موضوع مقاله: یواس‌بی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # یواس‌بی | مقدمه: یو‌اس‌بی برای معیاری‌سازی ارتباط دستگاه‌های رایانه‌ای (همچون کیبرد، دستگاه اشاره‌ای، دوربین دیجیتال، چاپگر، مدیاپلیرهای قابل‌حمل، حافظه جانبی و راه‌انداز شبکه) به رایانه است (برای ارتباطات و همچنین تغذیه الکتریکی) آن. | ## بخش 1: یواس‌بی | به بیان دیگر این گذرگاه به دو منظور ابداع شد:واژه هم‌ارز با Plug and Play، برگرفته شده از: اتصال تعداد زیادی سخت‌افزار جانبی، توسط یک درگاه استاندارد؛ بهبود قابلیت اتصال و اجرا طراحی یواس‌بی از طریق Forum پیاده‌سازی یواس‌بی (یواس‌بی – IF) از یک هیئت معیاری‌صنعتی متشکل از شرکت‌های پیشرو در رایانه و صنایع الکترونیکی مورد معیار قرار گرفته‌ است. مقصود جایگزین نمودن تعدد متصل‌کننده‌ها در پشت رایانه‌های شخصی و نیز ساده کردن پیکر بندی نرم‌افزار دستگاه‌های ارتباطی بود. مایکروسافت استک نرم‌افزار یواس‌بی برای ویندوز و مؤسس OHCI با نیمه هادی ملی و کامپک تولید نمود. فیلیپس اخیراً یواس‌بی – Audio را تولید نمود و TI چیپ‌های هاب استفاده شده در حد وسیع را تولید نمود. تاریخچه یواس‌بی در سال ۱۹۹۴ توسط یک گروه متشکل از ۷ شرکت توسعه داده شددیجیتال ایکویپ‌منت کورپوریشن، آی‌بی‌ام، اینتل، مایکروسافت، ان‌ای‌سی و نورتل. سرعت پایین (۱٫۵ مگابیت بر ثانیه) سرعت بالا (۱۲ مگابیت بر ثانیه) USB 1.1 هفتمین نسخه در سال ۱۹۹۸ با سرعت ۱۲ مگابیت بر ثانیه ارائه شد. اولین تراشه‌های کنترل‌کننده یواس‌بی۳ در ماه مه۲۰۰۹ نمونه گرفته شده و محصولات با استفاده از خصوصیات ۳٫۰یواس‌بی جهت رسیدن به نسخه ۲۰۰۹ یا ۲۰۱۰ مورد انتظار قرار گرفتند. این یواس‌بی انتقالی بیش از ۱۰ برابر سریع تر از یواس‌بی ۲ داشته و یواس‌بی سوپر اسپید لقب داده می‌شود. تجهیزات منطبق با تمامی نسخه‌های استاندارد همچنین با دستگاه‌های تعیین شده با خصوصیات قبلی نیز کار می‌کند. سیستم یواس‌بی یک طراحی نا متقارن دارد که متشکل از میزبان، تعدد پورتهای یواس‌بی ورود به جایگاه مشتری (downstream)، و دستگاه‌های جانبی چند گانه متصل در پیکر بندی طبقه طبقه‌ای می‌شود. هاب‌های اضافی یواس‌بی می‌تواند در طبقات گنجانده شود، درحالی‌که به یک ساختار درختی تا سطوح بالاتر از لایه ۵ منشعب می‌شود. میزبان یواس‌بی می‌تواند کنترلگرهای میزبان چند تایی داشته و هر کنترلگر میزبانی می‌تواند یک یا پورتهای یواس‌بی بیشتری را تأمین کند. در آنجا همیشه یک هاب شناخته شده به عنوان هاب ریشه‌ای وجود دارد که درون کنترل‌کننده هاست ساخته می‌شود. هاب‌های اشتراکی که کامپیوترهای چند گانه را برای دسترسی به همان دستگاه‌های جانبی مجاز می‌شمرند نیز وجود داشته و با تعویض دسترسی میان PCها چه به صورت اتوماتیک و چه به صورت دستی کار می‌کند که در محیط‌های اداری کوچک مردم پسندهستند. دستگاه یواس‌بی نیز می‌تواند شامل چندین دستگاه جانبی باشد که به عنوان وظایف دستگاه مورد اشاره قرار می‌گیرد. میله‌ها اتصالاتی از کنترل‌کننده میزبانی به دستگاهی که یک نقطه پایانی نامیده می‌شود هستند. یک دستگاه یواس‌بی تا ۳۲ میله فعال، ۱۶ تا در کنترل‌کننده و ۱۶ تا خارج از کنترل‌کننده می‌تواند داشته باشند. هر نقطه پایانی می‌تواند اطلاعات در تنها یک مسیر، یا درون دستگاه یا خارج از دستگاه انتقال دهد، در نتیجه هر میله‌ای تک مسیری می‌باشد. نقاط پایانی به رابط‌هایی گروه‌بندی می‌شوند و هر رابطی با یک دستگاه منفرد همراه می‌شود. یک استثنا در این رابطه نقطه پایانی صفر می‌باشد که برای پیکر بندی دستگاه استفاده می‌شود و با هیچ رابطی همراه نمی‌شود. زمانی که یواس‌بی در ابتدا به میزبان یواس‌بی متصل می‌شود، پروسه شمارشی دستگاه یواس‌بی شروع می‌شود. بعد از ری ست کردن، اطلاعات یواس‌بی از طریق میزبان خوانده شده، سپس دستگاه تعیین می‌شود. | ## بخش 2: یواس‌بی | بعد از ری ست کردن، اطلاعات یواس‌بی از طریق خوانده شده، سپس دستگاه به یک آدرس ۷ بیتی منسوب می‌شود. اگر این دستگاه توسط هاست ساپورت شود، درایورهای دستگاه برای ارتباط با دستگاهی که لود می‌شوند ساپورت می‌شود و دستگاه در یک وضعیت پیکر بندی شده قرار می‌گیرد. اگر میزبان یواس‌بی دوباره استارت شود، پروسه شمارشی برای تمامی دستگاه‌های متصل شده تکرار می‌شوند. کنترلگر میزبان جریان ترافیکی را به دستگاها هدایت می‌کند، در نتیجه هیچ یواس‌بی نمی‌تواند هیچ اطلاعاتی به باس بدون درخواست روشنی از کنترل‌کننده هاست متصل کند در یواس‌بی۲٫۰ کنترل‌کننده میزبان باس را برای ترافیک معمولاً در سبک Round-Robin نمونه برداری می‌کند. USB4 دوازدهمین نسخه در سال ۲۰۱۹ با سرعت ۴۰ گیگابیت (5 گیگابایت) بر ثانیه ارائه شد. دیگر ویژگی‌های آن شامل امکان متصل نمودن لوازم کم مصرف، با حذف نیاز در تأمین توان خارجی و با ممکن ساختن بسیاری از وسایل در مورد استفاده قرارگرفتن بدون نیاز به دیسک خوان‌های (درایو) خاص در اتصال مورد استفاده قرار می‌گیرد. یواس‌بی می‌تواند لوازم جانبی کامپیوتر همانند، موس، صفحه کلید، PDA، پدهای بازی، دسته بازی‌های کامپیوتری، اسکنرها، دوربین‌های دیجیتالی، پرینتها، مدیا پلیرها، دیسک خوان‌های فلش و دیسک خوان‌های سخت‌افزاری خارجی را متصل کند. یواس‌بی و کنسول‌های بازی‌های ویدوئی به عنوان یک کابل قدرتی میان یک دستگاه و آداپتور AC که به پریز دیوار به هنگام شارژ شدن متصل می‌شود مورد استفاده قرار می‌گیرد. از سال ۲۰۰۸، دو میلیون دستگاه یواس‌بی در هر سال فروخته می‌شود و تقریباً ۶میلیون تا تاریخ (۱) فروخته شده‌است. اطلاعات تجربی سیگنال‌ها ی یواس‌بی به یک کابل اطلاعاتی تاب خورده با مقاومت ظاهری ۹۰Ώ±۱۵٪ و برچسب‌های +D و –D منتقل می‌شوند. این دو برچسب در مجموع از سیگنال متفاوت پروتکل کابل یکسو در مقابله با اثرات نویز الکترو مغناطیسی در خطوط طویل تر استفاده می‌کند. سیگنال‌های انتقال یافته ۰٫۰–۰٫۳ V.H برای ولتاژهای پایین و ۳٫۶ – ۲٫۸ در ولتاژ بالا حداکثر سرعت (FS) و حالت‌های کم سرعت (LS) و MV۱۰ – ۱۰ – برای سرعت پایین و MV ۴۴۰ – ۳۶۰ برای بالا در حالت سرعت بالا (HS) می‌باشند. در حالت FS سیم‌های کابل خاتمه نمی‌یابند ولی حالت HS پایان ۴۵Ώ را در زمین یا Ώ۹۰ تفاوت در منطبق کردن داده‌های مقاومت ظاهری دارد. از ابتدا، تمامی پاکت‌ها از هاست و از طریق هاب ریشه‌ای و احتمالاً هاب‌های بیشتر به دیگر دستگاه‌ها فرستاده می‌شوند. بعضی از این پاکت‌ها دستگاهی را برای ارسال تعدادی از پاکت‌ها در پاسخ دادن هدایت می‌کند. بعد از آنکه سینک (هماهنگی) فوق شرح داده شد، تمامی پاکت‌ها از بایتهای ۸ بیتی ساخته می‌شوند و در ابتدا کم‌اهمیت‌ترین بیت انتقال می‌یابد. PDI در واقع ۴ بیت می‌باشد، بایت شامل ۴ بیت PID می‌شود که با تکمیل بیت گونه آن تکمیل می‌شود. (همچنین توجه کنید که یک بایت PID شامل حداکثر چهار یک بیتی متوالی می‌شود) و بنابراین نیاز به پر کردن بیت نمی‌شود حتی زمانی که با آخرین یک بیتی در بایت سینکی ترکیب شود. با این وجود، بایت PID بیرونی با سه یک بیتی متوالی خاتمه می‌یابد، بنابراین اگر آدرس یواس‌بی با سه یک بیتی شروع شود، پر کردن بیت، مورد نیاز خواهد بود. این سه نوع اساسی از قرار زیر هستند:ACK که معین می‌کند که اطلاعات با موفقیت دریافت شده، NAK که مشخص می‌کند که اطلاعات در همان زمان نمی‌تواند دریافت شود و بایستی دوباره سعی شود و STALL که مشخص می‌کند که دستگاه دارای خطا بوده و قادر به انتقال اطلاعات برای انجام فعالیت درست (همانند پیاده‌سازی دستگاه) نمی‌شود. یواس‌بی۲٫۰ دو بسته اضافی دست دهی را اضافه نموده، NYET که مشخص می‌نماید که یک تغییرات بخشی هنوز کامل نبوده ودست دهی ERR برای مشخص کردن اینکه تغییرات دو بخشی انجام شده می‌باشد. اگر آماده دریافت اطلاعات نباشد، نبایستی به دستگاه دستورالعمل هیچ اطلاعاتی داده شود. | ## بخش 3: یواس‌بی | پاکتهای نشانه پاکت‌های نشانه شامل یک بایت PID می‌باشد که از ۱۱ بیت آدرس و۵ بیت CRC تبعیت می‌کنند. در هر یک هزارم ثانیه، میزبان نشانه SOF خاص را که شامل یک تعداد چارچوب افزایشی ۱۱ بیتی به جای آدرس می‌شود انتقال می‌دهد. یواس‌بی ۲٫۰ پر سرعت شامل نشانه‌های ۷ نسخه‌ای اضافه‌ای در هر چارچوب می‌شوند که هر کدام یک میکروفرم ۱۲۵ μS را معرفی می‌کند. چنانچه دستگاه بشناسند که تنها با NAK پاسخ داده خواهد شد باعث جلوگیری از نیاز به ارسال DATA می‌شود. به یواس‌بی ۲٫۰ نیز نشانه بزرگتر SPIT را با یک تعداد هاب ۷ بیتی، ۱۲ بیت از فلگ‌های کنترلی و۵بیت CRC اضافه شده‌است. به جای بستن مسیر یواس‌بی سرعت بالا در ارسال اطلاعات به دستگاه یواس‌بی کندتر، نزدیک‌ترین هاب مستعد سرعت بالا نشانه SPLIT متعاقب را از طریق یک یا دو پاکت یواس‌بی در سرعت بالا دریافت می‌کند، انتقال اطلاعات را حداکثر سرعت یا پایین‌ترین سرعت انجام می‌دهد. آن‌ها بایستی همیشه توسط یک نشانه آدرس در اولویت قرار گیرند و معمولاً از طریق یک نشانه دست دهی که از دریافت‌کننده به فرستنده برمی گردد پیروی می‌کنند. یواس‌بی نمی‌داند که اگر داده‌ها دریافت شود یا نشود می‌تواند در انتقال از دست رود یا می‌تواند دریافت شود ولی پاسخ دست دهی از دست رفته‌است. برای حل این مشکل، دستگاه شیاری از نوع پاکت DATAx را حفظ می‌کند؛ که تأیید شده ولی به عنوان یک دو نسخه‌ای نادیده انگاشته می‌شود. این پاکت‌ها تنها از طریق دستگاه‌های سرعت بالا انتقال کانال‌های منظم با پهنای باند بالا را که نیاز به انتقال بیشتر از ۱۰۲۴ بایت در هر ۱۲۵ میکرو فرم را دارد انجام می‌دهد. این شروع پاکت سرعت پایین را نشان می‌دهد که از طریق هابهایی که معمولاً پاکتهای حداکثر سرعت را به دستگاه‌های سرعت پایین نمی‌فرستند استفاده می‌شود. از آنجا که تمامی بایتهای PID شامل ۴ بیت صفر می‌شوند، مسیر را در حالت حداکثر سرعتی K ترک می‌کنند که درست همانند حالت کم سرعت J می‌باشد و از طریق یک توقف کوتاه درطی زمانی‌که هاب‌ها خروجی‌های کم سرعتشان را قادر می‌سازند دنبال می‌شود. درحالی‌که در حالت Jمانده سپس یک پاکت کم سرعت با شروع یک سینک ترتیبی و بایت PIDو پایان گرفتن دوره کوتاه SEOدنبال می‌شود. دستگاهای سرعت بالا به جز هاب‌ها می‌توانند به سادگی پاکت PRE و محتویات کم سرعت آن را تا زمانی که آخرین SEO به پاکت جدید می‌پردازد نادیده گیرند. تحلیل گرهای پروتکل یواس‌بی در نتیجه پیچیدگی‌های پروتکل یواس‌بی، تحلیل گرهای پروتکل یواس‌بی، ابزار گرانبهایی برای توسعه دهندگان یواس‌بی هستند. تحلیل گرهای یواس‌بی قادر به ضبط داده‌ها در یواس‌بی و اطلاعات از حالت‌های گذرگاه سطح پایین به پاکتهای داده‌های سطح بالا بوده و اطلاعات سطح کلاسی را نمایش می‌دهند. دیگر ترکیبات اتصال دهنده‌ها سازگار نبوده هر چند، بعضی دستگاه‌ها و کابل‌های قدیمی تر با متصل‌کننده Mini – A از طریق یواس‌بی-IF تأیید می‌شود، اتصال دهنده Mini –A رد شده و هیچ تأییدیه جدی برای اسمبل‌ها به منظور استفاده از اتصال دهنده Mini – A مجاز نخواهد بود. حداکثر هاب‌های متصل به سری‌ها ۵ بوده و حداکثر دستگاه‌های متصل در کل ۱۲۷ می‌باشد. اگر چه یک کابل تکی محدود به ۵ متر می‌شود، یواس‌بی۲٫۰ به بیش از ۵ هاب یواس‌بی در یک زنجیر طولانی کابل‌ها و هاب‌ها اختیار می‌دهد. در استفاده واقعی، از آنجا که بعضی دستگاه‌های یواس‌بی کابل‌های توکار برای اتصال به هاب دارند، حداکثر فاصله قابل تفریق ۲۵ متر (۸۲ فوت) به علاوه طول کابل دستگاه می‌باشد. یواس‌بی ۳٫۰ طول‌های اسمبل کابل تعریف شده‌ای ندارند، جز طولی که بتواند با هر اندازه‌ای تمامی شرایط تعریف شده در این ویژگی را برآورده کند. | ## جمع‌بندی | میزان بازدهی این پروتکل بیسیم در فاصلهٔ ۳ متر تا ۴۸۰ میلیون بیت در ثانیه و در فاصلهٔ ۱۰ متر تا ۱۱۰ میلیون بیت در ثانیه برآورد شده‌است.