USB چیست؟

● یو اس بی ها (Universal Serial Bus) چگونه کار می کنند ؟
هر کامپیوتری که شما امروزه برای خانه یا محل کار خود می خرید ، دارای یک یا چند رابط USB می باشد که در پشت آن است. این رابطهای USB این اجازه را به شما می دهند که هر گونه وسیله ای اعم از Mouse یا Printer را به راحتی و آسانی به کامپیوتر خود وصل کنید.
سیستم عامل (OS) نیز USB را پشتیبانی می کند ، بنابراین نصب راه انداز سخت افزار (Driver) نیز سریع و راحت می باشد. در مقایسه با سایر روشهای اتصال سخت افزارها به کامپیوتر مثل Parallel Port و Serial Port و یا کارتهای مخصوصی که در Case کامپیوتر خود نصب می کنید ، سخت افزارهای دارای USB به طور باور نکردنی ساده هستند.
در این بخش از دو دیدگاه به USB نگاه خواهیم کرد. هم از دیدگاه یک کاربر و هم از نظر فنی و خواهید آموخت که چرا سیستم USB بسیار منعطف می باشد و چرا می تواند بسیاری از دستگاهها و ابزارها را پشتیبانی نماید. براستی که سیستم خارق العاده ای است.

● USB چیست ؟
هر فردی که حداقل دو تا سه سال با کامپیوتر آشنایی داشته باشد مشکلی را که USB سعی در حل آن دارد را می داند. در گذشته اتصال وسایل به کامپیوترها یک دردسر واقعی بود.
● Printer ها به وسیله Parallel Port مخصوص پرینتر به کامپیوتر وصل می شوند که در بیشتر کامپیوتر ها بیشتر از یک درگاه نبود. وسایل دیگری مثل ZIP Drive که در اتصال با کامپیوتر احتیاج به سرعت بالا دارند نیز از درگاه موازی استفاده می کردند که اغلب با موفقیت نسبی و سرعت کم همراه بودند.
● ولی مودم ها از درگاه سری استفاده می کردند و همچنین برخی از چاپگرها و چیزهای مثل Palm Pilots و دوربینهای دیجیتالی. اغلب کامپیوتر ها حداکثر دو درگاه سری دارند و در اغلب موارد بسیار کند می باشند.
● سخت افزارهای دیگری که نیاز به اتصال با سرعت بیشتری داشتند ، با کارتهای خودشان ارائه می شدند که این کارتها می بایست در شیار کارت در داخل Case کامپیوتر قرار می گرفتند. متاسفانه تعداد این شیار های کارت محدود می باشد و شما احتیاج به یک متخصص برای نصب نرم افزار برخی از این کارتها خواهید داشت.

● هدف USB پایان دادن به این دردسرها می باشد.
USB یک راه استاندارد شده و راحت را برای اتصال تا 127 سخت افزار مختلف به یک کامپیوتر ، در اختیار شما قرار می دهد. هر سخت افزار می تواند حداکثر تا 6 مگابیت در ثانیه از پهنای باند استفاده کند ، که برای تعداد بسیاری از سخت افزارهای جانبی که اغلب مردم می خواهند به کامپیوتر خود متصل کنند به اندازه کافی سریع است. امروزه تقریبا تمام سخت افزارهایی که ساخته می شوند ، USB را دارا می باشند.

● نمونه لیستی از واحدهای USB که شما می توانید بخرید به شرح زیر است :
● Printers
● Scanners
● Mice
● Joysticks
● Flight yokes
● Digital cameras
● Webcams
● Scientific data acquisition devices
● Modems
● Speakers
● Telephones
● Video phones
● Storage devices such as Zip drives
● Network connections

اتصال یک سخت افزار USB به کامپیوتر بسیار آسان است. درگاه USB را در پشت کامپیوتر پیدا کنید و اتصال دهنده USB را به آن متصل کنید.
چنانچه دستگاه شما جدید باشد ، سیستم عامل آن را به طور خودکار شناسایی کرده و دیسک راه انداز را می خواهد. چنانچه دستگاه نصب شده باشد ، کامپیوتر USB را فعال ساخته و شروع به ارتباط می کند. (USB می تواند در هر زمان به کامپیوتر وصل و یا از آن جدا شود).

● درگاه کم آورده اید ؟!
بیشتر کامپیوترهایی که ما امروزه استفاده می کنیم ، یک یا دو سوکت USB دارند. با استفاده از چند ابزار USBی شما به مشکل کمبود سوکت برخواهید خورد. برای مثال ، روی کامپیوتری که من الان در حال تایپ هستم ، یک پرینتر USB و یک اسکنر USB و یک دوربین اینترنتی USB و نیز یک کارت شبکه USB دارم.
کامپیوتر من تنها یک Connector برای USB دارد. سوال آشکار و واضحی که در اینجا مطرح می شود این است که چگونه می توان تمام این دستگاهها را متصل کرد ؟
راحت ترین راه حل برای این مشکل خرید یک USB HUB ارزان می باشد.
USB استاندارد تا 127 دستگاه را پشتیبانی می کند و USB HUB ها نیز یکی از شاخه های این استاندارد هستند. یک هاب معمولا دارای 4 پرت می باشد ولی ممکن است بیشتر باشد. شما هاب مورد نظر را به کامپیوتر خود وصل کنید و بقیه دستگاهها یا حتی هاب دیگری را به این هاب وصل می کنید.
با زنجیری شدن این HUB ها به یکدیگر ، شما می توانید ده ها در گاه USB قابل دسترس با یک کامپیوتر داشته باشید.
HUB ها می توانند روشن و یا خاموش شوند. چنانکه جلوتر خواهید دید USB استاندارد به دستگاهها این اجازه را می دهد تا برق خود را از USB Connection بگیرند.
مشخص است که یک دستگاه پر مصرف مثل یک پرینتر و یا یک اسکنر خودشان برق مورد احتیاجشان را تامین می کنند اما دستگاههای کم ولتاژ مثل Mouseها یا دوربینهای Digitalی به منظور ساده تر شدن ، برقشان را از BUS دریافت می کنند. برق (تا 500 میلی آمپر در 5 ولت) از کامپیوتر می آید. اگر شما تعداد زیادی از دستگاههای Self Powered مثل پرینتر و اسکنر داشته باشید ، در آن صورت Hub شما احتیاجی به برق نخواهد داشت. هیچ کدام از این دستگاهها که به Hub متصل شده اند احتیاج به برق اضافه ندارند بلکه کامپیوتر آن را تامین می کند.
اگر چنانچه تعداد زیادی دستگاههای بدون منبع تغذیه مثل Mouse و دوربینها را داشته باشید ، احتمالا به یک هاب با منبع تغذیه احتیاج پیدا خواهید کرد. هاب Transformer مخصوص خود را دارد که برق لازم برای bus را تامین می کند. بنابراین دستگاهها بار زیادی به منبع تغذیه کامپیوتر شما وارد نمی کنند.

● پشت صحنه:
● Universal Serial Bus مشخصات زیر را داراست :
● کامپیوتر مانند یک Host (میزبان) عمل می کند.
● تا 127 دستگاه می توانند به طور مستقیم و یا با استفاده از USB Hub به کامپیوتر میزبان متصل شوند.
● هر کابل USB مجزا تا فاصله 5 متری هم کشش کار و انجام عملیات را خواهد داشت و به وسیله هاب ها ، وسایل و دستگاه ها تا فاصله 30 متری (اندازه 6 کابل) از دستگاه نیز می توانند عمل کنند.
● BUS حداکثر میزان انتقال داده تا 12 مگابیت در ثانیه را دارد.
● برای هر دستگاه امکان درخواست تا 6 مگابیت وجود دارد. (واضح است که شما نمی توانید بیش از یک سخت افزار برای درخواستی معادل 6 مگابیت در ثانیه داشته باشید. در غیر شما از میزان حداکثر 12 مگابیت در ثاینه BUS فراتر خواهید رفت.)
● هر کابل USB دو رشته سیم برای انتقال برق (+5 ولت و زمین) و یک زوج سیم به هم تابیده شده برای انتقال داده ها دارد.
● روی سیم های انتقال برق کامپیوتر توانایی این را داد که تا 500 میلی آمپر در 5 ولت ایجاد کند.
● دستگاههای کم ولتاژ مانند Mouse ها می توانند برق مورد احتیاجشان را مستقیما از BUS بگیرند. ولی دستگاههای پر ولتاژ مثل پرینترها دارای منبع تغذیه می باشند و برق کمی را از BUS دریافت می کنند. هاب ها می توانند خود دارای منبع تغذیه باشند تا بتوانند برق مورد نیاز برای دستگاههایی که به هاب متصل است را تامین کنند.
● سخت افزارهای USB ، Hot Swappable هستند بدین معنی که می توان در هر زمان آنها را به BUS وصل کرد و یا از BUS جدا نمود.
● خیلی از دستگاههای USB می توانند به وسیله کامپیوتر میزبان و زمانی که کامپیوتر وارد مرحله Power-Saving می شود به حالت Sleep بروند.
دستگاههایی که به پرت USB متصل می شوند ، برای حمل اطلاعات و برق متکی به کابلهای USB هستند.
وقتی که میزبان روشن می شود ، تمام دستگاههای متصل شده به BUS را چک می کند و به هر کدام آدرسی را اختصاص می دهد (اسم این مرحله را enumeration می گویند – خود دستگاهها هم وقتی به Bus وصل می شوند , enumerated می شوند) همچنین میزبان متوجه می شود که هر کدام از دستگاهها چه نوعی تبادل اطلاعات دارند :
● Interrupt (وقفه) – دستگاهی مثل Mouse یا صفحه کلید که اطلاعات جزئی را می فرستد حالت Interrupt را برای تبادل اطلاعات انتخاب خواهد کرد.
● Bulk (حجیم و توده ای) – دستگاهی مانند یک چاپگر که اطلاعات را به واسطه یک بسته بزرگ دریافت می کند ، برای انتقال اطلاعات از روش Bulk استفاده می کند. یک بسته از اطلاعات به چاپگر فرستاده می شود (در قطعات 64 بایتی) و برای اطمینان از درستی آن ، چک خواهد شد.
● Isochronous – یک دستگاه ارسال موجی مثل Speaker از روش Isochronous استفاده می کند. داده ها بین دستگاه و میزبان به صورت همزمان و بدون هیچ تصحیحی ، جریان می یابند.
میزبان همچنین می تواند دستورات و چک دستگاهها را به صورت بسته های کنترلی ارسال کند. چون دستگاهها enumerated می شوند ، میزبان مقدار پهنای باندی را که تمامی دستگاههای Interrupt و Isochronous درخواست کرده اند را نگاه می دارد.
آنها می توانند از 90% ، 12 مگابیت در ثانیه پهنای باند را که موجود است استفاده کنند. بعد از اینکه 90% استفاده شد ، میزبان اجازه دسترسی به بقیه دستگاههای Interrupt و Isochronous را نمی دهد. بسته های کنترلی و بسته های Bulk از بقیه پهنای باند موجود استفاده می کنند (حداقل 10%).
USB پهنای باند موجود را به frame تقسیم می کند و میزبان Frame ها را کنترل می کند. Frame ها شامل 1500 بایت می باشند و هر frame جدید در هر یک میلی ثانیه ایجاد
می شود. در حین یک frame ، دستگاههای Interrupt و Isochronous یک شکاف را می گیرند بنابراین پهنای باند مورد نیاز آنها تضمین می شود. بسته های کنترل و Bulk از مقدار فضای باقیمانده استفاده می کنند.