USB 전송모드종류 및 USB 허브

1. USB 전송속도 정의

USB 2.0이 등장하면서 최대 전송속도는 480Mbps로 향상이 됐지만 버스 속도와 실제 디바이스가 데이터를 전송하는 속도는 달라지게 된다. USB 호스트는 각기 다른 디바이스들이 사용하는 파이프의 대역폭을 관리하는데 4가지(isochronous, interrupt, bulk, control )의 데이터 전송모드가 있다.
전송속도는 크게 데이터를 전송하게 되는 버스가 얼마나 바쁜지(Busy, Idle)와 4가지 전송 모드 중 어떤 모드가 사용되고 있느냐에 따라 달라진다. 가장 최상의 상태는 bulk 고속 전송 모드로 약 99%의 대역폭을 사용해 초당 53MB의 속도로 데이터를 전송할 수 있다.

저속모드(Low-Speed) : 1.5Mbps
키보드, 마우스, 조이스틱등의 대화형 디바이스에 사용되며 초당 10∼100Kbit/sec의 전송 속도를 가진다. 평균적으로 저속모드는 1.5Mbps의 전송 속도를 가진다.

풀모드(Full-Speed) : 12Mbps
전화, 오디오, 비디오 압축 분야에 사용되며, 초당 500Kbit∼10Mbit의 전송속도를 가진다. 평균적으로 풀모드는 12Mbps로 주로 하드디스크, CD-ROM/ CD-RW, ZIP drive, 스캐너, 프린터등에 사용한다.

고속모드(High-Speed) : 480Mbps
높은 대역폭이 필요한 비디오, 네트워크 및 저장 장치 분야에서 주로 사용되며 25∼480Mbps의 전송 속도를 갖는다. 기존 Full-Speed로 사용하던 CD-ROM/ CD-RW, ZIP drive, 스캐너, 프린터등의 분야에도 널리 사용될것으로 본다.


2. USB 포트/허브 참고사항 / 이용시 주의사항
허브라는 장치는 하나의 포트를 여러개로 확장 시켜주는 역할을 한다.
USB 포트의 특징 중 하나가 별도의 전원 연결 없이 USB 포트에서 전원을 공급 받는다는 것이다.
한개의 USB Port에서 5V/500mA의 전원을 주변장치로 공급해 줄 수 있다. 컴퓨터 주변기기 중 많은 장치가 500mA 이하의 적은 전력으로도 동작이 가능하다. 따라서 한개의 USB포트에 USB허브를 연결해서 확장하여 다수의 주변기기를 사용할 수 있다.
하지만 여러개의 주변장치를 HUB에 연결해서 사용할 경우 사용전류가 500mA이상으로 커지게 될경우 주변기기가 정상적으로 동작하지 않을 수도 있다.

일반적인 데스크탑 PC의 경우는 최대 약 600~700mA의 전류까지도 공급할 수 있도록 500mA보다 충분히 크게 설계되어 있습니다. 하지만 USB규격에 맞추어 500mA만 보장을 합니다. 그러므로 설계치보다 큰전류를 장시간 사용하게 되면 PC의 USB 포트가 손상을 입을 수 있습니다.

실제 사용시 이점을 유의하시어 사용하시기 바랍니다.
다량의 전류를 소모하는 주변기를 USB허브에 장착해서 사용하게될 경우는 전원 아답터가 별도로 부착된 모델을 사용하면 이 문제를 해결할 수 있습니다.


USB(Universal Serial Bus) 2.0 이란?

직렬버스로 최대 480Mbps까지 데이터를 전송할 수 있는 규격이다.
기존에 사용하던 USB 1.1 비해 상당한 성능향상이 있고, USB 1.1 장치들과 forward, backward 호환성을 유지하며 USB 1.1에 있던 Plug & Play 기능, 드라이버 자동 설치, 전원 관리 기능 등은 그대로 유지하고 있다. 즉 기존에 사용하던 USB 1.1 장치들을 수정 없이 그대로 USB 2.0환경에서 사용할 수 있다.

1. USB2.0의 장점
USB1.1은 low speed 모드로 1.5Mbps, full speed 모드로 12Mbps를 지원한다., USB2.0은 low speed 모드와 full speed 모드를 지원하면서, 40배 빠른 최대 480Mbps를 지원하는 high speed 모드가 제공된다. 주요한 응용으로는 이러한 큰 밴드 폭을 필요로 하는 외장 저장장치, 고속 통신 망, 칼라 프린터, 스캐너 등에 사용된다. 또한 USB2.0은 USB1.1에 비해 성능이 향상 되었을 뿐 아니라 USB1.1 장치들과 forward 호환성과 backward 호환성을 제공하는 장점이 있다. 따라서 기존의 USB1.1 환경에서도 USB2.0 디바이스가 그대로 동작이 된다.

2. USB2.0의 실제 전송 속도
버스 스피드와 실제 디바이스(장치)가 데이터를 전송하는 속도는 다르다. 전송속도(Data transfer rate)는 버스가 얼마나 바쁘냐(busy), 4가지 전송 모드 중 어떤 모드가 사용되고 있느냐에 달려있다. 최상의 상태는 high speed bulk transfer 모드로 약 90%의 버스 폭(Bandwidth)를 사용하여 53Mbyte/sec의 속도로 데이터를 전송할 수 있다.

3. USB 1.1과 USB 2.0의 전송 속도
기존의 USB 1.1은 low speed (1.5Mbps)와 full speed(12Mbps) 2가지 모드가 있으나 USB 2.0에서는 앞의 2가지 모드 외에 high speed(480Mbps)가 추가 되었다.

4. USB1.1 장치들을 USB2.0 장치들과 공용 가능한지?
USB2.0은 USB 1.1과 backward 호환성이 된다. 따라서 모든 USB1.1 장치들은 USB2.0장치들과 같이 사용할 수 있으나 USB 1.1 장치로서 동작된다.

5. USB2.0 장치를 USB1.1 host controller에 사용 가능한지?
USB2.0은 USB1.1과 forward 호환성이 된다. 따라서 USB1.1 host controller에 USB2.0장치를 연결하여 사용할 수 있으나, USB2.0의 장점인 최대 480Mbps의 속도는 낼 수 없다.

6. USB2.0 Ready라고 표시된 제품은?
디바이스는 USB2.0을 지원하나 OS가 아직 USB2.0 드라이버를 지원하지 않는 경우에 USB2.0 Ready라고 제품에 표시하고 있다.

7. USB2.0 High Speed 모드로 동작하려면 무엇이 필요한가?
호스트 콘트롤러가 USB2.0을 지원해야 한다(EHCI즉 Enhanced Host Controller Interface 지원). PC본체에 내장 되었거나 별도로 PCI card 또는 Card bus(노트북 경우)로 설치하여야 함.
호스트 콘트롤러에 사용하는 OS의 USB2.0용 드라이버가 있어야 함.
USB2.0허브를 사용할 경우는 USB2.0용 허브 드라이버가 있거나 OS에서 지원 되어야 함.
USB2.0 High Speed를 지원하는 장치가 연결되어야 함.
이상의 어느 하나가 만족 되지 않아도 USB2.0 high speed 모드에서 사용할 수 없다. 허브를 사용하지 않을 경우는 참고로 지원하고 있는 OS 환경으로는 Windows 98SE, Windows ME, Windows 2000, Windows XP이나 제품을 공급하는 제조사 마다 지원하는 OS가 다르다. 제품을 구입시 지원 OS를 필히 확인할 필요가 있으며 대부분 Windows 95, Windows NT는 지원하지 않는다. Mac의 경우는 Mac OS X에서는 USB2.0을 지원하나 Mac OS 8.6과 9.x의 환경에서는 USB2.0 디바이스가 USB1.1로만 동작된다.

8. USB1.1 케이블을 USB2.0 환경에서 사용할 수 있는지?
규격상으로는 동일하나 기존에 발매된 많은 케이블들은 USB1.1규격을 제대로 만족하는 케이블이 아니므로 기존의 USB1.1용 케이블을 USB2.0의 High speed에서 사용할 경우에는 조심 하여야 한다.

9. USB1.1 장치들이 USB2.0환경에서 성능이 향상 되는지?
USB1.1장치들은 USB2.0환경에서 480Mbps로 동작하지는 않고 USB 1.1장치로서 동작된다. USB1.1장치와 USB2.0 장치들은 서로 혼재 되어 사용할 수 있으나 USB2.0 host controller나 USB2.0 hub에 USB2.0 장치를 연결할 경우만 USB2.0의 성능을 얻을 수 있다.

10. USB2.0과 IEEE1394와 비교
IEEE1394(Firewire. iLink)는 최대 400Mbps의 속도이고, IEEE1394b는 3.2Gbps의 이다. 어떤 주변기기는 양쪽의 어느 인터페이스를 사용할 수 있으나 두개의 버스는 서로 다른 목적으로 만들어 졌다. USB에서는 호스트가 모든 전송을 시작하고, 모든 전송은 하나의 목적지를 갖는다.
IEEE1394는 주변기기들이 각각 서로 직접 통신을 할 수 있고 여러 개의 목적지를 가질 수 있다.

11. USB2.0장치에 필요한 요소들
모든 USB 주변기기들은 버스의 통신을 관리하기 위하여 콘트롤러 칩과 Firmware가 필요하다. 또한 각 주변기기들은 low level드라이버와 application간에 통신을 관리하기 위한 device driver를 갖고 있어야 한다. USB2.0을 지원하는 호스트 컴퓨터는 호스트 컨트롤러 하드웨어와 OS와 함께 제공되는 소프트웨어 드라이버를 갖고 있어야 하나, 내장된(built-in) 드라이버로 동작되지 않는 장치는 자체 드라이버를 제공하여야 한다.



USB 케이블의 길이에 대하여

USB 표준에서 정의하는 Host 인 PC와 주변장치간의 최대 길이는 5M 입니다.
5M이상인 경우 주변장치의 종류나 제조사에 따라서 동작하지 않는 경우도 많습니다. 표준에서 보장하는길이가 5M이므로 5M 이상에서 동작하지 않았다고 해서 케이블이나 주변장치가 불량이라고 볼수는 없습니다. 동작을 해도 속도가 저하되거나 중간에 이상동작을 하는 경우가 발생할 수 도 있습니다.
갖고 있는 주변장치가 5M 이상에서 정상적으로 동작하는지 안하는지는 대부분 직접 자신의 PC에 연결해서 시험해 보는 수밖에 없습니다. 제가 시험할때 보면 PC에 따라서도 될수도 있고 않되는 경우도 있었습니다.

이 길이를 확장해주는 제품으로 "USB 리피터"라는 것이 있습니다. 5M마다 신호나 전원을 다시 중계해서 증폭해주는 역할을 한다고 보시면 됩니다. 하지만 이또한 가격이 2만원 정도이기 때문에 권할만 것이 못됩니다. 부득이 5M 이상에서도 사용하기 위해서는 적용할 수도 있겠지만, 제가 볼때는, 그렇게 먼거리에 있는 주변장치를 사용할 목적이라면 USB 방식이 아닌 다른 버스방식을 고려하는 것이 오히려 더 바람직한 방법이라고 보여집니다.

특별히 긴 거리에 있는 장치를 사용하기 위하여 광케이블을 이용해서 대략 40m 까지 가능한 제품도 나왔있다고는 합니다.
국내업체가 직접 개발한 것은 아니고, 외국업체인 것으로 압니다.
www.usb.org에 가셔서 검색해 보시면 나와 있습니다.
하지만 제 생각으로는 권할 만 한 것이 못됩니다.
위 에서도 설명했다시피 차라리 랜케이블을 이용한 다른 방법등을 고려하시는게
오히려 안정적이라고 보여집니다.
물론 어쩔수 없이 USB를 써야할 경우에는 할 수 없지만요...
직접 USB 케이블을 구입해서 직접 거리별로 테스트를 해보시는 방법밖에 없습니다.

매월 수천, 수만개이상 대량으로 필요한 경우라면 직접 케이블 안의 구조를 바꿔가면서
시험해가면서 직접 케이블 사양을 개발해서 사용해야 겠지요.
(쉴드나, 케이블 심선 굵기, Pair로 된 데이터선의 단위길이당 꼬는 횟수등등...)



USB 2.0 과 1.1 구별 방법

아래 사진은 USB 2.0카드를 장착한 후의 장치관리자 내용을 나타낸것입니다.
(제품은 VIA Chip을 사용한 것입니다.)

제어판 시스템에서 보면 유니버설 직렬 버스 (USB) 컨트롤러 세부 항목중에 맨아래
"USB 2.0 Enhanced Host Controller" 라고 된 항목이 있으면 이 PC는 USB 2.0을 지원하는 것입니다.
그냥 일반인들이 보는 포트 모양은 동일합니다.
USB 케이블의 경우에는 특별히 케이블에 USB Version 2.0 이라고 인쇄되어 있는 제품들이 있습니다.