گذرگاه یا پورت USB چگونه کار می کند؟
کنترل کننده ی USB که شامل مجموعه ای از اتصالات و تراشه های اختصاصی است به عنوان رابط بین نرم افزار و سخت افزار عمل می کند. برنامه های کاربردی , سیستم عامل و راه اندازهای دستگاه ـ که جزئیات مربوط به نحوه ی کار وسایل سخت افزاری بخصوص را فراهم می کنند ـ دستورات و داده ها را به هاب میزبان (Host Hub) گذرگاه USB می فرستند. این هاب بر روی کنترل کننده قرار دارد. اتصال دهنده ها یا درگاه های ویژه ی USB از هاب میزبان خارج می شوند. در حقیقت Hub فیش کابل های چهار سیمه (کابل هایی که درون آنها از چهار سیم استفاده شده است) را به درگاه های مناسب وصل می کند. یک کابل ممکن است به هاب دیگری وصل شود تنها به این منظور که درگاه های بیشتری را برای اتصال وسایل فراهم کند. به این ترتیب نوعی از یک سیم توسعه دهنده دیجیتالی به وجود می آید. یا این که ممکن است یک کابل ؛ مستقیما به یک وسیله ی USB مانند مانیتور وصل شود. گذرگاه USB تقریبا از اتصال به هرگونه وسیله ی جانبی مانند مانیتور , صفحه کلید , ماوس,مودم , بلندگو , میکروفن , تلفن , اسکنر وچاپگر پشتیبانی می کند. دو عدد از سیم های موجود در کابل USB برای تامین جریان الکتریسیته ی وسیله جانبی استفاده می شوند. با وجود این دو سیم دیگر به منبع تغذیه هایی که فضای زیادی را اشغال می کنند نیازی نیست. دو سیم دیگر موجود در کابل چهار سیمه , D+ و D نام دارند. از این سیم ها برای ارسال داده ها و دستورات استفاده می شود. وجود یک ولتاژ بالا بر روی سیم D+ و عدم وجود آن بر روی سیم D به معنای یک بیت می باشد.
وجود یک ولتاژ بالا بر روی سیم D و عدم وجود آن بر روی سیم D+ به معنای یک بیت 0 می باشد. هر وسیله ی USB ممکن است دارای هابی باشد {که از آن اتصال به وسایل دیگر استفاده شود}. برای مثال یک مانیتور درگاه هایی را فراهم می کند که بلندگوهای چندرسانه ای , میکروفن و صفحه کلید به آنها وصل می شوند. به همین ترتیب هر کدام از وسایلی که به یک وسیله ی USB وصل می شوند می توانند برای وسایل سخت افزاری USB دیگر درگاه های بیشتری را فراهم کنند. برای مثال می توان ماوس و قلم دیجیتالی را به صفحه کلیدی وصل کرد که خود به یک مانیتور متصل به هاب میزبان وصل می باشد. چنین سیستمی که امکان انشعاب اتصالات را فراهم می کند به گذرگاه USB اجازه می دهد تا بیش از127 وسیله را اداره نماید. وقتی یک وسیله ی USB به درگاهی وصل می شود به طور خودکار باعث تغییر ولتاژ بر روی یکی از دو سیم داده ای موجود در کابل USB می گردد.
اگر ولتاژ از طریق سیم D+ ارسال شود در آن صورت به وسیله ی جانبی دریافت کننده ی آن ولتاژ یک وسیله ی سرعت بالا گفته می شود. چنین وسیله ای قادر به ارسال 12مگابیت داده در ثانیه است. از این سیم برای ارسال داده به مانیتورها , اسکنرها , چاپگرها و سایر وسایلی که حجم بالایی از داده به آنها ارسال می شود استفاده می گردد. ارسال ولتاژ ازطریق سیم D به این معنی است که این ولتاژ با سرعت انتقال پایینی معادل 5/1 مگابیت در ثانیه دریافت می شود. از این سیم برای انتقال داده به وسایلی چون صفحه کلید یا ماوس استفاده می شود. ( یک درگاه سری معمولی در مقایسه با گذرگاه USB می تواند 100 کیلوبیت داده در ثانیه و یک درگاه موازی حدود 5/2 مگابیت داده در ثانیه ارسال نماید). کنترل کننده میزبان USB با استفاده از فن آوری اتصالات و اجرا (Plug and play) , که پیکربندی اجزای درونی کامپیوتر را به طور خودکار فراهم می کند , یک وسیله ی جدید را قادر می سازد تا خودش را شناسایی کرده و آن چه را که برای ارسال و دریافت داده نیاز دارد دریابد. علاوه بر این , کنترل کننده ی مذکور برای آن وسیله شماره شناسایی تعیین مینماید. وقتی وسیله ی جدید رسما یکی از اعضای گذرگاه می شود. نقش کنترل کننده ی میزبان را بازی می کند. یعنی به پرس وجو از وسایل دیگر می پردازد تا اگر وسیله ای آماده ی ارسال یا دریافت داده است فرمان های لازم را توزیع کند و پهنای باند را بین وسایلی که او نقش کنترل کننده برای آنها ایفا می کند تقسیم نماید.
کنترل کننده در هر ثانیه حدود یک میلیون بار از وسایل جانبی موجود بر روی گذرگاه USB پرس وجو کرده یا به آنها دستور می فرستد. هر یک از پیغام هایی که از سوی کنترل کننده ی میزبان ارسال می شوند با یک علامت (Token) شروع می گردد. این علامت وسیله ی جانبی که پیغام برای آن فرستاده شده است را شناسایی می کند. پیغام به تمام وسایل موجود بر روی گذرگاه USB ارسال می شود اما وسایلی که پیغام به آنها مربوط نمی شود به سادگی آن را نادیده می گیرند تنها وسایل می توانند داده ای را به میزبان بفرستند که میزبان به آنها اجازه این کار را داده باشد. درگاه USB با سه نوع از انتقال ها در ارتباط است و تخصیص پهنای باند را به ترتیب زیر انجام می دهد:
● اولویت اول : از این اولویت در انتقال بلادرنگ که وقفه ای در جریان داده ای پدید نمی آید مانند داده های تصویری یا صوتی استفاده می شود.
● اولویت دوم : از این اولویت در انتقال های منقطع استفاده می شود. این نوع انتقال وقتی روی می دهد که وسیله ای مانند صفحه کلید یا Joystick برای جلب توجه پرداشگر ؛ سیگنالی را تولید می کند که گاه و بی گاه قطع می شود.
● اولویتی که فوریت زمانی در آن وجود ندارد : این نوع از انتقال شامل حجم زیادی از داده ها برای چاپگرها , اسکنرها و دوربین های دیجیتالی می شود. در این نوع انتقال حجم داده ها زیاد است اما هیچ عجله ای در دریافت آنها وجود ندارد.