پورت USB
پورتUSB) Universal Serial Bus) در نتیجه نیاز کاربران به پورتآهایی سریعآتر در کامپیوترها ابداع شد. در سالآهای اخیر پیشرفتآهای قابل توجهآای در زمینه کامپیوتر و تجهیزات مربوط به آن به دست آمده است.
مثلاً سرعت هارد دیسکآها (Hard Disks) به میزان قابل توجهآای افرایش یافته، دیسکآهائی با ظرفیتآهای GByte120 و بالاتر به بازار آمده است. سرعت پردازندهآها به بیش از GHz4 رسیده است و حافظهآهای RAM با ظرفیتآهای GByte1 رایج میآباشند. اما در میان تمام تجهیزات اصلی کامپیوتر و تجهیزات جانبی آن به نظر میآرسید که رشد پورتآهای ورودی ـ خروجی (I/O Ports) متوقف شده و در این زمینه بهبود چندانی حاصل نگردیده است. پورتآهای ورودیآـآخروجی که مهمآترین آنها پورت سری (Serial Port) و پورت موازی (Parallel Port) میآباشند، دروازه ارتباط کامپیوتر با سایر کامپیوترها و تجهیزات جانبی هستند و به همین دلیل به پورتآهای کامپیوتر، درگاه نیز گفته میآشود (درگاه سری ـ درگاه موازی). چون از این پورتآها برای ورود اطلاعات به کامپیوتر و خروج اطلاعات از کامپیوتر استفاده میآگردد، به آنها پورتآهای ورودی ـ خروجی میآگویند. پورتآهای سری و موازی در موارد مختلفی به کار میآروند. شما برای اتصال ماوس (Mouse)، مودم اکسترنال (External Modem)، ارتباط دو کامپیوتر از طریق برنامه NC (Norton Commander)، اتصال پرینتر و اسکنر و پلاتر (Plotter) به کامپیوتر و کاربردهای دیگرل، از پورتآهایی که در پشت کامپیوتر قرار دارند استفاده میآکنید. بیش از بیست سال این پورتآها نیاز بسیاری از کاربران را به خوبی برآورده کردند ولی همراه با سایر تجهیرات کامپیوتری پیشرفت نداشتند.
کاربران حرفهآای یا کاربران عادی کامپیوترها ملاحظه میآکردند که هر از چند گاه مدلآهای جدید CPU، Main Board، Hard Disk و. .. به بازار عرضه میآشود ولی مدل جدیدی از پورتآهای سری یا پورتآهای موازی به بازار نمیآآید. کمآکم این موضوع به یک مشکل تبدیل شد زیرا سرعت کند ارسال اطلاعات، تنظیمات نسبتاً پیچیده پورت سریال، تعداد اندک پورتآها بر روی هر کامپیوتر (معمولاً در پورت سری و یک پورت موازی) باعث شد که پورتآها بهآعنوان گلوگاه کامپیوتر (Computer Bottleneck) شناخته شود که این گلوگاه یا گذرگاه تنگ، باعث کندی بخشی از عملکرد کامپیوتر میآشد. بنابراین لازم بود که تحول بزرگی در زمینه پورت کامپیوترها بوقوع بپیوندد و این تحول بزرگ ابداع پورتآهای USB (Universal Serial Bus) بود.
در طراحی پورت USB، اهدافی مانند کاربرد آسان، سرعت زیاد، قیمت مناسب، ساختار تا حد ممکن ساده و چندین هدف دیگر در نظر گرفته شد که مهمترین آنها عبارت بودند از: اتصال دستگاههای جانبی مانند پرینتر، مودم، ماوس و. .. به این پورت آسان باشد و برخلاف پورتهای سری و موازی موجود، احتیاج به تنظیمات IRQ یا تنظیمات شماره پورت I/O نداشته باشد.
• سرعت انتقال اطلاعات در این پورت Mbps (Mega Bit Per Second)12 باشد و در عین حال هزینه آن نیز پایین باشد به طوری که قیمت یک مادربرد که بر روی آن پورت USB وجود دارد با یک مادربرد بدون پورت USB تفاوت خیلی زیادی نداشته باشد.
• بتواند در انواع مدلآهای مختلف کامپیوتر از جمله کامپیوترهای Laptop (کامپیوترهای کیفی) و کامپیوترهای Desktop (همین کامپیوترهایی که اکثر کاربران از آن استفاده میآکنند) نصب شود.
• ساختار خیلی پیچیدهآای نداشته باشد تا اینکه سازندگان دستگاهآهای جانبی (مانند ماوس، پرینتر و. ..) تمایل داشته باشند که این پورت را به تجهیزات جانبی اضافه کنند.
به این ترتیب پورت USB توسط مهندسین ابداع گردید و نمونهآهای جدید این پورت پس از تکمیل و رفع اشکالات نمونهآهای قبلی تکمیل گردید. نمایندگان هفت شرکت بزرگ نرم افزاری و سخت افراری جهان نشستآهای مشترکی تشکیل دادند تا ساختار (و استانداردهای) این پورت جدید را تعیین نمایند.
این هفت شرکت عبارت بودند از:
Compaq، Hewlett Packard، Intel، Lucent، Microsoft، NEC و Philips. اطلاعات مربوط به تصمیمات این گروه و آخرین تغییرات این استاندارد را در سایت (www.usb.org) میآتوانید ملاحظه نماید.
در سال 1996 اولین نسخه استاندارد USB (استاندارد USB شامل اطلاعاتی درباره روش طراحی، نحوه استفاده و ویژگیآهای پورت USB بود) بنام USB1.0 به دنیای کامپیوتر ارایه شد.
در سال 1998نسخه دوم این ستاندارد با رفع اشکالات نسخه قبل و افزودن ویژگیآهای جدید، بهآنام استاندارد USB1.1 معرفی شد. سال 2000، زمان ارایه جدیدترین و سریع ترین استاندارد USB، یعنی استاندارد USB2.0 بود. این نسخه از استاندارد اشکالات کمتری دارد و سرعت آن از استانداردهای قبلی بیشتر است (40 برابر سرعت USB1.1). البته این استاندارد با نسخه قبلی (استاندارد USB1.0 و استاندارد USB2.0) سازگار است. امروزه دستگاهای جانبی بسیاری دارای پورت USB هستند و هر روز بر تعداد و تنوع این دستگاهآها افزوده میآشود. از میان دستگاههای جانبی که در حال حاضر دارای پورت USB هستند به این موارد میآتوان اشاره کرد:
پرینتر، اسکنر، ماوس، Joystick، دوربینآهای دیجیتالی، دوربینآهای دیجیتالی مخصوص اینترنت (Webcam)، مودم، بلندگو Zip Drive، (Speaker)، Flash Disks.
پورت USB چگونه کار میآکند ؟
راز کیفیت پورت USB این است که در طراحی این استاندارد از تجربیات موجود در طراحی سایر استانداردها و تجهیزات کامپیوتری استفاده شده است. در طراحی استاندارد USB ویژگیآهای طراحی شبکه با توپولوژی Star، دسترسی به کانال مشترک و. .. را ملاحظه میآکنیم.
در این قسمت با بررسی ساختار داخلی پورت USB، خواهیم دانست که چگونه پورت USB ویژگیهای بیان شده در قسمت قبل را به دست آورده است. در این بررسی چند سوال اساسی را پاسخ خواهیم داد:
• سرعت زیاد پورت USB از کجا ناشی میآشود و چرا در پورت سری یا پورت موازی نمیآتوان به این سرعت دست یافت ؟
• چرا اتصال ابزارهای جانبی به پورت USB، تنظیم خاصی نمیآخواهد، در حالی که در اتصال ابزارهای جانبی به پورتآهای سری یا موازی (مانند مودم به پورت سری) تنظیمات IRQ یا تنظیمات شماره پورت باید انجام شود ؟
• استفاده از چه تکنیکی باعث شده تا بتوان ابزارهای جانبی که دارای پورت USB هستند را بدنبال یکدیگر به کامپیوتر متصل نمود ؟
معماری پورت USB بسیار شبیه به توپولوژی Star در شبکهآهای کامپیوتری است. در این شبکه کامپیوتری، روش کابل کشی بین کامپیوترها را توپولوژی (Topology)، میآگویند. یکی از متداولآترین توپولوژیآهایی که امروزه در دنیا به کار میآرود، توپولوژی Star (ستاره) است. در این توپولوژی، همه کامپیوترهای شبکه توسط یک دستگاه مرکزی به یکدیگر متصل میآشوند. به این دستگاه مرکزی Hub (هاب) میآگویند. اگر تعداد زیادی کامپیوتر به یکدیگر متصل شوند، میآتوان از چندین Hub استفاده کرد و یک شبکه بزرگ را تشکیل داد. انتقال اطلاعات ابزارهای جانبی به کامپیوتر، توسط Host Controller مدیریت و کنترل میآشود. در واقع Host Controller رابط بین وسایل جانبی و کامپیوتر است. Host Controller در داخل کامپیوتر قرار دارد. اگر تعداد وسایل جانبی زیاد باشد، برای اتصال آنها به کامپیوتر از تعداد بیشتری Hub استفاده میآگردد.
استفاده از توپولوژی Star موجب شده است که تعداد زیادی ابزار جانبی در استاندارد بتوانند به یکدیگر متصل شوند. در استاندارد USB با این روش میآتوان تا 127 ابزار جانبی را به کامپیوتر متصل نمود. در هر کامپیوتر معمولاً Host Controller2 و Hub 2 وجود دارد. اگر به قسمت Device Manager کامپیوتر خود مراجعه کنید میآتوانید این موضوع را تحقیق کنید. همچنین در این قسمت میآتوانید اطلاعات جالب دیگری درباره پورت USB کامپیوتر خود بدست آورید. بعضی از وسایل جانبی مانند کیآبرد یا مانیتور، در داخل خود دارای Hub هستند و به این ترتیب امکان اتصال ابزارهای جانبی دیگر را به کامپیوتر فراهم میآکنند. ارتباط هر کامپیوتر با Hub توسط کابل USB برقرار میآشود.
جهت حرکت به سمت بالای هرم را Upstream و جهت حرکت به سمت پایین هرم را Downstream می گویند.
به انتهای کابل USB که در جهت بالای هرم (Upstream) متصل می شود، کانکتور نوع (A Connector) A میآگویند و انتهای کابل USB که در جهت پایین هرم (Downstream) متصل می شود، کانکتور نوع (B Connector) B میآگویند.
چون شکل ظاهری کانکتور A و کانکتور B با یکدیگر فرق می کند، کاربرد در اتصال این کابل دچار مشکل نخواهد شد. در این کابل چهار سیم وجود دارد. دو سیم برای انتقال ولتاژ ? ولت و دو سیم برای انتقال داده بکار می رود. از ولتاژ ? ولت می توان به عنوان منبع تغذیه ابزار های جانب استفاده کرد. به همین دلیل بعضی ابزارهای جانبی کابل برق ندارند و فقط با اتصال کابل USB کار می کنند.
البته اگر ابزار جانبی مصرف برق زیادی داشته باشد، کابل USB نمی تواند جریان الکتریکی لازم را برای این ابزار جانبی تأمین کند و لازم است دستگاه جانبی، منبع تغذیه الکتریکی جداگانه ای داشته باشد (Hub کامپیوتر می تواند حداکثر 500میلی آمپر در هر پورت USB به ابزارهای جانبی جریان بدهد ولی هر Hub دیگر به غیر از Hub کامپیوتر در هر پورت خود می تواند حداکثر تا 100میلی آمپر به ابزارهای جانبی جریان تحویل بدهد. بنابراین اگر یک ابزار جانبی بیش از100 میلی آمپر جریان مصرف می کند، بهتر است از منبع تغذیه کابل USB استفاده نکند).
برای انتقال داده ها در کابل USB از دو سیم که به دور یکدیگر پیچیده شده اند، استفاده شده است. استفاده از دو سیم که به دور یکدیگر پیچیده شده اند، باعث میآشود که سرعت انتقال اطلاعات به مقدار زیادی افزایش بیابد.
این تکنیک در شبکهآهای با توپولوژی Star به کار رفته است و به وسیله همین روش سرعتهایی بالای Mpbs100 به دست آمده است. سرعت انتقال اطلاعات در استاندارد USB1.0 و استاندارد USB1.1 از Mbps5/1 تا Mbps12 میآرسد، یعنی 40 برابر سرعت نسخه قبلی.
البته استاندارد USB2.0 می تواند با سرعتهای Mbps5/1 و Mbps12 نیز دادهآها را منتقل کند و این کار برای سازگاری استاندارد USB2.0 با استاندارد USB1.0 و USB1.1 است. سرعتآهای متفاوت، برای ابزارهای جانبی متفاوت کاربرد دارد. سرعت انتقال Mbps5/1 برای ابزارهایی مانند کیآبرد و ماوس مناسب است و سرعت Mbps480 برای دریافت اطلاعات از ابزارهای با سرعت انتقال زیاد مانند دوربین های ویدیویی به کار می رود.
سرعت انتقال اطلاعات در استاندارد USB2.0 400 برابر سرعت انتقال اطلاعات در پورت سری و 160 برابر سرعت انتقال اطلاعات در پورت موازی است. به USB2.0 گاهی اوقات High Speed USB نیز گفته می شود.
اما چرا اتصال ابزارهای جانبی به پورت USB آسان است و احتیاج به تنظیمات خاصی ندارد.
وقتی یک ابزار جانبی به پورت Hub متصل میآشود، Hub از این موضوع مطلع شده و آن را به Hub بالایی (Upstream) اطلاع میآدهد تا این که خبر به Host Controller برسد. روش شناسایی این موضوع با اندازهآگیری مقاومت الکتریکی است. با اتصال هر Hub یا هر ابزار جانبی به پورت USB، مقاومت الکتریکی آن تغییر میآکند و به این ترتیب Host Controller متوجه می شود که یک دستگاه جدید به شکبه اتصالات USB وصل شده است. سپس Host Controller از ابزار جانبی درخواست میآکند که خود را بیشتر معرفی کند. ابزار جانبی اطلاعاتی در مورد هویت خود (در مورد اینکه ابزار جانبی یک ماوس است یا مانیتور یا. ..) ارسال میآکند. سپس Hub حداکثر سرعتی را که ابزار جانبی با آن کار میآکند به دست آورده و این اطلاعات را برای Host Controller میآفرستد. در صورتی که برای کار کردن با ابزار جانبی به درایو خاصی احتیاج باشد، سیستم عامل از کاربر درخواست میآکند که دیسک حاوی درایور را در CD ROM یا FloppyDrive قرار دهد. اتصال ابزارهای جانبی یا Hub به پورتآهای USB میآتواند وقتی که کامپیوتر روشن است، نیز انجام شود. در اصطلاح میآگویند پورت USB دارای خاصیت Hot Plug یا Hot Swappable است و قطع کردن یا متصل کردن یک ابزار جانبی به پورت USB احتیاج به Restart کردن کامپیوتر ندارد. به مجموع این مراحل شناسایی در اصطلاح Enumeration میآگویند.
مشکلات استفاده از پورت USB:
هر تکنولوژی جدید مزایای جدیدی را برای کاربران به ارمغان میآآورد و البته مشکلات جدیدی را نیز ایجاد میآکند که این مشکلات نیز در تکنولوژیآهای بعدی به ترتیب برطرف خواهد شد. این موضوع درباره پورت USB نیز صادق است. یکی از مشکلات پورت USB این است که اگر به هر Host بیش از یک ابزار جانبی با حجم تبادل داده بالا متصل شود، این ابزارها نمیآتوانند همزمان با یکدیگر به تبادل داده بپردازند. مثلاً اگر یک پرینتر و یک اسکنر به یک Host Controller کامپیوتر متصل شوند، و شما در یک زمان بخواهید یک فایل بزرگ برای پرینتر بفرستید و همزمان یک تصویر بزرگ را نیز اسکن کنید، این کار همزمان امکان پذیر نیست و یکی از ابزارها مثلاً پرینتر باید منتظر بماند تا کار اسکنر تمام شود. یکی دیگر از مشکلات پورت USB طول کابل آن است. طول کابل پورت USB حداکثر میآتواند تا 5/4 متر باشد و اگر بخواهیم با کمک اتصال چند Hub طول کابل را افزایش دهیم، حداکثر این مسافت 24 متر خواهد بود.
پورتUSB) Universal Serial Bus) در نتیجه نیاز کاربران به پورتآهایی سریعآتر در کامپیوترها ابداع شد. در سالآهای اخیر پیشرفتآهای قابل توجهآای در زمینه کامپیوتر و تجهیزات مربوط به آن به دست آمده است.
مثلاً سرعت هارد دیسکآها (Hard Disks) به میزان قابل توجهآای افرایش یافته، دیسکآهائی با ظرفیتآهای GByte120 و بالاتر به بازار آمده است. سرعت پردازندهآها به بیش از GHz4 رسیده است و حافظهآهای RAM با ظرفیتآهای GByte1 رایج میآباشند. اما در میان تمام تجهیزات اصلی کامپیوتر و تجهیزات جانبی آن به نظر میآرسید که رشد پورتآهای ورودی ـ خروجی (I/O Ports) متوقف شده و در این زمینه بهبود چندانی حاصل نگردیده است. پورتآهای ورودیآـآخروجی که مهمآترین آنها پورت سری (Serial Port) و پورت موازی (Parallel Port) میآباشند، دروازه ارتباط کامپیوتر با سایر کامپیوترها و تجهیزات جانبی هستند و به همین دلیل به پورتآهای کامپیوتر، درگاه نیز گفته میآشود (درگاه سری ـ درگاه موازی). چون از این پورتآها برای ورود اطلاعات به کامپیوتر و خروج اطلاعات از کامپیوتر استفاده میآگردد، به آنها پورتآهای ورودی ـ خروجی میآگویند. پورتآهای سری و موازی در موارد مختلفی به کار میآروند. شما برای اتصال ماوس (Mouse)، مودم اکسترنال (External Modem)، ارتباط دو کامپیوتر از طریق برنامه NC (Norton Commander)، اتصال پرینتر و اسکنر و پلاتر (Plotter) به کامپیوتر و کاربردهای دیگرل، از پورتآهایی که در پشت کامپیوتر قرار دارند استفاده میآکنید. بیش از بیست سال این پورتآها نیاز بسیاری از کاربران را به خوبی برآورده کردند ولی همراه با سایر تجهیرات کامپیوتری پیشرفت نداشتند.
کاربران حرفهآای یا کاربران عادی کامپیوترها ملاحظه میآکردند که هر از چند گاه مدلآهای جدید CPU، Main Board، Hard Disk و. .. به بازار عرضه میآشود ولی مدل جدیدی از پورتآهای سری یا پورتآهای موازی به بازار نمیآآید. کمآکم این موضوع به یک مشکل تبدیل شد زیرا سرعت کند ارسال اطلاعات، تنظیمات نسبتاً پیچیده پورت سریال، تعداد اندک پورتآها بر روی هر کامپیوتر (معمولاً در پورت سری و یک پورت موازی) باعث شد که پورتآها بهآعنوان گلوگاه کامپیوتر (Computer Bottleneck) شناخته شود که این گلوگاه یا گذرگاه تنگ، باعث کندی بخشی از عملکرد کامپیوتر میآشد. بنابراین لازم بود که تحول بزرگی در زمینه پورت کامپیوترها بوقوع بپیوندد و این تحول بزرگ ابداع پورتآهای USB (Universal Serial Bus) بود.
در طراحی پورت USB، اهدافی مانند کاربرد آسان، سرعت زیاد، قیمت مناسب، ساختار تا حد ممکن ساده و چندین هدف دیگر در نظر گرفته شد که مهمترین آنها عبارت بودند از: اتصال دستگاههای جانبی مانند پرینتر، مودم، ماوس و. .. به این پورت آسان باشد و برخلاف پورتهای سری و موازی موجود، احتیاج به تنظیمات IRQ یا تنظیمات شماره پورت I/O نداشته باشد.
• سرعت انتقال اطلاعات در این پورت Mbps (Mega Bit Per Second)12 باشد و در عین حال هزینه آن نیز پایین باشد به طوری که قیمت یک مادربرد که بر روی آن پورت USB وجود دارد با یک مادربرد بدون پورت USB تفاوت خیلی زیادی نداشته باشد.
• بتواند در انواع مدلآهای مختلف کامپیوتر از جمله کامپیوترهای Laptop (کامپیوترهای کیفی) و کامپیوترهای Desktop (همین کامپیوترهایی که اکثر کاربران از آن استفاده میآکنند) نصب شود.
• ساختار خیلی پیچیدهآای نداشته باشد تا اینکه سازندگان دستگاهآهای جانبی (مانند ماوس، پرینتر و. ..) تمایل داشته باشند که این پورت را به تجهیزات جانبی اضافه کنند.
به این ترتیب پورت USB توسط مهندسین ابداع گردید و نمونهآهای جدید این پورت پس از تکمیل و رفع اشکالات نمونهآهای قبلی تکمیل گردید. نمایندگان هفت شرکت بزرگ نرم افزاری و سخت افراری جهان نشستآهای مشترکی تشکیل دادند تا ساختار (و استانداردهای) این پورت جدید را تعیین نمایند.
این هفت شرکت عبارت بودند از:
Compaq، Hewlett Packard، Intel، Lucent، Microsoft، NEC و Philips. اطلاعات مربوط به تصمیمات این گروه و آخرین تغییرات این استاندارد را در سایت (www.usb.org) میآتوانید ملاحظه نماید.
در سال 1996 اولین نسخه استاندارد USB (استاندارد USB شامل اطلاعاتی درباره روش طراحی، نحوه استفاده و ویژگیآهای پورت USB بود) بنام USB1.0 به دنیای کامپیوتر ارایه شد.
در سال 1998نسخه دوم این ستاندارد با رفع اشکالات نسخه قبل و افزودن ویژگیآهای جدید، بهآنام استاندارد USB1.1 معرفی شد. سال 2000، زمان ارایه جدیدترین و سریع ترین استاندارد USB، یعنی استاندارد USB2.0 بود. این نسخه از استاندارد اشکالات کمتری دارد و سرعت آن از استانداردهای قبلی بیشتر است (40 برابر سرعت USB1.1). البته این استاندارد با نسخه قبلی (استاندارد USB1.0 و استاندارد USB2.0) سازگار است. امروزه دستگاهای جانبی بسیاری دارای پورت USB هستند و هر روز بر تعداد و تنوع این دستگاهآها افزوده میآشود. از میان دستگاههای جانبی که در حال حاضر دارای پورت USB هستند به این موارد میآتوان اشاره کرد:
پرینتر، اسکنر، ماوس، Joystick، دوربینآهای دیجیتالی، دوربینآهای دیجیتالی مخصوص اینترنت (Webcam)، مودم، بلندگو Zip Drive، (Speaker)، Flash Disks.
پورت USB چگونه کار میآکند ؟
راز کیفیت پورت USB این است که در طراحی این استاندارد از تجربیات موجود در طراحی سایر استانداردها و تجهیزات کامپیوتری استفاده شده است. در طراحی استاندارد USB ویژگیآهای طراحی شبکه با توپولوژی Star، دسترسی به کانال مشترک و. .. را ملاحظه میآکنیم.
در این قسمت با بررسی ساختار داخلی پورت USB، خواهیم دانست که چگونه پورت USB ویژگیهای بیان شده در قسمت قبل را به دست آورده است. در این بررسی چند سوال اساسی را پاسخ خواهیم داد:
• سرعت زیاد پورت USB از کجا ناشی میآشود و چرا در پورت سری یا پورت موازی نمیآتوان به این سرعت دست یافت ؟
• چرا اتصال ابزارهای جانبی به پورت USB، تنظیم خاصی نمیآخواهد، در حالی که در اتصال ابزارهای جانبی به پورتآهای سری یا موازی (مانند مودم به پورت سری) تنظیمات IRQ یا تنظیمات شماره پورت باید انجام شود ؟
• استفاده از چه تکنیکی باعث شده تا بتوان ابزارهای جانبی که دارای پورت USB هستند را بدنبال یکدیگر به کامپیوتر متصل نمود ؟
معماری پورت USB بسیار شبیه به توپولوژی Star در شبکهآهای کامپیوتری است. در این شبکه کامپیوتری، روش کابل کشی بین کامپیوترها را توپولوژی (Topology)، میآگویند. یکی از متداولآترین توپولوژیآهایی که امروزه در دنیا به کار میآرود، توپولوژی Star (ستاره) است. در این توپولوژی، همه کامپیوترهای شبکه توسط یک دستگاه مرکزی به یکدیگر متصل میآشوند. به این دستگاه مرکزی Hub (هاب) میآگویند. اگر تعداد زیادی کامپیوتر به یکدیگر متصل شوند، میآتوان از چندین Hub استفاده کرد و یک شبکه بزرگ را تشکیل داد. انتقال اطلاعات ابزارهای جانبی به کامپیوتر، توسط Host Controller مدیریت و کنترل میآشود. در واقع Host Controller رابط بین وسایل جانبی و کامپیوتر است. Host Controller در داخل کامپیوتر قرار دارد. اگر تعداد وسایل جانبی زیاد باشد، برای اتصال آنها به کامپیوتر از تعداد بیشتری Hub استفاده میآگردد.
استفاده از توپولوژی Star موجب شده است که تعداد زیادی ابزار جانبی در استاندارد بتوانند به یکدیگر متصل شوند. در استاندارد USB با این روش میآتوان تا 127 ابزار جانبی را به کامپیوتر متصل نمود. در هر کامپیوتر معمولاً Host Controller2 و Hub 2 وجود دارد. اگر به قسمت Device Manager کامپیوتر خود مراجعه کنید میآتوانید این موضوع را تحقیق کنید. همچنین در این قسمت میآتوانید اطلاعات جالب دیگری درباره پورت USB کامپیوتر خود بدست آورید. بعضی از وسایل جانبی مانند کیآبرد یا مانیتور، در داخل خود دارای Hub هستند و به این ترتیب امکان اتصال ابزارهای جانبی دیگر را به کامپیوتر فراهم میآکنند. ارتباط هر کامپیوتر با Hub توسط کابل USB برقرار میآشود.
جهت حرکت به سمت بالای هرم را Upstream و جهت حرکت به سمت پایین هرم را Downstream می گویند.
به انتهای کابل USB که در جهت بالای هرم (Upstream) متصل می شود، کانکتور نوع (A Connector) A میآگویند و انتهای کابل USB که در جهت پایین هرم (Downstream) متصل می شود، کانکتور نوع (B Connector) B میآگویند.
چون شکل ظاهری کانکتور A و کانکتور B با یکدیگر فرق می کند، کاربرد در اتصال این کابل دچار مشکل نخواهد شد. در این کابل چهار سیم وجود دارد. دو سیم برای انتقال ولتاژ ? ولت و دو سیم برای انتقال داده بکار می رود. از ولتاژ ? ولت می توان به عنوان منبع تغذیه ابزار های جانب استفاده کرد. به همین دلیل بعضی ابزارهای جانبی کابل برق ندارند و فقط با اتصال کابل USB کار می کنند.
البته اگر ابزار جانبی مصرف برق زیادی داشته باشد، کابل USB نمی تواند جریان الکتریکی لازم را برای این ابزار جانبی تأمین کند و لازم است دستگاه جانبی، منبع تغذیه الکتریکی جداگانه ای داشته باشد (Hub کامپیوتر می تواند حداکثر 500میلی آمپر در هر پورت USB به ابزارهای جانبی جریان بدهد ولی هر Hub دیگر به غیر از Hub کامپیوتر در هر پورت خود می تواند حداکثر تا 100میلی آمپر به ابزارهای جانبی جریان تحویل بدهد. بنابراین اگر یک ابزار جانبی بیش از100 میلی آمپر جریان مصرف می کند، بهتر است از منبع تغذیه کابل USB استفاده نکند).
برای انتقال داده ها در کابل USB از دو سیم که به دور یکدیگر پیچیده شده اند، استفاده شده است. استفاده از دو سیم که به دور یکدیگر پیچیده شده اند، باعث میآشود که سرعت انتقال اطلاعات به مقدار زیادی افزایش بیابد.
این تکنیک در شبکهآهای با توپولوژی Star به کار رفته است و به وسیله همین روش سرعتهایی بالای Mpbs100 به دست آمده است. سرعت انتقال اطلاعات در استاندارد USB1.0 و استاندارد USB1.1 از Mbps5/1 تا Mbps12 میآرسد، یعنی 40 برابر سرعت نسخه قبلی.
البته استاندارد USB2.0 می تواند با سرعتهای Mbps5/1 و Mbps12 نیز دادهآها را منتقل کند و این کار برای سازگاری استاندارد USB2.0 با استاندارد USB1.0 و USB1.1 است. سرعتآهای متفاوت، برای ابزارهای جانبی متفاوت کاربرد دارد. سرعت انتقال Mbps5/1 برای ابزارهایی مانند کیآبرد و ماوس مناسب است و سرعت Mbps480 برای دریافت اطلاعات از ابزارهای با سرعت انتقال زیاد مانند دوربین های ویدیویی به کار می رود.
سرعت انتقال اطلاعات در استاندارد USB2.0 400 برابر سرعت انتقال اطلاعات در پورت سری و 160 برابر سرعت انتقال اطلاعات در پورت موازی است. به USB2.0 گاهی اوقات High Speed USB نیز گفته می شود.
اما چرا اتصال ابزارهای جانبی به پورت USB آسان است و احتیاج به تنظیمات خاصی ندارد.
وقتی یک ابزار جانبی به پورت Hub متصل میآشود، Hub از این موضوع مطلع شده و آن را به Hub بالایی (Upstream) اطلاع میآدهد تا این که خبر به Host Controller برسد. روش شناسایی این موضوع با اندازهآگیری مقاومت الکتریکی است. با اتصال هر Hub یا هر ابزار جانبی به پورت USB، مقاومت الکتریکی آن تغییر میآکند و به این ترتیب Host Controller متوجه می شود که یک دستگاه جدید به شکبه اتصالات USB وصل شده است. سپس Host Controller از ابزار جانبی درخواست میآکند که خود را بیشتر معرفی کند. ابزار جانبی اطلاعاتی در مورد هویت خود (در مورد اینکه ابزار جانبی یک ماوس است یا مانیتور یا. ..) ارسال میآکند. سپس Hub حداکثر سرعتی را که ابزار جانبی با آن کار میآکند به دست آورده و این اطلاعات را برای Host Controller میآفرستد. در صورتی که برای کار کردن با ابزار جانبی به درایو خاصی احتیاج باشد، سیستم عامل از کاربر درخواست میآکند که دیسک حاوی درایور را در CD ROM یا FloppyDrive قرار دهد. اتصال ابزارهای جانبی یا Hub به پورتآهای USB میآتواند وقتی که کامپیوتر روشن است، نیز انجام شود. در اصطلاح میآگویند پورت USB دارای خاصیت Hot Plug یا Hot Swappable است و قطع کردن یا متصل کردن یک ابزار جانبی به پورت USB احتیاج به Restart کردن کامپیوتر ندارد. به مجموع این مراحل شناسایی در اصطلاح Enumeration میآگویند.
مشکلات استفاده از پورت USB:
هر تکنولوژی جدید مزایای جدیدی را برای کاربران به ارمغان میآآورد و البته مشکلات جدیدی را نیز ایجاد میآکند که این مشکلات نیز در تکنولوژیآهای بعدی به ترتیب برطرف خواهد شد. این موضوع درباره پورت USB نیز صادق است. یکی از مشکلات پورت USB این است که اگر به هر Host بیش از یک ابزار جانبی با حجم تبادل داده بالا متصل شود، این ابزارها نمیآتوانند همزمان با یکدیگر به تبادل داده بپردازند. مثلاً اگر یک پرینتر و یک اسکنر به یک Host Controller کامپیوتر متصل شوند، و شما در یک زمان بخواهید یک فایل بزرگ برای پرینتر بفرستید و همزمان یک تصویر بزرگ را نیز اسکن کنید، این کار همزمان امکان پذیر نیست و یکی از ابزارها مثلاً پرینتر باید منتظر بماند تا کار اسکنر تمام شود. یکی دیگر از مشکلات پورت USB طول کابل آن است. طول کابل پورت USB حداکثر میآتواند تا 5/4 متر باشد و اگر بخواهیم با کمک اتصال چند Hub طول کابل را افزایش دهیم، حداکثر این مسافت 24 متر خواهد بود.
دیدگاه