خدمات کامپیوتری صفرویک

نگاهي به فن آوري نوين اتصال و گذرگاه هاي ديتا در رايانه
USBها چگونه كار مي كنند؟

در بخش سخت افزاري ستون رايانك امروز مي خواهيم نگاهي اجمالي به آخرين فن آوري اتصالات در كامپيوتر اشاره اي داشته باشيم كه به«USB» معروف است، اين عبارت مخفف سه كلمه «universal serial Bus» است كه مشكل تمام نسخه هاي قبلي اتصال بين سخت افزارها در كامپيوتر را تقريباً حل كرده است و شما از اين به بعد به راحتي مي توانيد به كامپيوترتان يك قطعه جديد اضافه كنيد (حتي درحال روشن بودن) و با سرعت بالاي اين گذرگاه اطلاعات را جابه جا كنيد.

هر كامپيوتري كه شما امروزه براي خانه يا محل كار خود مي خريد، داراي يك يا چند رابطUSB مي باشد كه در پشت يا جلوي كيس (case)آن تعبيه شده است اين رابطهاي USB اين اجازه را به شما مي دهند كه هرگونه وسيله اي اعم از Mouse يا Printer را به راحتي و آساني به كامپيوتر خود درحالي كه روشن مي باشد وصل كنيد.
سيستم عامل(OS) نيز USB را پشتيباني مي كند، بنابراين نصب راه انداز سخت افزار (Driver) نيز سريع و راحت مي باشد. در مقايسه با ساير روشهاي اتصال سخت افزارها به كامپيوتر مثل Parallel Port و Serial Port و يا كارتهاي مخصوصي كه در Case كامپيوتر خود نصب مي كنيد، سخت افزارهاي داراي USB به طور باورنكردني ساده هستند.
هرفردي كه حداقل دو تا سه سال با كامپيوتر آشنايي داشته باشد مشكلي را كه USB سعي در حل آن دارد را مي داند. در گذشته اتصال وسايل به كامپيوترها يك دردسر واقعي بود.
Printerها به وسيلهParallel Port مخصوص پرينتر به كامپيوتر وصل مي شوند كه در بيشتر كامپيوترها بيشتر از يك درگاه نبود. وسايل ديگري مثل Zip Drive كه در اتصال با كامپيوتر احتياح به سرعت بالا دارند نيز از درگاه موازي استفاده مي كردند كه اغلب با موفقيت نسبي و سرعت كم همراه بودند. ولي مودم ها از درگاه سري استفاده مي كردند و همچنين برخي از چاپگرها و چيزهايي مثلPalm Pilots و دوربينهاي ديجيتالي، اغلب كامپيوترها حداكثر دو درگاه سري دارند و در اغلب موارد بسيار كند مي باشند.

سخت افزارهاي ديگري كه نياز به اتصال با سرعت بيشتري داشتند، با كارتهاي خودشان ارائه مي شدند كه اين كارتها مي بايست در شيار (اسلات) كارت در داخل Case كامپيوتر قرار مي گرفتند. متأسفانه تعداد اين شيارهاي كارت محدود مي باشد و شما احتياج به يك متخصص براي نصب نرم افزار برخي از اين كارتها خواهيد داشت. هدف USB پايان دادن به اين دردسرها مي باشد.
USB يك راه استاندارد شده و راحت را براي اتصال تا 127 سخت افزار مختلف به يك كامپيوتر، در اختيار شما قرار مي دهد. هر سخت افزار مي تواند حداكثر تا 6 مگابايت در ثانيه از پهناي باند استفاده كند، كه براي تعداد بسياري از سخت افزارهاي جانبي كه اغلب مردم مي خواهند به كامپيوتر خود متصل كنند به اندازه كافي سريع است. امروزه تقريباً تمام سخت افزارهايي كه ساخته مي شوند، USB را دارا مي باشند.

اتصال يك سخت افزارUSB به كامپيوتر بسيار آسان است درگاهUSB را در پشت يا جلوي (Case) كامپيوتر پيدا كنيد و اتصال دهنده USB را به آن متصل كنيد. چنانچه دستگاه شما جديد باشد، سيستم عامل آن را به طور خودكار شناسايي كرده و ديسك راه انداز را مي خواهد. چنانچه دستگاه نصب شده باشد، كامپيوترUSB را فعال ساخته و شروع به ارتباط مي كند. (USB مي تواند در هر زمان به كامپيوتر وصل و يا از آن جدا شود). اغلب سخت افزارهايUSB با كابل مخصوص خود ارائه مي شوند و كابل يك فيشA دارد. در غير اينصورت فيش آن به صورتB مي باشد.
اتصالA به صورتUpstream به سمت كامپيوتر عمل مي كند، در حالي كه اتصال B در جهتDownstream عمل كرده و به واحدهاي مجزا متصل مي شود. با استفاده از اتصال دهنده هاي مختلف در حالتUpstream و Downstream اختلال غيرممكن است. اگر شما يك كابل اتصال دهندهB را به يك سخت افزار متصل كنيد مي دانيد كه كار خواهد كرد. به طور مشابه شما مي توانيد هر اتصال دهنده A را به هر سوكتA متصل كنيد.

USB HUBها نيز يكي از شاخه هاي اين استاندارد هستند. يك هاب معمولا داراي 4 پورت مي باشد ولي ممكن است بيشتر باشد. شما هاب موردنظر را به كامپيوتر خود وصل كنيد و بقيه دستگاه ها يا حتي هاب ديگري را به اين هاب وصل مي كنيد. يا زنجيري اينHUBها به يكديگر، شما مي توانيد ده ها در گاهUSB قابل دسترس با يك كامپيوتر داشته باشيد.

HUBها مي توانند روشن و يا خاموش شوند. چنانكه جلوتر خواهيد ديدUSB استاندارد به دستگاه ها اين اجازه را مي دهد تا برق خود را از USE Connection بگيرند. مشخص است كه يك دستگاه پرمصرف مثل پرينتر و يا يك اسكنر خودشان برق مورداحتياجشان را تأمين مي كنند اما دستگاه هاي كم ولتاژ مثلMouseها يا دوربينهاي Digital به منظور ساده تر شدن، برقشان را از BUS دريافت مي كنند. برق (تا 500 ميلي آمپر در 5 ولت) از كامپيوتر مي آيد. اگر شما تعداد زيادي از دستگاه هايSelf Powered مثل پرينتر و اسكنر داشته باشيد، در آن صورتHub شما احتياجي به برق نخواهد داشت. هيچ كدام از اين دستگاهها كه به Hub متصل شده اند احتياج به برق اضافه ندارند بلكه كامپيوتر آن را تأمين مي كند.

اگر چنانچه تعداد زيادي دستگاه هاي بودن منبع تغذيه مثل Mouse و دوربينها را داشته باشيد، احتمالا به يك هاب با منبع تغذيه احتياج پيدا خواهيد كرد. هابTransformer مخصوص خود را دارد كه برق لازم براي bus را تأمين مي كند. بنابراين دستگاه ها بار زيادي به منبع تغذيه كامپيوتر شما وارد نمي كنند.

پس امروزه اگر احتياج داريد كه يك دوربين ديجيتال بخريد حتماً آن را از طريق «USB» ها به رايانه وصل كنيد، عكس بگيريد و روي هارد خود بريزيد حتماً خيلي لذت بخش است.

گذرگاه USB چگونه كار مي‌كند؟

كنترل كننده‌ي USB كه شامل مجموعه‌اي از اتصالات و تراشه‌هاي اختصاصي است به عنوان رابط بين نرم‌افزار و سخت‌افزار عمل مي‌كند. برنامه‌هاي كاربردي , سيستم‌عامل و راه‌اندازهاي دستگاه ـ كه جزئيات مربوط به نحوه‌ي كار وسايل سخت‌افزاري بخصوص را فراهم مي‌كنند ـ دستورات و داده‌ها را به هاب ميزبان (Host Hub) گذرگاه USB مي‌فرستند. اين هاب بر روي كنترل كننده قرار دارد. اتصال دهنده‌ها يا درگاه‌هاي ويژه‌ي USB از هاب ميزبان خارج مي‌شوند. در حقيقت Hub فيش كابل‌هاي چهار سيمه (كابل‌هايي كه درون آنها از چهار سيم استفاده شده است) را به درگاه‌هاي مناسب وصل مي‌كند. يك كابل ممكن است به هاب ديگري وصل شود تنها به اين منظور كه درگاه‌هاي بيشتري را براي اتصال وسايل فراهم كند. به اين ترتيب نوعي از يك سيم توسعه دهنده ديجيتالي به وجود مي‌آيد. يا اين كه ممكن است يك كابل ؛ مستقيما به يك وسيله‌ي USB مانند مانيتور وصل شود. گذرگاه USB تقريبا از اتصال به هرگونه وسيله‌ي جانبي مانند مانيتور , ‌صفحه كليد , ماوس,مودم , بلندگو , ميكروفن , تلفن , اسكنر وچاپگر پشتيباني مي‌كند. دو عدد از سيم‌هاي موجود در كابل USB براي تامين جريان الكتريسيته‌ي وسيله جانبي استفاده مي‌شوند. با وجود اين دو سيم ؛ ديگر به منبع تغذيه‌هايي كه فضاي زيادي را اشغال مي‌كنند نيازي نيست. دو سيم ديگر موجود در كابل چهار سيمه , D+ و D- نام دارند. از اين سيم‌ها براي ارسال داده‌ها و دستورات استفاده مي‌شود. وجود يك ولتاژ بالا بر روي سيم D+ و عدم وجود آن بر روي سيم D- به معناي يك بيت 1 مي‌باشد. وجود يك ولتاژ بالا بر روي سيم D- و عدم وجود آن بر روي سيم D+ به معناي يك بيت 0 مي‌باشد. هر وسيله‌ي USB ممكن است داراي هابي باشد {كه از آن اتصال به وسايل ديگر استفاده شود}. براي مثال يك مانيتور درگاه‌هايي را فراهم مي‌كند كه بلندگوهاي چندرسانه‌اي , ميكروفن و صفحه كليد به آنها وصل مي‌شوند. به همين ترتيب هر كدام از وسايلي كه به يك وسيله‌ي USB وصل مي‌شوند مي‌توانند براي وسايل سخت‌افزاري USB ديگر درگاه‌هاي بيشتري را فراهم كنند. براي مثال مي‌توان ماوس و قلم ديجيتالي را به صفحه‌ كليدي وصل كرد كه خود به يك مانيتور متصل به هاب ميزبان وصل مي‌باشد. چنين سيستمي كه امكان انشعاب اتصالات را فراهم مي‌كند به گذرگاه USB اجازه مي‌دهد تا بيش از 127 وسيله را اداره نمايد. وقتي يك وسيله‌ي USB به درگاهي وصل مي‌شود به طور خودكار باعث تغيير ولتاژ بر روي يكي از دو سيم داده‌اي موجود در كابل USB مي‌گردد. اگر ولتاژ از طريق سيم D+ ارسال شود در آن صورت به وسيله‌ي جانبي دريافت كننده‌ي آن ولتاژ يك وسيله‌ي سرعت بالا گفته مي‌شود. چنين وسيله‌اي قادر به ارسال 12مگابيت داده در ثانيه است. از اين سيم براي ارسال داده به مانيتورها , اسكنرها , چاپگرها و ساير وسايلي كه حجم بالايي از داده به آنها ارسال مي‌شود استفاده مي‌گردد. ارسال ولتاژ ازطريق سيم D- به اين معني است كه اين ولتاژ با سرعت انتقال پاييني معادل 5/1 مگابيت در ثانيه دريافت مي‌شود. از اين سيم براي انتقال داده به وسايلي چون صفحه كليد يا ماوس استفاده مي‌شود. ( يك درگاه سري معمولي در مقايسه با گذرگاه USB مي‌تواند 100 كيلوبيت داده در ثانيه و يك درگاه موازي حدود 5/2 مگابيت داده در ثانيه ارسال نمايد). كنترل‌كننده ميزبان USB با استفاده از فن‌آوري اتصالات و اجرا (Plug and play) , كه پيكربندي اجزاي دروني كامپيوتر را به طور خودكار فراهم مي‌كند , يك وسيله‌ي جديد را قادر مي‌سازد تا خودش را شناسايي كرده و آن‌چه را كه براي ارسال و دريافت داده نياز دارد دريابد. علاوه بر اين ,‌كنترل‌كننده‌ي مذكور براي آن وسيله شماره‌شناسايي تعيين مينمايد. وقتي وسيله‌ي جديد رسما يكي از اعضاي گذرگاه مي‌شود. نقش كنترل‌كننده‌ي ميزبان را بازي مي‌كند. يعني به پرس‌وجو از وسايل ديگر مي‌پردازد تا اگر وسيله‌‌اي آماده‌ي ارسال يا دريافت داده است فرمان‌هاي لازم را توزيع كند و پهناي باند را بين وسايلي كه او نقش كنترل‌كننده براي آنها ايفا مي‌كند تقسيم نمايد. كنترل‌كننده در هر ثانيه حدود يك ميليون بار از وسايل جانبي موجود بر روي گذرگاه USB پرس‌وجو كرده يا به آنها دستور مي‌فرستد. هر يك از پيغام‌هايي كه از سوي كنترل‌كننده‌ي ميزبان ارسال مي‌شوند با يك علامت (Token) شروع مي‌گردد. اين علامت وسيله‌ي جانبي كه پيغام براي آن فرستاده شده است را شناسايي مي‌كند. پيغام به تمام وسايل موجود بر روي گذرگاه USB ارسال مي‌شود اما وسايلي كه پيغام به آنها مربوط نمي‌شود به سادگي آن را ناديده مي‌گيرند تنها وسايل مي‌توانند داده‌اي را به ميزبان بفرستند كه ميزبان به آنها اجازه اين كار را داده باشد. درگاه USB با سه نوع از انتقال‌ها در ارتباط است و تخصيص پهناي باند را به ترتيب زير انجام ‌مي‌دهد: اولويت اول : از اين اولويت در انتقال بلادرنگ كه وقفه‌اي در جريان داده‌اي پديد نمي‌آيد مانند داده‌هاي تصويري يا صوتي استفاده مي‌شود. اولويت دوم : از اين اولويت در انتقال‌هاي منقطع استفاده مي‌شود. اين نوع انتقال وقتي روي مي‌دهد كه وسيله‌اي مانند صفحه‌كليد يا Joystick براي جلب توجه پرداشگر ؛ سيگنالي را توليد مي‌كند كه گاه و بي‌گاه قطع مي‌شود. اولويتي كه فوريت زماني در آن وجود ندارد : اين نوع از انتقال شامل حجم زيادي از داده‌ها براي چاپگرها , اسكنرها و دوربين‌هاي ديجيتالي مي‌شود. در اين نوع انتقال حجم داده‌ها زياد است اما هيچ عجله‌اي در دريافت آنها وجود ندارد.

گذرگاه USB چگونه كار مي‌كند؟

نظرات شما عزیزان:

ادامه مطلب