دسته
آرشیو
آمار وبلاگ
تعداد بازدید : 2714
تعداد نوشته ها : 1
تعداد نظرات : 1
Rss
طراح قالب
موسسه تبیان

چرا پورت USB ابداع شد ؟

پورت(USB Universal Serial Bus) در نتیجه نیاز کاربران به پورت‌هایی سریع‌تر در کامپیوترها ابداع شد. در سال‌های اخیر پیشرفت‌های قابل توجه‌ای در زمینه کامپیوتر و تجهیزات مربوط به آن بدست آمده است .

مثلاً سرعت هارد دیسک‌ها (Hard Disks) به میزان قابل توجه‌ای افرایش یافته، دیسک‌هائی با ظرفیت‌های ۱۲۰GByte و بالاتر به بازار آمده است. سرعت پردازنده‌ها به بیش از ۴ GHz رسیده است و حافظه‌های RAMبا ظرفیت های ۱GByte رایج می‌باشند. اما در میان تمام تجهیزات اصلی کامپیوتر و تجهیزات جانبی آن به نظر می‌رسید که رشد پورت‌های ورودی ـ خروجی ( l/O Ports ) متوقف شده و در این زمینه بهبود چندانی حاصل نگردیده است . پورت‌های ورودی ـ خروجی که مهم‌ترین آنها پورت سری ( Serial Port ) و پورت موازی (Parallel Port) می‌باشند، دروازه ارتباط کامپیوتر با سایر کامپیوترها و تجهیزات جانبی هستند و به همین دلیل به پورت‌های کامپیوتر، درگاه نیز گفته می‌شود (درگاه سری ـ درگاه موازی). چون از این پورت‌ها برای ورود اطلاعات به کامپیوتر و خروج اطلاعات از کامپیوتر استفاده می‌گردد، به آنها پورت‌های ورودی ـ خروجی می‌گویند. پورت‌های سری و موازی در موارد مختلفی به کار می‌روند. شما برای اتصال ماوس (Mouse)، مودم اکسترنال (External Modem)، ارتباط دو کامپیوتر از طریق برنامه NC ( Norton Commander )، اتصال پرینتر و اسکنر و پلاتر ( Plotter ) به کامپیوتر و کاربردهای دیگر ، از پورت‌هایی که در پشت کامپیوتر قرار دارند استفاده می‌کنید . بیش از بیست سال این پورت‌ها نیاز بسیاری از کاربران را به خوبی برآورده کردند ولی همراه با سایر تجهیرات کامپیوتری پیشرفت نداشتند.

کاربران حرفه‌ای یا کاربران عادی کامپیوترها ملاحظه می‌کردند که هر از چند گاه مدل‌های جدید CPU ، Main Board ، Hard Disk و ... به بازار عرضه می‌شود ولی مدل جدیدی از پورت‌های سری یا پورت‌های موازی به بازار نمی‌آید. کم کم این موضوع به یک مشکل تبدیل شد زیرا سرعت کند ارسال اطلاعات ، تنظیمات نسبتاً پیچیده پورت سریال ، تعداد اندک پورت‌ها بر روی هر کامپیوتر (معمولاً در پورت سری و یک پورت موازی) باعث شد که پورت‌ها به‌عنوان گلوگاه کامپیوتر (Computer Bottleneck) شناخته شود که این گلوگاه یا گذرگاه تنگ، باعث کندی بخشی از عملکرد کامپیوتر می‌شد. بنابراین لازم بود که تحول بزرگی در زمینه پورت کامپیوترها بوقوع بپیوندد و این تحول بزرگ ابداع پورت‌های USB ( Universal Serial Bus ) بود.

در طراحی پورت USB ، اهدافی مانند کاربرد آسان، سرعت زیاد، قیمت مناسب ، ساختار تا حد ممکن ساده و چندین هدف دیگر در نظر گرفته شد که مهمترین آنها عبارت بودند از: اتصال دستگاههای جانبی مانند پرینتر ، مودم ، ماوس و ... به این پورت آسان باشد و برخلاف پورتهای سری و موازی موجود ، احتیاج به تنظیمات lRQ یا تنظیمات شماره پورت l/O نداشته باشد )رجوع کنید به مقاله تغییر منابع پورت ـ مجله کامپیوتر جوان ـ شماره ۵۲ ـ صفحه (۲۶

• سرعت انتقال اطلاعات دراین پورت  Mbps۱۲ ( Mega Bit_Per_second) باشد و در عین حال هزینه آن نیز پایین باشد به طوری که قیمت یک مادربرد که بر روی آن پورت USB وجود دارد با یک مادربرد بدون پورت USB تفاوت خیلی زیادی نداشته باشد .

• بتواند در انواع مدل‌های مختلف کامپیوتر از جمله کامپیوترهای Laptop  )کامپیوترهای کیفی) و کامپیوترهای) Desktop همین کامپیوترهایی که اکثر کاربران از آن استفاده می‌کنند ) نصب شود .

• ساختار خیلی پیچیده‌ای نداشته باشد تا اینکه سازندگان دستگاه‌های جانبی (مانند ماوس ، پرینتر و ... ) تمایل داشته باشند که این پورت را به تجهیزات جانبی اضافه کنند.

به این ترتیب پورت USB توسط مهندسین ابداع گردید و نمونه‌های جدید این پورت پس از تکمیل و رفع اشکالات نمونه‌های قبلی تکمیل گردید. نمایندگان هفت شرکت بزرگ نرم افزاری و سخت افراری جهان نشست‌های مشترکی تشکیل دادند تا ساختار (و استانداردهای) این پورت جدید را تعیین نمایند.

این هفت شرکت عبارت بودند از :

Compaq ، HewlettPackard ، lntel ، Lucent ، Microsoft ، NEC و Philips . اطلاعات مربوط به تصمیمات این گروه و آخرین تغییرات این استاندارد را در سایت ( www.usb.org ) می‌توانید ملاحظه نمایید .

در سال ۱۹۹۶ اولین نسخه استاندارد) USB استاندارد USB شامل اطلاعاتی درباره روش طراحی ، نحوه استفاده و ویژگی‌های پورت USB بود) بنام USB۱.۰ به دنیای کامپیوتر ارایه شد .

در سال ۱۹۹۸ نسخه دوم این استاندارد با رفع اشکالات نسخه قبل و افزودن ویژگی‌های جدید، به‌نام استاندارد USB۱.۱ معرفی شد . سال ۲۰۰۰ ، زمان ارایه جدیدترین و سریع ترین استاندارد USB، یعنی استاندارد USB۲.۰ بود. این نسخه از استاندارد اشکالات کمتری دارد و سرعت آن از استانداردهای قبلی بیشتر است (۴۰ برابر سرعت USB۱.۱ البته این استاندارد با نسخه قبلی استاندارد USB۱.۰ و استاندارد USB۲.۰ سازگار است.) امروزه دستگاهای جانبی بسیاری دارای پورت USB هستند و هر روز بر تعداد و تنوع این دستگاه‌ها افزوده می‌شود. از میان دستگاههای جانبی که در حال حاضر دارای پورت USB هستند به این موارد می‌توان اشاره کرد :

پرینتر ، اسکنر، ماوس، Joystick، دوربین‌های دیجیتالی، دوربین‌های دیجیتالی مخصوص اینترنت (Webcam)، مودم ، بلندگو Zip Drive ، (Speaker) ،Flash Disks.

۲_ پورت USB چگونه کار می‌کند ؟

راز کیفیت پورت USB این است که در طراحی این استاندارد از تجربیات موجود در طراحی سایر استانداردها و تجهیزات کامپیوتری استفاده شده است . در طراحی استاندارد USB ویژگی‌های طراحی شبکه با توپولوژی Star ، دسترسی به کانال مشترک و ... را ملاحظه می‌کنیم .

در این قسمت با بررسی ساختار داخلی پورت USB، خواهیم دانست که چگونه پورت USB ویژگیهای بیان شده در قسمت قبل را بدست آورده است. در این بررسی چند سوال اساسی را پاسخ خواهیم داد :

• سرعت زیاد پورت USB از کجا ناشی می‌شود و چرا در پورت سری یا پورت موازی نمی‌توان به این سرعت دست یافت ؟

• چرا اتصال ابزارهای جانبی به پورت USB، تنظیم خاصی نمی‌خواهد، در حالی که در اتصال ابزارهای جانبی به پورت‌های سری یا موازی (مانند مودم به پورت سری) تنظیمات IRQ یا تنظیمات شماره پورت باید انجام شود ؟

• استفاده از چه تکنیکی باعث شده تا بتوان ابزارهای جانبی که دارای پورت USB هستند را بدنبال یکدیگر به کامپیوتر متصل نمود ؟

معماری پورت USB بسیار شبیه به توپولوژی Star در شبکه‌های کامپیوتری است. در این شبکه کامپیوتری ، روش کابل کشی بین کامپیوترها را توپولوژی (Topology)، می‌گویند. یکی از متداول‌ترین توپولوژی‌هایی که امروزه در دنیا به کار می‌رود ، توپولوژی) Star ستاره) است. در این توپولوژی، همه کامپیوترهای شبکه توسط یک دستگاه مرکزی به یکدیگر متصل می‌شوند. به این دستگاه مرکزی) Hub هاب) می‌گویند. اگر تعداد زیادی کامپیوتر به یکدیگر متصل شوند، می‌توان از چندین Hub استفاده کرد و یک شبکه بزرگ را تشکیل داد. توپولوژی استاندارد USB ، توپولوژی Star است .

انتقال اطلاعات ابزارهای جانبی به کامپیوتر ، توسط Host Controller مدیریت و کنترل می‌شود. در واقع Host Controller رابط بین وسایل جانبی و کامپیوتر است Host Controller در داخل کامپیوتر قرار دارد. اگر تعداد وسایل جانبی زیاد باشد، برای اتصال آنها به کامپیوتر از تعداد بیشتری Hub استفاده می‌گردد.

استفاده از توپولوژی Star موجب شده است که تعداد زیادی ابزار جانبی در استاندارد بتوانند به یکدیگر متصل شوند. در استاندارد USB با این روش می‌توان تا ۱۲۷ ابزار جانبی را به کامپیوتر متصل نمود . در هر کامپیوتر معمولاً Host Controller۲ و Hub ۲ وجود دارد. اگر به قسمت Device Manager کامپیوتر خود مراجعه کنید می‌توانید این موضوع را تحقیق کنید. همچنین در این قسمت می‌توانید اطلاعات جالب دیگری درباره پورت USB کامپیوتر خود بدست آورید. بعضی از وسایل جانبی مانند کی برد یا مانیتور ، در داخل خود دارای Hub هستند و به این ترتیب امکان اتصال ابزارهای جانبی دیگر را به کامپیوتر فراهم می‌کنند. ارتباط هر کامپیوتر با Hub توسط کابل USB برقرار می‌شود.

جهت حرکت به سمت بالای هرم را Upstream و جهت حرکت به سمت پایین هرم را Downstream می گویند .

به انتهای کابل USB که در جهت بالای هرم ( Upstream ) متصل می شود ، کانکتور نوع A ( A Connector ) می گویند و انتهای کابل USB که در جهت پایین هرم ( Downstream ) متصل می شود، کانکتور نوع ( B Connector)B می گویند .

چون شکل ظاهری کانکتور A و کانکتور B با یکدیگر فرق می کند ، کاربرد در اتصال این کابل دچار مشکل نخواهد شد . در این کابل چهار سیم وجود دارد . دو سیم برای انتقال ولتاژ ۵ ولت و دو سیم برای انتقال داده بکار می رود . از ولتاژ ۵ ولت می توان به عنوان منبع تغذیه ابزار های جانب استفاده کرد . به همین دلیل بعضی ابزارهای جانبی کابل برق ندارند و فقط با اتصال کابل USB کار می کنند .

البته اگر ابزار جانبی مصرف برق زیادی داشته باشد ، کابل USB نمی تواند جریان الکتریکی لازم را برای این ابزار جانبی تأمین کند و لازم است دستگاه جانبی ، منبع تغذیه الکتریکی جداگانه ای داشته باشد  Hub کامپیوتر می تواند حداکثر ۵۰۰ میلی آمپر در هر پورت USB به ابزارهای جانبی جریان بدهد ولی هر Hub دیگر به غیر از Hub کامپیوتر در هر پورت خود می تواند حداکثر تا ۱۰۰ میلی آمپر به ابزارهای جانبی جریان تحویل بدهد . بنابراین اگر یک ابزار جانبی بیش از ۱۰۰ میلی آمپر جریان مصرف می کند ، بهتر است از منبع تغذیه کابل USB استفاده نکند  .

برای انتقال داده ها در کابل USB از دو سیم که به دور یکدیگر پیچیده شده اند ، استفاده شده است . استفاده از دو سیم که بدور یکدیگر پیچیده شده اند ، باعث می شود که سرعت انتقال اطلاعات به مقدار زیادی افزایش بیابد .

این تکنیک در شبکه های با توپولوژی Star بکار رفته است و بوسیله همین روش سرعتهایی بالای ۱۰۰Mpbs بدست آمده است . سرعت انتقال اطلاعات در استاندارد USB۱.۰ و استاندارد USB۱.۱ از ۱.۵Mbps تا ۱۲Mbps می رسد ، یعنی ۴۰ برابر سرعت نسخه قبلی .

البته استاندارد USB۲.۰ می تواند با سرعتهای ۱.۵Mbps و ۱۲Mbps نیز داده ها را منتقل کند و این کار برای سازگاری استاندارد USB۲.۰ با استاندارد USB۱.۰ و USB۱.۱ است . سرعت های متفاوت ، برای ابزارهای جانبی متفاوت کاربرد دارد . سرعت انتقال ۱.۵Mbps برای ابزار هایی مانند کی برد و ماوس مناسب است و سرعت ۴۸۰Mbps برای دریافت اطلاعات از ابزارهای با سرعت انتقال زیاد مانند دوربین های ویدیویی به کار می رود .

سرعت انتقال اطلاعات در استاندارد۴۰۰ USB۲.۰  برابر سرعت انتقال اطلاعات در پورت سری و ۱۶۰ برابر سرعت انتقال اطلاعات در پورت موازی است . به USB۲.۰ گاهی اوقات High Speed USB نیز گفته می شود .

اما چرا اتصال ابزارهای جانبی به پورت USB آسان است و احتیاج به تنظیمات خاصی ندارد .

وقتی یک ابزار جانبی به پورت Hub متصل می‌شود، Hub از این موضوع مطلع شده و آن را به Hub بالایی (Upstream) اطلاع می‌دهد تا این که خبر به Host Controller برسد. روش شناسایی این موضوع با اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی است . با اتصال هر Hub یا هر ابزار جانبی به پورت USB ، مقاومت الکتریکی آن تغییر می‌کند و به این ترتیب Host Controller متوجه می شود که یک دستگاه جدید به شکبه اتصالات USB وصل شده است . سپس Host Controller از ابزار جانبی درخواست می‌کند که خود را بیشتر معرفی کند . ابزار جانبی اطلاعاتی در مورد هویت خود (در مورد اینکه ابزار جانبی یک ماوس است یا مانیتور یا ... ) ارسال می‌کند. سپس Hub حداکثر سرعتی را که ابزار جانبی با آن کار می‌کند بدست آورده و این اطلاعات را برای Host Controller می‌فرستد. در صورتی که برای کار کردن با ابزار جانبی به درایو خاصی احتیاج باشد، سیستم عامل از کاربر درخواست می‌کند که دیسک حاوی درایور را در CD_ ROM یا Floppy_ Drive قرار دهد. اتصال ابزارهای جانبی یا Hub به پورت‌های USB می‌تواند وقتی که کامپیوتر روشن است، نیز انجام شود. در اصطلاح می‌گویند پورت USB دارای خاصیت Hot Plug یا Hot Swappable است و قطع کردن یا متصل کردن یک ابزار جانبی به پورت USB احتیاج به Restart کردن کامپیوتر ندارد. به مجموع این مراحل شناسایی در اصطلاح Enumeration می‌گویند.

۳_ مشکلات استفاده از پورت: USB

هر تکنولوژی جدید مزایای جدیدی را برای کاربران به ارمغان می‌آورد و البته مشکلات جدیدی را نیز ایجاد می‌کند که این مشکلات نیز در تکنولوژی‌های بعدی به ترتیب برطرف خواهد شد. این موضوع درباره پورت USB نیز صادق است. یکی از مشکلات پورت USB این است که اگر به هر Host بیش از یک ابزار جانبی با حجم تبادل داده بالا متصل شود ، این ابزارها نمی‌توانند همزمان با یکدیگر به تبادل داده بپردازند . مثلاً اگر یک پرینتر و یک اسکنر به یک Host Controller کامپیوتر متصل شوند، و شما در یک زمان بخواهید یک فایل بزرگ برای پرینتر بفرستید و همزمان یک تصویر بزرگ را نیز اسکن کنید، این کار همزمان امکان پذیر نیست و یکی از ابزارها مثلاً پرینتر باید منتظر بماند تا کار اسکنر تمام شود. یکی دیگر از مشکلات پورت USB طول کابل آن است. طول کابل پورت USB حداکثر می‌تواند تا ۵/۴ متر باشد و اگر بخواهیم با کمک اتصال چند Hub طول کابل را افزایش دهیم ، حداکثر این مسافت ۲۴ متر خواهد بود.

2009-03-1621:54:22


دسته ها :
دوشنبه بیست و ششم 12 1387
X