USB (گذرگاه سریال جهانی). گذرگاه سریال جهانی مزایای USB چیست؟

اتوبوس USB ( Uجهانی اس erial ب us - اتوبوس سریال جهانی) مدتها پیش با استانداردهای رایانه ظاهر شد - نسخه ای از اولین نسخه تأیید شده استاندارد در 15 ژانویه 1996 ظاهر شد. توسعه این استاندارد توسط شرکت های بسیار معتبر - Intel، DEC، IBM، NEC، Northen Telecom و Compaq آغاز شد.

هدف اصلی مجموعه استاندارد برای توسعه دهندگان آن ایجاد فرصتی واقعی برای کاربران برای کار در حالت Plug & Play با دستگاه های جانبی است. این بدان معنی است که باید پیش بینی هایی برای اتصال دستگاه به رایانه در حال اجرا وجود داشته باشد، به طور خودکار آن را بلافاصله پس از اتصال شناسایی کرده و سپس درایورهای مناسب را نصب کنید. علاوه بر این، تامین برق دستگاه های کم مصرف از خود اتوبوس مطلوب است. سرعت اتوبوس باید برای اکثریت قریب به اتفاق وسایل جانبی کافی باشد. در طول راه، مشکل تاریخی کمبود منابع در اتوبوس های داخلی رایانه شخصی IBM یک رایانه سازگار حل می شود - کنترل کننده USB صرف نظر از تعداد دستگاه های متصل به اتوبوس، تنها یک وقفه می گیرد.

تقریباً تمام وظایف در استاندارد USB حل شد و در بهار سال 1997 رایانه های مجهز به اتصال دهنده برای اتصال دستگاه های USB ظاهر شدند (عکس سمت چپ را ببینید) اما لوازم جانبی با اتصال USB عملاً تا اواسط سال 1998 ظاهر نشدند. موضوع چیه؟ چرا تنها تا پایان سال 1998، تولیدکنندگان تجهیزات شروع به ارائه فعال‌تر دستگاه‌های USB در بازار کردند؟ چندین توضیح برای این وجود دارد:

از بین بردن نیاز حیاتی کاربران دسکتاپ به دستگاه های کاملاً Plug & Play. تجهیزات جانبی به رایانه رومیزی معمولاً به طور جدی و برای مدت طولانی متصل می شوند و اکثریت قریب به اتفاق کاربران نیاز خاصی به تعویض مکرر لوازم جانبی ندارند.

هزینه بالاتر دستگاه های USB در مقایسه با دستگاه های مشابه با رابط های استاندارد

عدم حمایت تولیدکنندگان نرم افزارو عمدتا مایکروسافت، اگرچه یکی از نویسندگان استاندارد بود. فقط در ویندوز 98 کامل بود پشتیبانی از USB، و در ویندوز NT فقط باید در سال 1999 باشد.

اکنون USB به طور فعال توسط سازندگان لوازم جانبی رایانه پیاده سازی شده است. احساس وجود تنها USB به عنوان یک گذرگاه خارجی در رایانه های اپل iMAC بود.

مشخصات فنی

قابلیت های USB از مشخصات فنی آن می باشد:

سرعت تبادل بالا (نرخ بیت سیگنالینگ با سرعت کامل) - 12 مگابیت بر ثانیه

حداکثر طول کابل برای نرخ باود بالا - 5 متر

نرخ بیت سیگنالینگ با سرعت پایین - 1.5 مگابیت بر ثانیه

حداکثر طول کابل برای نرخ باود کم - 3 متر

حداکثر تعداد دستگاه های متصل (از جمله چند برابر) - 127

امکان اتصال دستگاه هایی با نرخ باود متفاوت وجود دارد

بدون نیاز به کاربر برای نصب عناصر اضافی مانند ترمیناتور برای SCSI

ولتاژ تغذیه برای دستگاه های جانبی - 5 ولت

حداکثر جریان مصرفی هر دستگاه 500 میلی آمپر است (این بدان معنا نیست که دستگاه هایی با جریان مصرف کل 127 در 500 میلی آمپر = 63.5 آمپر می توانند از طریق USB تغذیه شوند)

بنابراین، توصیه می شود تقریباً هر دستگاه جانبی را به USB متصل کنید، به جز دوربین های فیلمبرداری دیجیتال و هارد دیسک های پرسرعت. این رابط مخصوصاً برای اتصال دستگاه‌هایی که اغلب متصل/قطع می‌شوند مانند دوربین‌های دیجیتال راحت است. کانکتورهای USB برای جفت گیری / تقسیم طراحی شده اند.
توانایی استفاده از تنها دو نرخ باود استفاده از گذرگاه را محدود می کند، اما تعداد خطوط رابط را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و اجرای سخت افزار را ساده می کند.
تغذیه مستقیم از USB فقط برای دستگاه های کم مصرف مانند صفحه کلید، موس، جوی استیک و غیره امکان پذیر است.

توپولوژی

این نماد به طور رسمی هم در ویندوز 98 و هم در دیوارهای پشتی رایانه ها (متاسفانه نه همه) و همچنین در همه کانکتورهای USB به عنوان گذرگاه USB تعیین شده است. این نماد در واقع به درستی ایده توپولوژی USB را نشان می دهد. توپولوژی USB تقریباً مشابه یک شبکه LAN معمولی جفت پیچ خورده است که معمولاً به آن "ستاره" می گویند. حتی اصطلاحات مشابه است - پرورش دهندگان تایر نیز HUB نامیده می شوند.

به طور معمول، درخت اتصال دستگاه های USB به رایانه را می توان به صورت زیر نشان داد (اعداد نشان دهنده دستگاه های جانبی با رابط USB هستند):

یک HUB همچنین می تواند به جای هر یک از دستگاه ها قرار گیرد. تفاوت اصلی با توپولوژی یک شبکه محلی معمولی این است که فقط یک کامپیوتر (یا دستگاه میزبان) می تواند وجود داشته باشد. HUB می تواند یک دستگاه مستقل با واحد منبع تغذیه خود باشد یا در یک دستگاه جانبی تعبیه شده باشد. اغلب HUB ها در مانیتور و صفحه کلید تعبیه شده اند

تصویر بالا نمونه ای را نشان می دهد اتصال صحیحدستگاه های جانبی به یک شبکه USB معمولی. از آنجایی که تبادل داده از طریق USB فقط بین رایانه و دستگاه جانبی انجام می شود (مبادله بین دستگاه ها وجود ندارد)، دستگاه هایی با حجم زیادی از دریافت و / یا انتقال داده باید به خود رایانه یا به نزدیک ترین گره آزاد متصل شوند. در این حالت، بلندگوها بیشترین ترافیک را دارند (~ 1.3 مگابیت بر ثانیه)، به دنبال آن یک مودم و یک اسکنر متصل به HUB در مانیتور و صفحه کلید، جوی استیک و ماوس که ترافیک آنها نزدیک به صفر است مدار را کامل می کنند. .
ممکن است این سوال پیش بیاید - چرا ستون ها چنین ترافیک بالایی دارند؟ واقعیت این است که بلندگوهای دارای رابط USB به طور قابل توجهی با موارد معمول تفاوت دارند. برای استفاده از این بلندگوها نیازی نیست کارت صدا... درایور بلندگو صدای دیجیتالی شده را مستقیماً به بلندگوها می فرستد و در آنجا با استفاده از ADC به سیگنال آنالوگ تبدیل می شود و به بلندگوها تغذیه می شود.

کابل ها و کانکتورها

سیگنال های USB از طریق یک کابل 4 سیم منتقل می شوند که به صورت شماتیک در شکل زیر نشان داده شده است:

در اینجا GND مدار "مورد" برای تغذیه دستگاه های جانبی، VBus - + 5V همچنین برای مدارهای قدرت است. گذرگاه D + برای انتقال داده بر روی گذرگاه و گذرگاه D- برای دریافت داده است.
کابل برای پشتیبانی از اتوبوس تمام سرعت به عنوان انجام می شود جفت پیچ خورده، محافظ است و همچنین می توان از آن برای عملکرد با سرعت کم استفاده کرد. کابلی که فقط با حداقل سرعت کار می کند (مثلاً برای اتصال ماوس) می تواند هر کابلی باشد و می تواند بدون محافظ باشد.
کانکتورهای مورد استفاده برای اتصال دستگاه های جانبی در شکل زیر نشان داده شده است.

کانکتورهای سری "A".		کانکتورهای سری "B".
در نظر گرفته شده است که فقط به یک منبع متصل شوند، یعنی. کامپیوتر یا HUB "در.		طراحی شده فقط برای اتصال به یک دستگاه جانبی
	نوع دوشاخه "A".		نوع دوشاخه "B".
	سوکت نوع "A"		سوکت نوع "B"

همانطور که از شکل مشاهده می کنید، اتصال نادرست دستگاه غیرممکن است، زیرا کانکتور سری "A" فقط می تواند به یک دستگاه فعال در USB - HUB یا کامپیوتر و سری "B" فقط به دستگاه متصل شود. دستگاه جانبی واقعی

کانکتورهای USB دارای شماره پین زیر هستند:

شماره تماس	وقت ملاقات	رنگ سیم

پین اوت کانکتور USB

توسعه USB

در سال 1999، همان کنسرسیومی از شرکت های کامپیوتری که توسعه اولین نسخه استاندارد را برای گذرگاه USB آغاز کردند، شروع به توسعه فعال نسخه 2.0 USB کردند، که تفاوت آن در افزایش پهنای باند گذرگاه 20 (!) بار، تا حد امکان است. 250 مگابیت بر ثانیه که امکان انتقال داده های ویدئویی از طریق USB را فراهم می کند و آن را به رقیب مستقیم IEEE-1394 (FireWire) تبدیل می کند.
سازگاری همه تجهیزات جانبی و کابل های پرسرعت که قبلا منتشر شده اند به طور کامل حفظ شده است و یکی از مزایای اصلی USB حفظ می شود - هزینه پایین کنترل. کنترلر استاندارد 2.0 نیز قرار است در چیپست ادغام شود.
همه چیز خوب است، اما یک چیز وجود دارد: اتوبوس IEEE-1394 در حال حاضر به طور فعال حتی در دوربین های ویدئویی دیجیتال مصرفی استفاده می شود، کارت های ویرایش ویدیو برای آن وجود دارد، و با کاهش مداوم قیمت دوربین های فیلمبرداری دیجیتال، این کار خواهد شد. بیشتر و بیشتر استفاده می شود. نسخه جدید USB باید در نهایت تا اواسط سال 2000 توسعه یابد و اولین دستگاه هایی که از نسخه جدید USB پشتیبانی می کنند نباید زودتر از پایان سال 2000 ظاهر شوند. این یک بازه زمانی بسیار طولانی برای صنعت کامپیوتر است. به عنوان مثال، قبلاً در جولای 1999، ASUSTeK Computers اولین مادربرد (P3B-1394) را با کنترلر یکپارچه IEEE-1394 منتشر کرد. مطمئناً این مورد بی توجه نخواهد بود و سایر سازندگان نیز شروع به تولید بردهای مشابه خواهند کرد. بنابراین، زمانی که دستگاه‌ها به USB 2.0 عرضه می‌شوند، ممکن است مکان زیر نور خورشید از قبل گرفته شود.

USB (گذرگاه سریال جهانی) یک فرمت استاندارد صنعتی برای معماری رایانه شخصی است که بر ادغام با تلفن و دستگاه های الکترونیکی مصرفی متمرکز شده است.

مزایای اتوبوس:

دستگاه USB را می توان در هر زمان به رایانه متصل کرد، حتی زمانی که روشن است.
هنگامی که رایانه یک دستگاه USB متصل را شناسایی می کند، به طور خودکار از آن نظرسنجی می کند تا قابلیت ها و الزامات آن را بیابد.
درایور را بارگیری می کند و هنگامی که دستگاه قطع می شود، درایور به طور خودکار تخلیه می شود.
دستگاه USB از جامپرها، سوئیچ های DIP استفاده نمی کند، هرگز باعث درگیری وقفه ها، DMA، حافظه نمی شود.
گسترش هاب های USB امکان اتصال تعداد زیادی دستگاه (تا 127 دستگاه) را به یک اتوبوس فراهم می کند.
هزینه کم دستگاه های USB

ظهور USB امکان ایجاد را فراهم کرد فلش USBدرایو (فضای ذخیره سازی USB).

تاریخچه ایجاد و توسعه رابط USB

اولین نسخه رابط کامپیوتر USB در 15 ژانویه 1996 ظاهر شد. اتحاد 7 آغازگر این پروژه بود. شرکت های بزرگسازندگان Intel، DEC، IBM، Northen Telecom، Compaq.

دلیل ظهور یک استاندارد جدید برای انتقال اطلاعات، تمایل به ساده کردن اتصال رایانه های شخصی با دستگاه های جانبی بود. هدف اصلی استاندارد ایجاد فرصتی برای کاربران برای استفاده از چنین رابطی بود که حداکثر سادگی، تطبیق پذیری را داشته باشد و از اصل Plug & Play یا hot-plugging استفاده کند.

این امکان اتصال دستگاه های مختلف ورودی-خروجی به رایانه شخصی را در حین کار، با شرط تشخیص فوری خودکار نوع و مدل دستگاه متصل، فراهم می کند. همچنین هدف تعیین شد - خلاص شدن از مشکل کمبود منابع داخلی وقفه در اتوبوس سیستم.

تمام این وظایف تا پایان سال 1996 با موفقیت حل شد و در بهار 1997 اولین رایانه های شخصی مجهز به کانکتورهای USB ظاهر شدند. پشتیبانی کامل از دستگاه های USB تنها تا پایان سال 1998 در سیستم عامل Windows98 انجام شد و تنها از این مرحله توسعه و انتشار سریع تجهیزات جانبی مجهز به این رابط آغاز شد.

پذیرش انبوه واقعی USB با پذیرش گسترده کیس ها و مادربردهای ATX در حدود سال های 1997-1998 آغاز شد. اپل فرصت بهره برداری از پیشرفت های حاصل شده را از دست نداد و اولین iMac خود را که مجهز به پشتیبانی USB نیز می باشد در 6 می 1998 رونمایی کرد.

این استاندارد در زمانی متولد شد که قبلاً یک رابط انتقال داده سریال مشابه توسط Apple Computer توسعه یافته بود و FireWare یا IEE1394 نامیده می شد. رابط USB به عنوان جایگزینی برای IEE1394 ایجاد شد و قرار بود جایگزین آن نشود، بلکه به موازات نوع اتصال موجود از قبل وجود داشته باشد.

اولین نسخه USB دارای برخی مشکلات سازگاری و چندین اشکال پیاده سازی بود. در نتیجه، در نوامبر 1998 مشخصات USB 1.1 منتشر شد.

مشخصات USB 2.0 در آوریل 2000 معرفی شد. اما بیش از یک سال گذشت تا به عنوان یک استاندارد پذیرفته شود. پس از آن، معرفی گسترده نسخه دوم اتوبوس سریال جهانی آغاز شد. مزیت اصلی آن افزایش 40 برابری سرعت انتقال داده بود. اما علاوه بر این، نوآوری های دیگری نیز وجود داشت. اینگونه بود که انواع جدیدی از کانکتورهای Mini-B و Micro-USB ظاهر شدند، پشتیبانی از فناوری USB On-The-Go اضافه شد (به دستگاه های USB اجازه می دهد تا داده ها را با یکدیگر بدون مشارکت یک میزبان USB مبادله کنند)، امکان پذیر شد از ولتاژ ارائه شده از طریق USB برای شارژ دستگاه های متصل استفاده کنید.

نحوه عملکرد اتوبوس USB

USB امکان تبادل داده بین رایانه میزبان و انواع دستگاه های جانبی (CP) را فراهم می کند. با توجه به مشخصات USB، دستگاه ها (دستگاه ها) می توانند هاب، عملکرد یا ترکیبی از هر دو باشند. یک هاب فقط نقاط اضافی را برای اتصال دستگاه ها به اتوبوس فراهم می کند. دستگاه عملکرد USB موارد اضافی را در اختیار سیستم قرار می دهد عملکردبه عنوان مثال اتصال ISDN، جوی استیک دیجیتال، بلندگو با رابط دیجیتال، و غیره. یک دستگاه ترکیبی که عملکردهای متعددی را اجرا می کند، به عنوان یک هاب با چندین دستگاه متصل به آن ظاهر می شود.

کل سیستم USB توسط کنترلر میزبان که زیرسیستم سخت افزاری و نرم افزاری کامپیوتر است کنترل می شود. گذرگاه به شما امکان می‌دهد تا زمانی که میزبان و خود دستگاه‌ها در حال اجرا هستند، دستگاه‌ها را متصل، پیکربندی، استفاده و قطع کنید.

گذرگاه USB میزبان محور است: تنها استادی که مبادله را کنترل می کند، کامپیوتر میزبان است و تمام تجهیزات جانبی متصل به آن منحصراً برده هستند. توپولوژی فیزیکی گذرگاه USB یک ستاره چند لایه است. در بالای آن، میزبان کنترلر همراه با هاب ریشه قرار دارد. هاب یک دستگاه تقسیم کننده است، علاوه بر این، می تواند منبع تغذیه دستگاه های متصل به آن باشد. هر پورت هاب می تواند مستقیماً به یک دستگاه جانبی یا هاب میانی متصل شود. اتوبوس اجازه می دهد تا 5 سطح از هاب آبشاری (بدون احتساب ریشه). هر هاب میانی دارای چندین پورت پایین دستی برای اتصال دستگاه های جانبی (یا هاب های پایین دست) و یک پورت بالادستی برای اتصال به هاب ریشه یا پورت پایین دست یک هاب بالادست است.

داده‌های دستگاه‌های متصل به میزبان USB همگرا می‌شوند و همچنین تعامل با رایانه را فراهم می‌کنند. همه دستگاه ها در یک توپولوژی ستاره ای متصل هستند. می توانید از هاب USB برای افزایش تعداد پورت های USB فعال استفاده کنید. بنابراین، شما یک آنالوگ از ساختار منطقی "درخت" دریافت می کنید. چنین درختی می تواند تا 127 شاخه در هر کنترل کننده میزبان داشته باشد و سطح تودرتو هاب USB نباید از 5 تجاوز کند. علاوه بر این، یک هاست USB منفرد می تواند چندین کنترلر میزبان داشته باشد که به نسبت حداکثر تعداد دستگاه های متصل را افزایش می دهد.

هاب ها دو نوع هستند. برخی به سادگی تعداد پورت های USB را در یک کامپیوتر افزایش می دهند، در حالی که برخی دیگر به شما اجازه می دهند چندین کامپیوتر را متصل کنید. گزینه دوم به چندین سیستم اجازه می دهد تا از یک دستگاه استفاده کنند. بسته به هاب، سوئیچینگ می تواند به صورت دستی یا خودکار انجام شود.

یک دستگاه فیزیکی متصل شده از طریق USB را می توان به طور منطقی به "دستگاه های فرعی" که عملکردهای خاص خاصی را انجام می دهند تقسیم کرد. به عنوان مثال، یک وب کم ممکن است یک میکروفون داخلی داشته باشد - معلوم می شود که دارای دو دستگاه فرعی است: برای انتقال صدا و تصویر.

انتقال داده ها از طریق کانال های منطقی خاص صورت می گیرد. هر دستگاه USB را می توان تا 32 کانال (16 دریافت و 16 انتقال) اختصاص داد. هر کانال به یک "نقطه پایانی" که به طور معمول نامیده می شود متصل می شود. یک نقطه پایانی می تواند داده ها را دریافت یا انتقال دهد، اما نمی تواند همزمان این کار را انجام دهد. گروهی از نقاط پایانی مورد نیاز برای کارکرد یک تابع را واسط می نامند. یک استثنا نقطه پایانی "تهی" است که برای پیکربندی دستگاه است.

هنگامی که یک دستگاه جدید به میزبان USB متصل می شود، فرآیند اختصاص یک شناسه به آن آغاز می شود. ابتدا یک سیگنال ریست به دستگاه ارسال می شود. در همان زمان، تعیین سرعتی که با آن تبادل داده ها می تواند انجام شود، اتفاق می افتد. پس از آن، اطلاعات پیکربندی از دستگاه خوانده می شود و یک آدرس هفت بیتی منحصر به فرد به آن اختصاص می یابد. اگر دستگاه توسط هاست پشتیبانی شود، تمام درایورهای لازم برای کار با آن بارگذاری می شوند و پس از آن فرآیند تکمیل می شود. راه‌اندازی مجدد یک میزبان USB همیشه شناسه‌ها و آدرس‌ها را به همه دستگاه‌های متصل تخصیص می‌دهد.

بر خلاف گذرگاه‌های توسعه (ISA / EISA، PCI، PC Card)، که در آن برنامه با دسترسی به آدرس‌های فیزیکی سلول‌های حافظه، پورت‌های I/O، وقفه‌ها و کانال‌های DMA با دستگاه‌ها تعامل دارد، برنامه‌ها فقط از طریق رابط برنامه با دستگاه‌های USB تعامل دارند. این رابط مستقل از دستگاه توسط نرم افزار سیستم کنترلر USB ارائه شده است.

برای اتصال دستگاه های جانبی به گذرگاه USB از یک کابل چهار سیمه استفاده می شود که دو سیم (جفت پیچ خورده) در اتصال دیفرانسیل برای دریافت و انتقال داده و دو سیم برای تغذیه دستگاه جانبی استفاده می شود. به لطف خطوط برق داخلی، گذرگاه USB به شما امکان می دهد دستگاه های جانبی را بدون منبع تغذیه خود متصل کنید (حداکثر جریان مصرف شده توسط دستگاه از طریق خطوط برق اتوبوس USB نباید از 500 میلی آمپر تجاوز کند).

رمزگذاری داده ها

اتوبوس از یک روش دیفرانسیل برای انتقال سیگنال های D + و D- روی دو سیم استفاده می کند. همه داده ها با استفاده از روشی به نام NRZI با پر کردن بیت (NRZI - Non Return to Zero Invert) کدگذاری می شوند.

USB به جای رمزگذاری سطوح منطقی به عنوان سطوح ولتاژ، منطق 0 را به عنوان تغییر ولتاژ و منطق 1 را به عنوان یک ولتاژ ثابت تعریف می کند. این روش اصلاحی از روش کدگذاری پتانسیل نرمال NRZ (بدون بازگشت به صفر) است، که در آن از پتانسیل های دو سطح برای نمایش 1 و 0 استفاده می شود، اما در روش NRZI پتانسیل مورد استفاده برای رمزگذاری بیت جریان به پتانسیلی بستگی دارد که برای رمزگذاری بیت قبلی استفاده شد. اگر بیت فعلی 0 باشد، آنگاه پتانسیل فعلی معکوس پتانسیل بیت قبلی است، صرف نظر از مقدار آن. اگر بیت فعلی مقدار 1 داشته باشد، پتانسیل فعلی پتانسیل قبلی را تکرار می کند. بدیهی است که اگر داده ها حاوی صفر باشند، برای گیرنده و فرستنده بسیار آسان است که همگام سازی را حفظ کنند - سطح سیگنال به طور مداوم تغییر می کند. اما اگر داده ها شامل یک توالی طولانی از یک ها باشد، سطح سیگنال تغییر می کند و همگام سازی امکان پذیر است. بنابراین، برای انتقال داده های قابل اعتماد، لازم است دنباله های بیش از حد طولانی از کدها حذف شوند. این عمل Bit stuffing نامیده می شود: بعد از هر شش واحد، یک 0 به طور خودکار اضافه می شود.

تنها سه بایت ممکن با شش بایت متوالی وجود دارد: 00111111، 01111110، 111111100.

Stuffing می تواند تعداد بیت های ارسالی را تا 17٪ افزایش دهد، اما در عمل این مقدار بسیار کمتر است. برای دستگاه‌های متصل به گذرگاه USB، رمزگذاری شفاف است: کنترل‌کننده‌های USB به صورت خودکار کدگذاری و رمزگشایی را انجام می‌دهند.

حالت های اتوبوس

سرعت کم توسط استانداردهای 1.1 و 2.0 پشتیبانی می شود. حداکثر سرعت انتقال داده - 1.5 مگابیت بر ثانیه (187.5 کیلوبایت بر ثانیه). اغلب برای دستگاه های HID (صفحه کلید، ماوس، جوی استیک) استفاده می شود.
سرعت کامل توسط استانداردهای 1.1 و 2.0 پشتیبانی می شود. حداکثر سرعت انتقال داده - 12 مگابیت در ثانیه (1.5 مگابیت در ثانیه). قبل از انتشار، USB 2.0 سریعترین حالت کار بود.
سرعت بالا توسط استاندارد 2.0 و 3.0 پشتیبانی می شود. حداکثر سرعت انتقال داده - 480 مگابیت در ثانیه (60 مگابیت در ثانیه).
سرعت فوق العاده توسط استاندارد 3.0 پشتیبانی می شود. حداکثر سرعت انتقال داده - 4.8 گیگابیت در ثانیه (600 مگابایت بر ثانیه).

انتقال داده

مکانیسم انتقال داده ناهمزمان و مبتنی بر بلوک است. بلوک داده های ارسالی فریم USB یا فریم USB نامیده می شود و در یک بازه زمانی ثابت منتقل می شود. عملیات با دستورات و بلوک های داده با استفاده از یک انتزاع منطقی به نام کانال اجرا می شود. دستگاه خارجی نیز به انتزاعات منطقی به نام نقاط پایانی تقسیم می شود. بنابراین، یک کانال یک پیوند منطقی بین کنترل کننده میزبان و نقطه پایانی یک دستگاه خارجی است. یک کانال را می توان با یک فایل باز مقایسه کرد.

کانال پیش‌فرض برای انتقال دستورات (و داده‌های موجود در دستورات) استفاده می‌شود و کانال‌های جریان یا کانال‌های پیام برای انتقال داده باز می‌شوند.

اطلاعات کانال به صورت بسته (Packet) منتقل می شود. هر بسته با یک فیلد SYNC (SYNCchronization) و به دنبال آن یک PID (شناسه بسته) شروع می شود.

سیستم USB باید به سه سطح منطقی با قوانین خاص برای تعامل تقسیم شود. یک دستگاه USB شامل رابط، بخش های منطقی و کاربردی است. هاست نیز به سه بخش - رابط، سیستم و نرم افزار تقسیم می شود. هر بخش فقط مسئولیت طیف خاصی از وظایف را بر عهده دارد.

عملیات تبادل داده بین برنامه کاربردی و گذرگاه USB با انتقال بافرهای حافظه از طریق سطوح زیر انجام می شود: سطح نرم افزار مشتری در هاست:

معمولاً توسط یک درایور دستگاه USB نشان داده می شود.
تعامل کاربر با سیستم عاملاز یک طرف و درایور سیستم از طرف دیگر.

سطح سیستم USB میزبان (USBD، درایور اتوبوس سریال جهانی):

شماره گذاری دستگاه ها را در اتوبوس کنترل می کند.
توزیع پهنای باند اتوبوس و منبع تغذیه را کنترل می کند.
درخواست های راننده سفارشی را رسیدگی می کند.

کنترلر میزبان رابط اتوبوس USB(HCD، درایور کنترل کننده میزبان):

درخواست‌های I/O را به ساختارهای داده تبدیل می‌کند که کنترل‌کننده میزبان تراکنش‌های فیزیکی را بر روی آنها انجام می‌دهد.
با رجیسترهای کنترل کننده میزبان کار می کند.

لایه نرم افزار مشتری نوع انتقال داده مورد نیاز برای انجام عملیات درخواستی برنامه را تعیین می کند. پس از تعیین نوع انتقال داده، این لایه موارد زیر را به لایه سیستم منتقل می کند:

یک بافر حافظه به نام بافر مشتری.
یک بسته درخواست ورودی / خروجی (IRP) که نوع عملیات مورد نیاز را نشان می دهد.
IRP فقط حاوی اطلاعات مربوط به درخواست (آدرس و طول بافر در RAM) است. درایور سیستم USB مستقیماً درخواست را رسیدگی می کند.

مرحله درایور سیستم USB برای مدیریت منابع USB مورد نیاز است. او مسئول انجام کارهای زیر است:

تخصیص پهنای باند گذرگاه USB.
تخصیص آدرس های منطقی دستگاه به هر دستگاه USB فیزیکی؛
زمان بندی معاملات

به طور منطقی انتقال داده بین نقطه پایانی و نرم افزار با اختصاص یک کانال و تبادل داده از طریق این کانال انجام می شود.نرم افزار مشتری درخواست های IPR را به لایه USBD ارسال می کند. درایور USBD طبق قوانین زیر درخواست ها را به تراکنش ها تقسیم می کند:

اجرای درخواست زمانی کامل تلقی می شود که تمام تراکنش های تشکیل دهنده آن با موفقیت انجام شده باشد.
تمام جزئیات پردازش تراکنش (مانند انتظار برای آماده بودن، معامله مجدد در صورت خطا، در دسترس نبودن گیرنده و غیره) به نرم افزار مشتری اطلاع داده نمی شود.
نرم افزار فقط می تواند یک درخواست را شروع کند و منتظر باشد تا درخواست تکمیل شود یا زمان آن تمام شود.
دستگاه می‌تواند خطاهای شدیدی را نشان دهد که منجر به خاتمه غیرعادی درخواست می‌شود که به مبتکر درخواست اطلاع داده می‌شود.

راننده کنترل کننده میزبان لیستی از تراکنش ها را از راننده سیستم اتوبوس دریافت می کند و اقدامات زیر را انجام می دهد:

اجرای تراکنش های دریافتی را با اضافه کردن آنها به لیست تراکنش ها برنامه ریزی می کند.
تراکنش بعدی را از لیست بازیابی می کند و آن را به لایه کنترل کننده میزبان رابط گذرگاه USB منتقل می کند.
وضعیت هر تراکنش را تا زمانی که کامل شود پیگیری می کند.

کنترلر میزبان رابط اتوبوس USB فریم ها را رندر می کند. فریم ها با انتقال بیت سریال با استفاده از روش NRZI منتقل می شوند.

به این ترتیب:

هر فریم از پیام های با بالاترین اولویت تشکیل شده است که ترکیب آنها توسط راننده میزبان تشکیل می شود.
هر انتقال شامل یک یا چند تراکنش است.
هر تراکنش شامل دسته ای است.
هر بسته متشکل از شناسه بسته، داده (در صورت وجود) و یک جمع کنترلی است.

انواع انتقال داده

مشخصات گذرگاه چهار نوع انتقال مختلف را برای نقاط پایانی تعریف می کند.

کنترل انتقالات- توسط میزبان برای پیکربندی دستگاه در حین اتصال، برای کنترل دستگاه و به دست آوردن اطلاعات وضعیت در حین کار استفاده می شود. این پروتکل تحویل تضمینی چنین بسته هایی را تضمین می کند. طول فیلد داده پیام کنترل نمی تواند از 64 بایت در سرعت کامل و 8 بایت در سرعت پایین بیشتر شود. برای چنین بسته هایی، میزبان تضمین می شود که 10 درصد از پهنای باند را تخصیص دهد.

انتقال داده های انبوه- زمانی استفاده می شود که اطمینان از تحویل تضمینی داده ها از میزبانی به عملکرد دیگر یا از تابعی به میزبان دیگر ضروری باشد، اما زمان تحویل محدود نیست. این انتقال کل پهنای باند باس موجود را اشغال می کند. بسته ها دارای یک فیلد داده 8، 16، 32 یا 64 بایتی هستند. این چرخ دنده ها کمترین اولویت را دارند، می توان آن ها را در زمانی که اتوبوس بار زیادی دارد معلق کرد. فقط با نرخ باود کامل مجاز است. چنین بسته هایی برای مثال توسط چاپگرها یا اسکنرها استفاده می شود.

وقفه در نقل و انتقالات- زمانی استفاده می شود که نیاز به انتقال بسته های کوچک داده ای باشد. هر بسته باید در مدت زمان محدودی منتقل شود. نقل و انتقالات خود به خودی هستند و نباید کمتر از نیاز دستگاه انجام شوند. فیلد داده می تواند تا 64 بایت در سرعت کامل و حداکثر تا 8 بایت در سرعت کم باشد. محدودیت زمانی سرویس در محدوده 1-255 ms برای سرعت کامل و 10-255 ms برای سرعت کم تنظیم شده است. چنین انتقال هایی در دستگاه های ورودی مانند ماوس و صفحه کلید استفاده می شود.

نقل و انتقالات هم زمان- برای تبادل داده در "زمان واقعی" استفاده می شود، زمانی که مقدار مشخصی از داده ها باید در هر بازه زمانی ارسال شود، اما تحویل اطلاعات تضمین نمی شود (انتقال داده ها بدون تکرار در صورت خرابی، از دست دادن بسته انجام می شود. مجاز است). چنین انتقال هایی بخش از پیش مذاکره شده پهنای باند اتوبوس را اشغال می کند و تاخیر تحویل از پیش تعیین شده دارد. انتقال هم زمان معمولاً در دستگاه های چند رسانه ای برای انتقال داده های صوتی و تصویری مانند انتقال صدای دیجیتال استفاده می شود. انتقال‌های هم‌زمان به گونه‌ای تفکیک می‌شوند که نقاط پایانی - منابع یا گیرندگان داده - با سیستم همگام می‌شوند. بین کلاس های دستگاه های ناهمزمان، سنکرون و تطبیقی که هر کدام مربوط به نوع کانال USB خود هستند، تمایز قائل شوید.

تمام عملیات انتقال داده صرف نظر از اینکه در حال دریافت داده یا ارسال آن به یک دستگاه جانبی باشد، تنها توسط میزبان آغاز می شود. تمام تراکنش های معوق در چهار لیست بر اساس نوع انتقال ذخیره می شوند. لیست ها به طور مداوم با درخواست های جدید به روز می شوند. زمان بندی عملیات انتقال اطلاعات مطابق با درخواست های سفارش داده شده در قالب لیست ها توسط میزبان در فاصله زمانی یک فریم انجام می شود. ارائه درخواست ها طبق قوانین زیر انجام می شود:

نقل و انتقالات هم زمان بیشترین اولویت را دارند.
پس از پردازش تمام انتقال‌های هم زمان، سیستم به سرویس‌دهی انتقال‌های وقفه‌ای ادامه می‌دهد.
در آخرین نوبت، درخواست های انتقال آرایه های داده سرویس می شوند.
پس از سپری شدن 90 درصد از بازه زمانی مشخص شده، میزبان به طور خودکار به سرویس درخواست برای انتقال دستورات کنترلی سوئیچ می کند، صرف نظر از اینکه آیا موفق به سرویس دهی کامل به سه لیست دیگر شده است یا خیر.

رعایت این قوانین تضمین می کند که حداقل 10 درصد از پهنای باند گذرگاه USB همیشه به کنترل انتقال ها اختصاص می یابد. اگر انتقال همه بسته‌های کنترلی قبل از انقضای کسری اختصاص‌یافته از بازه زمان‌بندی تکمیل شود، زمان باقی‌مانده توسط میزبان برای انتقال داده‌ها استفاده می‌شود.

نسخه های مشخصات

توسعه مشخصات گذرگاه USB در چارچوب سازمان غیرانتفاعی بین المللی USB Implementers Forum (USB-IF) انجام می شود که توسعه دهندگان و سازندگان تجهیزات را با یک اتوبوس USB متحد می کند.

از اواسط سال 1996، رایانه های شخصی با یک کنترلر USB یکپارچه که توسط چیپست مادربرد پیاده سازی شده است، تولید می شوند.

اولین نسخه از مشخصات USB 1.0 از دو حالت Baud Rate بین دستگاه و رایانه پشتیبانی می کند:

سرعت کم (1.5 مگابیت در ثانیه)، برای دستگاه هایی مانند ماوس، صفحه کلید و جوی استیک؛
سرعت کامل (12 مگابیت بر ثانیه)، برای مودم و اسکنر.

در پاییز 1998، نسخه 1.1 منتشر شد - مشکلات کشف شده نسخه اول را برطرف کرد.

مشخصات فنی اصلی USB 1.1:

حداکثر نرخ تبادل به اندازه کافی بالا - تا 12 مگابیت در ثانیه.
حداکثر طول کابل برای نرخ باود بالا 4.5 متر است.
حداکثر تعداد دستگاه های متصل (از جمله ضریب فزاینده) تا 127 دستگاه است.
امکان اتصال دستگاه ها با نرخ های مختلف مبادله ای وجود دارد.
استفاده از دستگاه ها و پایانه های اضافی مورد نیاز نیست.
ولتاژ تغذیه برای دستگاه های جانبی 5 ولت است.
حداکثر جریان مصرفی در هر دستگاه 500 میلی آمپر است.

در بهار سال 2000، مشخصات USB 2.0 منتشر شد که باعث افزایش 40 برابری پهنای باند باس (تا 480 مگابیت در ثانیه در حالت پرسرعت) می‌شود. با این حال، دستگاه های USB 2.0 در سال 2002 وارد بازار اصلی شدند رابط جدیدبالاخره توانست خودش را تثبیت کند.

نسخه دوم مشخصات USB 2.0 به شما امکان می دهد از یک حالت دیگر با سرعت بالا (480 مگابیت بر ثانیه) برای دستگاه هایی مانند دیسکهای سخت، سی دی رام، دوربین های دیجیتال. پهنای باند 480 مگابیت بر ثانیه برای درایوهای خارجی، پخش کننده های MP3، گوشی های هوشمند و دوربین های دیجیتالکه برای انتقال حجم زیادی از داده ها نیاز بود. همچنین، مشخصات USB 2.0 به طور کامل از دستگاه های توسعه یافته برای نسخه اول پشتیبانی می کند. کنترلرها و هاب ها به طور خودکار نسخه مشخصات پشتیبانی شده توسط دستگاه را شناسایی می کنند. اتوبوس به شما امکان می دهد تا 127 دستگاه را از راه دور از رایانه در فاصله حداکثر 25 متری (با استفاده از هاب های میانی) وصل کنید.

USB 2.0 از زمان پذیرش گسترده خود توانسته است به طور کامل جایگزین رابط های سریال و موازی شود.

در حال حاضر دستگاه هایی که مطابق با مشخصات USB 2.0 ساخته شده اند به طور گسترده استفاده می شوند.

USB 3.0

USB 3.0 پشتیبانی می کند حداکثر سرعت، بیشینه سرعتانتقال 5 گیگابیت بر ثانیه

کانکتور USB 3.0 نوع A

اما هدف اصلی رابط USB 3.0 افزایش پهنای باند موجود است استاندارد جدیدبه طور موثر مصرف انرژی را بهینه می کند. USB 3.0 دارای چهار حالت اتصال به نام U0-U3 است. حالت اتصال U0 مربوط به انتقال داده فعال است و U3 دستگاه را در حالت "خواب" قرار می دهد. اگر اتصال بیکار باشد، در حالت U1، قابلیت دریافت و انتقال داده غیرفعال می شود. حالت U2 با غیرفعال کردن ساعت داخلی یک قدم جلوتر می رود.

کانکتور USB 3.0 نوع B

در نتیجه، دستگاه‌های متصل می‌توانند بلافاصله پس از تکمیل انتقال داده‌ها به حالت U1 بروند، که انتظار می‌رود در مقایسه با USB 2.0 مزایای مصرف انرژی ملموسی را ارائه دهد.

بعلاوه ایالت های مختلفاستاندارد مصرف برق USB 3.0 با USB 2.0 و جریان پشتیبانی شده بالاتر متفاوت است. اگر نسخه USB 2.0 آستانه فعلی 500 میلی آمپر را ارائه می کرد، در مورد استاندارد جدید، محدودیت به نوار 900 میلی آمپر منتقل شد. جریان در هنگام شروع اتصال از 100 میلی آمپر برای USB 2.0 به 150 میلی آمپر برای USB 3.0 افزایش یافته است. هر دو پارامتر برای هارد دیسک های قابل حمل که معمولاً به جریان کمی بالاتر نیاز دارند بسیار مهم هستند. پیش از این، با استفاده از یک فیش USB اضافی، دریافت برق از دو پورت، اما استفاده از تنها یکی برای انتقال داده، مشکل حل شده بود.

کابل ها و کانکتورهای USB

برخلاف حلقه های باس موازی ATA حجیم و گران قیمت و به خصوص گذرگاه SCSI با انواع کانکتورها و قوانین پیچیده اتصال، کابل کشی USB سادهو برازنده

وجود دارد پنج نوع کانکتور USB:

از چپ به راست: میکرو USB، mini USB، نوع B، کانکتور نوع A، کانکتور نوع A

میکرو USB- مورد استفاده در کوچکترین دستگاه ها مانند پخش کننده و تلفن همراه.
مینی USB- همچنین اغلب در پخش کننده ها، تلفن های همراه، و در عین حال در دوربین های دیجیتال، PDA ها و دستگاه های مشابه یافت می شود.
نوع B- اتصال دهنده اندازه کامل، نصب شده در چاپگرها، اسکنرها و سایر دستگاه هایی که اندازه آن خیلی مهم نیست.
نوع A (گیرنده)- یک کانکتور نصب شده در رایانه ها (یا روی توسعه دهنده های USB)، که در آن یک کانکتور نوع A متصل است.
نوع A (پریز)- کانکتوری که مستقیماً به رایانه به کانکتور مناسب وصل شده است.

سیستم کابل ها و کانکتورهای USB به شما اجازه نمی دهد هنگام اتصال دستگاه ها اشتباه کنید. جک‌های نوع A فقط در پورت‌های هاب پایین دست، فیش‌های نوع A در سیم‌های هاب محیطی یا بالادستی مناسب هستند. سوکت ها و دوشاخه های نوع B فقط برای سیم هایی استفاده می شود که از دستگاه های جانبی و پورت های بالادست هاب ها جدا شده اند (از دستگاه های "کوچک" - موس ها، کیبوردها و غیره، کابل ها معمولاً جدا نمی شوند). هاب‌ها و دستگاه‌ها قابلیت اتصال و جدا کردن داغ را فراهم می‌کنند.

حداکثر طول کابل USB می تواند 5 متر باشد. این محدودیت برای کاهش زمان پاسخگویی دستگاه معرفی شد. کنترل‌کننده میزبان برای مدت محدودی منتظر می‌ماند تا داده‌ها برسد و در صورت تأخیر، ممکن است اتصال قطع شود.

کابل برای پشتیبانی از اتوبوس با سرعت کامل جفت تابیده، محافظ است و همچنین می تواند برای عملکرد با سرعت کم استفاده شود. کابلی که فقط با حداقل سرعت کار می کند (مثلاً برای اتصال ماوس) می تواند هر کابلی باشد و می تواند بدون محافظ باشد.

ادبیات

A. Kostsov، V. Kostsov، PC Iron. دفترچه راهنمای کاربر. - M .: Martin, 2006 .-- 480 p.

گذرگاه USB برای ارتباط با رایانه شخصی طراحی شده است دستگاه های مختلفنوع تلفن، فکس، مودم، اسکنر، منشی تلفنی، صفحه کلید، ماوس و ... این گذرگاه دسکتاپ plug and play یک گذرگاه با سرعت متوسط، دو جهته و کم هزینه است که اتصال و معماری کامپیوتر را افزایش می دهد.

ویژگی های اصلی گذرگاه USB:

قابلیت اتصال تا 127 دستگاه فیزیکی.

تشخیص خودکار تجهیزات جانبی؛

تشکیل پیکربندی های مختلف؛

اجرای هر دو نوع انتقال هم زمان و سنکرون با طیف گسترده ای از سرعت.

وجود مکانیزم رسیدگی به خطا؛

مدیریت برق و غیره

فناوری گذرگاه USB در شکل 7.1 نشان داده شده است و دارای ساختار ستاره ای چند سطحی است (پیکربندی درختی).

شکل 7.1. توپولوژی اتوبوس USB

هر ستاره توسط یک هاب (نقطه اتصال) تشکیل می شود که اتصال یک یا چند عامل (func) دستگاه های جانبی را فراهم می کند. گذرگاه USB حاوی یک میزبان (کنترل کننده) است که سطح ریشه را تشکیل می دهد و کار کارگزاران را کنترل می کند. هاب یک عنصر کلیدی در معماری USB است که از اتصال هاب های متعدد پشتیبانی می کند. هاب شامل یک پورت جریان بالای باند است که برای اتصال هاب به "دم" و چندین پورت جریان پایین تر (NPP) لازم است که آن را با هاب ها و / یا کارگزاران دیگر متصل می کند (شکل 7.2).

شکل 7.2. نمای کلی هاب

هاب وظایف زیر را انجام می دهد: تشخیص اتصال (قطع) یک هاب یا عملکرد دیگر. مدیریت توان و پیکربندی دستگاه های متصل به NPP مربوطه. هاب شامل یک کنترلر و یک تکرار کننده (سوئیچ پورت کنترل شده با پروتکل بین VFP و NPP1-NPP7) است. کنترلر از ثبات های رابط برای برقراری ارتباط با میزبان استفاده می کند که از دستورات کنترلی برای پیکربندی هاب و نظارت بر شرکای خود استفاده می کند. شکل 7.3 یک سیستم دسکتاپ حاوی هاب ها و عملکردها را نشان می دهد.

عملکرد یک دستگاه USB جداگانه است که با یک کابل به پورت روی هاب متصل می شود. هاب / تابع به عنوان یک دستگاه حاوی یک هاب تعبیه شده اجرا می شود. هر تابع قبل از استفاده باید توسط میزبان پیکربندی شود، که شامل تخصیص محدوده فرکانس و انتخاب گزینه های خاص برای پیکربندی است.

شکل 7.3. سیستم دسکتاپ شامل هاب ها و عملکردها

میزبان USB (کامپیوتر مرکزی) با استفاده از کنترلر میزبان به دستگاه های USB دسترسی پیدا می کند که کارهای زیر را انجام می دهد:

هماهنگی کنترل و جریان داده بین میزبان و دستگاه ها؛

تشخیص دستگاه های متصل (قطع)؛

جمع آوری اطلاعات در مورد وضعیت سیستم؛

مدیریت قدرت.

پروتکل اتوبوس به صورت زیر انجام می شود. میزبان یک بسته رله را روی گذرگاه USB ارسال می کند که نوع بسته، جهت تراکنش (عمل در گذرگاه)، آدرس دستگاه و شماره نقطه پایانی را نشان می دهد. نقطه پایانی یک بخش قابل شناسایی منحصر به فرد از یک دستگاه USB است که حاوی چندین نقطه از این قبیل (نقاط پایانی ارتباط) است. ترکیب آدرس دستگاه و شماره نقطه پایانی در این دستگاه به شما این امکان را می دهد که هر نقطه را به صورت جداگانه انتخاب کنید. هر نقطه پایانی باید قبل از استفاده پیکربندی شود و با فرکانس، تأخیر گذرگاه، پهنای باند، حداکثر اندازه بسته، نوع و جهت ارسال مشخص می شود. دستگاه های کم سرعت دارای حداکثر دو نقطه پایانی هستند و دستگاه های پرسرعت تا 16 نقطه خروجی دارند.

پس از تکمیل انتقال داده، دستگاه USB (گیرنده) با یک بسته تأیید پاسخ می دهد که نشان می دهد انتقال موفقیت آمیز بوده است.

سیگنال های داده D + و D- و قدرت (V و G - زمین) در گذرگاه USB از نقطه ای به نقطه دیگر در امتداد چهار سیم یک کابل 90 اهم (شکل 7.4.) با حداکثر طول 5 متر منتقل می شود. ولتاژ نامی منبع تغذیه 5 ولت است.

شکل 7.4. کابل یو اس بی

میزبان (hub) برق دستگاه های USB متصل به آن را تامین می کند. علاوه بر این، دستگاه های USB را می توان به صورت خودکار تامین کرد. برق گذرگاه USB محدود است.

گذرگاه USB دو محدوده سرعت انتقال داده را ارائه می دهد: سرعت کم(1.5 مگابیت در ثانیه) و سرعت بالا(12 مگابیت بر ثانیه). حالت کم سرعت برای تعامل با دستگاه های تعاملی (ماوس، توپ و غیره) و حالت پرسرعت با آداپتور تلفن، دستگاه های صوتی یا تصویری استفاده می شود. قبل از هر بسته داده، یک فیلد همگام سازی وجود دارد که به گیرندگان اجازه می دهد تایمرهای خود (نوسانگرها) را برای دریافت داده تراز کنند. فیلد همگام‌سازی شامل پالس‌های همگام‌سازی رمزگذاری‌شده NRZI با بیت است.

پیوند بین میزبان و نقطه پایانی یک کانال را تشکیل می دهد. یک دستگاه USB می تواند یک نقطه پایانی داشته باشد که فقط از یک کانال کنترل پشتیبانی می کند، یا یک نقطه پایانی که از یک کانال برای انتقال داده استفاده می کند.

USB انواع زیر را در کانال های مربوطه در یک یا هر دو جهت انتقال می دهد:

کنترل ارسال درخواست / پاسخ خود به خود (غیر دوره ای) که برای انتقال دستورات / وضعیت استفاده می شود و معمولاً برای پیکربندی دستگاه در زمان اتصال آن استفاده می شود.

انتقال ظرف، به طور تصادفی در زمان رخ می دهد، متشکل از تعداد زیادیخروجی داده، به عنوان مثال، به یک چاپگر یا اسکنر.

انتقال وقفه (انتقال داده های غیر دوره ای با فرکانس پایین از دستگاه در هر زمان، شامل یک یا چند بایت ارسال شده به رایانه اصلی و نیاز به تعمیر و نگهداری دستگاه)؛

انتقال هم زمان (جریان متناوب)، برقراری ارتباط مستمر بین میزبان و دستگاه، در زمان واقعی با سرعت و تأخیر از پیش تعیین شده.

همه دستگاه های USB حاوی یک نقطه پایانی O هستند که کانال کنترل به طور پیش فرض به آن دسترسی دارد. اطلاعات Endpoint O یک دستگاه USB را توصیف می کند و از بخش های زیر تشکیل شده است: استانداردی که از توصیف کننده های دستگاه، ساختار، رابط و نقاط پایانی آن استفاده می کند. اطلاعات کلاس دستگاه و فروشنده نقطه پایانی O برای مقداردهی اولیه و پیکربندی دستگاه USB استفاده می شود.

کانال ها با استفاده از حافظه بافر اطلاعات را بین میزبان و نقطه پایانی منتقل می کنند. دو حالت عملکرد کانال وجود دارد: یک جریان - داده هایی که ساختار خاصی ندارند و یک پیام - داده هایی که مطابق با یک ترتیب داده شده منتقل می شوند. نرم افزار سیستم (نرم افزار) منحصراً مالک کانال است و آن را در معرض سایر نرم افزارها قرار می دهد. کاربر نرم افزار انتقال از طریق کانال را درخواست می کند، منتظر آنها می ماند و سپس از اتمام انتقال داده ها مطلع می شود. یک نقطه پایانی می تواند NAK به میزبان سیگنال دهد که مشغول است.

کانال های جریانی بسته های داده غیر USB را در یک جهت یا جهت دیگر انتقال می دهند (انتقال یک طرفه). لوله های جریان از انتقال کانتینر، هم زمان و قطعی پشتیبانی می کنند.

انتقال کنترل اجازه دسترسی به هر قسمت از دستگاه را می دهد و برای تبادل اطلاعات، مانند پیکربندی / فرمان / وضعیت، بین نرم افزار کاربر و عملکرد در نظر گرفته شده است. انتقال کنترل به طور کلی حاوی اطلاعات درخواست (بسته نصب)، داده ها و اطلاعات وضعیت عملکردی است که به میزبان بازگردانده می شود. بسته نصب دارای ساختار خاصی است که شامل مجموعه ای از دستورات مورد نیاز برای برقراری ارتباط بین یک میزبان و یک دستگاه USB است. توضیحات وضعیت دستگاه نیز ساختار خاصی دارد و داده های کنترلی به دنبال بسته نصبی فاقد ساختار بوده و حاوی اطلاعات دسترسی درخواستی می باشد. انتقال کنترل به صورت یک جریان دوطرفه اطلاعات بر روی کانال های پیام انجام می شود. استاندارد گذرگاه USB اندازه بسته داده را برای دستگاه های پرسرعت به 8، 16، 32 یا 64 بایت محدود می کند، در حالی که دستگاه های با سرعت پایین نمی توانند بسته داده ای بیش از 8 بایت داشته باشند. بسته نصب همیشه شامل 8 بایت است. در ابتدا (پس از تنظیم مجدد)، میزبان از یک بسته داده 8 بایتی استفاده می کند که برای عملیات استاندارد کافی است و پس از تعیین نوع نقطه پایانی از روی اطلاعات پیکربندی آن، می توان از یک بسته بزرگ برای انجام عملیات خاص استفاده کرد. بنابراین، تمام داده ها در حین انتقال به قسمت های مساوی (بسته ها) تقسیم می شوند، به جز قسمت آخر که حاوی داده های باقی مانده است.

در صورتی که نقطه پایانی برای مدت معینی مشغول باشد، میزبان پس از مدتی دوباره سعی می کند به آن دسترسی پیدا کند. اگر میزبان خطا را تشخیص دهد، دوباره ارسال می کند.

شکل 7.5 یک نمودار کلی از نحوه تعامل اجزای گذرگاه USB را نشان می دهد.

شکل 7.5. طرح کلی تعامل اجزای گذرگاه USB

میزبان (مرکز هماهنگی) شامل: نرم افزار سیستم USB است که از رابط USB در یک سیستم عامل خاص پشتیبانی می کند و همراه با آن عرضه می شود. نرم افزار کاربر مورد نیاز برای کنترل عملکرد یک دستگاه USB خاص که همراه با سیستم عامل موجود است یا همراه دستگاه ارائه می شود، و یک کنترل کننده که به دستگاه ها اجازه می دهد به یک میزبان متصل شوند. یک دستگاه USB همچنین دارای چندین سطح پیاده سازی است: رابط اتوبوس، منطق دستگاه (مجموعه نقاط) و عملکرد (سطح عملکرد دستگاه).

گذرگاه USB از روش رمزگذاری NRZI (بدون بازگشت به صفر با وارونگی) استفاده می کند. در این حالت، روش کدگذاری NRZI به این صورت است که اگر بیت داده ارسالی برابر با 0 باشد، سطح ولتاژ تغییر می کند و اگر برابر با 1 باشد، سطح ولتاژ حفظ می شود. شکل 7.6 نمونه ای از رمزگذاری داده ها با استفاده از روش NRZI را نشان می دهد.

شکل 7.6. نمونه ای از رمزگذاری NRZI

بنابراین، رشته صفر باعث تغییر سطوح سیگنال می شود و رشته یک ها بخش های طولانی از سطوح را بدون هیچ گونه انتقالی تشکیل می دهد که می تواند هنگام انتخاب هر بیت، شرایط همگام سازی را نقض کند. بنابراین، هنگام انتقال داده ها، یک صفر در هر شش عدد متوالی وارد می شود تا اطمینان حاصل شود که هر بازه بیت به طور قابل اعتماد هنگام دریافت در بدترین حالت زمانی که بیت های داده یک به یک هستند شناسایی می شود. گیرنده کد NRZI را رمزگشایی می کند و بیت های صفر درج شده را دور می اندازد. شکل 7.7 نمودار زمان بندی مراحل رمزگذاری داده ها را نشان می دهد.

نمودار ابتدا داده های خام حاوی یک فیلد همگام سازی و یک بسته داده را نشان می دهد، الگوی همگام سازی دارای 7 صفر است و با یک بیت ختم می شود، پس از آن بسته داده آغاز می شود. سپس نمودار داده های پر شده را نشان می دهد که علاوه بر این شامل بیت درج شده 0 بعد از شش عدد می باشد. پس از آن، داده های پر شده با استفاده از روش NRZI با در نظر گرفتن فیلد ترکیبی کدگذاری می شوند. قانون padding نیاز به درج بیت 0 دارد، حتی اگر این بیت آخرین بیت باشد، قبل از سیگنال EOP (پایان بسته).

شکل 7.7. نمودار زمان بندی مراحل رمزگذاری داده ها

بیایید نگاهی به برخی از الزامات الکتریکی گذرگاه USB بیاندازیم. شکل 7.8 شماتیکی از درایور متقارن گذرگاه USB (درایور) حاوی دو بافر CMOS یکسان را نشان می دهد.

شکل 7.8. مدار شکل دهنده دیفرانسیل

درایور دیفرانسیل متعادل شامل دو خروجی قطبی مخالف، D + و D-، با سه حالت برای تحقق عملیات نیمه دوطرفه دو طرفه است. یکی از خروجی ها نشان دهنده تکرار کننده ورودی بافر و دیگری مکمل آن است. این خروجی ها توسط یک جفت سیم متقاطع به ورودی های گیرنده دیفرانسیل متصل می شوند. بنابراین، سیم ها دو سیگنال را حمل می کنند که به یک اندازه تحت تأثیر نویز حالت مشترک حذف شده توسط گیرنده دیفرانسیل قرار می گیرند.

از آنجایی که خروجی های درایور قطبیت های متفاوتی دارند، هنگام انتقال داده ها با فرکانس بالا، سیگنال های دوقطبی منعکس شده ظاهر می شوند که نویز حالت معمولی نیستند. بنابراین لازم است احتمال وقوع سیگنال های منعکس شده در سمت گیرنده رابط حذف شود.

استفاده از اصل انتقال دیفرانسیل، مصونیت نویز آن را افزایش می دهد و در نتیجه، امکان افزایش نرخ انتقال داده را فراهم می کند.

شکل 7.9 نموداری از سیگنال ها را در خروجی های شکل دهنده برای سرعت انتقال 12 مگابیت بر ثانیه (a) و 1.5 مگابیت بر ثانیه (b) نشان می دهد.

شکل 7.9. نمودار سیگنال ها در خروجی شکل دهنده ها برای سرعت انتقال داده 12 مگابیت بر ثانیه (a) و 1.5 مگابیت بر ثانیه (b)

کابل شیلددار جفت پیچ خورده با سرعت 12 مگابیت بر ثانیه و کابل بدون محافظ با یک جفت هادی پیچ خورده برای 1.5 مگابیت بر ثانیه استفاده می شود. جفت کردن فرستنده‌های گیرنده (PP) با استفاده از کابل USB در مورد انتقال‌های پرسرعت (a) و سرعت پایین (b) در شکل 7.10 نشان داده شده است.

از نمودارها می توان دریافت که دستگاه های پرسرعت حاوی یک مقاومت بار (R H) در خط D + و موارد با سرعت پایین در خط D- هستند که به شما امکان می دهد نوع دستگاه USB متصل شده را تعیین کنید. هنگامی که دستگاه USB خطوط D + و D- را هدایت نمی کند، خط RH ولتاژی در حدود 3 ولت دارد و دیگری نزدیک به 0 ولت است. به این حالت اتوبوس پسیو می گویند.

شکل 7.10. طرح‌های رابط میزبان (هاب) و عملکرد (هاب) برای انتقال‌های پرسرعت (a) و سرعت پایین (b)

اگر دستگاه به پورت پایین هاست (هاب) متصل نیست (یا برق وجود ندارد)، نامتقارن روی هر دو خط D + و D- تنظیم می شود. سطح پایینولتاژ (0.6V)، که برای تعیین وضعیت قطع یا پایان پیام انفجار (EOP) استفاده می شود. برای انتقال با سرعت بالا، شرایط قطع یک صفر نامتقارن برای 2.5 میلی ثانیه (واحد زمان 30 بیت) است.

اگر ولتاژ یکی از خطوط D + (D-) به بالای آستانه نامتقارن بالای 1.5 ولت در 2.5 میلی ثانیه برسد، ارتباط با دستگاه برقرار می شود.

برای تعیین اینکه آیا یک دستگاه USB قطع و وصل شده است به شکل 7.11 مراجعه کنید.

شکل 7.11. ایجاد واقعیت قطع اتصال (الف) و اتصال دستگاه USB (ب)

کل زمان انتقال داده با تعداد بیت های داده ضرب در دوره (T) تعیین شده توسط نرخ انتقال داده تخمین زده می شود. شکل 7.12 نمودار زمان بندی خطوط داده دیفرانسیل D + و D- را نشان می دهد.

شکل 7.12. زمان انتقال داده ها

طبق کد NRZI، بیت 0 باعث تغییر سطوح ولتاژ می شود و بیت 1 سطوح ولتاژ مربوطه را روی خطوط D + و D- نگه می دارد. مدت زمان صفر نامتقارن در EOP 2T است، بدون در نظر گرفتن زمان تاخیر.

شروع بسته (SOF) با اولین بیت فیلد همگام سازی زمانی که حالت غیرفعال خطوط D + و D- فعال می شود تعیین می شود. دستگاه های USB از حالت تعلیق پشتیبانی می کنند که به دلیل حالت غیرفعال خطوط D + و D- که بیش از 3 میلی ثانیه نگه داشته می شوند، ایجاد می شود.

فرمان میزبان می تواند یک سیگنال بازنشانی تنظیم کند که در تمام هاب ها پخش می شود و دستگاه های متصل را به حالت اولیه خود می رساند. سیگنال تنظیم مجدد یک صفر نامتقارن است که در اتوبوس به مدت 10 میلی ثانیه نگه داشته می شود.

بسته به منبع مصرف برق، انواع دستگاه های زیر متمایز می شوند:

هاب هایی که برق را از اتوبوس می گیرند و به دستگاه های عملکردی داخلی و پورت های پایینی انرژی می دهند.

هاب های خود تغذیه که به شما امکان می دهد برق پنج ماژول را تامین کنید که هر کدام 100 میلی آمپر مصرف می کنند که بار ماژول است.

دستگاه های کم مصرف (با بار یک ماژول) و پرقدرت (با بار پنج ماژول) که برق را از اتوبوس مصرف می کنند.

دستگاه های کاربردی که دارای منبع تغذیه خارجی هستند و بار یک ماژول تامین شده از اتوبوس را حمل می کنند.

بیایید نگاهی به فرمت های بسته تعریف شده توسط استاندارد اتوبوس USB بیاندازیم. بین احراز هویت، اطلاعات و بسته های تصدیق تمایز قائل می شود. قبل از هر بسته یک فیلد همگام سازی 8 بیتی ارسال می شود. فرمت بسته شناسایی در شکل نشان داده شده است. 7.13.

شکل 7.13. قالب بسته شناسایی

پس از فیلد همگام سازی برای هر بسته، یک شناسه 8 بیتی (ID) ارسال می شود که ابتدا بیت کم اهمیت است. بیت‌های D0-D3 فیلد ID نوع بسته را مشخص می‌کنند (فرمت و روش تشخیص خطاهای بسته مربوطه) و بیت‌های D4-D7 مقادیر معکوس حداقل چهار بیت هستند و به عنوان فیلدی برای بررسی عمل می‌کنند. انتقال صحیح فیلد شناسه، که به شناسایی، اطلاعات، تصدیق و ویژه تقسیم می شوند.

از یک آدرس دستگاه 7 بیتی و یک شماره CT 4 بیتی برای انتخاب یک دستگاه و نقطه پایانی (CT) استفاده می کند. فیلد آدرس برای ورودی (خروجی) داده ها و تعیین شناسه ها در نظر گرفته شده است. هنگام تنظیم مجدد یا خاموش، آدرس دستگاه روی 0 تنظیم می شود و سپس توسط میزبان برنامه ریزی می شود. دستگاه‌های کم‌سرعت دارای حداکثر دو نقطه پایانی و دستگاه‌های پرسرعت دارای حداکثر 16 نقطه پایانی هستند. فیلد آدرس و شماره‌های CT توسط یک کد بررسی چرخه‌ای 5 بیتی (CCC) محافظت می‌شوند. بررسی افزونگی چرخه‌ای این است که بیت‌های میدان KCC ضرایب یک چند جمله‌ای باینری (معادل 5 بیتی) هستند و بایت‌های کنترل خطا از تقسیم آن چند جمله‌ای بر یک چند جمله‌ای 16 بیتی مشخص به دست می‌آیند. وجود یا عدم وجود خطا توسط کد باینری باقیمانده تعیین می شود.

بسته فیلد داده از یک فیلد ID 8 بیتی، یک فیلد داده (0-1023 بایت) و یک فیلد KCC 16 بیتی (شکل 7.14) تشکیل شده است.

شکل 7.14. فرمت بسته داده

دو بسته داده (داده (0) و داده (1)) با شناسه های مختلف مورد نیاز برای حفظ همگام سازی مناسب وجود دارد. داده های موجود در بسته به صورت دنباله ای از بایت ها نمایش داده می شوند.

بسته دست دادن فقط حاوی فیلد ID است و برای تأیید موفقیت انتقال داده در نظر گرفته شده است. سه نوع از این بسته وجود دارد: ACK (تأیید) - بسته داده بدون خطا دریافت شد و بسته ID صحیح است (بسته برای انتقال داده استفاده می شود). NAK (تایید نشده) - بسته ای که نشان دهنده ناتوانی دستگاه در دریافت داده از میزبان (شکست موقت) است یا دستگاه هیچ داده ای برای انتقال به میزبان ندارد (علاوه بر این، بسته برای گزارش توقف موقت در انتقال استفاده می شود. یا دریافت داده ها توسط دستگاه)؛ STALL یک بسته پاسخ است که نشان دهنده شکست دائمی و نیاز به مداخله توسط برنامه میزبان است.

بسته شناسایی SOF (شروع فریم) به هاب ها یا دستگاه ها اجازه می دهد تا شروع یک فریم را شناسایی کرده و تایمرهای داخلی خود را با تایمر رایانه میزبان همگام کنند. فرمت بسته احراز هویت در شکل 7.15 نشان داده شده است.

شکل 7.15. قالب بسته شناسایی

یک فریم شامل مجموعه ای از تراکنش ها (عملکرد اتوبوس) است که از یک توکن SOF شروع می شود و تا آغاز توکن SOF بعدی ادامه می یابد. دستگاه یا هاب شروع یک فریم را با شناسه بسته SOF 8 بیتی شناسایی می کند.

تراکنش های زیر وجود دارد: آرایه داده، کنترل، وقفه و نوع هم زمان.

یک تراکنش مجموعه داده هنگام وارد کردن داده به میزبان شامل یک بسته احراز هویت با یک درخواست ورودی، یک بسته داده (داده (0/1)) از دستگاه و یک بسته تأیید (NAK یا STALL) است که توسط دستگاه به دنبال داده ارسال می شود. . اگر بسته داده معتبر دریافت شود، میزبان با یک بسته ACK به دستگاه پاسخ می دهد.

هنگام وارد کردن داده ها از یک میزبان به یک دستگاه، میزبان یک بسته احراز هویت با یک درخواست خروجی و به دنبال آن یک بسته داده ارسال می کند. دستگاه با یکی از سه بسته دست دادن (ACK، NAK، یا STALL) به میزبان پاسخ می دهد.

توالی اقدامات میزبان و دستگاه هنگام انتقال آرایه های داده در شکل 7.16 نشان داده شده است.

شکل 7.16. ترتیب میزبان و دستگاه

شکل 7.17 توالی شناسه ها را هنگام نوشتن و خواندن یک آرایه داده نشان می دهد.

شکل 7.17. دنباله ای از شناسه ها هنگام نوشتن و خواندن یک آرایه داده

برای همگام سازی اجزای گذرگاه USB، بسته ها با شناسه داده (0) و بسته ها با شناسه داده (1) به هم متصل می شوند. سوئیچینگ بسته های داده در فرستنده پس از دریافت بسته ACK و در گیرنده - پس از دریافت بسته بعدی انجام می شود.

انتقال کنترل شامل دو مرحله است: نصب و حالت، که بین آنها یک مرحله اطلاعاتی وجود دارد. در مرحله نصب، فقط داده هایی با فرمت فیلد Data ID (0) به نقطه پایانی کنترل دستگاه منتقل می شود.

تراکنش Install در شکل 7.18 نشان داده شده است.

شکل 7.18. Transaction را نصب کنید

اگر داده ها نامعتبر باشند ACK صادر نمی شود. در صورت وجود مرحله داده، مطابق با الزامات پروتکل در یک جهت منتقل می شوند. این مرحله می تواند شامل چندین تراکنش ورودی و خروجی باشد و اندازه آرایه داده در بسته نصب مشخص شده است.

مرحله State آخرین مرحله در توالی مورد بررسی است و از شناسه Data 0 استفاده می کند.

شکل 7.19 ترتیب تراکنش ها و شناسه های داده را برای کنترل خواندن یا نوشتن نشان می دهد.

شکل 7.19. دنباله تراکنش و شناسه داده

در مرحله Status اطلاعات زیر از دستگاه به میزبان مخابره می شود: دستگاه کار را انجام داده است (ACK)، دستگاه حاوی خطا نیست (STALL) و دستگاه مشغول است (NACK).

تراکنش های وقفه حاوی شناسه های ورودی هستند. شکل 7.20 توالی تراکنش های وقفه را نشان می دهد.

شکل 7.20. توالی تراکنش را قطع کنید

اگر دستگاه یک شناسه ورودی دریافت کند، سپس داده های وقفه را به صورت یک بسته صادر می کند و یک ACK دریافت می کند یا یک NACK / STALL ارسال می کند. بسته NAK زمانی توسط یک دستگاه ارسال می شود که حاوی اطلاعاتی برای یک وقفه جدید نباشد و بسته STALL توسط دستگاهی ارسال می شود اگر به طور موقت کار را به حالت تعلیق درآورده باشد.

تراکنش های هم زمان دارای مرحله تصدیق نیستند. شکل 7.21 مراحل تراکنش های هم زمان را نشان می دهد.

شکل 7.21. مراحل تراکنش هم زمان

هنگامی که حالت هم زمان اجرا می شود، بسته های داده با شناسه های مربوطه به نوبه خود تغییر می کنند، یعنی. ابتدا بسته داده Data (0) و سپس بسته داده (1) و غیره قرار می گیرند.

قبلی

استانداردهای USB 1.1 و 2.0

گذرگاه سریال جهانی (USB) یک رابط سریال دیگر است. از آنجایی که محبوب ترین رابط سریال است، شایسته فصل خاص خود است.

گذرگاه USB امکان اتصال سریال تا 127 دستگاه را فراهم می کند (در صورتی که سازنده دستگاه این امکان را فراهم کرده باشد، می توانید یک دستگاه را به دستگاه متصل کنید). همانطور که در مورد IEEE، اتصال / وصل کردن دستگاه ها پشتیبانی می شود، یعنی برای وصل کردن / جدا کردن دستگاه، نیازی به خاموش کردن برق رایانه ندارید. علاوه بر این، مانند IEEE، دستگاه ها را می توان از طریق USB تغذیه کرد و نیاز به منابع تغذیه اضافی را از بین می برد.

اتوبوس USB در ژانویه 1996 ظاهر شد - سپس نسخه USB 1.0 اعلام شد. دو سال بعد، در سال 1998، اتوبوس USB 1.1 ظاهر شد. تقریباً تمام دستگاه های نسخه 1.0 با USB 1.1 سازگار هستند و بالعکس - فقط تغییرات جزئی وجود دارد.

گذرگاه USB 2.0 در سال 2003 ظاهر شد. با نسخه های 1.0 و 1.1 سازگار است. این بدان معنی است که می توانید دستگاه های نسخه 1.0 و 1.1 را به گذرگاه USB 2.0 متصل کنید. تعیین نسخه دستگاه - با آرم USB بسیار آسان است. در شکل 10.1 آرم USB نسخه های 1.0 و 1.1 را نشان می دهد (اکنون نسخه دستگاه 1.1 رایج تر است) و در شکل. 10.2 - آرم USB 2.0.

برنج. 10.1. لوگوی USB 1.1: قدیمی (چپ) و جدید (راست)

برنج. 10.2. لوگوی USB 2.0

مشخصات فنیگذرگاه های USB 1.1 در جدول نشان داده شده است. 10.1.
// - جدول 10.1. مشخصات گذرگاه USB1.1 - //

لطفا توجه داشته باشید که گذرگاه USB 1.1 می تواند در دو حالت کار کند: سرعت کم و سرعت بالا. در اولی، نرخ ارز 1.5 مگابیت در ثانیه است، در دومی - 12 مگابیت در ثانیه.
مشخصات گذرگاه USB 2.0 تقریباً یکسان است، اما سه حالت سرعت برای USB 2.0 وجود دارد:
سرعت کم (سرعت 10-1500 کیلوبیت در ثانیه) - برای دستگاه های ورودی (صفحه کلید، ماوس، جوی استیک).
سرعت کامل (0.5-12 مگابیت در ثانیه) - دستگاه های مختلف با سرعت متوسط؛
سرعت بالا (5-480 مگابیت در ثانیه) - حامل های داده، دستگاه های ویدیویی.

اتصال دستگاه های USB

در پشت واحد سیستم، معمولاً می توانید چهار پورت USB (گاهی 6 یا حتی 8) پیدا کنید. این پورت ها (شکل 10.3) متعلق به هاب های ریشه USB هستند. هر روت هاب دو پورت USB دارد. بنابراین، اگر چهار پورت USB روی مادربرد دارید، در این صورت دو هاب ریشه در سیستم وجود دارد، اگر هشت پورت وجود داشته باشد، پس از آن چهار هاب ریشه در سیستم وجود دارد.

//-- برنج. 10.3. پورت های USB - //
Device Manager را باز کنید (برای انجام این کار، دستور Start، Settings، Control Panel، System را اجرا کنید، به تب Hardware بروید و روی دکمه Device Manager کلیک کنید). در پنجره Device Manager، گروه Universal Serial Bus Controllers را گسترش دهید (شکل 10.4).

//-- برنج. 10.4. مدیریت دستگاه --//
روی هر روت هاب کلیک راست کرده و Properties را انتخاب کنید. در پنجره ای که ظاهر می شود، به تب Power بروید. اطلاعات زیر را مشاهده خواهید کرد (شکل 10.5):
نوع قدرت هاب، هاب ریشه ما است، بنابراین قدرت خاص خود را دارد.
اطلاعاتی در مورد دستگاه های متصل به پورت هاب و منبع تغذیه آنها - در مورد ما، یک دستگاه متصل است و به منبع تغذیه 100 میلی آمپر نیاز دارد. حداکثر حداکثری که هاب ما می تواند تا 500 میلی آمپر در هر پورت ارسال کند.
تعداد پورت های رایگان - هاب ریشه فقط دو پورت دارد، یکی از آنها مشغول است (یک دستگاه ذخیره سازی متصل است - یک دیسک USB)، بنابراین یک پورت رایگان است.

//-- برنج. 10.5. جزئیات هاب - //
اگر فقط دو هاب دارید و می توانید فقط دو دستگاه را به هر یک وصل کنید، پس چگونه می توانید تا 127 دستگاه USB را به رایانه خود وصل کنید؟ ابتدا، می توانید هاب های USB اضافی را به پورت هاب ریشه متصل کنید (شکل 10.6). یک هاب USB به یک پورت USB متصل می شود، اما در عوض حداقل سه پورت USB رایگان را فراهم می کند. دو نوع هاب USB وجود دارد: خود تغذیه و تغذیه از درگاه مادر. بهتر است هاب را با منبع تغذیه خود خریداری کنید. چرا؟ همانطور که می دانیم، حداکثر جریان 500 میلی آمپر در هر پورت منتقل می شود. 100 میلی آمپر برای تغذیه خود هاب مورد نیاز است، بنابراین 400 میلی آمپر برای دستگاه ها باقی خواهد ماند. به نظر می رسد که دیگر نمی توانید هیچ دستگاه USB قدرتمندی را به هر پورت چنین هابی متصل کنید، اما می توانید دستگاه هایی مانند دیسک های USB را که تنها به 100 میلی آمپر نیاز دارند متصل کنید.

//-- برنج. 10.6. هاب USB - //
اگر هاب منبع تغذیه خود را داشته باشد، می توان برای هر پورت 500 میلی آمپر ارائه کرد، یعنی پورت های USB مانند هاب های ریشه کامل خواهند بود.
علاوه بر این، برخی از دستگاه ها، مانند صفحه کلید، می توانند به عنوان یک هاب USB عمل کنند (این دستگاه ها باید دستگاه های USB باشند). صفحه کلید را به درگاه USB وصل می کنید و می توانید دستگاه های بیشتری را به آن وصل کنید. معمولا ماوس های USB و گاهی دیسک های USB به صفحه کلید متصل می شوند. واضح است که این دستگاه ها نباید "پرخور" باشند، زیرا در مجموع همان 500 میلی آمپر به پورت عرضه می شود. 100 میلی آمپر برای تغذیه صفحه کلید می رود و مابقی بین دستگاه های متصل به صفحه کلید تقسیم می شود. با در نظر گرفتن چنین ارتباط سلسله مراتبی دستگاه ها، به راحتی می توان تنها 127 دستگاه متصل به رایانه را تصور کرد. این 63000 نیست، همانطور که در مورد IEEE-1394 وجود دارد!
حالا در مورد کانکتورهای USB. کانکتورهای پشت واحد سیستم (متداول ترین کانکتورهای USB) نامیده می شوند نوع USB A. کابل برای اتصال نوع A در شکل نشان داده شده است. 10.7.

//-- برنج. 10.7. کابل A را تایپ کنید - //
کانکتور و کابل نوع B در شکل نشان داده شده است. 10.8. معمولاً کانکتور نوع B در دستگاه های جانبی (چاپگرها، اسکنرها) استفاده می شود. کابل USB برای اتصال یک دستگاه جانبی به رایانه (شکل 10.9) مجهز به یک کانکتور نوع B (برای اتصال به چاپگر / اسکنر) و یک رابط نوع A (برای اتصال به رایانه) است.

//-- برنج. 10.8. رابط (ماده) و کابل نوع B - //
//-- برنج. 10.9. کابل پرینتر USB - //
علاوه بر کانکتورهای نوع A و B، یک mini-connector نیز وجود دارد که به آن mini-USB می گویند (شکل 10.10). معمولاً برای اتصال کابل USB به دوربین دیجیتال، تلفن همراه استفاده می شود. در این حالت یک سر کابل از نوع mini USB و سر دیگر آن از نوع A است.

//-- برنج. 10.10. کابل Mini-USB - //

ارتقای کامپیوترهای قدیمی

کامپیوترهای قدیمی پورت USB ندارند، اما می‌توانید یک کنترلر USB که به عنوان کارت توسعه PCI (شکل 10.11) یا به عنوان کارت PC (برای لپ‌تاپ) طراحی شده است، نصب کنید. هنگام خرید یک کنترلر، مطمئن شوید که از USB 2.0 پشتیبانی می کند (شکل 10.12) - در صورت نصب، جدیدترین.

//-- برنج. 10.11. کنترلر USB به شکل برد PCI (4 پورت USB) - //

//-- برنج. 10.12. کارت کامپیوتر دو پورت (پشتیبانی USB را به لپ تاپ قدیمی اضافه می کند) - //
گاهی اوقات رایانه خیلی قدیمی نیست - پشتیبانی از USB وجود دارد، اما نسخه 1.1 است، اما باید یک دستگاه USB 2.0 را وصل کنید. در این مورد، یک کنترلر PCI نیز کمک خواهد کرد. یک بار دیگر تکرار می کنم: هنگام خرید باید مطمئن شوید که دقیقاً کنترلر USB 2.0 را خریداری می کنید.

در حال حاضر، استاندارد USB 3.0 هنوز پذیرفته نشده است، اما در حال حاضر در حال توسعه است. قرار است سیگنال ها را با استفاده از کابل فیبر نوری ارسال کند. USB 3.0 با نسخه های 2.0 و 1.1 سازگار خواهد بود.
شرکت‌های زیر در حال حاضر روی ایجاد USB 3.0 کار می‌کنند: Intel، Microsoft، Hewlett-Packard، Texas Instruments، NEC و NXP Semiconductors. سرعت انتقال داده برنامه ریزی شده (پیک) - 4.8 گیگابیت بر ثانیه.

آیا سیستم شما از USB پشتیبانی می کند؟

به نظر می رسد که اگر پورت های USB وجود داشته باشد، باید پشتیبانی از USB نیز وجود داشته باشد. اما این همیشه صدق نمیکند. به عنوان مثال، ویندوز 2000 و ویندوز XP SP1 درایور USB 2.0 ندارند. حتی اگر یک کنترلر USB 2.0 دارید، بدون نصب درایور برای USB 2.0، گذرگاه USB به عنوان USB 1.1 عمل می کند.
برنامه USB Ready را در http://www.usb.org/about/ faq / ans3 / usbready.exe دانلود کنید، که سیستم شما را برای پشتیبانی از USB آزمایش می کند (شکل 10.13).

//-- برنج. 10.13. برنامه آماده یو اس بی - //
کسانی که یک کنترلر USB جدید دارند چه باید بکنند؟ چندین گزینه وجود دارد:
یک نسخه جدید از سیستم عامل - ویندوز ویستا را نصب کنید، اما ارزان نیست.
نسخه سیستم عامل را به Windows XP SP2 ارتقا دهید. درایور USB 2.0 را نصب کنید.

شما همیشه نمی خواهید یک سیستم با عملکرد خوب را دوباره نصب کنید. سپس ما به دنبال راننده خواهیم بود. گاهی اوقات با مادربرد همراه می شود - پس شما خوش شانس هستید. اما اگر در کیت موجود نباشد، در اینترنت به دنبال آن خواهیم بود. جالب ترین چیز این است که دیگر در وب سایت مایکروسافت وجود ندارد. درایور مورد نیاز خود را در softodrom.ru پیدا کردم:
http://soft.softodrom.ru/ap/p4515.shtml.
اگر تا زمانی که کتاب تمام شد، دیگر آنجا نیست، لطفاً با من تماس بگیرید - آن را با شما به اشتراک خواهم گذاشت.

اولین مشخصات USB (نسخه 1.0) در اوایل سال 1996 منتشر شد و مشخصات 1.1 در پاییز 1998 ظاهر شد و مشکلات موجود در نسخه اول را اصلاح کرد. در بهار سال 2000، نسخه 2.0 منتشر شد که افزایش 40 برابری پهنای باند باس را فراهم کرد. بنابراین، مشخصات 1.0 و 1.1 عملکرد با سرعت های 12 مگابیت بر ثانیه و 1.5 مگابیت بر ثانیه و مشخصات 2.0 - با سرعت 480 مگابیت در ثانیه را ارائه می دهند. این امکان سازگاری با USB 2.0 با USB 1.x را فراهم می کند.

مشخصات نهایی USB 3.0 در سال 2008 ظاهر شد. USB 3.0 توسط Intel، Microsoft، Hewlett-Packard، Texas Instruments، NEC و غیره ساخته شده است. نیمه هادی های NXP در مشخصات USB 3.0، کانکتورها و کابل های استاندارد به روز شده از نظر فیزیکی و عملکردی با USB 2.0 سازگار هستند. علاوه بر چهار خط USB 2.0، USB 3.0 چهار خط ارتباطی دیگر (دو جفت پیچ خورده) اضافه می کند. مخاطبین جدید در کانکتورهای USB 3.0 جدا از مخاطبین قدیمی در یک ردیف تماس متفاوت قرار دارند. مشخصات USB 3.0 حداکثر سرعت انتقال داده را به 4.8 گیگابیت بر ثانیه افزایش می دهد، بنابراین سرعت انتقال از 60 مگابایت بر ثانیه به 600 مگابایت در ثانیه افزایش می یابد و به شما امکان می دهد 1 ترابایت را نه در 8-10 ساعت، بلکه در 40 دقیقه انتقال دهید. -1 ساعت نسخه 3.0 همچنین دارای قدرت جریان افزایش یافته از 500 میلی آمپر به 900 میلی آمپر است، بنابراین کاربر نه تنها می تواند دستگاه های بیشتری را از یک هاب تغذیه کند، بلکه خود دستگاه ها در بسیاری از موارد می توانند از منابع تغذیه جداگانه خلاص شوند.

معماری رایج USB

معماری فیزیکی USB توسط قوانین زیر کنترل می شود:

دستگاه ها به هاست متصل می شوند.
اتصال فیزیکی دستگاه ها به یکدیگر مطابق با توپولوژی یک ستاره چند لایه انجام می شود که بالای آن هاب ریشه است.
مرکز هر ستاره یک هاب است.
هر بخش کابل دو نقطه را به یکدیگر متصل می کند: میزبان به هاب یا عملکرد , یک هاب با یک تابع یا هاب دیگر.
یک دستگاه USB جانبی یا هاب دیگر را می توان به هر پورت هاب متصل کرد، در حالی که حداکثر 5 سطح آبشاری هاب ها بدون احتساب ریشه، مجاز است.

بالاترین لایه هاب ریشه است که معمولاً با کنترلر USB مشترک است.

برای افزایش تعداد پورت های موجود، می توان هر یک از دستگاه ها یا هاب های دیگر را به هاب ریشه متصل کرد. متمرکز کننده می تواند به عنوان یک دستگاه جداگانه ساخته شود یا در دستگاه دیگری تعبیه شود، به عنوان مثال. دستگاه های USB را می توان به عنوان دستگاه های کاربردی دسته بندی کرد، به عنوان مثال. دستگاه‌هایی که عملکرد خاصی را انجام می‌دهند (مثلاً ماوس)، دستگاه‌های هاب که فقط یک عملکرد fanout را انجام می‌دهند، و دستگاه‌هایی که دارای محل مشترکی هستند که شامل هابی است که مجموعه پورت‌ها را گسترش می‌دهد (مثلاً مانیتورهایی با پورت‌هایی برای اتصال دیگران).

در سطح پنجم، دستگاه ترکیبی قابل استفاده نیست. علاوه بر این، باید به طور جداگانه به هاست اشاره کرد که بیشتر یک مجموعه نرم افزاری و سخت افزاری است تا یک دستگاه.

جزئیات معماری فیزیکی از برنامه های کاربردی در نرم افزار سیستم (نرم افزار) پنهان است، بنابراین معماری منطقی مانند یک ستاره معمولی به نظر می رسد که نرم افزار کاربردی در مرکز آن و مجموعه ای از نقاط پایانی به عنوان رئوس آن قرار دارد. برنامه با هر نقطه پایانی ارتباط برقرار می کند.

قطعات USB

گذرگاه USB از عناصر زیر تشکیل شده است:

ویژگی های دستگاه USB

آدرس دهی - دستگاه باید به آدرس منحصر به فرد اختصاص داده شده به آن و فقط به آن پاسخ دهد.
پیکربندی - پس از روشن یا تنظیم مجدد، دستگاه باید یک آدرس صفر ارائه دهد تا بتواند پورت های خود را پیکربندی کند.
انتقال داده - دستگاه دارای مجموعه ای از نقاط پایانی برای برقراری ارتباط با میزبان است. برای نقاط پایانی که انواع مختلف انتقال را می پذیرند، تنها یکی از آنها پس از پیکربندی در دسترس است.
مدیریت توان - هر دستگاهی در هنگام اتصال نباید از جریان گذرگاه بیش از 100 میلی آمپر خارج شود. در طول پیکربندی، دستگاه نیازهای فعلی خود را اعلام می کند، اما نه بیش از 500 میلی آمپر. اگر هاب نتواند جریان اعلام شده را به دستگاه بدهد، دستگاه استفاده نخواهد شد.
suspend - دستگاه USB باید حالت تعلیق را پشتیبانی کند تا مصرف فعلی آن از 500 μA تجاوز نکند. هنگامی که اتوبوس دیگر فعال نیست، دستگاه USB باید به طور خودکار معلق شود.
بیداری از راه دور - ویژگی بیدار شدن از راه دور به یک دستگاه USB معلق اجازه می دهد تا به یک میزبان سیگنال دهد، که ممکن است در حالت تعلیق نیز باشد. قابلیت بیدار شدن از راه دور در پیکربندی دستگاه USB توضیح داده شده است. این عملکرد را می توان در طول پیکربندی غیرفعال کرد.

سطوح منطقی تبادل داده

مشخصات USB سه تعریف می کند سطح منطقیبا قوانین خاصی از تعامل دستگاه USB شامل بخش های رابط، منطقی و کاربردی است. هاست نیز به سه بخش - رابط، سیستم و نرم افزار تقسیم می شود. هر بخش فقط مسئولیت طیف خاصی از وظایف را بر عهده دارد.

بنابراین، عملیات تبادل داده بین برنامه کاربردی و گذرگاه USB با عبور بافرهای حافظه از لایه های زیر انجام می شود:

سطح نرم افزار مشتری در هاست:
- معمولاً توسط یک درایور دستگاه USB نشان داده می شود.
- تعامل کاربر با سیستم عامل از یک طرف و درایور سیستم از طرف دیگر را فراهم می کند.
سطح سیستم درایور USBدر میزبان (USB، درایور اتوبوس سریال جهانی):
- شماره گذاری دستگاه ها را در اتوبوس کنترل می کند.
- توزیع پهنای باند اتوبوس و منبع تغذیه را کنترل می کند.
- رسیدگی به درخواست های رانندگان سفارشی؛
سطح درایور کنترل کننده میزبان (HCD):
- درخواست های I/O را به ساختارهای داده ای تبدیل می کند که تراکنش های فیزیکی بر روی آنها انجام می شود.
- با ثبت میزبان کار می کند.

ارتباط بین نرم‌افزار مشتری و دستگاه‌های USB: USB یک رابط برنامه‌نویسی و فقط آن را برای تعامل فراهم می‌کند و به نرم‌افزار مشتری اجازه می‌دهد جدا از یک دستگاه خاص متصل به اتوبوس و پیکربندی آن وجود داشته باشد. برای مشتری برنامه های USBفقط مجموعه ای از توابع است.

تعامل اجزای USB در نمودار زیر نشان داده شده است:

ساختار مورد نظر شامل عناصر زیر است:

دستگاه USB فیزیکی- دستگاهی در اتوبوس که عملکردهای مورد علاقه کاربر نهایی را انجام می دهد.

مشتری SW- نرم افزار مخصوص دستگاه که بر روی کامپیوتر میزبان اجرا می شود. شاید قسمتی ازسیستم عامل یا محصول خاص.

سوئیچ سیستم USB- پشتیبانی از سیستم USB، مستقل از دستگاه های خاص و نرم افزار مشتری.

کنترلر میزبان USB- سخت افزار و نرم افزار برای اتصال دستگاه های USB به کامپیوتر میزبان.

اصول انتقال داده

مکانیسم انتقال داده ناهمزمان و مبتنی بر بلوک است. بلوک داده های ارسالی نامیده می شود قاب USBیا قاب USBو در یک بازه زمانی ثابت منتقل می شود. عملیات دستورات و بلوک های داده با استفاده از یک انتزاع منطقی به نام پیاده سازی می شود کانالکانال یک پیوند منطقی بین یک میزبان و یک نقطه پایانی دستگاه خارجی است.

برای انتقال دستورات (و داده های موجود در دستورات)، از کانال پیش فرض و برای انتقال داده ها استفاده می شود جریان کانال ها،یا کانال های پیام

جریان داده ها را از یک سر کانال به انتهای دیگر تحویل می دهد، همیشه یک طرفه است. از همان شماره نقطه پایانی می توان برای دو کانال استریم، ورودی و خروجی استفاده کرد. یک جریان می تواند انواع تبادل زیر را اجرا کند: پیوسته، هم زمان و وقفه. تحویل همیشه به ترتیب اولین در اولین خروج (FIFO) است. از منظر USB، داده های جریان ساختاری ندارند. پیام ها در قالب تعریف شده توسط مشخصات USB هستند. میزبان درخواستی را به نقطه پایانی ارسال می کند، به دنبال آن یک بسته پیام (دریافت شده) و به دنبال آن بسته ای از اطلاعات وضعیت نقطه پایانی ارسال می شود. یک پیام بعدی معمولاً نمی تواند قبل از پردازش پیام قبلی ارسال شود، اما هنگام رسیدگی به خطاها، می توان پیام های کنترل نشده را کنار گذاشت. پیام‌رسانی دو طرفه به همان نقطه پایانی اشاره می‌کند. فقط تبادل کنترل برای تحویل پیام استفاده می شود.

کانال ها با ویژگی های مربوط به نقطه پایان همراه هستند. هنگام پیکربندی دستگاه های USB، کانال ها سازماندهی می شوند. برای هر دستگاهی که روشن می شود، یک کانال پیام (Control Pipe 0) وجود دارد که اطلاعات پیکربندی، کنترل و وضعیت را حمل می کند.

هر ارتباط USB توسط کنترلر میزبان آغاز می شود. این مبادلات با دستگاه ها را طبق برنامه تخصیص منابع خود سازماندهی می کند.

کنترل کننده به صورت چرخه ای (با دوره 1.0 ± 0.0005 میلی ثانیه) فریم هایی (فریم هایی) را تشکیل می دهد که در آنها همه انتقال های برنامه ریزی شده قرار می گیرند.

هر فریم با ارسال یک بسته نشانگر Start Of Frame (SOF) شروع می شود که یک سیگنال ساعت برای همه دستگاه ها از جمله هاب است. در پایان هر فریم، یک بازه زمانی EOF (End Of Frame) اختصاص داده می شود که در طی آن هاب ها انتقال به سمت کنترلر را ممنوع می کنند. اگر هاب تشخیص دهد که در این زمان داده ها از برخی پورت ها منتقل می شود، این پورت غیرفعال می شود.

در حالت انتقال با سرعت بالا، بسته های SOF در ابتدای هر میکرو فریم (دوره 0.0625 ± 125 میکرو ثانیه) ارسال می شود.

میزبان بارگیری فریم ها را طوری برنامه ریزی می کند که همیشه جایی برای ارسال با بالاترین اولویت در آنها وجود داشته باشد و مکان آزادفریم ها با ارسال با اولویت پایین مقادیر زیاد داده پر می شوند. مشخصات USB اجازه می دهد تا 90٪ از پهنای باند گذرگاه را برای تراکنش های دوره ای (هم زمان و وقفه) قرض بگیرید.

هر فریم شماره مخصوص به خود را دارد. کنترل‌کننده میزبان با یک شمارنده 32 بیتی کار می‌کند، اما تنها 11 بیت کم‌اهمیت در توکن SOF منتقل می‌شود. تعداد بلوک به صورت دوره ای در طول EOF افزایش می یابد.

همگام سازی دستگاه ها و کنترل کننده برای انتقال هم زمان مهم است. سه گزینه همگام سازی وجود دارد:

همگام سازی ژنراتور داخلی دستگاه با نشانگرهای SOF؛
تنظیم نرخ فریم با فرکانس دستگاه؛
تطبیق نرخ انتقال (دریافت) دستگاه با نرخ فریم.

چندین تراکنش را می توان در هر فریم انجام داد که تعداد مجاز آنها به سرعت، طول میدان داده هر یک از آنها و همچنین به تاخیرهای ایجاد شده توسط کابل ها، هاب ها و دستگاه ها بستگی دارد. تمام تراکنش‌های فریم باید قبل از زمان EOF تکمیل شوند. نرخ فریم را می توان با استفاده از یک رجیستر ویژه در کنترل کننده میزبان تغییر داد، که امکان تنظیم نرخ برای انتقال هم زمان را فراهم می کند. نرخ فریم کنترلر را می توان با فرکانس ساعت داخلی تنها یک دستگاه تنظیم کرد.

اطلاعات کانال به صورت بسته (Packet) منتقل می شود. هر بسته با یک فیلد SYNC (SYNCchronization) و به دنبال آن یک PID (شناسه بسته) شروع می شود. فیلد Check معکوس بیتی PID است.

ساختار داده یک بسته به گروهی که به آن تعلق دارد بستگی دارد.

1. نرم افزار مشتری درخواست های IPR را به لایه USBD ارسال می کند.

2. درایور USBD درخواست ها را طبق قوانین زیر به تراکنش ها تقسیم می کند:

اجرای درخواست زمانی کامل تلقی می شود که تمام تراکنش های تشکیل دهنده آن با موفقیت انجام شده باشد.
تمام جزئیات پردازش تراکنش (مانند انتظار برای آماده بودن، معامله مجدد در صورت خطا، در دسترس نبودن گیرنده و غیره) به نرم افزار مشتری اطلاع داده نمی شود.
نرم افزار فقط می تواند یک درخواست را شروع کند و منتظر باشد تا درخواست تکمیل شود یا زمان آن تمام شود.
دستگاه می‌تواند خطاهای شدیدی را نشان دهد که منجر به خاتمه غیرعادی درخواست می‌شود که به مبتکر درخواست اطلاع داده می‌شود.

3. درایور کنترلر میزبان لیست تراکنش ها را از راننده سیستم اتوبوس دریافت می کند و اقدامات زیر را انجام می دهد:

اجرای تراکنش های دریافتی را با اضافه کردن آنها به لیست تراکنش ها برنامه ریزی می کند.
تراکنش بعدی را از لیست بازیابی می کند و آن را به لایه کنترل کننده میزبان رابط گذرگاه USB منتقل می کند.

4. کنترل کننده میزبان رابط گذرگاه USB فریم هایی را تشکیل می دهد.

5. فریم ها با انتقال بیت متوالی با استفاده از روش NRZI منتقل می شوند

بنابراین، طرح ساده شده زیر را می توان تشکیل داد:

1. هر فریم از پیام هایی با بالاترین اولویت تشکیل شده است که ترکیب آنها توسط راننده میزبان تشکیل شده است.

2. هر انتقال شامل یک یا چند تراکنش است.

3. هر تراکنش شامل بسته هایی است.

4. هر بسته متشکل از شناسه بسته، داده (در صورت وجود) و جمع کنترل است.

انواع پیام USB

مشخصات گذرگاه چهار نوع انتقال مختلف را برای نقاط پایانی تعریف می کند:

چرخ دنده ها را کنترل کنید (کنترل انتقالات) - توسط میزبان برای پیکربندی دستگاه در حین اتصال، کنترل دستگاه و به دست آوردن اطلاعات وضعیت در حین کار استفاده می شود. این پروتکل تحویل تضمینی چنین بسته هایی را تضمین می کند. طول فیلد داده پیام کنترل نمی تواند از 64 بایت در سرعت کامل و 8 بایت در سرعت پایین بیشتر شود. برای چنین بسته هایی، میزبان تضمین می شود که 10٪ از پهنای باند را تخصیص دهد.
انتقال آرایه های داده (انتقال داده های انبوه) - در مواقعی استفاده می شود که اطمینان از تحویل تضمینی داده ها از میزبانی به عملکرد دیگر یا از تابعی به میزبان دیگر ضروری است، اما زمان تحویل محدود نیست. این انتقال کل پهنای باند باس موجود را اشغال می کند. بسته ها دارای یک فیلد داده 8، 16، 32 یا 64 بایتی هستند. این چرخ دنده ها کمترین اولویت را دارند، می توان آن ها را در زمانی که اتوبوس بار زیادی دارد معلق کرد. فقط با نرخ باود کامل مجاز است. چنین بسته هایی، به عنوان مثال، توسط چاپگرها یا اسکنرها استفاده می شود.
قطع انتقال (وقفه در نقل و انتقالات) - در مواقعی استفاده می شود که نیاز به انتقال بسته های داده کوچک است. هر بسته باید در مدت زمان محدودی منتقل شود. نقل و انتقالات خود به خودی هستند و نباید کمتر از نیاز دستگاه انجام شوند. فیلد داده می تواند تا 64 بایت در سرعت کامل و حداکثر تا 8 بایت در سرعت کم باشد. محدودیت زمانی سرویس در محدوده 1-255 ms برای سرعت کامل و 10-255 ms برای سرعت کم تنظیم شده است. چنین انتقال هایی در دستگاه های ورودی مانند ماوس و صفحه کلید استفاده می شود.
نقل و انتقالات هم زمان (نقل و انتقالات هم زمان) - برای تبادل داده ها در "زمان واقعی" استفاده می شود، زمانی که مقدار مشخصی از داده ها باید در هر بازه زمانی ارسال شود، اما تحویل اطلاعات تضمین نمی شود (انتقال داده ها بدون تکرار در صورت خرابی انجام می شود. ، از دست دادن بسته مجاز است). چنین انتقال هایی بخش از پیش مذاکره شده پهنای باند اتوبوس را اشغال می کند و تاخیر تحویل از پیش تعیین شده دارد. انتقال هم زمان معمولاً در دستگاه های چند رسانه ای برای انتقال داده های صوتی و تصویری مانند انتقال صدای دیجیتال استفاده می شود. نقل و انتقالات هم زمان بر اساس روش همگام سازی نقاط پایانی - منابع یا گیرندگان داده - با سیستم تقسیم می شوند: آنها بین کلاس های دستگاه ناهمزمان، همزمان و تطبیقی که هر کدام مربوط به نوع کانال USB خود است، تمایز قائل می شوند.

مکانیسم وقفه

هیچ مکانیزم وقفه واقعی برای گذرگاه USB وجود ندارد. در عوض، میزبان دستگاه های متصل را برای داده های وقفه نظرسنجی می کند. نظرسنجی در فواصل زمانی ثابت، معمولاً هر 1 تا 32 میلی ثانیه صورت می گیرد. دستگاه مجاز است تا 64 بایت داده ارسال کند.

از دیدگاه راننده، قابلیت‌های وقفه در واقع توسط میزبان تعیین می‌شود که از اجرای فیزیکی رابط USB پشتیبانی می‌کند.

حالت های انتقال داده

گذرگاه USB دارای سه حالت انتقال داده است:

سرعت کم (LS، کم سرعت) 1.5 مگابیت بر ثانیه؛
سرعت کامل (LF، Full-speed) 12 مگابیت بر ثانیه؛
پرسرعت (HS، پرسرعت، فقط برای USB 2.0) 480 مگابیت بر ثانیه.

اتصال دستگاه های جانبی به گذرگاه USB

مشخصات 1.0 دو نوع کانکتور را مشخص کرده است:

متعاقباً، کانکتورهای مینیاتوری برای استفاده از USB در دستگاه های قابل حمل و تلفن همراه به نام Mini-USB توسعه یافتند.

همچنین کانکتورهای Mini AB و Micro AB وجود دارد که کانکتورهای A و B مربوطه به آنها متصل می شوند.

همچنین اتصالات مینیاتوری وجود دارد - Micro USB.

نوع USB 2.0	معنی مخاطبین		رنگ سیم

اتصال دستگاه با سرعت کامل

اتصال دستگاه با سرعت کم

سیگنال های همگام سازی همراه با داده ها با استفاده از روش NRZI (عدم بازگشت به صفر معکوس) کدگذاری می شوند. قبل از هر بسته یک فیلد SYNC وجود دارد که به گیرنده اجازه می دهد فرکانس فرستنده را تنظیم کند.

این کابل همچنین دارای خطوط VBus و GND برای انتقال ولتاژ تغذیه 5 ولت به دستگاه ها است. سطح مقطع هادی ها مطابق با طول قطعه انتخاب می شود تا از سطح سیگنال تضمین شده و ولتاژ تغذیه اطمینان حاصل شود.