसबी पोर्ट पर एक विद्युत-शक्ति स्रोत को निरंतर उपलब्ध पाता है।

सभी यूएसबी पोर्ट 5 वोल्ट पर कार्य करते हैं, लेकिन विद्युत धारा को अलग-अलग मात्रा में खींच सकते हैं या आपूर्त कर सकते हैं।

एक यूएसबी की विद्युत धारा को 100 मिलीएम्पियर की इकाइयों में अधिकतम 500 मिलीएम्पियर प्रति पोर्ट तक आवंटित किया जाता है। इसलिए, एक अनुवर्ती बस संचालित हब में चार से अधिक डाउनस्ट्रीम पोर्ट नहीं हो सकते हैं और ये डाउनस्ट्रीम उपकरणों के लिए कुल मिलाकर चार 100 मिलीएम्पियर इकाई से अधिक की विद्युत-धारा प्रस्तुत नहीं कर सकते हैं (चूँकि हब को स्वयं के लिए एक इकाई की आवश्यकता होती है)। यदि किसी उपकरण को उस पोर्ट की तुलना में विद्युत धारा की अधिक इकाई की आवश्यकता होती है, जिसमें इसे प्लग किया गया है और जो आपूर्ति करने में सक्षम है, तो ऑपरेटिंग सिस्टम सामान्यतः इसकी सूचना उपयोगकर्ता को देता है। इसके विपरीत, एक स्व-संचालित हब (सक्रिय हब) अपनी शक्ति को बाह्य विद्युत आपूर्ति इकाई से लेता है और इस प्रकार प्रत्येक पोर्ट को पूर्ण विद्युत शक्ति (500 मिलीएम्पियर तक) प्रदान कर सकता है। कई हब या तो कंप्यूटर बस संचालित या स्वयं संचालित हब के रूप में कार्य कर सकते हैं। विद्युत-शक्ति, विभवान्तर और विद्युत धारा के गुणनफल के बराबर होती है। 5 वोल्ट पर 500 मिलीएम्पियर (0.5 एम्पियर) धारा खींचने वाला एक यूएसबी पोर्ट, 2.5 वाट विद्युत-शक्ति खींचता है।

हालाँकि, बाजार में कई ऐसे गैर-अनुवर्ती हब उपलब्ध हैं, जो वास्तव में बस-संचालित होने के बाद भी स्वयं को होस्ट के रूप में स्वयं-संचालित होने की घोषणा करते हैं। समान रूप से, कई ऐसे गैर-अनुपालन उपकरण उपलब्ध हैं जो इस तथ्य की घोषणा किए बिना 100 मिलीएम्पियर से अधिक धारा का उपयोग करते हैं। ये हब और उपकरण विद्युत के उपयोग में अधिक लचीलेपन की सुविधा प्रदान करते हैं (विशेष रूप से, कई उपकरण 100 मिलीएम्पियर से कम धारा का उपयोग करते हैं और कई यूएसबी पोर्ट अधिभार बंद में जाने से पहले 500 मिलीएम्पियर से अधिक धारा की आपूर्ति कर सकते हैं), लेकिन ये विद्युत की समस्याओं के निदान को कठिन बनाने की संभावना व्यक्त करते हैं।

कुछ स्व-संचालित हब प्रत्येक पोर्ट पर 500 मिलीएम्पियर लोड संचालित करने के लिए पर्याप्त विद्युत की आपूर्ति नहीं करते हैं। उदाहरण के लिए, सात पोर्ट वाले कई हबों में 1 एम्पियर विद्युत की आपूर्ति होती है, जबकि सात पोर्ट वास्तव में अधिकतम $7 * 0.5 = 3.5$, साथ ही हब के लिए आवश्यक विद्युत खींच सकते हैं। संरचनाकारों का मानना ​​​​है कि उपयोगकर्ता अत्यन्त कम विद्युत वाले उपकरणों को संयोजित करता है और केवल एक या दो उपकरणों को पूर्ण 500 मिलीएम्पियर की आवश्यकता होती है। दूसरी ओर, कुछ स्व-संचालित हबों के लिए पैकेजिंग स्पष्ट रूप से यह बताती है कि कितने पोर्ट एक बार में 500 मिलीएम्पियर का पूर्ण लोड संचालित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, सात-पोर्ट हब पर पैकेजिंग अधिकतम चार पूर्ण-लोड उपकरणों का समर्थन करने का दावा कर सकती है।

गतिशील-संचालित हब ऐसे हब हैं जो बस-संचालित हबों के साथ-साथ स्व-संचालित हब के रूप में भी कार्य कर सकते हैं। विद्युत आपूर्ति अलग से उपलब्ध है या नहीं, इसके आधार पर ये स्वचालित रूप से अवस्थाओं के बीच पारस्परिक रूप से परिवर्तित हो सकते हैं। जबकि बस-संचालित से स्व-संचालित संचालन में पारस्परिक परिवर्तन के लिए होस्ट के साथ तत्काल पुनर्निमाण की आवश्यकता नहीं होती है, स्व-संचालित से बस-संचालित संचालन में पारस्परिक परिवर्तन से यूएसबी संयोजन पुनर्निर्धारित हो सकते हैं, यदि संयोजित उपकरण पूर्व में बस-संचालित अवस्था में उपलब्ध विद्युत से अधिक विद्युत का अनुरोध करते हैं।

गति


उच्च-गति (यूएसबी 2.0) उपकरण को इनकी सबसे तीव्र अवस्था में कार्य करने की अनुमति देने के लिए, उपकरण और कंप्यूटर के बीच के सभी हब उच्च-गति वाले होने चाहिए। उच्च-गति उपकरणों को पूर्ण-गति हब (या पुराने पूर्ण-गति कंप्यूटर पोर्ट से संयोजित) में प्लग करने पर ये पुनः पूर्ण-गति (यूएसबी 1.1) पर आ जाने चाहिए। जबकि उच्च-गति हब उपकरण की सभी गतियों पर संचार कर सकते हैं, कम और पूर्ण गति वाले ट्रैफ़िक को संचालन रूपान्तरक के माध्यम से उच्च गति वाले ट्रैफ़िक से जोड़ा और अलग किया जाता है। प्रत्येक संचालन रूपान्तरक कम गति वाले ट्रैफ़िक को अपने स्वयं के निकाय में अलग करता है, और अनिवार्य रूप से एक आभासी पूर्ण-गति वाली बस का निर्माण करता है। कुछ संरचनाएँ एकल संचालन रूपान्तरक (एसटीटी) का उपयोग करती हैं, जबकि अन्य संरचनाओं में एक से अधिक रूपान्तरक (एमटीटी) होते हैं। जब उच्च-बैंडविड्थ वाले एक से अधिक पूर्ण-गति उपकरणों को संयोजित किया जाता है, तो कई रूपान्तरकों का होना एक महत्वपूर्ण लाभ है।

यह एक महत्वपूर्ण विचार है कि सामान्य भाषा (और प्रायः उत्पाद विपणन) में, यूएसबी 2.0 का उपयोग उच्च गति के पर्याय के रूप में किया जाता है। हालाँकि, क्योंकि उच्च-गति प्रस्तुत करने वाला यूएसबी 2.0 विनिर्देश, यूएसबी 1.1 विनिर्देश को इस प्रकार सम्मिलित करता है, कि यूएसबी 2.0 उपकरण को उच्च गति पर संचालित करने की आवश्यकता नहीं होती है, किसी भी पूर्ण-गति या निम्न-गति उपकरण को अभी भी एक यूएसबी 2.0 उपकरण के रूप में चिह्नित किया जा सकता है। इस प्रकार, सभी यूएसबी 2.0 हब उच्च गति से संचालित नहीं होते हैं।

यूएसबी 3.0, कंप्यूटर और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को इंटरफेस करने के लिए यूनिवर्सल सीरियल बस (यूएसबी) मानक का तीसरा प्रमुख संस्करण है। इसके अन्य संशोधनों में, यूएसबी 3.0 में नई स्थानान्तरण दर सम्मिलित है, जिसे अधिगति यूएसबी (एसएस) कहा जाता है, जो 5 जीबी/सेकण्ड (625 एमबी/सेकण्ड) तक डेटा स्थानांतरित कर सकता है, जो कि यूएसबी 2.0 मानक की तुलना में लगभग 10 गुना तीव्र है। यह अनुशंसा की जाती है कि निर्माता मानक-ए पात्रों और प्लगों के लिए नीले रंग (पैनटोन 300सी) के उपयोग, और प्रारंभिक एसएस द्वारा यूएसबी 3.0 संयोजकों को उनके यूएसबी 2.0 समकक्षों से अलग करें।

जुलाई 2013 में प्रकाशित यूएसबी 3.1, अनुवर्ती मानक है जो यूएसबी 3.0 मानक को प्रतिस्थापित करता है। यूएसबी 3.1, वर्तमान अधिगति स्थानांतरण दर को संरक्षित करता है, इसे नया चिह्न यूएसबी 3.1 जेन 1 प्रदान करता है, जबकि एक नयी अधिगति + स्थानान्तरण अवस्था को परिभाषित करता है, जिसे यूएसबी 3.1 जेन 2 कहा जाता है, जो वर्तमान यूएसबी-टाइप-ए और यूएसबी-सी संयोजकों (1250 एमबी/सेकण्ड, यूएसबी 3.0 की दोगुनी दर) पर 10 जीबी/सेकण्ड तक डेटा को स्थानांतरित कर सकता है।

सितंबर 2017 में प्रकाशित यूएसबी 3.2, यूएसबी 3.1 मानक को प्रतिस्थापित करता है। यह वर्तमान यूएसबी 3.1 अधिगति और अधिगति+ डेटा अवस्था को संरक्षित करता है और 10 एवं 20 जीबी/सेकण्ड (1250 और 2500 एमबी/सेकण्ड) की डेटा दरों के साथ द्वि-पथीय संचालन का उपयोग करके यूएसबी-सी संयोजक पर दो नयी अधिगति+ स्थानांतरण अवस्थाओं को प्रस्तुत करता है।

प्रोटोकॉल
प्रत्येक हब में केवल एक अपस्ट्रीम पोर्ट और कई डाउनस्ट्रीम पोर्ट होते हैं। अपस्ट्रीम पोर्ट हब को (सीधे या अन्य हब के माध्यम से) होस्ट से संयोजित करता है। अन्य हबों या उपकरणों को डाउनस्ट्रीम पोर्ट से संयोजित किया जा सकता है। सामान्य संचरण के दौरान, हब अनिवार्य रूप से पारदर्शी होते हैं: इसके अपस्ट्रीम पोर्ट से प्राप्त डेटा को इसके डाउनस्ट्रीम पोर्ट से संयोजित सभी उपकरणों पर प्रसारित किया जाता है (जिसे चित्र 11–2 में हब संकेतन संयोजकता में यूएसबी 2.0 विनिर्देश में चित्रित किया गया है)। डाउनस्ट्रीम पोर्ट से प्राप्त डेटा सामान्यतः अपस्ट्रीम पोर्ट को ही अग्रेषित किया जाता है। इस प्रकार, होस्ट द्वारा प्रेषित डेटा सभी हबों और उपकरणों द्वारा प्राप्त किया जाता है, और उपकरण द्वारा प्रेषित डेटा, अन्य उपकरणों के स्थान पर केवल होस्ट द्वारा प्राप्त किया जाता है (पुनर्प्रारम्भ संकेतन इसका एक अपवाद है)। बिंदुशः अनुमार्गण के साथ डाउनस्ट्रीम अनुमार्गण को यूएसबी 3.0 में परिवर्तित कर दिया गया है: पैकेट हेडर में भेजी गयी एक रूट स्ट्रिंग, यूएसबी 3.0 होस्ट को केवल एक डाउनस्ट्रीम पैकेट को एकल गंतव्य पोर्ट पर भेजने की अनुमति प्रदान करती है, जिससे संकुलन और विद्युत की खपत कम होती है।

डाउनस्ट्रीम पोर्टों की स्थिति में परिवर्तनों (जैसे उपकरणों को सम्मिलित करना या हटाना) के साथ कार्य करते समय हब पारदर्शी नहीं होते हैं। विशेष रूप से, यदि किसी हब के डाउनस्ट्रीम पोर्ट की स्थिति परिवर्तित होती है, तो इस परिवर्तन को होस्ट और "परिवर्तित हब" के बीच पारदर्शी के रूप में कार्य करने वाले किसी भी हब के साथ, होस्ट और इस हब के बीच अंतःक्रिया से प्रबंधित किया जाता है।

इस उद्देश्य के लिए प्रत्येक हब में डाउनस्ट्रीम पोर्टों की स्थिति में परिवर्तन को संकेत देने के लिए उपयोग किया जाने वाला एकल अवरोध अन्त्यबिंदु "1 आईएन" (अन्त्यबिंदु पता 1, हब-से-होस्ट दिशा) होता है। जब किसी उपकरण को प्लग किया जाता है, तो हब D+ या D- पर विभवान्तर का पता लगाता है, और इस अवरोध अन्त्यबिंदु के माध्यम से होस्ट को सम्मिलन का संकेत देता है। जब होस्ट इस अवरोध अन्त्यबिंदु को विश्लेषित करता है, तो उसे पता चलता है कि नया उपकरण उपलब्ध है। तब यह हब (स्वतःनिर्धारित नियंत्रण पाइप के माध्यम से) को उस पोर्ट को पुनर्निर्धारित करने का निर्देश देता है, जहाँ नए उपकरण को प्लग किया गया था। यह पुनर्निर्धारण नए उपकरण के पते को 0 मान लेता है, और होस्ट इसके साथ सीधे अंतःक्रिया कर सकता है; इस अंतःक्रिया के परिणामस्वरूप होस्ट उपकरण को एक नया (गैर-शून्य) पता निर्दिष्ट करता है।

संचालन रूपान्तरक
यूएसबी 1.1 (12 मेगाबिट/सेकण्ड) की तुलना में उच्च मानक का समर्थन करने वाला कोई भी यूएसबी 2.0 हब, निम्न मानक और उच्च मानक के बीच रूपान्तरण करता है, जिसे संचालन रूपान्तरक (टीटी) कहा जाता है। उदाहरण के लिए, यदि यूएसबी 1.1 उपकरण, यूएसबी 2.0 हब पर पोर्ट से जुड़ा है, तो टीटी अपलिंक पर स्वचालित रूप से पहचान करके यूएसबी 1.1 संकेतों को यूएसबी 2.0 में रूपांतरित करता है। हालाँकि, स्वतःनिर्धारित संरचना यह है कि सभी निम्न-मानक उपकरण समान संचालन रूपान्तरक को साझा करते हैं और इस प्रकार एकल संचालन रूपान्तरक नामक एक अवरोध विन्यास का निर्माण करते हैं। परिणामस्वरूप, बहुसंचालन रूपान्तरकों (बहु-टीटी) का निर्माण किया गया, जो अधिक संचालन रूपंतारक प्रदान करते हैं, जिससे अवरोधों को परिवर्जित किया जाता है। ध्यान दें कि यूएसबी 3.0 हब, वर्तमान में[16] यूएसबी 2.0 उपकरणों हेतु उच्च-गति के लिए संचालन रूपान्तरण नहीं करते हैं।

इलेक्ट्रॉनिक संरचना
अधिकांश यूएसबी हब एक या एक से अधिक एकीकृत नियंत्रकों (आईसी) का उपयोग करते हैं, जिनमें से कई संरचनाएँ विभिन्न निर्माताओं से उपलब्ध हैं। अधिकांश नियंत्रक चार-पोर्ट हब प्रणाली का समर्थन करते हैं, लेकिन 16-पोर्ट हब नियंत्रकों का उपयोग करने वाले हब भी उद्योग में उपलब्ध हैं। यूएसबी बस, पोर्टों के सात सोपानी (कैस्केडिंग) स्तरों की अनुमति प्रदान करती है। रूट हब पहला स्तर होता है, और अंतिम उपकरण सातवें स्तर पर होते हैं, जिससे इनके बीच पाँच स्तरों के हब स्थित होते है। उपयोगकर्ता उपकरणों की अधिकतम संख्या, हबों की संख्या से कम हो जाती है। 50 हबों के संलग्न होने पर, अधिकतम संख्या $127 − 50 = 77$ होती है।

यह भी देखें

 * यूएसबी ऑन-द-गो