بررسی یو‌ اس‌ بی

بررسی یو‌ اس‌ بی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه کامپیوتر

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

بررسی یو‌اس‌بی‌

USB Overview

۱- مقدمه

مقاله جاری نسبت به تحلیل و بررسی مشخصات اصلی درگاه فراگیر سریال (USB) اقدام می‌نماید.

۲- مخفف‌ها و سر نام‌ها

این بخش اختصاراتی که در طی این مقاله استفاده شده است، را  فهرست و تعریف می‌کند.

  اسم                               توضیح

API                                  رابط برنامه کاربردی

b/s                                    بیت بر ثانیه

B/s                                    بایت بر ثانیه

EHCI                               رابط بهبودیافته‌کنترل‌کننده میزبان[هاست]

HID                                  دستگاه رابط انسانی

Kb/s                                 کیلوبایت بر ثانیه

Mb/s                                 مگابایت بر ثانیه

OHCI                               رابط کنترلی میزبان در دسترس

OS                                     سیستم عامل

OTG                                  بسیار درگیر

UHCI                                 رابط کنترلی میزبان فراگیر

USB                                   درگاه[باس] فراگیر سریال

USB-IF                            فرم مجریان USB

بررسی یو‌ اس‌ بی

۳- معرفی USB

USB (درگاه فراگیر سریال‌) یک توسعه صنعتی استاندارد در معماری کامپیوتر است،که جهت اتصال لوازم جانبی، به کامپیوتر به‌کار می‌رود. ایا ابزار در ابتدا بسال ۱۳۷۴، توسط شرکت‌های بزرگ صنعت ارتباطات و رایانه‌های ‌شخصی، ازجمله اینتل(Intel)، کامپک(Compaq)، مایکروسافت(Microsoft) و ان.ای.سی(NEC)گسترش یافت.USB برای برآورده کردن نیاز های متعددی توسعه یافته است که شامل موارد ذیل می‌باشد: در حالت کلی راه‌حلی ارزان وگسترده برای  اتصال وسایل جانبی، در حالت خاص نیاز به شماره گیری تلفن توسط کامپیوتر، روشی سهل الاستفاده و انعطاف‌پذیر در پیکربندی مجدد کامپیوتر و همچنین روشی برای اضافه کردن تعداد زیادی از وسایل جانبی بیرونی. استاندارد USB این نیازها را برآورده ‌می‌کند.

خصوصیات USB امکان اتصال حداکثر ۱۲۷ وسیله جانبی (شامل هاب‌ها) به سیستم، چه بر روی یک پورت یا پورت‌های متفاوت، را فراهم می‌کند.

USB همچنین از استاندارد اتصال آسان وسایل جانبی به کامپیوتر (Plug & Play) و تبادل‌ سریع پشتیبانی می‌کند.

استاندارد  USB 1.1  از هردو نوع انتقال داده به صورت همزمان[سنکرون] و ناهمزمان [آسنکرون] پشتیبانی می‌کند و سرعت انتقال داده در آن دو برابر است: ۵/۱مگابایت بر ثانیه برای وسایل USB کم سرعت و ۱۲ مگابایت بر ثانیه برای وسایل USB با سرعت کامل (که بسیار سریعتر از سریال پورت‌های ابتدائی می‌باشد). طول کابل‌های اتصال‌ به دستگاه به کامپیوتر می‌توانند حداکثر تا ۵ متر (۴/۱۶ فوت ) باشد. USB در وسایل کم مصرف دارای توزیع انرژی برق درونی ‌ می‌باشد و می‌تواند انرژی محدودی را (حداکثر ۵۰۰ میلی آمپر جریان) برای وسایلی که به درگاه[باس] متصل شده‌اند، تامین کند.

استاندارد USB2.0 از آهنگ سیگنال‌دهی ۴۸۰ مگابایت بر ثانیه معروف به ” پر سرعت” که ۴۰ بار سریعتر ازآهنگ انتقال تمام سرعت USB 1.1 می‌باشد، پشتیبانی می‌کند.

 USB 2.0 با USB 1.1 کاملا سازگار است و از کابل‌ها و اتصالات ‌موجود استفاده ‌می‌کند.

USB 2.0 از اتصال با وسایل جانبی کامپیوتر که کاربردگسترده‌تری دارند و نیازمند پهنای باند بیشتری می‌باشند، پشتیبانی میکند. به علاوه که تعداد بیشتری از وسایل جانبی را به طور همزمان می‌تواند اداره کند.

 USB 2.0 توانایی کاربررا در جهت کاربردهای گوناگون ارتقاء می‌دهد، ازجمله: بازی‌ محاوره‌ای، دستیابی به اینترنت با پهنای باند زیاد، نشر رومیزی و وب، سرویسهای اینترنت و کنفرانس.

بررسی یو‌ اس‌ بی

۴- مزایای USB

 USB دارای مزایای عمده زیر می‌باشد:

• اتصال خارجی، که راحتی استفاده را بحداکثر می‌رساند.

• شناخت خودکار لوازم جانبی که‌ از مسیردهی خودکار در جهت وظیفه درایور و پیکربندی پشتیبانی می‌کند.         

• وسایل جانبی با قابلیت پیکربندی دوباره و اتصال پویا

• مناسب برای وسایلی با پهنای باندی در محدوده چند کیلو بایت بر ثانیه تا چند صد مگا‌بایت بر ثانیه

• پشتیبانی‌از گونه‌های انتقال همزمان [سنکرون] و غیر‌همزمان [آسنکرون] دریک دسته سیم یکسان

• پشتیبانی از عملکرد همزمان چندین وسیله (اتصال‌های چندگانه)

• پشتیبانی از آهنگ انتقال داده تا ۴۸۰ مگابایت بر ثانیه (سرعت بالا) در USB 2.0 و ۱۲ مگابایت بر ثانیه (تمام سرعت) در USB 1.1

• پهنای باند مطمئن و تاخیر زمانی کم ؛ مناسب برای تلفن، صوت، و غیره. (ممکن است انتقال سنکرون تقریبا تمامی پهنای باند درگاه را اشغال کند.)

• انعطاف‌پذیری: پشتیبانی از دامنه گسترده اندازه پاکت‌ _بسته کوچک اطلاعات_ و دامنه گسترده سرعت انتقال داده

• توانایی : ساز و کار درونی مقابله با خطا و قطع و نصب پویای وسایل بدون هیچگونه تاخیر قابل مشاهده توسط کاربر

• بهینه شده برای یکپارچه‌سازی در وسایل جانبی و سخت‌افزار میزبان

• راه‌اندازی کم هزینه، در نتیجه مناسب برای توسعه وسایل جانبی کم هزینه

• کابل‌ها و اتصالات ارزان

• مدیریت و توزیع درونی انرژی برق

بدلیل این مزایا، USB در حال حاضر در بازارهای خارجی از مقبولیت برخودارمی‌باشد.

بررسی یو‌ اس‌ بی

۵- اجزاء USB

درگاه فراگیر سریال‌(USB) از اجزاء اصلی زیر تشکیل شده است:

میزبان USB : پایگاه میزبان USB جایی است که کنترل‌کننده میزبان USB نصب شده است و همچنین برنامه‌ راه انداز [درایور] نرم‌افزار یا دستگاه سرویس‌گیرنده اجرا ‌می‌شود.

کنترل‌کننده میزبان USB رابط بین میزبان و وسایل جانبی USB است. میزبان مسئول شناخت اتصال و انقطاع وسایل USB می‌باشد،وهمچنین ناظر کنترل و جریان داده بین میزبان و وسایل، تامین کننده انرژی برق برای وسایل متصل وچند چیز دیگرمی‌باشد.

هاب USB:یک دستگاه USB که امکان اتصال چندین وسیله USB به یک پورت USB منفرد بر روی هاست USB را فراهم می‌کند. هاب‌های روی مدار چاپی هاست‌ها، هاب اصلی نامیده می‌شود. دیگر هاب‌ها هاب‌های خارجی نامیده می‌شود.

تابع USB: یک دستگاه USB که می‌تواند داده‌ را ارسال یا دریافت کند و یا اطلاعات را بر روی درگاه کنترل نموده و یک تابع خاص را عملی سازد. یک تابع نوعاً به عنوان یک دستگاه جانبی مستقل تجهیز شده است که به یک پورت  بر روی هاب با استفاده از کابل متصل می‌شود. با این حال، امکان ایجاد یک دستگاه مرکب که بسته‌ای فیزیکی است که توابع چندگانه را تجهیز می‌کند و همراه با یک هاب ادغام شده با یک کابل یو.اس.بی مستقل می‌باشد، نیز وجود دارد. یک دستگاه مرکب بصورت یک ابزار یا چند ابزار غیر قابل برداشت برای میزبان بنظر می‌رسد ، که ممکن است دارای پورت‌هایی برای پشتیبانی از اتصال وسایل خارجی باشد.

بررسی یو‌ اس‌ بی

۶- جریان داده در وسایل USB

در حین عملکرد یک دستگاه USB، میزبان می‌تواند بین نرم‌افزار سرویس‌گیرنده و دستگاه یک جریان داده برقرار کند.

داده در هر زمان می‌تواند بین میزبان و فقط یک دستگاه منتقل شود (ارتباط اشتراکی). با این وجود، دو میزبان نمی‌توانند به طور مستقیم ارتباط برقرار کنند و این امر برای دو دستگاه USB (به استثنای ادوات OTG، که در آن یک وسیله به عنوان ارباب (هاست) و دیگری به عنوان برده عمل می‌کند) نیز صادق است.

بررسی یو‌ اس‌ بی

۷- تبادل داده در USB

استاندارد USB از دو نوع تبادل داده بین یک میزبان [هاست] و یک دستگاه پشتیبانی می‌کند: تبادل‌ داده تابعی و تبادل‌ کنترلی.

تبادل‌ داده تابعی برای انتقال داده از و به دستگاه استفاده می‌‌شود. سه نوع انتقال داده وجود دارد : دسته‌ای، وقفه‌ای و سنکرون یا همزمان.

تبادل‌ کنترلی برای شناسائی مشخصات دستگاه، نیاز‌های پیکربندی و پیکربندی دستگاه استفاده می‌‌شود، و همچنین می‌تواند برای دیگر اهداف ویژه دستگاه مورد استفاده قرارگیرد، از جمله  کنترل پایپ‌های دیگر بر روی دستگاه.

تبادل‌ کنترلی توسط پایپ کنترلی، عمدتاً پایپ اولیه ۰،که همیشه وجود دارد، انجام می‌گیرد. تبادل‌ کنترلی از یک مرحله مقدماتی (که در آن یک پاکت آماده‌سازی از هاست به دستگاه فرستاده می‌شود) یک مرحله اختیاری داده و یک مرحله وضعیت تشکیل شده است.

بررسی یو‌ اس‌ بی

۸- انواع انتقال داده در USB

دستگاه USB (تابع) به وسیله انتقال داده از طریق یک پایپ یا لوله بین بخش‌های حافظه موقت بر روی هاست و نقطه‌پایانی بر روی دستگاه با هاست ارتباط برقرار می‌کند. USB چهار نوع مختلف انتقال را پشتیبانی می‌کند. هر یک از این انواع برای نقطه‌پایانی خاص بر اساس نیازهای‌دستگاه و نرم‌افزار انتخاب می‌شوند. نوع انتقال نقطه‌پایانی خاص در توصیف‌گر نقطه‌پایانی مشخص ‌می‌شود.

USB یک واحد زمانی ا میلی‌ثانیه‌ای با نام فریم [چارچوب] در درگاه تمام سرعت یا کم سرعت و یک واحد زمانی ۱۲۵ میکرو ثانیه‌ای به نام میکرو فریم در درگاه‌های پر سرعت ایجاد می‌کند.

۱-۸ انتقال کنترلی

انتقال کنترلی عمدتاً برای پشتیبانی از پیکربندی،عملیات دستوری و وضعیتی بین نرم‌افزار در هاست و دستگاه، در نظر گرفته شده است.

این نوع انتقال برای وسایل کم‌سرعت، تمام‌سرعت و پر‌سرعت استفاده می‌شود.

هر ابزار  USBحداقل یک پایپ کنترلی دارد (پایپ اولیه)، که دستیابی به پیکربندی، وضعیت و اطلاعات کنترلی را فراهم می‌کند.

۸٫۲: انتقال سنکرون:

انتقال سنکرونی [هم‌زمان] بیشتر برای اطلاعات وابسته به زمان مانند: جریان‌های چند‌ رسانه‌ای و ارتباطات تلفن.

این نوع از انتقال می‌تواند توسط دستگاه‌های تمام-سرعت و پرسرعت استفاده شود ولی توسط وسایل کم سرعت نمی‌تواند استفاده شود.

انتقال سنکرونی دوره‌ای و متناوب است.

۸٫۳ انتقال وقفه‌ای

 انتقال وقفه‌ای برای وسایلی که مقدار داده کمی را به صورت غیر متناوب یا در  چارچوب‌های زمانی غیر هم‌زمان دریافت یا ارسال می‌کنند، در نظر گرفته شده است.

این نوع انتقال داده می‌تواند برای دستگاه‌های کم سرعت،تمام سرعت و پر سرعت استفاده شود.

انتقال وقفه‌ای یک دوره کاری حداکثر را فراهم میکند و در صورت وجودخطا در درگاه[باس] مرسوله در دوره بعدی دوباره امتحان می‌شود.

پایپ وقفه‌ای، مانند پایپ سنکرونی، یکسو و دوره‌ای است.

حداکثر اندازه پاکت برای نقاط‌انتهایی وقفه‌ای، می‌تواند ۸ بایت یا کمتر برای وسایل کم سرعت ؛۶۴بایت یا کمتر برای وسایل تمام سرعت ؛ و ۱۰۲۴ بایت یا کمتر برای وسایل پرسرعت  باشد.

۸٫۴ انتقال دسته‌ای

انتقال دسته‌ای نوعاً برای وسایلی که مقدار زیاد داده غیرحساس به زمان را منتقل می‌کنند و می‌توانند از هر نوع پهنای باند موجود استفاده کنند، مانند چاپگر‌ها و پویشگر‌ها، استفاده ‌می‌شود.

این نوع از انتقال می‌تواند توسط دستگاه‌های تمام-سرعت و پرسرعت استفاده شود ولی توسط وسایل کم سرعت نمی‌تواند استفاده شود.

انتقال دسته‌ای ارتباطی غیرمتناوب، با پاکت‌های بزرگ، سریع و کوتاه می‌باشد.

بررسی یو‌ اس‌ بی

۹٫پیکربندی USB

قبل از فعالیتUSB   (یا در یک دستگاه‌ مرکب فعالیت‌های) بتوانند به کار بسته شود، دستگاه باید پیکر‌بندی شود. هاست پیکربندی را با گرفتن اطلاعات از دستگاه USB انجام می‌دهد. دستگاه‌های USB ویژگی‌هایشان را با توصیف‌گرها گزارش می‌کنند. یک توصیف‌گر، ساختار و فرمتی تعریف شده است که داده در آن جریان می‌کند.توضیحی کامل از توصیف‌گرهای USB در فصل ۹ ویژگی‌های USB وجود دارد.(از سایت http://www.usb.org  برای تمام ویژگی‌ها دیدن نمایید).

بهتر است که توصیف‌گرهای USB را به عنوان ساختار سلسله مراتبی با چهار رده در نظر بگیریم:

• سطح دستگاه

• سطح پیکربندی

• سطح رابط(این مرحله می‌تواند دارای مرحله‌ای اختیاری به نام تنظیمات فرعی باشد.)

• سطح نقطه انتهایی

هر دستگاه USB فقط دارای یک توصیف‌گر می‌باشد. هر دستگاه دارای یک یا چندین پیکربندی می‌باشد، هر پیکربندی دارای یک یا چندین رابط می‌باشد و هر رابط دارای ۰ یا چندین نقاط انتهایی می‌باشد.

شکل ۲ : توصیف‌گر دستگاه

۱-۹ سطح دستگاه

توصیف‌گر دستگاه حاوی اطلاعات کلی درباره دستگاه USB می‌باشد، یعنی اطلاعاتی کلی برای تمام پیکر‌بندی دستگاه.توصیف‌گر دستگاه، در بین دیگر چیزها، رتبه دستگاه (HID دستگاه،هاب،‌مکان‌نمای دستگاه و غیره)، زیر رتبه‌ها، کدپروتکل، شناسه فروشنده، شناسه دستگاه و بیشتررا مشخص می‌کند. هر دستگاه USB یک توصیف‌گر دارد.

۲-۹ مرحله پیکربندی

 یک دستگاه USB یک یا چند توصیف‌گر پیکربندی‌ دارد.هر توصیف‌گر تعداد رابط‌های گروه‌بندی شده در پیکر بندی‌ و ویژگی‌های انرژی پیکربندی (مانند:انرژی درونی، بیدارباش از راه دور، حداکثر میزان مصرف انرژی و بیشتر)را شناسائی می‌کند. فقط یک پیکربندی در یک زمان معین می‌تواند بارگذاری شود. برای مثال، یک آداپتور ISDN می‌تواند دو پیکربندی متفاوت داشته باشد، یکی که با یک رابط منفرد۱۲۸ Kb/s  ،آنرا مشخص می‌کند و دومی که آنرا با دو رابط ۶۴ Kb/s برای هرکدام آنرا مشخص می‌کند.

۳-۹ سطح رابط

رابط مجموعه‌ای از نقاط انتهایی مرتبط است که کار یا ویژگی خاص از دستگاه را مشخص می‌کند. هر رابط می‌تواند به طور مستقل کار کند. توصیف‌گر رابط تعداد رابط را مشخص می‌کند، تعداد نقاط انتهایی که با آن رابط مورد استفاده قرار گرفته و طبقه مخصوص رابط، رتبه‌بندی فرعی و مقادیر پروتکل هنگامی که رابط به طور مستقل کار می‌کند.

به علاوه، ‌یک رابط می‌تواند تنظیم چندگانه داشته باشد. تنظیمات چندگانه، به نقاط انتهایی یا ویژگی‌های آنها این امکان را می‌دهد که وقتی که دستگاه پیکر‌بندی شد، تغییر کنند.

۴-۹٫ سطح نقطه انتهایی

کمترین تراز توصیف‌گر نقطه انتهایی است، که برای هاست  اطلاعاتی باتوجه به  نوع انتقال داده در نقاط انتهایی و حداکثر اندازه پاکت،فراهم می‌کند. در نقاط انتهایی سنکرونی، حداکثر اندازه پاکت، برای نگه‌داشتن مدت زمان مورد نیاز درگاه برای انتقال داده، استفاده می‌شود؛ یهنی پهنای باند. دیگر ویژگی‌های نقاط انتهایی فراوانی دستیابی به درگاه[باس]، شماره نقطه انتهایی، سازوکار مقابله با خطاو جهت می‌باشند.

نقطه انتهایی یکسان در تنظیمات چندگانه متفاوت، می‌تواند مشخصات متفاوتی داشته ( و در نتیجه استفاده‌های متفاوت) باشد.