یواس‌بی

تاریخچه

یواس‌بی در سال ۱۹۹۴ توسط یک گروه متشکل از ۷ شرکت توسعه داده شد: کامپک، دیجیتال ایکویپ‌منت کورپوریشن، آی‌بی‌ام، اینتل، مایکروسافت، ان‌ای‌سی و نورتل.

USB 0.7

اولین نسخه در ماه نوامبر سال ۱۹۹۴ ارائه شد.

USB 0.8

دومین نسخه در ماه دسامبر سال ۱۹۹۴ ارائه شد.

USB 0.9

سومین نسخه در ماه آپریل سال ۱۹۹۵ با سرعت ۱۲ مگابیت بر ثانیه ارائه شد.

USB 0.99

چهارمین نسخه در ماه اوت سال ۱۹۹۵ ارائه شد.

USB 1.0-RC

پنجمین نسخه در ماه نوامبر سال ۱۹۹۵ ارائه شد.

USB 1.1

هفتمین نسخه در سال ۱۹۹۸ با سرعت ۱۲ مگابیت بر ثانیه ارائه شد.

USB 2.0

هشتمین نسخه در سال ۲۰۰۰ با سرعت ۴۸۰ مگابیت بر ثانیه ارائه شد.

این نسخه سرعتی ۴۰ برابر نسخه‌های قبل داشت.

USB 3.1

دهمین نسخه در سال ۲۰۱۳ با سرعت ۱۰ گیگابیت بر ثانیه ارائه شد.

سرعت این نسخه ۲ برابر نسخه قبلی بود.

USB 3.2

یازدهمین نسخه در سال ۲۰۱۷ با سرعت ۲۰ گیگابیت بر ثانیه ارائه شد.

سرعت این نسخه ۲ برابر نسخه قبلی بود.

باس عمومی سری

USB دارای امکان اتصال بسیاری از وسایل جانبی با استفاده از سوکت رابط تکی استاندارد و توسعه قابلیت‌های پلاگ اند پلی می‌باشد، این امکان با اتصال و قطع بدون نیاز به راه اندازی مجدد کامپیوتر یا خاموش نمودن کامپیوتر همراه می‌باشد.
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 برای جایگزینی نمودن انواع متنوعی از پرتهای سریالی و موازی منظور می‌شود. 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. برای بسیاری از دیگر وسایل، یواس‌بی متود اتصال استاندارد شده‌است. 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.

بسته‌های کوچک یواس‌بی

ارتباطات یواس‌بی از پاکت‌های D شکل می‌گیرد. 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. اولین بایت یک شاخص بسته کوچک بایت (PID) می‌باشد. PDI در واقع ۴ بیت می‌باشد، بایت شامل ۴ بیت PID می‌شود که با تکمیل بیت گونه آن تکمیل می‌شود.
این ازدیاد به آشکار شدن خطاها کمک می‌کند. (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. بسته‌های کوچک در نوع اساسی و هر کدام با فرمت و CRC متفاوت ظاهر می‌شوند.
بست‌های کوچک Handshake(دست دهی) شامل چیزی جز یک بیت PID نمی‌شوند و به‌طور کلی در پاسخ به بسته‌های اطلاعاتی فرستاده می‌شوند. 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.
تنها بسته دست دهی که میزبان HSB می‌تواند تولید کند ACK می‌باشد. اگر آماده دریافت اطلاعات نباشد، نبایستی به دستگاه دستورالعمل هیچ اطلاعاتی داده شود.

پاکتهای نشانه

پاکت‌های نشانه شامل یک بایت PID می‌باشد که از ۱۱ بیت آدرس و۵ بیت CRC تبعیت می‌کنند. نشانه تنها از طریق میزبان و نه از طریق دستگاه ارسال می‌شوند. نشانه‌های IN و OUT شامل یک تعداد دستگاه ۷ بیتی و تعداد عملکرد ۴ بیتی (برای دستگاه‌های چند کاره) می‌شوند و به دستگاه برای انتقال پاکت‌های DATA x دستور داده یا پاکت هایDATAx. زیر را به ترتیب دریافت می‌کند.
در نشانه‌های IN پاسخی از دستگاه انتظار می‌رود. این پاسخ می‌تواند یک NAK یا STALL یا DATAx باشد. در حالت آخر، میزبان یک دست دهیACK را اگر مناسب شد صادر می‌کند.
نشانه out فوراً از طریق چارچوب پیگیری می‌شود. این دستگاه با NAK , ACF یا STALL پاسخ می‌دهد.
SETUP بسیار شبیه به نشانه OUT عمل می‌کند ولی برای راه اندازی اولیه دستگاه به کار می‌رود. در هر یک هزارم ثانیه، میزبان نشانه SOF خاص را که شامل یک تعداد چارچوب افزایشی ۱۱ بیتی به جای آدرس می‌شود انتقال می‌دهد. این نشانه برای هم‌زمان کردن جریان داده‌های کانال منظم استفاده می‌شود. یواس‌بی ۲٫۰ پر سرعت شامل نشانه‌های ۷ نسخه‌ای اضافه‌ای در هر چارچوب می‌شوند که هر کدام یک میکروفرم ۱۲۵ μS را معرفی می‌کند. به یواس‌بی ۲٫۰ یک نشانه PING اضافه شده که چنانچه آماده دریافت یک جفت پاکت OUT / DATA باشد، دستگاه را مطالبه می‌کند. این دستگاه با NAK , ACK یا STAK در صورت لازم پاسخ می‌دهد. 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.
این یواس‌بی برای انجام تغییرات دو بخشی استفاده می‌شود. 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. جزئیات آن پیچیده می‌باشد به ویژگی‌های یواس‌بی بنگرید.

پاکت‌های داده

دو پاکت اساسی اطلاعاتی وجود دارد. DATA0 , DATA1. هر دو شامل یک فیلد PID DATAx,، با یتهای ۰ – ۱۰۲۳ از لود اطلاعات (تا ۱۰۲۴ در سرعت بالا حداکثر ۸ در سرعت پایین) و CRC ۱۶ ۱۶ بیتی می‌شود. 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. این دو نوع پاکت تعداد یک بیتی ترتیبی مورد نیاز توسط ARQ STOP – and – wait را فراهم می‌کنند. اگر هاست یواس‌بی پاسخی (همانند یک ACK) برای داده‌های دریافت نکند منتقل می‌شود. 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. تنها پاکت DATAx در واقع از نوع مخالف دریافت می‌شود.
اگر یک دستگاه با پاکت SETUP ری ست شود، یک پاکت DATAO دیگر انتظار می‌رود. در یواس‌بی۲٫۰، انواع DATA2 و MDATA نیز اضافه شده‌است. 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.

پاکت PRE

دستگاهای سرعت پایین با میزان خاصی از PID, PRE ساپورت می‌شوند.
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. در حالیکه 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.
Interfaceرابط
Receplacle: نهنخ
Plug: دو شاخه
Cables: کابلها
Ns: غیر استاندارد، به منظورهای خاص و نه در هدایت یواس‌بی – IF وجود دارند. به علاوه اسمبل‌های کابل نیز کابلی با Micro – A و نهنج Standard – A مطابق با خصوصیات یواس‌بی می‌باشند. 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 فاصله مفید

حداکثر طول کابل یواس‌بی ۱٫۱ ۳ متر (فوت ۹٫۸) می‌باشد. حداکثر طول کابل یواس‌بی ۲٫۲ ۵ متر (۱۶ فوت) می‌باشد. 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. در طول‌های بیشتر، عیب‌یاب‌های یواس‌بی از کابل CAT۵ استفاده می‌کنند همانند آن‌هایی که با Lindy electronicها می‌توانند فاصله میان یواس‌بی را تا بیش از ۵ متر (۱۶۰ فوت) افزایش دهند.
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. هر چند شرکت electronic design. com تخمین زد که آن کابل‌ها تا طول ۳ متر در حداکثر سرعت محدود می‌شوند.

استانداردهای مرتبط با یواس بی

یواس بی بیسیم یک افزونهٔ بیسیم بر روی استاندارد یواس بی می‌باشد که تلفیقی از سرعت و امنیت شبکه‌های سیمی و سهولت استفاده از شبکه‌های بیسیم را فراهم می‌آورد. پشتیبانی یواس بی بیسیم از ارتباطات پرسرعت با استفاده از بستر فوقِ پهن‌باند مشترک رادیویی که توسط اتحادیهٔ WiMedia توسعه یافته میسر می‌شود. 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.