شرح کامل پورت usb ، عملکرد و نکات مرتبط با آن

[MAHDIAR]

پست شرح کامل پورت USB ، عملکرد و نکات مرتبط با آن پورت USB كامپيوترهاي جديد داراي يك و يا چندين كانكتور Universal Serial Bus)USB) مي باشند. كانكتورهاي فوق امكان اتصال تجهيزات جانبي متفاوتي نظير : چاپگر، اسكنر ، دوربين هاي وب و ... را فراهم مي نمايند.سيستم هاي عامل پورت هاي USB را حمايت مي نمانيد و درايور آنان به سرعت و به سادگي نصب مي گردد . USB چيست ؟ همواره اتصال يك دستگاه به كامپيوتر و پيكربندي مناسب آن براي استفاده ، يكي از چالش هاي اصلي در رابطه با به خدمت گرفتن تجهيزات جانبي در كامپيوتر بوده است : • چاپگرها به پورت موازي متصل شده و اغلب كامپيوترها داراي يك پورت هستند . فرض نمائيد كه داراي يك Zip drive باشيم . درايوهاي فوق نيازمند يك اتصال با سرعت بالا با كامپيوتر مي باشند. در صورت استفاده از پورت موازي، از لحاظ سرعت خواسته يك Zip Drive تامين نخواهد گرديد • مودم ها از پورت هاي سريال استفاده مي نمايند. اغلب كامپيوترها داراي دو پورت سريال بوده و در اكثر موارد سرعت مناسبي را دارا نمي باشند. • دستگاههائي كه به سرعت بالائي نياز دارند بهمراه كارت هاي خود عرضه مي گردند.اين نوع كارت ها مي بايست در يكي از اسلات هاي برد اصلي نصب گردند.متاسفانه تعداد اسلات هاي موجود محدود بوده و در برخي حالات نصب نرم افزار مربوط به كارت دردسرآفرين نيز مي باشد . هدف USB خاتمه بخشيدن به تمام موارد و مشكلات موجود در زمينه بخدمت گرفتن تجهيزات جانبي در كامپيوتر است .USB يك روش آسان و استاندارد را براي اتصال 127 دستگاه به كامپيوتر، فراهم مي كند. هر دستگاه مي تواند شش مگابيت در ثانيه پهناي باند داشته باشد. پهناي باند فوق براي اكثر دستگاههائي كه مي خواهيم به كامپيوتر متصل نمائيم ، مناسب خواهد بود. اكثر تجهيزات جانبي كه جديدا" توليد مي گردند، داراي يك پورت USB مي باشند. چاپگر، اسكنر، موس، دوربين هاي ديجيتال، دوربين هاي وب ،مودم، بلندگو، تلفن، رسانه هاي ذخيره سازي، اتصالات شبكه و ... نمونه هائي از اين نوع دستگاهها مي باشند. اتصال يك دستگاه USB به كامپيوتر ساده است . كانكنورهاي USB را مي توان در پشت سيستم مشاهده و در ادامه كانكنور USB را به آنها متصل كرد. شكل زير كانكنورهاي USB را در پشت سيستم نشان مي دهد. تصویر در صورتيكه دستگاهي براي اولين مرتبه ( بار اول ) نصب گردد، سيستم عامل مربوطه آن را تشخيص و با نصب درايور ، عملا" زمينه استفاده از دستگاه فراهم خواهد شد. دستگاههاي USB را مي توان بدفعات به سيستم متصل و يا آنها را از سيستم جدا كرد.اغلب دستگاههاي USB بهمراه كابل اختصاصي خود ارائه مي گردند . كابل هاي فوق داراي اتصالي از نوع A مي باشند.شكل زير يك كانكنور USB را كه از نوع A است نشان مي دهد. تصویر در صورتيكه دستگاه USB داراي كانكتور A نباشد بهمراه آن سوكتي ارائه شده كه مي تواند يك كانكنور از نوع B را قبول نمايد. از كانكتور نوع A براي اتصال به كامپيوتر و از كانكتور نوع B براي اتصال دستگاههاي خاص استفاده مي گردد. اغلب كامپيوترهاي جديد بهمراه يك و يا بيش از يك سوكت USB ارائه مي گردند. با توجه به وجود دستگاههاي متعدد كه داراي پورت USB مي باشند، مي توان بسادگي دستگاه مورد نظر را ازطريق پورت USB به يكي از سوكت هاي USB كامپيوتر متصل نمود.مثلا" مي توان به كامپيوتر يك چاپگر USB ، يك اسكنر USB ، يك دوربين وب USB و يك كارت شبكه USB را متصل نمود. در صورتيكه كامپيونر داراي صرفا" يك كانكتور USB باشد و بخواهيم تجهيزات USB گفته شده را به آن متصل نمائيم چه كار بايد كرد؟ براي حل مشكل فوق مي بايست يك USB hub را تهيه كرد. USB استاندارد قادر به حمايت از 127 دستگاه است . هاب USB بخشي از استاندارد فوق محسوب مي گردد. تصویر شكل زير يك هاب USB را بهمراه چهار كانكنور از نوع A نشان مي دهد. تصویر يك هاب ممكن است چهار و يا بيش از چهار پورت داشته باشد. هاب به كامپيوتر متصل شده و هر يك از دستگاهها به يكي از پورت هاي هاب متصل خواهند شد. هاب ها مي توانند با برق و يا بدون برق باشند. استاندارد USB اين امكان را فراهم مي سازد كه دستگاهها برق مورد نياز خود را از طريق اتصال USB مربوطه تامين نمايند. يك دستگاه با مصرف برق بالا نظير اسكنر داراي منبع تغذيه اختصاصي خود است ولي دستگاههاي با مصرف برق پايين نظير موس و دوربين هاي ديجيتال ، برق مورد نياز خود را مي توانند از گذرگاه مربوطه تامين نمايند. در صورتيكه از دستگاههائي نظير چاپگر و يا اسكنر استفاده مي گردد كه خود داراي منبع تغذيه اختصاصي مي باشند، نيازي به هاب با برق نخواهد بود در صورتيكه از دستگاههاي فاقد منبع تغذيه نظير موس و دوربين استفاده مي گردد ، به هاب برق دار نياز خواهد بود. هاب داراي ترانسفورماتور اختصاصي خود بوده و برق مورد نياز گذرگاه را تامين خواهد كرد.

[MAHDIAR]

پورت USB ويژگي هاي USB USB داراي ويژگي هاي زير است : • حداكثر 127 دستگاه را مي توان متصل نمود. ( مستقيما" و يا توسط هاب هاي USB) • كابل هاي USBبتنهائي قادر به حمايت از طول 5 متر مي باشند. در صورت استفاده از هاب حداكثر طول 30 متر خواهد بود. • نرخ انتقال اطلاعات گذرگاه دوازده مگابيت در ثانيه است . • هر دستگاه قادر به درخواست شش مگابيت در ثانيه است . عملا" بيش از يك دستگاه در هر لحظه نمي تواند درخواست شش مگابيت در ثانيه را داشته باشد چراكه از پهناي باند گذرگاه تجاوز خواهد كرد. • يك كابل USB داراي دو سيم براي برق ( 5+ ولت و Ground) و يك سيم بهم تابيده براي حمل داده است . • بر روي سيم برق، كامپيوتر قادر به تامين برق با حداكثر پانصد ميلي آمپر و پنج ولت است . • دستگاههاي با مصرف برق پايين نظير موس مي توانند برق مورد نياز خود را مستقيما" از طريق گذرگاه تامين نمايند. • دستگاههاي USB را مي توان هر زمان متصل و مجددا" از سيستم جدا كرد. • اكثر دستگاههاي USB مي توانند توسط كامپيوتر و در زمان حالت Power-saving ، به خواب ( غيره استفاده گردند) روند. • دستگاههائي كه به پورت USB متصل مي گردند از يك كابل USB كه حامل برق و داده است استفاده مي نمايند. دو سيم حامل برق ( قرمز - پنج ولت و قهوه اي ( زمين ) يك زوج كابل بهم تابيده براي حمل داده ( زرد و آبي ) تصویر زمانيكه كامپيوتر روشن مي گردد ، عمليات پرس و جو در رابطه با دستگاههاي متصل به گذرگاه انجام شده و به هر يك از آنها يك آدرس خاص ، نسبت خواهد شد . فرآيند فوق "سرشماري" ناميده مي شود. دستگاهها نيز زمانيكه به گذرگاه متصل مي گردند شمارش مي گردند. كامپيوتر از نحوه انتقال اطلاعات توسط دستگاهها با استناد بر يكي از روشهاي زير ، آگاهي مي يابد. • وقفه : دستگاهي نظير موس يا صفحه كليد كه داده هاي كمي را ارسال مي دارند از روش " وقفه " استفاده مي نمايند. • Bulk ( توده اي ) . يك دستگاه نظير چاپگر كه حجم بالائي از اطلاعات را در يك بسته دريافت مي دارد، از روش فوق استفاده مي نمايد. يك بلاك از داده ها براي چاپگر ارسال و صحت آنها نيز بررسي مي گردد. • Isochronous ( همزمان ) . دستگاههاي نظير بلندگو از روش فوق استفاده مي نمايند. جريان پيوسته اي از داده ها بين دستگاه و كامپيوتر برقرار مي گردد. USB پهناي باند موجود را به مجموعه اي از فريم ها تقسيم و كامپيوتر فريم ها را كنترل خواهد كرد. فريم ها شامل 1500 بايت بوده و هر ميلي ثانيه يك فريم جديد، بوجود مي آيد.اخيرا" استاندارد USB نسخه دو، مطرح شده است . بر اساس استاندارد فوق ، سرعت ده تا بيست برابر افزايش خواهد يافت . با رسيدن به سرعت هاي فوق مي توان تقريبا" هر نوع دستگاهي را از طريق USB به كامپيوتر متصل كرد. هارد ديسك هاي خارجي و دوربين هاي فيلم برداري نمونه هائي در اين زمينه مي باشند. گذرگاه USB چگونه كار مي‌كند؟ كنترل كننده‌ي USB كه شامل مجموعه‌اي از اتصالات و تراشه‌هاي اختصاصي است به عنوان رابط بين نرم‌افزار و سخت‌افزار عمل مي‌كند. برنامه‌هاي كاربردي , سيستم‌عامل و راه‌اندازهاي دستگاه ـ كه جزئيات مربوط به نحوه‌ي كار وسايل سخت‌افزاري بخصوص را فراهم مي‌كنند ـ دستورات و داده‌ها را به هاب ميزبان (Host Hub) گذرگاه USB مي‌فرستند. اين هاب بر روي كنترل كننده قرار دارد. اتصال دهنده‌ها يا درگاه‌هاي ويژه‌ي USB از هاب ميزبان خارج مي‌شوند. در حقيقت Hub فيش كابل‌هاي چهار سيمه (كابل‌هايي كه درون آنها از چهار سيم استفاده شده است) را به درگاه‌هاي مناسب وصل مي‌كند. يك كابل ممكن است به هاب ديگري وصل شود تنها به اين منظور كه درگاه‌هاي بيشتري را براي اتصال وسايل فراهم كند. به اين ترتيب نوعي از يك سيم توسعه دهنده ديجيتالي به وجود مي‌آيد. يا اين كه ممكن است يك كابل ؛ مستقيما به يك وسيله‌ي USB مانند مانيتور وصل شود. گذرگاه USB تقريبا از اتصال به هرگونه وسيله‌ي جانبي مانند مانيتور , ‌صفحه كليد , ماوس,مودم , بلندگو , ميكروفن , تلفن , اسكنر وچاپگر پشتيباني مي‌كند. دو عدد از سيم‌هاي موجود در كابل USB براي تامين جريان الكتريسيته‌ي وسيله جانبي استفاده مي‌شوند. با وجود اين دو سيم ؛ ديگر به منبع تغذيه‌هايي كه فضاي زيادي را اشغال مي‌كنند نيازي نيست. دو سيم ديگر موجود در كابل چهار سيمه , D+ و D- نام دارند. از اين سيم‌ها براي ارسال داده‌ها و دستورات استفاده مي‌شود. وجود يك ولتاژ بالا بر روي سيم D+ و عدم وجود آن بر روي سيم D- به معناي يك بيت 1 مي‌باشد. وجود يك ولتاژ بالا بر روي سيم D- و عدم وجود آن بر روي سيم D+ به معناي يك بيت 0 مي‌باشد. هر وسيله‌ي USB ممكن است داراي هابي باشد {كه از آن اتصال به وسايل ديگر استفاده شود}. براي مثال يك مانيتور درگاه‌هايي را فراهم مي‌كند كه بلندگوهاي چندرسانه‌اي , ميكروفن و صفحه كليد به آنها وصل مي‌شوند. به همين ترتيب هر كدام از وسايلي كه به يك وسيله‌ي USB وصل مي‌شوند مي‌توانند براي وسايل سخت‌افزاري USBديگر درگاه‌هاي بيشتري را فراهم كنند. براي مثال مي‌توان ماوس و قلم ديجيتالي را به صفحه‌ كليدي وصل كرد كه خود به يك مانيتور متصل به هاب ميزبان وصل مي‌باشد. چنين سيستمي كه امكان انشعاب اتصالات را فراهم مي‌كند به گذرگاه USB اجازه مي‌دهد تا بيش از 127 وسيله را اداره نمايد. وقتي يك وسيله‌ي USB به درگاهي وصل مي‌شود به طور خودكار باعث تغيير ولتاژ بر روي يكي از دو سيم داده‌اي موجود در كابل USB مي‌گردد. اگر ولتاژ از طريق سيم D+ ارسال شود در آن صورت به وسيله‌ي جانبي دريافت كننده‌ي آن ولتاژ يك وسيله‌ي سرعت بالا گفته مي‌شود. چنين وسيله‌اي قادر به ارسال 12مگابيت داده در ثانيه است. از اين سيم براي ارسال داده به مانيتورها , اسكنرها , چاپگرها و ساير وسايلي كه حجم بالايي از داده به آنها ارسال مي‌شود استفاده مي‌گردد. ارسال ولتاژ ازطريق سيم D- به اين معني است كه اين ولتاژ با سرعت انتقال پاييني معادل 5/1 مگابيت در ثانيه دريافت مي‌شود. از اين سيم براي انتقال داده به وسايلي چون صفحه كليد يا ماوس استفاده مي‌شود. ( يك درگاه سري معمولي در مقايسه با گذرگاه USB مي‌تواند 100 كيلوبيت داده در ثانيه و يك درگاه موازي حدود 5/2 مگابيت داده در ثانيه ارسال نمايد). كنترل‌كننده ميزبان USB با استفاده از فن‌آوري اتصالات و اجرا (Plug and play) , كه پيكربندي اجزاي دروني كامپيوتر را به طور خودكار فراهم مي‌كند , يك وسيله‌ي جديد را قادر مي‌سازد تا خودش را شناسايي كرده و آن‌چه را كه براي ارسال و دريافت داده نياز دارد دريابد. علاوه بر اين ,‌كنترل‌كننده‌ي مذكور براي آن وسيله شماره‌شناسايي تعيين مينمايد. وقتي وسيله‌ي جديد رسما يكي از اعضاي گذرگاه مي‌شود. نقش كنترل‌كننده‌ي ميزبان را بازي مي‌كند. يعني به پرس‌وجو از وسايل ديگر مي‌پردازد تا اگر وسيله‌‌اي آماده‌ي ارسال يا دريافت داده است فرمان‌هاي لازم را توزيع كند و پهناي باند را بين وسايلي كه او نقش كنترل‌كننده براي آنها ايفا مي‌كند تقسيم نمايد. كنترل‌كننده در هر ثانيه حدود يك ميليون بار از وسايل جانبي موجود بر روي گذرگاه USB پرس‌وجو كرده يا به آنها دستور مي‌فرستد. هر يك از پيغام‌هايي كه از سوي كنترل‌كننده‌ي ميزبان ارسال مي‌شوند با يك علامت (Token) شروع مي‌گردد. اين علامت وسيله‌ي جانبي كه پيغام براي آن فرستاده شده است را شناسايي مي‌كند. پيغام به تمام وسايل موجود بر روي گذرگاه USB ارسال مي‌شود اما وسايلي كه پيغام به آنها مربوط نمي‌شود به سادگي آن را ناديده مي‌گيرند تنها وسايل مي‌توانند داده‌اي را به ميزبان بفرستند كه ميزبان به آنها اجازه اين كار را داده باشد. درگاه USB با سه نوع از انتقال‌ها در ارتباط است و تخصيص پهناي باند را به ترتيب زير انجام ‌مي‌دهد: اولويت اول : از اين اولويت در انتقال بلادرنگ كه وقفه‌اي در جريان داده‌اي پديد نمي‌آيد مانند داده‌هاي تصويري يا صوتي استفاده مي‌شود. اولويت دوم : از اين اولويت در انتقال‌هاي منقطع استفاده مي‌شود. اين نوع انتقال وقتي روي مي‌دهد كه وسيله‌اي مانند صفحه‌كليد يا Joystick براي جلب توجه پرداشگر ؛ سيگنالي را توليد مي‌كند كه گاه و بي‌گاه قطع مي‌شود. اولويتي كه فوريت زماني در آن وجود ندارد : اين نوع از انتقال شامل حجم زيادي از داده‌ها براي چاپگرها , اسكنرها و دوربين‌هاي ديجيتالي مي‌شود. در اين نوع انتقال حجم داده‌ها زياد است اما هيچ عجله‌اي در دريافت آنها وجود ندارد.

[MAHDIAR]

uspچگونه کار می کند كنترل كننده‌ي USB كه شامل مجموعه‌اي از اتصالات و تراشه‌هاي اختصاصي است به عنوان رابط بين نرم‌افزار و سخت‌افزار عمل مي‌كند. برنامه‌هاي كاربردي , سيستم‌عامل و راه‌اندازهاي دستگاه ـ كه جزئيات مربوط به نحوه‌ي كار وسايل سخت‌افزاري بخصوص را فراهم مي‌كنند ـ دستورات و داده‌ها را به هاب ميزبان (Host Hub) گذرگاه USB مي‌فرستند. اين هاب بر روي كنترل كننده قرار دارد. اتصال دهنده‌ها يا درگاه‌هاي ويژه‌ي USB از هاب ميزبان خارج مي‌شوند. در حقيقت Hub فيش كابل‌هاي چهار سيمه (كابل‌هايي كه درون آنها از چهار سيم استفاده شده است) را به درگاه‌هاي مناسب وصل مي‌كند. يك كابل ممكن است به هاب ديگري وصل شود تنها به اين منظور كه درگاه‌هاي بيشتري را براي اتصال وسايل فراهم كند. به اين ترتيب نوعي از يك سيم توسعه دهنده ديجيتالي به وجود مي‌آيد. يا اين كه ممكن است يك كابل ؛ مستقيما به يك وسيله‌ي USB مانند مانيتور وصل شود.