Chú ý là mặc dù tiêu chuẩn cho phép kết nối được 127 thiết bị song chúng phải chia sẻ băng thông 1.5MBps, nghĩa là với mỗi thiết bị hoạt động bạn thêm vào, bus này chậm lại một chút. Trong thực tế một số ít người có nhiều hơn tám thiết bị được gắn vào tại bất kỳ thời điểm nào. Đối với thiết bị ngoại vi tốc độ chậm, như là các thiết bị đầu vào và bàn phím, USB cũng có kênh phụ 1.5Mbps chậm hơn.

USB thực thi cái được gọi là mã hóa dữ liệu NRZI (Non Return to Zero Inverted). NRZI là phương pháp mã hóa dữ liệu serial trong đó các I và O được tương ứng với các điện áp đối ngược với luân phiên cao cấp thấp không điện áp trở về số không (hay liên quan) giữa các bít được mã hóa. Trong mã hóa NRZI, 1 thể hiện không có thay đổi trong mức tín hiệu, 0 được tương ứng với một thay đổi trong mức. Một chuỗi 0 gây ra dữ liệu NRZI để thay đổi các mức tín hiệu cho mỗi bit. Một chuỗi 1 gây ra những kỳ dài không có các chuyển đổi dữ liệu. Đây là chương trình mã hóa chuyển giao hiệu quả bởi vì loại bỏ sự cần thiết của các xung đồng hồ thêm vào làm lãng phí thời gian và băng thông.

Các thiết bị USB được xem như các bộ chuyển (hub) hay bộ chức năng (function), hoặc cả hai. Bộ chức năng (Function) là thiết bị riêng biệt gắn với USB như là bàn phím, chuột, máy chụp ảnh, máy in, điện thoại…Bộ chuyển cung cấp các điểm gắn thêm vào USB, cho phép gắn thêm các bộ hub hay function. Các cổng đầu tiên trong một hệ thống được gọi là các root hub, chúng là thời kỳ đầu của USB.

Phần lớn bo mạch chủ có hai hay nhiều cổng USB, mỗi cổng được kết nối đến bộ chức năng hay bộ chuyển thêm vào. Một số hệ thống đặt cổng USB ở phía trước hay các mặt bên máy tính, thích hợp cho các thiết bị bạn chỉ thỉnh thoảng dùng, như là máy chụp hình kỹ thuật số hay thiết bị đọc flash memory card.

Bộ chuyển ngoài (cũng được gọi là generic hub) kết nối chủ yếu bộ tập kết và thông qua kiến trúc liên kết theo dạng ngôi sao cho phép gắn nhiều thiết bị. Mỗi điểm gắn được xem như là một cổng (port).

Hầu hết bộ chuyển có bốn hay tám cổng, nhưng nhiều hơn vẫn có. Để mở rộng, bạn có thể kết nối các bộ chuyển khác vào các cổng trên bộ chuyển có sẵn. Bộ chuyển điều khiển kết nối và phân phối nguồn đến từng bộ chức năng được kết nối. Một bộ chuyển tiêu biểu được thể hiện trong hình 14.2.

Ngoài việc cung cấp ổ cắm để kết nối các thiết bị ngoại vi USB, một bộ chuyển còn cung cấp năng lượng cho bất kỳ thiết bị ngoại vi nào được gắn vào. Bộ chuyển nhận biết việc gắn động thiết bị ngoại vi và cung cấp tối thiểu 0.5W cho mỗi thiết bị ngoại vi trong quá trình khởi tạo. Dưới sự kiểm soát của phần mềm trình điều khiển chủ yếu, bộ chuyển có thể cung cấp nhiều điện (tối đa 2.5W) cho sự hoạt động của thiết bị ngoại vi.

Các loại thiết bị USB khác nhau yêu cầu số lượng điện khác nhau, được đo bằng milliamp (mA). Các thiết bị USB Buspowered (các thiết bị lấy nguồn điện từ cổng USB) có thể yêu cầu 500mA (lượng điện tối đa thông qua cổng USB) hay 100mA hoặc ít hơn. Thiết bị Selfpowered cũng lấy điện từ cổng USB, nhưng chỉ lấy 2mA.

Chức năng cắm là chạy (Plug and Play) của USB cho phép hệ thống kiểm tra thiết bị ngoại vi được gắn vào như về yêu cầu nguồn điện và cho một cảnh báo nếu nguồn điện vượt mức. Điều này đặc biệt quan trọng cho USB khi được sử dụng trong máy tính xách tay hay các hệ thống xách tay khác bởi vì nguồn tài nguyên pin được đặt để chạy các thiết bị ngoại vi bị hạn chế và cũng quan trọng do sự khác biệt trong các bộ chuyển.

Root hub và self-powered hub (bộ chuyển kết nối bộ nguồn AC) cung cấp đầy đủ 500mA cho mỗi cổng USB. Tuy nhiên, Buspowered hub (bộ chuyển không cần bộ nguồn AC) chỉ cung cấp 100mA cho mỗi cổng bởi vì nguồn điện được cung cấp bởi cổng USB nguồn trên và chia nhỏ nguồn ra các cổng. Nếu kết nối một thiết bị USB cần nhiều tài nguyên hơn một cổng có thể cung cấp, thiết bị này không hoạt động.

Trong trường hợp tệ hại, bạn có thể làm hỏng thiết bị. Cho thí dụ, nội dung chứa trong ổ USB flash memory (thường yêu cầu 200mA -> 500mA) bị hỏng bởi cắm vào Buspowered hub (mỗi cổng chỉ cung cấp 100mA). Một số nhà cung cấp hiện nay cho bao gồm bảo vệ chống vượt qua dòng điện trong thiết kế mới nhất của họ, nhưng do yếu tố rủi ro này, tôi không đề nghị cắm USB flash memory hay đầu đọc card USB vào buspowered hub.

Để xác định yêu cầu tài nguyên cho mỗi thiết bị USB trước khi quyết định mua, kiểm tra đặc điểm kỹ thuật hay liên hệ với nhà sản xuất. Để xác định tài nguyên cho mỗi cổng và sự sử dụng tài nguyên của thiết bị gắn vào cổng trong Windows, mở Control Panel, mở trang thuộc tính cho root hub hay generic hub và nhắp Power tab. Powe tab liệt kê loại hub (selfpowered hay buspowered) và số lượng tài nguyên cho mỗi cổng trong phần thông tin hub của trang thuộc tính. Trong phần các thiết bị được gắn, mỗi thiết bị kết nối đến hub được liệt kê bởi phạm trù của nó và tài nguyên được yêu cầu (xem hình 14.3).

Do các khác biệt về yêu cầu tài nguyên của các thiết bị USB khác nhau và khả năng hư hỏng, tôi đề nghị chỉ dùng self-powered USB hub. Nhớ rằng một số bộ chuyển USB trên thị trường không bao gồm nguồn AC (tự động biến chúng thành bus-powered) và vẫn còn một số bộ chuyển USB 1.1 trên thị trường. Bộ chuyển USB 1.1 chạy với bất kỳ thiết bị USB 2.0 được gắn vào tốc độ USB 1.1.

Các thiết bị dùng nhiều hơn 100mA, như là webcam và thiết bị lưu trữ tập trung US được liệt kê trong hình 14.3, phải được kết nối đến root hub hay self-powered generic hub. Các thiết bị dùng 100mA hay ít hơn được kết nối đến buspowered hub, như là thiết bị không có nguồn riêng biệt hay thiết bị có nguồn trên một số bàn phím hay màn hình.

Một bộ chuyển gắn được gắn một địa chỉ và tác động nối tiếp đến 5 cấp sau (xem hình 14.4). Một bộ chuyển hoạt động như một bộ lặp lại hai hướng, nó lặp các tín hiệu USB và yêu cầu cả ngược tuyến (về phía PC) và xuôi tuyến (về phía thiết bị). Một bộ chuyển cũng điều khiển những tín hiệu này và điều hành các giao dịch được định vị đến chính nó. Tất cả giao dịch khác được lặp lại đến các thiết bị gắn.

Độ dài cáp tối đa giữa hai thiết bị USB 2.0 480 Mbps (tốc độ cao) hay USB 1.1 12Mbps (tốc độ đầy đủ), hay giữa một thiết bị và một trung tâm, là 5 mét cáp xoắn hai sợi với 20 dây dẫn. Độ dài cáp tối đa cho kết nối Usb 3.0 siêu tốc độ (5Gpbs), cũng như bất kỳ thiết bị tốc độ thấp hơn (1.5Mbps) dùng dây không xoắn theo cặp là 3 mét. Những giới hạn khoảng cách này thì ngắn hơn nếu dùng dây thiết diện nhỏ hơn (xem bảng 14.1).