گذرگاه Usb چگونه كار مي‌كند؟

[امیر عباس انصاری]

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.

Resource : مجله كامپيوتر جوان شماره 60