وب سایت مهندس شامحمدی

اولین و تخصصی ترین وب سایت تخصصی آموزش کد های هسته ای

شرح کامل پورت USB ، عملکرد و نکات مرتبط با آن

1394-08-16
بازدید: 723

 

کامپیوترهای جدید دارای یک و یا چندین کانکتور Universal Serial Bus)USB) می باشند. کانکتورهای فوق امکان اتصال تجهیزات جانبی متفاوتی نظیر : چاپگر، اسکنر ، دوربین های وب و … را فراهم می نمایند.سیستم های عامل پورت های USB را حمایت می نمانید و درایور آنان به سرعت و به سادگی نصب می گردد 

USB چیست ؟

همواره اتصال یک دستگاه به کامپیوتر و پیکربندی مناسب آن برای استفاده ، یکی از چالش های اصلی در رابطه با به خدمت گرفتن تجهیزات جانبی در کامپیوتر بوده است . چاپگرها به پورت موازی متصل شده و اغلب کامپیوترها دارای یک پورت هستند. فرض نمائید که دارای یک Zip drive باشیم. درایوهای فوق نیازمند یک اتصال با سرعت بالا با کامپیوتر می باشند. در صورت استفاده از پورت موازی، از لحاظ سرعت خواسته یک Zip Drive تامین نخواهد گردید • مودم ها از پورت های سریال استفاده می نمایند. اغلب کامپیوترها دارای دو پورت سریال بوده و در اکثر موارد سرعت مناسبی را دارا نمی باشند. • دستگاههائی که به سرعت بالائی نیاز دارند بهمراه کارت های خود عرضه می گردند.این نوع کارت ها می بایست در یکی از اسلات های برد اصلی نصب گردند.متاسفانه تعداد اسلات های موجود محدود بوده و در برخی حالات نصب نرم افزار مربوط به کارت دردسرآفرین نیز می باشد . هدف USB خاتمه بخشیدن به تمام موارد و مشکلات موجود در زمینه بخدمت گرفتن تجهیزات جانبی در کامپیوتر است .USB یک روش آسان و استاندارد را برای اتصال ۱۲۷ دستگاه به کامپیوتر، فراهم می کند. هر دستگاه می تواند شش مگابیت در ثانیه پهنای باند داشته باشد. پهنای باند فوق برای اکثر دستگاه هائی که می خواهیم به کامپیوتر متصل نمائیم ، مناسب خواهد بود. اکثر تجهیزات جانبی که جدیدا” تولید می گردند، دارای یک پورت USB می باشند. چاپگر، اسکنر، موس، دوربین های دیجیتال، دوربین های وب ،مودم، بلندگو، تلفن، رسانه های ذخیره سازی، اتصالات شبکه و … نمونه هائی از این نوع دستگاهها می باشند. اتصال یک دستگاه USB به کامپیوتر ساده است . کانکنورهای USB را می توان در پشت سیستم مشاهده و در ادامه کانکنور USB را به آنها متصل کرد. شکل زیر کانکنورهای USB را در پشت سیستم نشان می دهد.

در صورتیکه دستگاهی برای اولین مرتبه ( بار اول ) نصب گردد، سیستم عامل مربوطه آن را تشخیص و با نصب درایور ، عملا” زمینه استفاده از دستگاه فراهم خواهد شد. دستگاههای USB را می توان بدفعات به سیستم متصل و یا آنها را از سیستم جدا کرد.اغلب دستگاههای USB بهمراه کابل اختصاصی خود ارائه می گردند . کابل های فوق دارای اتصالی از نوع A می باشند.شکل زیر یک کانکنور USB را که از نوع A است نشان می دهد. در صورتیکه دستگاه USB دارای کانکتور A نباشد بهمراه آن سوکتی ارائه شده که می تواند یک کانکنور از نوع B را قبول نماید. از کانکتور نوع A برای اتصال به کامپیوتر و از کانکتور نوع B برای اتصال دستگاههای خاص استفاده می گردد. اغلب کامپیوترهای جدید بهمراه یک و یا بیش از یک سوکت USB ارائه می گردند. با توجه به وجود دستگاههای متعدد که دارای پورت USB می باشند، می توان بسادگی دستگاه مورد نظر را ازطریق پورت USB به یکی از سوکت های USB کامپیوتر متصل نمود.مثلا” می توان به کامپیوتر یک چاپگر USB، یک اسکنر USB، یک دوربین وب USB و یک کارت شبکه USB را متصل نمود. در صورتیکه کامپیونر دارای صرفا” یک کانکتور USB باشد و بخواهیم تجهیزات USB گفته شده را به آن متصل نمائیم چه کار باید کرد؟ برای حل مشکل فوق می بایست یک USB hub را تهیه کرد. USB استاندارد قادر به حمایت از ۱۲۷ دستگاه است . هاب USB بخشی از استاندارد فوق محسوب می گردد. شکل زیر یک هاب USB را به همراه چهار کانکنور از نوع A نشان می دهد. یک هاب ممکن است چهار و یا بیش از چهار پورت داشته باشد. هاب به کامپیوتر متصل شده و هر یک از دستگاهها به یکی از پورت های هاب متصل خواهند شد. هاب ها می توانند با برق و یا بدون برق باشند. استاندارد USB این امکان را فراهم می سازد که دستگاه ها برق مورد نیاز خود را از طریق اتصال USB مربوطه تامین نمایند. یک دستگاه با مصرف برق بالا نظیر اسکنر دارای منبع تغذیه اختصاصی خود است ولی دستگاههای با مصرف برق پایین نظیر موس و دوربین های دیجیتال ، برق مورد نیاز خود را می توانند از گذرگاه مربوطه تامین نمایند. در صورتیکه از دستگاههائی نظیر چاپگر و یا اسکنر استفاده می گردد که خود دارای منبع تغذیه اختصاصی می باشند، نیازی به هاب با برق نخواهد بود در صورتیکه از دستگاههای فاقد منبع تغذیه نظیر موس و دوربین استفاده می گردد ، به هاب برق دار نیاز خواهد بود. هاب دارای ترانسفورماتور اختصاصی خود بوده و برق مورد نیاز گذرگاه را تامین خواهد کرد.  

ویژگی های USB

USB دارای ویژگی های زیر است : • حداکثر ۱۲۷ دستگاه را می توان متصل نمود. ( مستقیما” و یا توسط هاب های USB) • کابل های USB به تنهائی قادر به حمایت از طول ۵ متر می باشند. در صورت استفاده از هاب حداکثر طول ۳۰ متر خواهد بود. • نرخ انتقال اطلاعات گذرگاه دوازده مگابیت در ثانیه است . • هر دستگاه قادر به درخواست شش مگابیت در ثانیه است . عملا” بیش از یک دستگاه در هر لحظه نمی تواند درخواست شش مگابیت در ثانیه را داشته باشد چراکه از پهنای باند گذرگاه تجاوز خواهد کرد. • یک کابل USB دارای دو سیم برای برق ( ۵+ ولت و Ground) و یک سیم بهم تابیده برای حمل داده است . • بر روی سیم برق، کامپیوتر قادر به تامین برق با حداکثر پانصد میلی آمپر و پنج ولت است . • دستگاههای با مصرف برق پایین نظیر موس می توانند برق مورد نیاز خود را مستقیما” از طریق گذرگاه تامین نمایند. • دستگاههای USB را می توان هر زمان متصل و مجددا” از سیستم جدا کرد. • اکثر دستگاههای USB می توانند توسط کامپیوتر و در زمان حالت Power-saving، به خواب ( غیره استفاده گردند) روند. • دستگاههائی که به پورت USB متصل می گردند از یک کابل USB که حامل برق و داده است استفاده می نمایند. دو سیم حامل برق ( قرمز – پنج ولت و قهوه ای ( زمین ) یک زوج کابل بهم تابیده برای حمل داده ( زرد و آبی ) زمانیکه کامپیوتر روشن می گردد ، عملیات پرس و جو در رابطه با دستگاههای متصل به گذرگاه انجام شده و به هر یک از آنها یک آدرس خاص ، نسبت خواهد شد . فرآیند فوق “سرشماری” نامیده می شود. دستگاهها نیز زمانیکه به گذرگاه متصل می گردند شمارش می گردند. کامپیوتر از نحوه انتقال اطلاعات توسط دستگاهها با استناد بر یکی از روشهای زیر ، آگاهی می یابد. • وقفه : دستگاهی نظیر موس یا صفحه کلید که داده های کمی را ارسال می دارند از روش ” وقفه ” استفاده می نمایند. • Bulk ( توده ای ) . یک دستگاه نظیر چاپگر که حجم بالائی از اطلاعات را در یک بسته دریافت می دارد، از روش فوق استفاده می نماید. یک بلاک از داده ها برای چاپگر ارسال و صحت آنها نیز بررسی می گردد. • Isochronous ( همزمان ) . دستگاههای نظیر بلندگو از روش فوق استفاده می نمایند. جریان پیوسته ای از داده ها بین دستگاه و کامپیوتر برقرار می گردد. USB پهنای باند موجود را به مجموعه ای از فریم ها تقسیم و کامپیوتر فریم ها را کنترل خواهد کرد. فریم ها شامل ۱۵۰۰ بایت بوده و هر میلی ثانیه یک فریم جدید، بوجود می آید.اخیرا” استاندارد USB نسخه دو، مطرح شده است . بر اساس استاندارد فوق ، سرعت ده تا بیست برابر افزایش خواهد یافت . با رسیدن به سرعت های فوق می توان تقریبا” هر نوع دستگاهی را از طریق USB به کامپیوتر متصل کرد. هارد دیسک های خارجی و دوربین های فیلم برداری نمونه هائی در این زمینه می باشند.

گذرگاه USB چگونه کار می‌کند؟

کنترل کننده‌ی USB که شامل مجموعه‌ای از اتصالات و تراشه‌های اختصاصی است به عنوان رابط بین نرم‌افزار و سخت‌افزار عمل می‌کند. برنامه‌های کاربردی , سیستم‌عامل و راه‌اندازهای دستگاه ـ که جزئیات مربوط به نحوه‌ی کار وسایل سخت‌افزاری بخصوص را فراهم می‌کنند ـ دستورات و داده‌ها را به هاب میزبان (Host Hub) گذرگاه USB می‌فرستند. این هاب بر روی کنترل کننده قرار دارد. اتصال دهنده‌ها یا درگاه‌های ویژه‌ی USB از هاب میزبان خارج می‌شوند. در حقیقت Hub فیش کابل‌های چهار سیمه (کابل‌هایی که درون آنها از چهار سیم استفاده شده است) را به درگاه‌های مناسب وصل می‌کند. یک کابل ممکن است به هاب دیگری وصل شود تنها به این منظور که درگاه‌های بیشتری را برای اتصال وسایل فراهم کند. به این ترتیب نوعی از یک سیم توسعه دهنده دیجیتالی به وجود می‌آید. یا این که ممکن است یک کابل ؛ مستقیما به یک وسیله‌ی USB مانند مانیتور وصل شود. گذرگاه USB تقریبا از اتصال به هرگونه وسیله‌ی جانبی مانند مانیتور , ‌صفحه کلید , ماوس,مودم , بلندگو , میکروفن , تلفن , اسکنر وچاپگر پشتیبانی می‌کند. دو عدد از سیم‌های موجود در کابل USB برای تامین جریان الکتریسیته‌ی وسیله جانبی استفاده می‌شوند. با وجود این دو سیم ؛ دیگر به منبع تغذیه‌هایی که فضای زیادی را اشغال می‌کنند نیازی نیست. دو سیم دیگر موجود در کابل چهار سیمه , D+ و D- نام دارند. از این سیم‌ها برای ارسال داده‌ها و دستورات استفاده می‌شود. وجود یک ولتاژ بالا بر روی سیم D+ و عدم وجود آن بر روی سیم D- به معنای یک بیت ۱ می‌باشد. وجود یک ولتاژ بالا بر روی سیم D- و عدم وجود آن بر روی سیم D+ به معنای یک بیت ۰ می‌باشد. هر وسیله‌ی USB ممکن است دارای هابی باشد {که از آن اتصال به وسایل دیگر استفاده شود}. برای مثال یک مانیتور درگاه‌هایی را فراهم می‌کند که بلندگوهای چندرسانه‌ای , میکروفن و صفحه کلید به آنها وصل می‌شوند. به همین ترتیب هر کدام از وسایلی که به یک وسیله‌ی USB وصل می‌شوند می‌توانند برای وسایل سخت‌افزاری USBدیگر درگاه‌های بیشتری را فراهم کنند. برای مثال می‌توان ماوس و قلم دیجیتالی را به صفحه‌ کلیدی وصل کرد که خود به یک مانیتور متصل به هاب میزبان وصل می‌باشد. چنین سیستمی که امکان انشعاب اتصالات را فراهم می‌کند به گذرگاه USB اجازه می‌دهد تا بیش از ۱۲۷ وسیله را اداره نماید. وقتی یک وسیله‌ی USB به درگاهی وصل می‌شود به طور خودکار باعث تغییر ولتاژ بر روی یکی از دو سیم داده‌ای موجود در کابل USB می‌گردد. اگر ولتاژ از طریق سیم D+ ارسال شود در آن صورت به وسیله‌ی جانبی دریافت کننده‌ی آن ولتاژ یک وسیله‌ی سرعت بالا گفته می‌شود. چنین وسیله‌ای قادر به ارسال ۱۲مگابیت 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 می‌شود استفاده می‌گردد. ارسال ولتاژ ازطریق سیم D- به این معنی است که این ولتاژ با سرعت انتقال پایینی معادل ۵/۱ مگابیت در ثانیه دریافت می‌شود. از این سیم برای انتقال داده به وسایلی چون صفحه کلید یا ماوس استفاده می‌شود. ( یک درگاه سری معمولی در مقایسه با گذرگاه USB می‌تواند ۱۰۰ کیلوبیت داده در ثانیه و یک درگاه موازی حدود ۵/۲ مگابیت داده در ثانیه ارسال نماید). کنترل‌کننده میزبان USB با استفاده از فن‌آوری اتصالات و اجرا (Plug and play) , که پیکربندی اجزای درونی کامپیوتر را به طور خودکار فراهم می‌کند , یک وسیله‌ی جدید را قادر می‌سازد تا خودش را شناسایی کرده و آن‌چه را که برای ارسال و دریافت داده نیاز دارد دریابد. علاوه بر این ,‌کنترل‌کننده‌ی مذکور برای آن وسیله شماره‌شناسایی تعیین مینماید. وقتی وسیله‌ی جدید رسما یکی از اعضای گذرگاه می‌شود. نقش کنترل‌کننده‌ی میزبان را بازی می‌کند. یعنی به پرس‌وجو از وسایل دیگر می‌پردازد تا اگر وسیله‌‌ای آماده‌ی ارسال یا دریافت داده است فرمان‌های لازم را توزیع کند و پهنای باند را بین وسایلی که او نقش کنترل‌کننده برای آنها ایفا می‌کند تقسیم نماید. کنترل‌کننده در هر ثانیه حدود یک میلیون بار از وسایل جانبی موجود بر روی گذرگاه USB پرس‌ وجو کرده یا به آنها دستور می‌فرستد. هر یک از پیغام‌هایی که از سوی کنترل‌کننده‌ی میزبان ارسال می‌شوند با یک علامت (Token) شروع می‌گردد. این علامت وسیله‌ی جانبی که پیغام برای آن فرستاده شده است را شناسایی می‌کند. پیغام به تمام وسایل موجود بر روی گذرگاه USB ارسال می‌شود اما وسایلی که پیغام به آنها مربوط نمی‌شود به سادگی آن را نادیده می‌گیرند تنها وسایل می‌توانند داده‌ای را به میزبان بفرستند که میزبان به آنها اجازه این کار را داده باشد. درگاه USB با سه نوع از انتقال‌ها در ارتباط است و تخصیص پهنای باند را به ترتیب زیر انجام ‌می‌دهد: اولویت اول : از این اولویت در انتقال بلادرنگ که وقفه‌ای در جریان داده‌ای پدید نمی‌آید مانند داده‌های تصویری یا صوتی استفاده می‌شود. اولویت دوم : از این اولویت در انتقال‌های منقطع استفاده می‌شود. این نوع انتقال وقتی روی می‌دهد که وسیله‌ای مانند صفحه‌کلید یا Joystick برای جلب توجه پرداشگر ؛ سیگنالی را تولید می‌کند که گاه و بی‌گاه قطع می‌شود. اولویتی که فوریت زمانی در آن وجود ندارد : این نوع از انتقال شامل حجم زیادی از داده‌ها برای چاپگرها , اسکنرها و دوربین‌های دیجیتالی می‌شود. در این نوع انتقال حجم داده‌ها زیاد است اما هیچ عجله‌ای در دریافت آنها وجود ندارد.        

USB چگونه کار می‌کند؟

کنترل کننده‌ی USB که شامل مجموعه‌ای از اتصالات و تراشه‌های اختصاصی است به عنوان رابط بین نرم‌افزار و سخت‌افزار عمل می‌کند. برنامه‌های کاربردی , سیستم‌عامل و راه‌اندازهای دستگاه ـ که جزئیات مربوط به نحوه‌ی کار وسایل سخت‌افزاری بخصوص را فراهم می‌کنند ـ دستورات و داده‌ها را به هاب میزبان (Host Hub) گذرگاه USB می‌فرستند. این هاب بر روی کنترل کننده قرار دارد. اتصال دهنده‌ها یا درگاه‌های ویژه‌ی USB از هاب میزبان خارج می‌شوند. در حقیقت Hub فیش کابل‌های چهار سیمه (کابل‌هایی که درون آنها از چهار سیم استفاده شده است) را به درگاه‌های مناسب وصل می‌کند. یک کابل ممکن است به هاب دیگری وصل شود تنها به این منظور که درگاه‌های بیشتری را برای اتصال وسایل فراهم کند. به این ترتیب نوعی از یک سیم توسعه دهنده دیجیتالی به وجود می‌آید. یا این که ممکن است یک کابل ؛ مستقیما به یک وسیله‌ی USB مانند مانیتور وصل شود.  

مطالب مرتبط

۱- برنامه نویسی VC#  


تبلیغات
گروه تلگرامی ویژه رفع اشکال کد های هسته ای و نرم افزار ها

این گروه صرفا برای بحث در باره کد ها و نرم افزارهای هسته ای می باشد لذا از بحث های نامرتبط خود داری فرمایید و با معرفی گروه به دوستان خود در مفید بودن بیشتر گروه همیار ما باشید.


کانال تلگرامی ویژه اطلاع رسانی کارگاه های آموزشی

در این کانال اطلاعیه های مربوط به کارگاه های آموزشی و دوره های آنلاین و حضوری منتشر می شود


گروه تلگرامی پشتیبانی کارگاه ها و کلاس ها

در این کانال آخرین اخبار منتشر شده در سایت نشر داده می شود


گروه تلگرامی آخرین آموزش های منتشر شده در سایت

در این کانال آخرین اخبار منتشر شده در سایت نشر داده می شود


کانال آپارت ما

این کانال متعلق به وب سایت مهندس شامحمدی می باشد. تنها قسمتی از ویدئو های آموزشی در اینجا نشان داده است.


کانال نماشا ما

این کانال متعلق به وب سایت مهندس شامحمدی می باشد. تنها قسمتی از ویدئو های آموزشی در اینجا نشان داده است.

نظرات کاربران

افزودن نظر