USB C 集线器/扩展坞会降低其提供的 USB 端口的速度吗?

USB C 集线器/扩展坞会降低其提供的 USB 端口的速度吗?

如果我将所有外围设备连接到与 PC 的一个 USB-C 端口相连的 USB-C 集线器(或扩展坞),扩展坞上的 USB 端口是否支持全 USB 速度?假设它公开 USB 3.0 端口。

如果它将共享 USB-C 的带宽,那么如果我们只使用一个 USB 进行数据传输而其他 USB 用于鼠标、键盘等小东西,该怎么办?

如果我们有两个 USB 3 闪存驱动器连接到 USB-C 集线器,并且我们将文件从一个驱动器传输到另一个驱动器,会怎么样?速度会不会是直接连接到 PC 的一半?

答案1

USB-C 基座有两种。一种使用 USB 3.0、3.1 或 3.2(从现在开始我将称之为 USB 3.x)与主机通信。一种使用 Thunderbolt 3 或 TB3 与主机通信。现在也有 USB4 基座,但它们与 TB3 并没有太大区别,因为 USB4 基本上只是在 TB3 中加入了 USB 3.x。规范中区分 USB4 和 TB3 的部分都是可选的,现有的 TB3 集线器或基座无需进行任何更改即可满足 USB4 规范。除非我遗漏了重要内容。

USB-C 有四个“超高速”数据通道,可用于 USB 3.x、DisplayPort 或 TB3 数据。底座还可以使用其他替代模式,但我没有看到任何模式,而且出于多种原因,使用除这三种协议之外的任何协议都没有多大意义。原因很快就会变得复杂。

USB 3.x 基座很可能将其中一对“超高速”通道用于 USB 3.x 数据,另一对用于 DisplayPort 视频。USB-C 基座上可能有一个 HDMI 端口,但它将使用两个“超高速”通道用于 DisplayPort 视频,并在内部将其转换为 HDMI。这是因为 USB-C 上的 HDMI 备用模式需要使用所有四个“超高速”通道,从而没有空间留给 USB 3.x 设备。

USB-C 基座可以使用所有四个“超高速”通道来传输 USB 3.x 数据,但我还没有看到这样的基座。首先,这不会为视频留下“超高速”通道。另一个问题是,USB 3.x 规范没有定义 USB-C 基座上的 USB-C 端口除了提供电源之外的工作方式。USB4 解决了这个问题,而 TB3 基座通过在基座中放置单独的 USB 控制器来避免这个问题。由于没有定义支持基座上下游 USB-C 端口的方法,因此使用所有四个“超高速”通道来传输 USB 3.x 数据并没有太大的好处。

USB-C 基座上的 USB 2.0 通道将像任何 USB 2.0 集线器上的 USB 2.0 一样工作。这是因为 USB 2.0 数据路径在很大程度上独立于“超高速”数据通道。键盘、鼠标或其他 USB 2.0 设备不太可能对“超高速”数据通道产生任何影响。如果设备使用 USB 2.0 通道协商“超高速”通道上的数据,则可能会产生一些影响。驱动器可能会这样做。DisplayPort 显示器可能会使用 USB 2.0 进行视频调整,因为 DisplayPort 是一种单向协议。

不支持 USB4 或 TB3 的 USB-C 集线器将只有 USB-A 端口用于 USB 3.x 设备。带有 USB-C 插孔的 USB 3.2 设备甚至无法插入这样的底座,或者即使插入,它也只是一个供电的 USB-C 端口,主机甚至不知道它在那里。然后,所有 USB 3.x 设备将在 USB“超高速”线路上分割时间到主机。它拥有的每个时间片都将以全数据速率传输。如果其他设备没有太多要说的内容,那么一个设备将获得几乎所有的带宽。如果在同一个底座上从一个 USB 3.x 设备到另一个 USB 3.x 设备复制文件,那么时间和总平均带宽将被分割。

TB3 可以与 DisplayPort 共享“超高速”数据通道,与其共享 40 Gbps 总带宽。如上所述,TB3 基座上的 USB 设备将通过基座内部为 USB 3.x 设备配备 USB 控制器来工作。这意味着带有 USB-C 插孔的 USB 3.2 设备可以插入并获得完整的 20 Gbps 带宽到主机。这样,两个 USB 3.x 设备就不必在使用 USB 3.x 与主机通信的基座上在“超高速”通道上分配时间。这是因为 TB3 有更多的带宽可以共享,充分利用了 USB-C 能够提供的 40 Gbps。由于 TB3 或 USB4 基座将配备 USB 控制器,因此从一个 USB 设备到另一个 USB 设备的数据传输可能不必通过 USB-C 连接传递到主机并返回。

因此,USB-C 基座可以通过四种方式连接到主机。一种是使用两个“超高速”通道传输 USB 3.x 数据。一种是使用两个“超高速”通道传输 USB 3.x 数据,另一种是使用两个“超高速”通道传输 DisplayPort 视频。一种是使用所有四个“超高速”通道传输 USB 3.x 数据。还有一种是使用所有四个“超高速”通道传输 TB3 和 DisplayPort。当使用一对“超高速”通道传输 USB 3.x 数据时,每对的最大带宽为 10 Gbps。Thunderbolt 和 DisplayPort 每对“超高速”通道可以达到 20 Gbps。但 USB 3.x 可以使用比 TB3 更长的电缆长度,而无需使用昂贵的有源电缆。

使用 TB3 连接主机并在基座中放置 USB 3.x 控制器来加速 USB 3.x 设备意味着更昂贵的基座、更大的基座以及基座的更多功耗。

答案2

USB 集线器下游的所有设备都与 PC 的 USB 控制器共享相同的带宽,这可能会降低所连接设备的速度,具体取决于实际带宽未使用的带宽可供其他设备使用。

注意事项:

  • 并非所有 USB 设备都能够完全饱和链路
  • PC 上的每个 USB 控制器都可以通过内部 USB 集线器连接到多个 USB 端口
  • 其他带宽限制可能会限制 USB 设备的速度
    • 快速闪存驱动器通过集线器将文件复制到慢速 HDD 中将受到 HDD 的限制
    • 通过南桥连接的 USB 控制器也可能共享南桥带宽

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