|
نگارش یافته توسط Pouria
|
|
17 شهریور 1387 ساعت 08:47 |
چکيده :
USB يك مدار واسطه سريع و قابل انعطاف براي اتصال دستگاهها به كامپيوتر است. همه كامپيوترهاي امروزي حداقل يك جفت پورت USB دارند. اين پورت قابل استفاده توسط تمام ابزارهاي جانبي استاندارد از جمله صفحه كليد ، ماوس ، ديسك گردانها و حتي دستگاههاي تخصصي تر ، مي باشد. USB از ابتدا به منظور ايجاد رابطي راحت و آسان طراحي گرديده است كه در آن كاربر نياز به پيكربندي هاي سخت افزاري و نرم افزاري ندارد. به طور خلاصه ، USB با مدارهاي واسطه قبلي بسيار متفاوت است . يك دستگاه USB قادر است كه چهار نوع انتقال داده و سه نوع سرعت مختلف داشته باشد. در هنگام اتصال به كامپيوتر ، دستگاه بايد به درخواستهايي پاسخ دهد كه بوسيله آنها كامپيوتر، دستگاه را شناخته و آماده تبادل داده با آن مي شود. همه دستگاهها بايد بر روي كامپيوتر داراي راه اندازي باشند كه به عنوان پلي بين برنامه كاربردي و سخت افزار USB عمل مي كند.
1- مقدمه
مطالعه در زمينه سخت افزارهاي كامپيوتر معمولاً مستلزم داشتن اطلاعات قبلي در اين زمينه است. هر نوآوري در اين صنعت بايد قابل تطبيق با پديده هايي باشد كه قبل از آن آماده اند. اين مسئله هم در مورد كامپيوترها و هم در مورد وسايل جانبي آنها صدق مي كند. حتي وسايل جانبي اي كه به نوبة خود انقلابي را در زمينه سخت افزار ايجاد كرده اند، بايد از رابطهايي استفاده كنند كه كامپيوترها از آنها پشتيباني كنند.
اما اگر امكان طراحي يك رابط وسايل جانبي را داشته باشند ، چه نكات و خصوصياتي را مد نظر قرار خواهيد داد. در اينجا فهرستي از آنچه كه ممكن است مورد نظر شما باشد آورده شده است :
كاربرد راحت : به گونه اي كه نيازي به آشنايي با جزئيات نصب نخواهيم داشت .
سرعت : به گونه اي رابط باعث پائين آمدن سرعت ارتباط نشود.
قابليت اعتماد : به گونه اي كه خطاها كاهش يابد و امكان اصلاح خودكار خطاهايي كه اتفاق مي افتد وجود داشته باشد.
قابليت تطبيق: به گونه اي كه انواع مختلفي از وسايل جانبي بتوانند از اين رابط استفاده كنند
ارزانقيمت : به گونه اي كه كاربران (و كارخانه هايي كه از اين رابط براي توليدات خود بهره مي برند ) متحمل هزينه زيادي نشوند.
صرفه جويي در مصرف انرژي: به منظور كاهش مصرف باتري در كامپيوترهاي قابل حمل .
شناخته شده توسط سيستم عامل: به گونه اي كه ارتقا دهندگاني كه از اين رابط براي ارتباط با وسيله جاني خود استفاده مي كنند مجبور به نوشتن راه اندازهايي نزديك به زبان ماشين نباشند. خبر خوب آنكه شما مجبور به ايجاد اين رابط ايده آل نيستنيد چون طراحان (USB) اين كار را براي شما انجام داده اند. طراحي USB از ابتدا بر اساس اين بوده كه بتواند رابطي باشد آسان با توانايي ارتباط موثر با همه انواع وسايل جانبي و به دور از محدوديتهايي كه در رابطهاي كنوني وجود دارد. همه كامپيوترهاي جديد داري يك جفت پورت USB هستند كه به منظور ارتباط با صفحه كليد ، ماوس ، اسكنر ، چاپگر ، و يا هر نوع سخت افزار استاندارد ديگر ايجاد شده اند. هاب هاي ارزانقيمت موجود اين امكان را فراهم مي كند كه به هر تعداد كه مايل باشيد وسيله جانبي USB را به اين پورت متصل كنيد.
2- آنچه USB مي تواند انجام دهد
وقتي كامپيوتر شما مي خواهد با خارج از دنياي خود ارتباط برقرار كند يكي از مناسبترين روشها استفاده از USB است. اين رابط قابليت استفاده در دستگاههاي كوچك و بزرگ را داراست.
موفقيت يك رابط در گرو رضايت دو گروه از آن است . گروه اول كاربرهايي هستند كه از وسايل جانبي استفاده مي كنند و گروه دوم ارتقا دهندگاني كه وظيفه طراحي سخت افزار و كدهاي USB را دارند. USB داراي ويژگيهايي است كه اين دو گروه را راضي مي كند .
- كاربرد راحت
بزرگترين هدف از طراحي USB ، ايجاد رابطي با كاربردي راحت بوده است و حاصل آن رابطي است كه به علتهاي زيادي استفاده از آن مقبول واقع شده است.
- يك رابط براي همه دستگاهها
USB مي تواند براي ارتباط با همه نوع وسيله جانبي مورد استفاده قرار گيرد. به جاي داشتن كانكتورهاي مختلف و سخت افزارهايي كه فقط يك نوع وسيله جانبي را پشتيباني كنند ، از يك رابط براي همه وسايل جانبي استفاده مي كنيم.
- پيكربندي خودكار
هنگامي كه كاربر وسيله جانبي USB را به سيستم خود متصل مي كند ، ويندوز به طور خودكار آن را پيدا كرده و راه انداز مربوط آن را بارگزاري مي كند. هنگامي كه براي اولين بار يك وسيله را به كامپيوترمان متصل مي كنيم ، ممكن است ويندوز به ما پيغام دهد كه ديسكتي كه شامل راه انداز آن دستگاه مي باشد را درون دستگاه قرار دهيم ، اما در بقيه مواقع ، نصب به صورت خودكار انجام مي شود و ما مجبور نيستيم كه برنامه setup را اجرا كنيم و يا كامپيوتر را براي استفاده از آن وسيله جانبي restart كنيم.
- به دور از تنظيمات كاربر
وسايل جانبي USB امكان تنظيماتي از قبيل آدرس پورت ها و يا خطوط درخواست وقفه (IRQ) را به كاربر نمي دهد . تعداد خطوط IRQ در يك كامپيوتر محدود است و عدم اجبار به تخصيص يك خط به وسيله جانبي خاص ، خود مي تواند يك دليل كافي براي استفاده از USB باشد.
- آزاد كردن منابع سخت افزاري براي وسايل جانبي ديگر
استفاده از USB اين امكان را فراهم مي كند كه خطوط IRQ براي ديگر وسايل جانبي كه نياز به استفاده از آن دارند ، آزاد شود. در كامپيوتر يك سري از آدرس پورت ها و يك خط IRQ براي رابط USB اختصاص داده مي شود اما در عوض هر وسيله جانبي كه از رابط USB استفاده مي كند ديگر احتياج به منبع سخت افزاري اضافي نخواهد داشت. توجه كنيد كه ، هر وسيله جانبي غير از USB نياز به يك آدرس پورت و معمولاً يك خط IRQ و احياناً يك كارت توسعه دهنده دارد
- اتصال راحت
براي استفاده از USB احتياجي به باز كردن كامپيوتر براي اضافه كردن كارت هاي توسعه دهنده نيست. هر كامپيوتر حداقل داراي دو پورت USB است كه شما مي توانيد تعداد آنها را با متصل كردن هاب ها به پورت هاي موجود تا تعداد دلخواه افزايش دهيد . هر هاب داراي تعدادي پورت براي متصل كردن وسيله جانبي و يا هاب هاي ديگر مي باشد.
- سادگي كابل
كانتكتورهاي كابل USB طوري ساخته شده اند كه اتصال اشتباه آنها امكان پذير نيست. كابل ها مي توانند تا 5 متر طول داشته باشند و يا حتي از طريق هاب دستگاهها مي توانند تا 30 متر از كامپيوتر فاصله بگيرند. شكل مورد نظر كانكتورهاي USB را نشان مي دهد كه در كنار كانكتورهاي پورت RS-232 و پورت موازي ديده مي شوند و ديده مي شود كه در مقابل آنها چقدر كوچك و ظريف مي باشند . براي اتصال از عملكرد صحيح ، كابل ها در مرجع خصوصيات USB ويژگيهايي كه بايد كابل ها و كانكتورها داشته باشند ، آمده است.
- سرعت
USB سه سرعت متفاوت را براي باس پشتيباني مي كند : سرعت خيلي بالا با 480 مگابيت در هر ثانيه سرعت بالا با 12 مگابيت در هر ثانيه و سرعت پائين با 5/1 مگابيت در هر ثانيه. همه كامپيوترها سرعتهاي پائين و بالا را پشتيباني مي كنند. سرعت خيلي بالا در نسخه 20 مرجع USB اضافه شده است و به سخت افزارها سازگار با USB نسخه 2 در روي مادربرد يا كارت توسعه دهنده احتياج دارد.
اين سرعتها ، سرعت انتقال بيت روي باس است و نرخ انتقال داده مفيد كمتر از اين حد مي باشد علاوه بر داده ، باس بايد اطلاعات ديگري از قبيل بيت هاي وضعيت ، كنترل و سيگنال هاي بررسي خطا را نيز عبور دهد. بعلاوه ممكن است چندين وسيله جانبي از يك باس مشترك استفاده كنند. ماكزيمم نرخ تئوري براي انتقال سيگنال حدود 53 مگابايت در هر ثانيه براي سرعت خيلي بالا و حدود 2/1 مگابايت در هر ثانيه براي سرعت بالا و 800 بايت در هر ثانيه براي سرعت پائين است.
- قيمت پائين
در حاليكه USB پيچيده تر از رابطهاي قبلي است ولي تجهيزات و كابل هاي آن ارزانقيمت هستند. دستگاهي كه از رابط USB استفاده مي كند از نظر قيمت برابر يا ارزانتر از دستگاههاي است كه از رابطهاي قديمي تر استفاده مي كنند . براي وسايل جانبي خيلي ارزان ، انتخاب سرعت پائين باعث مي شود كه احتياج سخت افزارهاي دقيق نداشته و به اين ترتيب قيمت بيش از پيش كاهش ميابد.
3- تاريخچه
براي اينكه دلايل ايجاد USB را بفهميد ، دانستن كمي از تاريخچه آن به شما كمك خواهد كرد. مهمترين دليلي كه مدارهاي واسط جديد خيلي زياد تغيير نمي كنند وجود واسطهايي است كه وسايل جانبي موجود با استفاده از آنها ساخته شده اند و در صورت حذف آنها وسايل جانبي نيز از رده خارج خواهند شد. همچنين استفاده از واسطهاي موجود باعث صرفه جويي در زمان براي طراحي هاي جديد خواهد شد. به اين دليل است كه طراحان IBM PC خودشان را سازگار با واسط موازي و مدار واسط سريال پورت RS-232 نگه داشته اند. در دو دهه گذشته ثابت شده است كه اين مدارهاي واسط قديمي باعث برقراري كند و خسته كننده ارتباطات مي شوند.
4- USB2.0
يك گام بزرگ در انقلاب USB نسخه 2 آن بود كه در آن ويژگي براي پشتيباني از اتصالهاي سريعتر اضافه شد. در اين نسخه مشخص شده است كه امكان انتقال داده تا 40 برابر سرعت بالا در نسخه 1/1 امكان پذير است. به اين ترتيب باسي با سرعت 480 مگابيت در ثانيه خواهيم داشت. اين موضوع USB را براي استفاده وسايل جابني نظيرچاپگر ها ، اسكنرها ، درايوها و ويدئوها جالب كرد.
USB نسخه 2 همچنين با USB نسخه 1/1 سازگار است. وسايل جانبي نسخه 2 مي توانند از همان كانكتورهاي 1/x استفاده كنند. به منظور استفاده از سرعت جديد ، وسايل جانبي بايد به ميزبان و هاب هاي سازگار با نسخه 2 متصل شوند. ميزبان و هاب هاي 2 مي توانند همچنين با وسايل جانبي 1/x ارتباط برقرار كنند. اين مساله طراحي هاب ها را پيچيده تر مي كند اما استفاده مناسبي از زمان باس را بدون نياز به هاب هاي با سرعت مختلف ممكن مي سازد.
5- USB3.0
مرکز تحقيقات "SuperSpeed" به عنوان گروه ارتقاء دهنده تکنولوژي USB در انجمن هاي مربوط به توسعه دهندگان اينتل اعلام کرد USB 3.0 از نظر سرعت و کارآيي بهبود چشمگيري خواهد داشت.
آنها اميدوارند به اين طريق وسايل سخت افزاري ما براي حداقل مدت 5 سال آينده بدون نگراني از بابت سرعت با يکديگر ارتباط برقرار نمايند.USB 3.0 هماهنگي و تطابق کاملي با نمونه قبلي خود يعني USB 2.0 خواهد داشت که با شعار "High Speed" قبلآ ارائه شده است.
دو هدف اصلي از ساخت SuperSpeed USB عبارتند از افزايش سرعت انتقال اطلاعات به مقدار ده برابر فعلي، يعني از سرعت 480-Mbits/s در USB 2.0 به سرعت 4.8 Gbits/s در USB 3.0 . بدين ترتيب مي توانيد يک فيلم 27 گيگابايتي با کيفيت HD را در مدت زمان 70 ثانيه به تجهيز پورتال خود منتقل نماييد. در حال حاضر با کمک فناوري USB 2.0 اين امر 15 دقيقه به طول خواهد انجاميد. هدف ديگر از ساخت SuperSpeed USB آن است که نيازي به تغيير اندازه و يا شکل ظاهري پورت هاي USB کنوني نباشد و کانکتورهاي اتصال همانند نمونه هاي فعلي آن باشند.
6- USB در برابر IEEE-1394
مدار واسط مهم ديگري كه براي وسايل جانبي جديد انتخاب مي شود IEEE-1394 است. با اينكه IEEE-1394 سريعتر و قابل انعطاف تر است ولي بسيار گرانتر مي باشد. IEEE-1394 براي ويدئو و ديگر اتصالاتي كه در آنها سرعت ، حياتي است مفيد مي باشد. USB نيز براي كاربرد ابزارهاي جانبي معمول از قبيل صفحه كليدها ، چاپگر ها ، اسكنرها ، و راه اندازهاي ديسك با سرعت پائين يا متوسط و قيمت متعادل مناسب مي باشد. براي بسياري از ابزارها ، هر دو رابط پاسخگو مي باشد.
در USB يك كنترل كننده ميزبان با بسياري از وسايل جانبي ارتباط برقرار مي كند. به اين دليل كه ميزبان بسياري از وظايف مشكل خود را انجام مي دهد و سايل جانبي مي توانند ساده و ارزانقيمت تمام شوند. IEEE-1394 از مدل نظير به نظير كه در آن وسايل جانبي قادرند به صورت مستقيم با هم ارتباط برقرار كنند نيز پشتيباني مي كند. همچنين يك ارتباط مي تواند چندين گيرنده داشته باشد و نتيجه آن مدار واسط قابل انعطاف تر و در عين حال وسايل جانبي پيچيده تر و گران تر خواهد بود.
IEEE-1394 با سرعت 400 مگابايت در هر ثانيه 30 بار سريعتر از 12 مگابايت در ثانيه مربوط به USB نسخه 1/x مي باشد . همان طور كه USB در نسخه 2 افزايش يافت IEEE-1394 نيز در نسخة جديد خود ، IEEE-1394 سرعت را زياد كرد و به 2/3 گيگابايت در هر ثانيه رساند كه تقريباً شش برابر سريعتر از نسخه 2 مربوط به USB با سرعت 480 مگابايت در هر ثانيه مي باشد.
7- اجزا
قسمتهاي فيزيكي USB شامل مدارها ، كانكتورها و كابل هاي رابط ميان ميزبان ، و دستگاههاي ديگر مي شوند . ميزبان يك كامپيوتر يا كامپيوتري است كه شامل دو چيز مي باشد : كنترلر ميزبان
و هاب ريشه . اين دو با هم كار مي كنند. تا سيستم عامل قادر شود با وسيله جانبي كه روي باس قرار گرفته ارتباط برقرار كند. كنترلر ميزبان، داده ها را به فرمت قابل انتقال به روي باس تبديل مي كند و از طرفي اطلاعات دريافتي را به داده قابل فهم توسط سيستم عامل ترجمه مي كند. كنترلر ميزبان همچنين كارهاي ديگري را نيز كه مربوط به مديريت هاب ريشه ، متصل شدن يا قطع شدن دستگاهها را تشخيص مي دهد ، خواسته هاي كنترلر ميزبان را انجام مي دهد و اطلاعات را بين دستگاهها و كنترلر رد و بدل منتقل مي كند.
دستگاهها شامل وسايل جانبي و هاب هايي است كه به باس متصل مي شوند. هاب داراي يك يا چند پورت براي اتصال دستگاههاست. هر دستگاه بايد داراي مدارها و كدهايي باشد كه معلوم كند كه چگونه با ميزبان ارتباط برقرار مي كند. در مرجع خصوصيات USB كابل ها و كانكتورهايي كه بايد دستگاهها را به هاب ها متصل كنند تعريف شده اند.
8- ساختار USB
ساختار يا نحوه اتصالات باس به صورت رديفهاي ستاره اي است . در مركز هر ستاره يك هاب وجود دارد . در هر طرف از ستاره يك دستگاه نصب مي شود كه به يك پورت از هاب متصل مي گردد. دستگاه ممكن است يك هاب ديگر يا وسيله جانبي باشد. تعداد نقاط هر يك از ستاره ها مي تواند با توجه به نوع هاب متفاوت باشد. هاب هاي موجود داراي دو ، چهار يا هفت پورت هستند. وقتي كه چندين هاب پشت سر هم باشند مي توانيد تصور كنيد كه در يك رديف پشت سر هم قرار گرفته اند. هنگام ارتباط با دستگاه USB نه ميزبان و نه دستگاه متوجه نمي شوند كه ارتباط به واسطه يك هاب انجام شده يا اينچ هاب هاب ها به صورت خودكار اين موضوع را مديريت مي كنند.
همه دستگاههايي كه روي باس هستند داراي يك راه ارتباطي مشترك با كامپيوتر ميزبان هستند. در هر لحظه تنها يكي از دستگاهها مي تواند با ميزبان ارتباط برقرار كند. براي افزايش پهناي باند بايد با اضافه كردن يك كارت توسعه دهنده كه داراي كنترلر ميزبان و هـــــاب ريشه است يك ارتباطي ديگر به كامپيوتر خود ايجاد كنيد. كارت هاي توسعه دهنده اي با چندين كنترلر ميزبان نيز موجود هستند.
9- پورت چيست؟
حال موقع آن است كه در مورد پورت در ارتباط با USB توضيح بيشتري بدهيم يك پورت USB از برخي جهات با پورت سريال و موازي كامپيوتر متفاوت است. پورت هاي كامپيوتري مكان ها قابل آدرس دهي هستند كه براي اضافه كردن مدارها به كامپيوتر مورد استفاده قرار مي گيرند. معمولاً اين مدارها به يك كانكتور ختم مي شوند كه توسط يك كابل ، وسيله جانبي مانند صفحه كليد ، صفحه نمايش يا چاپگر را به كامپيوتر وصل مي كنند. بعضي مواقع وسيله جانبي به صورت سخت افزاري به پورت متصل مي شود. در اين حالت نرم افزارهاي نوشتن و خواندن به آدرس پورت ، آن را كنترل مي كند. حافظه كامپيوتر نيز مكانهــــــاي قابل آدرس دهي است اما CPU توسط مكانيسم متفاوتي به حافظه دسترسي مي يابد. در كامپيوتر بيشتر آدرس هاي حافظه فقط به باس داده سيستم متصل مي شوند نه به مدارهاي وسيله جانبي ديگر.
پورت هاي USB با بسياري از پورت هاي ديگر متفاوت هستند چون همه پورت هاي موجود روي باس داراي يك مسير داده مشترك به سمت ميزبان هستند. در رابط سريال RS-232 هر پورت از بقيه پورت ها مجزا است . اگر دو پورت RS-232 داشته باشيد هر كدام مسير داده مخصوص به خود دارند و هر كابل ، دادة مربوط به خود را حمل مي كند نه داده پورت ديگر را به اين ترتيب دو تريب دو پورت مي توانند داده ها را به طور همزمان بفرستند و يا بگيرند.اما در USB موضوع فرق مي كند. هر كنترلر ميزبان يك مسير داده را پشتيباني مي كند. هر كانكتور يك پورت USB را روي باس ارائه مي دهد اما بر خلاف RS-232 همه دستگاهها در زمان موجود مشترك هستند بنابراين حتي اگر چندين پورت داشته باشيم. هر كدام به همراه كانكتور و كابل هاي ارتباطي مجزا ، فقط يك مسير داده به سمت ميزبان خواهد داشت و فقط داده هاي يك دستگاه يا ميزبان مي تواند در يك لحظه انتقال يابد با اين وجود ممكن است كه ميزبان از چندين كنترلر USB پشتيباني كند كه به اين ترتيب هر كدام مسير داده مربوط به خود را خواهند داشت. رابطهايي همچون SCSI,IEEE نيز مانند USB داراي يك مسير داده مشترك هستند.
10- اجزاي يك اتصال
وسيله جانبي USB همه چيزهايي كه در زير ذكر مي شود را لازم دارد :
• يك تراشه كنترلي كه داراي رابط USB باشد .
• كدهاي وسيله جانبي براي انجام دادن ارتباطات USB
• سخت افزار و كدهايي كه وسيله جانبي براي انجام دادن بقيه وظايف خود لازم دارد.
• ميزباني كه USB را پشتيباني مي كند
• نرم افزار راه انداز دستگاه كه روي ميزبان نصب شده باشد و ارتباط نرم افزار كاربردي را با وسيله جانبي ممكن سازد.
اگر وسيله جانبي از نوع استانداردي كه سيستم عامل آن را پشتيباني مي كند نباشد ميزبان بايد نرم افزار كاربردي داشته باشد كه امكان دسترسي كاربر را به وسيلة جانبي ايجاد كند. براي وسايل جابني استاندارد مثل ماوس يا صفحه كليد احتياج به نرم افزار كاربردي ويژه اي نداريد( هرچند كه ممكن است بخواهيد نرم افزاري براي تست كردن آنها ايجاد كنيد)
11- اصول انتقال
ارتباطات USB ر ا مي توان به دو گروه تقسيم كرد. ارتباطاتي كه در هنگام پيكربندي و تنظيم دستگاه استفاده مي شود و ارتباطاتي كه با برنامه كاربردي به منظور انجام وظيفه دستگاه صورت مي پذيرند. در ارتباط از نوع پيكربندي ، ميزبان دستگاه را مي شناسد و با آن اقدام به تبادل اطلاعات مي كند. بيشتر اين ارتباطات در هنگام سرشماري دستگاه در زمان روشن شدن يا اتصال دستگاه صورت مي گيرد. ارتباط از نوع برنامه كاربردي وقتي صورت مي گيرد كه ميزبان مي خواهد اطلاعات مورد نياز برنامه كاربردي را دريافت كند. اين ارتباط باعث مي شود كه دستگاه وظايف خود را انجام دهد. به عنوان نمونه براي صفحه كليد ، ارتباط از نوع برنامه كاربردي ، فرستادن اطلاعات ، فشرده شدن يك كليد به ميزبان است كه بايد در برنامه كاربردي نمايش داده شود.
11-1 ارتباطات پيكربندي
در طول مرحله سرشماري، برنامه تراشه بايد به يك سري از خواسته هاي استاندارد ميزبان پاسخ دهد . دستگاه بايد خواسته را تشخيص دهد. اطلاعات خواسته شده را بفرستند و اعمال ديگري را كه مربوط به آن خواسته است انجام دهد.
در كامپيوتر ، ويندوز سرشماري را انجام مي دهد. و برنامة خاصي براي كاربر وجود ندارد. ويندوز براي انجام دادن سرشماري احتياج به دو فايل INF كه محل و نام راه انداز دستگاه را مشخص مي كند و خود راه انداز دستگاه اگر اين فايل ها موجود باشد. مرحله سرشماري از ديد كاربران پنهان خواهد بود.
بسته به دستگاه و كار آن ، راه انداز دستگاه ممكن است در ويندوز موجود باشد يا توسط سازنده دستگاه ارائه شده . فايل INF يك فايل متني است كه شما مي توانيد با توجه به نمونه اي كه توسط سازندگان راه انداز ارائه مي شود. آن را ويرايش كنيد.
11-2 ارتباطات برنامه كاربردي
بعد از آنكه ميزبان اطلاعات مربوط به سرشماري را تبادل كرد و راه انداز دستگاه با بارگزاري شده ، ارتباطات برنامه كاربردي مي توانند وارد عمل شوند. در سمت ميزبان برنامه هاي كاربردي مي توانند از تابعهاي استانداردAPI براي ويندوز جهت نوشتن و خواندن در دستگاه استفاده كنند و در سمت دستگاه ، اطلاعاتي كه مي شود و پس از كامل كردن عمل انتقال تراشه USB قرار مي گيرد. اطلاعات رسيده از بافر دريافت تراشه ها خوانده مي شود و پس از كامل كردن عمل انتقال، اطمينان حاصل مي شود كه دستگاه براي انتقال بعدي آماده است بيشتر دستگاهها احتياج به برنامه اي براي پشتيباني كردن خطاها و اتفاقهاي ديگر را نيز دارند.
12- مديريت داده روي پورت
دو خط سيگنال USB ، داده ها را به دستگاه هاي روي باس انتقال داده يا از آنها دريافت مي كنند. اين خطوط يك مسير انتقالي را ايجاد مي كنند كه بايد براي همه دستگاهها مشترك باشد .برخلاف RS-232 كه داراي خط tx براي انتقال داده در يك جهت و خط Rx بر روي انتقال در جهت مخالف است ،جفت سيم USB توانايي ارسال داده در دو جهت مخالف را داراست.
ميزبان وظيفه دارد كه انتقالها را تا حد ممكن سريع انجام دهد. ميزبان براي مديريت ترافيك از تقسيم كردن زمان به بخشهايي كه فريم يا در سرعت خيلي بالا ميكروفريم ناميده مي شود ، استفاده مي كند. به هر انتقال بخشي از فريم و يا ميكروفريم اختصاص داده مي شود. براي داده هاي با سرعت پائين و بالا هر فريم 1 ميلي ثانيه است. براي سرعت خيلي بالا ميزان هر فريم هر فريم را به هشت قسمت 125 ميكروثانيه اي تقسيم مي كند كه ميــــــكروفريم ناميده مي شود. هر فريم يا ميكرو فريم با مرجع زماني آغاز فريم شروع مي شود. هر انتقال از يك يا چند ترنزكشن تشكيل مي يابد. انتقالهاي كنترلي هميشه بيشتر از يك ترنزكشن دارند اما در انتقالهاي ديگر در مواقعي كه طول داده به اندازه اي است كه در يك ترنزكشن جاي نمي گيرد از چند ترنزكشن براي كامل كردن ارسال داده استفاده مي شود. بسته به اينكه ميزبان چگونه ترنزكشن ها را قرار دهد و همچنين سرعت پاسخ دادن دستگاه يك ترنزكشن انتقال ممكن است يك فريم يا ميكروفريم باشد يا به چند (ميكرو) فريم تقسيم شود.
چون همه انتقالها از يك خط داده مشترك استفاده مي كنند ، ترنزكشن بايد شامل آدرس دستگاه باشد .هر دستگاهي داراي آدرس منحصر به فرد است كه توسط ميزبان به آن داده شده است و همه انتقالات توسط اين آدرس مشخص مي شود . هر ترنزكشن با فرستاده شدن قالبي از داده كه شامل آدرس دستگاه گيرنده و همچنين آدرس يك محل خاص به نام اندپوينت بر روي دستگاه است ، آغاز مي شود. هر چيزي كه دستگاه مي فرستد در پاسخ به خواسته رسيده از ميزبان براي انتقال اطلاعات يا وضعيت مي باشد.
13- انواع انتقال
USB براي كار با همه انواع وسايل جانبي با نيازها ، نرخ انتقال ، زمان پاسخ وخطايابي هاي متفاوت طراحي شده است. چهار نوع انتقال داده هر كدام نيازهاي متفاوتي را برآورده مي كنند و هر دستگاه نحوه انتقالي را كه بهترين تطابق را با اهدافش دارد انتخاب مي كند.
13-1 انتقال كنترلي
تنها نوعي است كه در مرجع خصوصيات USB كاربرد و وظايف خاصي برايش تعريف شده است . اين انتقال ميزبان را قادر مي سازد كه اطلاعات مربوط به دستگاه را دريافت كند ،آدرس دستگاه را تنظيم نمايد ، پيكربندي را انتخاب كند يا تنظيمات ديگري را انجام دهد. همة دستگاههاي USB بايد از انتقالي كنترلي پشتيباني كنند.
13-2 انتقال توده اي
براي انتقالاتي مناسب است كه در آنها نرخ انتقال ثابت ، مهم نيست مانند فرستادن يك فايل به سمت چاپگر و يا گرفتن داده از يك اسكنر. در اين دسته كاربردها ، انتقال سريع اطلاعات مناسب است در صورت لزوم داده ها مي توانند مدتي صبر كنند. اگرباس توسط انتقالات ديگري كه در آنها نرخ انتقال ضمانت شده است خيلي مشغول باشد ، انتقالات توده اي بايد منتظر بمانند. اما اگر باس خالي باشد اين نحوه انتقال بسيار سريع خواهد بود. فقط دستگاههاي با سرعت بالا و خيلي بالا مي توانند از اين نوع انتقال باشند . براي دستگاهها الزامي نيست كه از اين نحوه انتقال پشتيباني كنند. اما ممكن است اين نوع انتقال در يك كلاس دستگاه خاص مورد نياز باشد.
13-3 انتقال وقفه اي
براي دستگاههايي است كه بايد با ميزبان يا دستگاه به صورت دوره اي ارتباط برقرار كنند علاوه بر انتقال كنترلي انتقال وقفه اي تنها مسير براي دستگاههاي سرعت پائين براي فرستادن داده ها است. صفحه كليد و ماوس براي فرستادن اطلاعات مربوط به فشرده شدن كليد يا حركت ماوس از انتقال وقفه اي استفاده مي كنند. اين انتقال در هر سرعتي قابل استفاده است وبراي دستگاهها الزامي نيست كه از اين نحوه انتقال پشتيباني كنند ، اما ممكن است نوع انتقال در يك كلاس دستگاه خاص مورد نياز باشد.
13-4 انتقال همزمان
در انتقال همزمان زمان ضمانت مي شود اما خطايابي نخواهيم داشت. داده هايي كه ممكن است از انتقال همزمان استفاده كنند شامل فايل هاي صوتي هستند كه بايد بلادرنگ پخش شوند. اين انتقال تنها نوع انتقال است كه در آن ارسال دوباره داده هاي رسيده اي كه داراي خطا هستند ، پشتيباني نمي شوند . پس بايد از اين خطاهاي احتمالي صرفنظر كرد. تنها دستگاههاي سرعت بالا و خيلي بالا مي توانند انتقال همزمان انجام دهند. دستگاهها الزامي نيست كه از اين نحوه انتقال پشتيباني كنند اما ممكن است كه در يك كلاس دستگاه خاص اين نوع انتقال مورد نياز باشد.
14- شرح يك انتقال
وقتي كه راه انداز دستگاه در كامپيوتر ميزبان قصد برقراري ارتباط با دستگاه را دارد ، يك انتقال را آغاز مي كند . در مرجع خصوصيات ، انتقال به عنوان يك پروسه كه در آن خواسته هايي ايجاد و اجرا مي شود مطرح گشته است. يك انتقال ممكن است خيلي كوچك باشد مثل فرستادن چند بايت داده يا خيلي بزرگ مثل انتقال محتويات يك فايل بزرگ.
عموماً يك برنامه كاربردي تحت ويندوز از تابع هاي استاندارد API براي بازكردن مسير ارتباطي با دستگاه استفاده مي كند. براي شروع انتقال برنامه كاربردي با فراخواني يك API از راه انداز دستگاه درخواست يك انتقال مي كند. برنامه كاربردي ممكن است درخواست داده از دستگاه داده درخواست كند يا داده هايي را براي فرستادن به دستگاه آماده سازد. درخواست برنامه كاربردي ممكن است فرستادن محتويات فايل data.txt مـــــــوجود بر روي ميزبان» يا «گرفتن محتويات رجيستر Report موجود بر روي دستگاه» باشد.
هنگامي كه برنامه كاربردي درخواست انتقالي را دارد ، سيستم عامل آن خواسته را به راه انداز دستگاه مربوطه انتقال مي دهد و راه انداز به همين ترتيب آن را به راه انداز سيستم سطح پائين تر و كنترلر ميزبان مي فرستد. در ادامه كنترلر ميزبان انتقال خواسته شده را انجام مي دهد. در بعضي مواقع راه انداز طوري برنامه ريزي مي شود كه انتقالهاي متوالي را انجام دهد ، و برنامه كاربردي نيز داده هاي رسيده را خوانده و يا داده هايي را كه بايد فرستاده شوند ، آماده مي كند ، ديگر انتقالها ، از جمله انتقالهاي مرحله سرشماري توسط سيستم عامل به منظور تشخيص دستگاه انجام مي شوند.
15- نتيجه
هدف USB خاتمه بخشيدن به تمام موارد و مشکلات موجود در زمينه بخدمت گرفتن تجهيزات جانبي در کامپيوتر است .USB يک روش آسان و استاندارد را براي اتصال 127 دستگاه به کامپيوتر، فراهم مي کند. هر دستگاه مي تواند شش مگابيت در ثانيه پهناي باند داشته باشد. پهناي باند فوق براي اکثر دستگاههائي که مي خواهيم به کامپيوتر متصل نمائيم ، مناسب خواهد بود.
اکثر تجهيزات جانبي که جديدا" توليد مي گردند، داراي يک پورت USB مي باشند. چاپگر، اسکنر، موس، دوربين هاي ديجيتال، دوربين هاي وب ،مودم، بلندگو، تلفن، رسانه هاي ذخيره سازي، اتصالات شبکه و ... نمونه هائي از اين نوع دستگاهها مي باشند.
اتصال يک دستگاه USB به کامپيوتر ساده است . کانکتورهاي USB را مي توان در پشت سيستم مشاهده و در ادامه کانکتور USB را به آنها متصل کرد. در صورتيکه 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 کرد.اغلب دستگاههاي USB بهمراه کابل اختصاصي خود ارائه مي گردند .
اغلب کامپيوترهاي جديد بهمراه يک و يا بيش از يک سوکت USB ارائه مي گردند. با توجه به وجود دستگاههاي متعدد که داراي پورت USB مي باشند، مي توان بسادگي دستگاه مورد نظر را ازطريق پورت USB به يکي از سوکت هاي USB کامپيوتر متصل نمود.مثلا" مي توان به کامپيوتر يک چاپگر USB ، يک اسکنر USB ، يک دوربين وب USB و يک کارت شبکه USB را متصل نمود.
16- منابع :
1) مجلة ايران جوان
صاحب امتياز : سازمان خبرگزاري جمهوري اسلامي
2) خود آموز جامع كامپيوتر
ترجمه و تأليف : مهندس مهتا خادم
ناشر : انتشارات جهاد
3) كامپيوتر تأليف ايزاك آسيموف
ترجمه : جمشيد خوش آموز ناشر : چاپخانة گلستان قم
4) كامپيوتر دستگاه حيرت انگيز ساخت انسان
تأليف : ريچارد .ب. راش ترجمه : هادي غلامي شعاع ناشر : بنگاه ترجمه و نشر كتاب
نويسنده : دکتر حميد حسن پور
|
صفحه اصلي
انجمنهاي گفتگو 
فروشگاه آنلاين 
