Frage USB Ports vs. HUBs

Obsolet

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Hallo Community,

hoffe, das Thema passt hier rein. Es geht um eine Verständnisfrage und zusätzlich noch um ein Problem.
Zunächst zum Verständnis: Mainboards haben ja auf der Rückseite bereits einige USB Ports der verschiedenen Generationen / Geschwindigkeiten.
Oft bieten die Boards zusätzliche Möglichkeiten, weitere USB Ports zu nutzen, über diese Slot-Blenden oder im Gehäuse vorhandene, externe Anschlüsse oder man kann für das Gehäuse diese Einschübe kaufen, die dann über das Board nach außen weitere USB Ports liefern. Was ich hier bei nicht verstehe: sind diese extra USB Ports auf dem Board HUBs oder dedizierte HUB Ports? Nach meinem Verständnis sind es eigentsändige USB Ports, entweder aus dem Chipsatz bereitgestellt oder über einen SuperIO Chip (oder wie man die heutzutage nennt). D.h. im letzteren Falle bräuchten diese Boxen oder Blenden keine eigene Logik, keinen Chipsatz etc. Nun wird aber besonders bei den Gehäuse Zubehör Boxen für de Vorderseite darauf verwiesen, dass dieser oder jener (gute) Chipsatz für die USB Ports gentzt wird. Wozu ist dies denn notwendig, wenn das Board dies doch eigentlich bereitstellt und so eine USB Anschluß doch eher nur eine Kabelverländerung zum/vom Board ist?
Oder aber, die zusätzlichen, vom Board abgehenden USB Ports teilen sich technisch die USB Ports, die ein Board auf dem IO Panel bereitstellt. Dann würde man sich entsprechend ja auch die Bandbreite teilen.
Das zusätzliche Problem ist, man bekommt keine ordentlichen USB 3.2 Gen 2 (10 GBs) Fron Blenden/Boxen. Alles, was ich bisher gefunden habe ist USB 3.0, 3.1 Gen 1 oder eben auf USB-C Stecker ein USB 3.1 und halt USB 2.0. Oft liest man in Bewertungen dazu, dass die Geschwindigkeiten lang nicht das Niveau erreichen, wie die rückseitingen Ports (als würde man durch einen eignen Chip dann das Problem erzeugen).
Mein AMD Board (ASUS Rog Strix Gaming-F) und mein Intel Board (MSI Z590 Pro WiFi) bieten eigentlich noch zusätzlich weitere, schnelle USB Ports über das Motherboard, aber die externen Teile, die man bekommt, sind nicht in der Spezifikation, wie es das Board eigentlich liefert. Was für Gründe gibt es, dass es an sich keine externen (Fron) USB-C 3.2 Gen 2 Hardware gibt? So teuer kann das doch nicht sein, an sich, so mein Verständnis, ist es vom Mainboard ja nur eine Verbindung zu der USB Buchse.
 

Martin Gut

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Hallo Obsolet

Das ganze ist etwas komplex und auch bei AMD und Intel etwas unterschiedlich gelöst. Bitte korrigiert mich, wenn ich das zu ungenau erkläre.

Grob kann man aber sagen, dass bei den üblichen PC-Plattformen von der CPU 16 Lanes zu den PCIe x16-Steckplätzen gehen. Bei AMD gehen 4 weitere Lanes zum ersten M.2 Steckplatz. Dann sind noch 4 Lanes, die von der CPU zum Chipsatz gehen. Daran hängen alle anderen Geräte und Anschlüsse auf dem Board. Das sind die kleineren PCIe 1x oder 4x-Steckplätze, die weiteren M.2-Steckplätze, die SATA-Anschlüsse und alle USB-Ports und der Soundchip. Es geht somit unwichtig, ob man nun vom Chipsatz, Chipset, SuperIO-Chip oder so redet. In dieses Bauteil ist auch der USB-Controller für alle internen und externen USB-Ports am Mainboard integriert.

Die Gehäuse haben üblicherweise an der Front vor allem USB 2.0 und 3.0-Anschlüsse. So langsam werden auch USB C-Anschlüsse üblich. Diese Anschlüsse sind nur mit Verlängerungskabeln am Mainboard angeschlossen. Da ist kein zusätzlicher Controller oder so.

Die Bezeichnungen von USB ab 3.0 sind recht verwirrend, da die Bezeichnungen mit der Zeit verändert wurden. Momentan findet man immer wieder alte und neue Bezeichnungen, so dass man immer genau schauen muss, was gemeint ist.

So, nun zu den Einschubmodulen für 3.5" oder 5.25"-Laufwerkseinschübe. Das sind normalerweise auch nur Verlängerungen der internen USB-Anschlüsse des Mainboards die über einen Hub auf mehrere Anschlüsse aufgesplittet werden. man hat somit wie bei den gehäuseanschlüssen nur das zur Verfügung, was das Mainboard auch anbietet. Durch einen Hub bekommt man mehr Anschlüsse, aber natürlich keine grössere Übertragungsrate. Mainboards mit intern oder extern USB 3.2 (20 Gb/s oder 10 Gb/s) gibt es noch kaum (ja, ich sehe, dass deine Boards das haben). USB 3.1 (10 Gb/s) intern gibt es schon mehr. Ich denke, das ist der Grund, dass auch Einschübe nur mit diesen Anschlüssen daher kommen. Ein 3.2-Kabel und Stecker bringt ja nur etwas, wenn das Mainboard auch den entsprechenden Anschluss hat. Dazu gibt es auch kaum anzuschliessende Geräte, die diese Geschwindigkeit nutzen. Ich denke, das wird mit der Zeit schon kommen. Wenn man jetzt schon einen so schnellen Anschluss nutzen möchte, muss man sich noch mit einem Kabel von der hinteren Mainboardblende und ev. einem Hub behelfen.

Wenn einem die USB-Anschlüsse des Mainboards nicht ausreichen, kann man eine PCIe-Steckkarte mit zusätzlichen Anschlüssen verbauen. Solche Karten haben einen eigenen USB-Controller. Meist nutzt man dafür einen kleineren PCIe-Steckplatz, so dass sie auch am Chipsatz hängen. Nur wenn man sie in einem PCIe x16-Steckplatz verbaut, kann es sein, dass sie Lanes von der Grafikkarte abzweigt (weniger ideal).

Man kann es also machen, wie man will, normalerweise hängen alle USB-Anschlüsse am USB-Controller im Chipsatz und teilen sich somit die Leistung mit allen anderen Geräten die am Chipsatz hängen. Normalerweise reicht das aber auch gut aus. Hohe Datenraten brauchen meist nur externe SSDs. Die meisten anderen USB-Geräte brauchen kaum Leistung.
 

Obsolet

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Hi Martin & danke für die hilfreiche, ausführliche Antwort. Das USB Bezeichnungs Chaos ist in der Tat ein Graus und manch Hersteller von diesen externen (China) Einschüben ist dabei auch recht kreativ unterwegs ;) Mir war zum einen wichtig zu verstehen, ob es ein Vorteil ist, weitere USB Ports (idealerweise in der max. Version dessen, was das Board über den PIN / Stecker Anschluß unterstützt) über das Mainboard bereitzustellen, anstelle der einfacheren Variante eines USB HUBs, der dann an einen auf der Rückseite liegenden USB Ports angeschlossen wird. Ich denke dabei immer ein wenig so, wie beim Netzwerk HUB vs Switch. Im Netzwerk HUB sind alle eine "Einheit" (arg vereinfacht), bei einem Switch halt nicht. Und bei dem Mainboard USB Ports dachte ich dann, dass es etwas besser aufgeteilt ist, wenn man nicht über einen HUB geht. Am Ende ist es dann ja wohl so, dass alle sich die LANES teilen müssen. Also ginge es max. nur noch darum, ob Geräte über einen USB Hub verbunden, sich irgendwie "in die Quere" kommen können? Ich nutze meine beiden System vorranging für Audio Anwendungen mit externen USB Audio Interfaces, RME Fireface UC für den Hauptrechner und im Parallelbetrieb käme ans Intel System ein Steinberg UR-22. Dazu kommt ein USB eLicenser Dongle für Cubase und andere Lizenzen, ein USB Stick für weitere iLok & Waves Lizenzen, ein USB MIDI Interface (Steinberg MIDEX 8) und am Ende noch ein USB 3.0 Hub (da steckt u.a. ein Keyboard und der USB Speicherstick mit den anderen iLok Lizenzen dran). Audio Interface, MIDEX, Dongle sollten idealerweise an USB 2.0 Ports hängen (Hersteller Empfehlungen). Der Rest geht auch über einen HUB oder 3.x Ports (wobei ein Keyboard an einem 3.2 Gen 2 USB Port wenig Sinn ergibt). Daher ein wenig diese ganze USB Überlegungen, da es am Rear Panel schon mal schnell eng wird. Am Haupt PC habe ich schon 2 Slot Blenden mit 4x USB 2.0 und 2x USB 3.0 erweitert, was etwas Entspannung bring. Dann kam ich halt auf die Idee, ob man nicht die max. USB Generation / Geschwindigkeit über diese Front Erweiterungen noch hinzufügen könnte. Dann fing die Sucherei an und die Fragestellung kam auf, warum so oft auf Chips in den Erweiterungen eingegangen wird etc. Vielleicht versuche ich einfach mal so eine einfache USB 3.0 + USB-C Erweiterung, auch wenn die dann nicht in USB 3.2 GEN 2 läuft.
 
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Martin Gut

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Auch wenn ich noch nicht so recht den Überblick habe, verstehe ich etwas besser, warum du so viele USB-Ports brauchst. :)

Ich denke, die meisten angeschlossenen Geräte haben benötigen nicht so hohe Datenmengen oder sind nur zeitweise aktiv. Sound, auch im hoher Qualität hat ein paar Mbit/ Sekunde und keine Gbit/s wie bei den neuen USB-Anschlüssen möglich sind. Die Frage wäre mehr, ob es irgendwo zu Verzögerungen kommen kann, die sich dann auf die Qualität auswirken könnten.

USB 3.0 ist 10 mal schneller als USB 2.0 und zumindest theoretisch abwärts kompatibel. Manchmal gibt es aber Probleme, so dass ein USB 2.0 Gerät an einem USB 2.0-Port besser funktioniert als an einem USB 3.0-Anschluss. Ich habe das aber vor allem von 10 Jahre alten Boards in Erinnerung, die einen separaten USB 2.0-Controller und einen USB 3.0-Controller hatten. Das ist aber längst nicht mehr so aufgebaut. Es könnte aber sein, dass es für USB 3.2 intern separate Controller hat, auch wenn beides im Chipset verbaut ist.

Ich denke, die Empfehlung für USB 2.0 heiss vor allem, dass man keinen USB 1.1 oder 1.0 verwenden soll, die man heute so oder so nicht mehr antrifft.

LAN ist etwas anders aufgebaut, als USB, aber Engpässe kann es natürlich auch geben. Bei einem Netzwerk kann man beliebig jedes Gerät mit jedem verbinden. Bei USB hat man immer eine klare Baumstruktur von oben (Master) nach unten (Slave). Zuoberst ist hier der USB-Controller im Chipsatz. Daran hängen alle USB-Anschlüsse die das Mainboard hat. Die Kabel gehen dann zu den einzelnen Geräten oder zu einem Hub. Ein Hub ist ist auch ein Gerät, das dem übergeordneten Controller unterstellt ist. Gleichzeitig ist es aber der Master der Ausgänge die zu weiteren Geräten gehen. Die Datenübertragung geht immer von einem Gerät durch den ganzen Baum nach oben bis zum Controller oder von dort zum Gerät. Es kommuniziert nie ein Gerät direkt mit einem anderen oder kontrolliert ein anderes. Alle Geräte werden immer von ganz oben vom Controller überwacht und sind somit dem PC unterstellt.

Durch die Struktur kann es zu Engpässen kommen, wenn an einem Anschluss oder Hub viele leistungshungrige Geräte angeschlossen sind. Es gibt auch weitere Beschränkungen, wie die Anzahl Geräte pro Controller. Das würde sich zeigen wenn zusätzlich eingesteckte Geräte nicht mehr erkannt werden.
 

Obsolet

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Danke für deine weitere Antwort, interessante Details, die ich bisher gar nicht betrachtet hatte. Kurz nur zum Thema: USB Gerät will USB 2.0 Port. Dies kam erst auf mit der Einführung von USB 3.0. Es wurde von Problemen berichtet, wenn USB 2.0 Geräte, wie eben ein Audio Gerät, was nur USB 2.0 bietet, an einem USB 3.0 Port lief. Komisch, aber es war / ist so. Selbst dieser olle Steinberg USB Dongle sollte besser an einem USB 2.0 Port gesteckt sein, da auch dieses fiese Teil launisch sein kann. Leider Tücken der Technik, wünschte man sich doch echte Abwärts Kompatibilität. Derzeit nehme ich es mal so: solange es funktioniert, ist es gut. Problem ist, wenn man im Audio Bereich mal ins Stocken kommt, gibt es zu viele Bereiche, in die man schauen kann / muss und daher ist ein ordentlicher Aufbau notwendig, um sich nicht zu verzetteln, wenn es mal nicht so will. Aber ich denke, ich kaufe mir ggf. dann "nur" eine USB 3.irgendwas Breakout Box / Front Erweiterung mit max. einem USB-C Port.
 

RedF

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Ja erinnere mich an Audio geräte die nur mit einem USB 3.0 Conrtoller von TexasInstruments anständig liefen.
Aber ich glaube die zeiten sind vorbei.
 
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