هدف ایجاد این اینترفیس

 هدف اصلي در توسعه و گسترش USB  در ابتدا رسيدگي به چندين دستگاه با حداكثر سرعت ممكن بود كه در اين ميان مسائلي چون ، ارزان قيمت بودن ، تطابق با معماري كامپيوتر، بكارگيري راحت و قابل انعطاف بودن و همچنين افزودن تعداد زيادي از دستگاه هاي جانبي مدنظر قرار گرفت.

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.

 

خصوصيات  USB 

-1 اتصال خارجي و استفاده آسان توسط كاربر .

-2 تشخيص دستگاه ها به صورت خودكار و اجرايي توابع راه انداز و همچنين پيكربندي آنها

-3 قابليت اتصال 127 دستگاه به كامپيوتر

-4 مناسب براي ارتباط با سرعت بالا معادل چند كيلو بيت تا چند مگا بيت در ثانيه

-5 پشتيباني از دو نوع روش اتصال همزمان و غير همزمان و . . .

 USB بطور كلي داراي 2 نسخه USB1.1   و USB2.0 مي باشد . USB1.1 مي تواند اطلاعات را تا حداكثر سرعت 5/1 مگابيت در ثانيه براي دستگاه هاي سرعت پايين و 12 مگابيت در ثانيه براي سرعت هاي بالا 2 پشتيباني نمايد. نسخه  USB2.0 كه سرعت ارسال آن به 485 مگابيت در ثانيه بر اين دستگاه هاي سرعت خيلي بالا 3 يعني 45 برابر سريعتر از USB1.1 هست.

سيستم USB از ساختار زير تشكيل شده است.

1-  اتصالات

2-  2-دستگاه های USB

3-   میزبان

نحوه مدل ارتباطي بين دستگاه هاي جانبي و ميزبان مي باشد در سيستم USB ارتباط فيزيكي به صورت رديفهاي ستاره اي 4 است كه در مركز هر ستاره يك هاب (HUB) وجود دارد .كه خود هاب نيز داراي چند پورت است.هنگاميكه چندين هاب پشت سر هم متصل شود مي تواند چندين شاخه بوجود آورد كه به هر كدام مي توان يك وسيله جانبي متصل نمود.

اولين هاب موجود در سيستم USB در داخل ميزبان كامپيوتر مي باشد كه به آن هاب ريشه 5مي گويند . حداكثر طول قابل ارتباطي بين دو هاب را وسيله جانبي مي تواند 5 متر با متر يعني براي اتصال 5 هاب به هم مي تواند يك دستگاه كه در فاصله 25 متري قرار دارد را راه اندازي نمود.

 از وظايف دستگاه هاي جانبي مي توان به موارد زير اشاره كرد :

- تشخيص ارتباط ( انتخاب شدن از طرف ميزبان )

- پاسخ به درخواست هاي استاندارد ميزبان

- بررسي خطاها

- مديريت انرژي

 از وظايف ميزبان مي توان به طور خلاصه به

-1 تشخيص دستگاه

-2 نظارت بر انتقال اطلاعات

-3  بررسي خطاها

-4 تامين انرژي براي وسيله جانبي

 اتصالات كابل

 در سيستم USB كابل ارتباطي داراي 4 سيم مي باشد

VBUS -1 منبع تغذيه 5 ولت

GND -2 مرجع زمين براي D - ، D+ ، VBUS

-3 D+ ، D -: جفت سيم تفاضلي براي انتقال داده ها

 قبل از اينكه برنامه كاربردي با دستگاه ارتباط برقرار كند ، ميزبان بايد دستگاه را بشناسد و راه انداز آن را بارگذاري نمايد . سرشماري ، اولين تبادل اطلاعاتي است كه انجام ميشود.اين پروسه شامل نسبت دادن يك آدرس به دستگاه ، خواندن ساختار داده ها از دستگاه ، نسبت دادن و بارگذاري كردن راه انداز دستگاه و انتخاب يك پيكربندي با استفاده از داده هاي بازيابي شده مي باشد.بعد از طي اين مرحله دستگاه پيكربندي شده و آماده انتقال داده با  استفاده از اندپوينت هاي تعريف شده در پيكربندي خواهد بود.

تشخیص یک دستگاه USB

هاب بر روي خط سيگنال (D+,D-) داراي يك مقاومت 15k اهم است .و دستگاه نيز بر روي خط D + در دستگاه هاي سرعت بالا و بر روي D – در دستگاه هاي سرعت پايين داراي يك مقاومت1/5k اهم است.دستگاه هاي سرعت خيلي بالا به عنوان دستگاه سرعت بالا متصل مي شوند. وقتي كه دستگاه به پورت اتصال مي يابد ، اين مقاومتها باعث مي شوند ولتاژ خط دستگاه ، يك شود و به اين ترتيب هاب قادر شود دستگاه را تشخيص دهد. پس از تشخيص دستگاه ، هنوز هاب انرژي مورد نياز دستگاه را تامين مي كند اما هيچ انتقال اطلاعاتي از طريق USB صورت نمي گيرد، چون دستگاه آماده دريافت داده نمي باشد.

 مقایسه اینترفیس ها از لحاظ سرعت، تعداد دستگاه قابل حمایت و ...

 انواع مدل های USB

 ·   انتقال كنترلی عمدتا برای پشتیبانی از پیكربندی، عملیات دستوری و وضعیتی بین نرم افزار در هاست و دستگاه، در نظر گرفته شده است. این نوع انتقال برای وسایل كم سرعت، تمام سرعت و پر سرعت استفاده می شود.

    ● انتقال سنكرون:

انتقال سنكرونی [هم زمان] بیشتر برای اطلاعات وابسته به زمان مانند: جریان های چند رسانه ای و ارتباطات تلفن. حداكثر اندازه پاكت در نقاط پایانی سنكرون برای وسایل تمام سرعت تا ۱۰۲۳ بایت و برای وسایل پرسرعت تا ۱۰۲۴ بایت می باشد.

▪ انتقال وقفه ای

انتقال وقفه ای برای وسایلی كه مقدار داده كمی را به صورت غیر متناوب یا در چارچوب های زمانی غیر هم زمان دریافت یا ارسال می كنند، در نظر گرفته شده است.

▪ انتقال دسته ای

انتقال دسته ای نوعا برای وسایلی كه مقدار زیاد داده غیرحساس به زمان را منتقل می كنند و می توانند از هر نوع پهنای باند موجود استفاده كنند، مانند چاپگر ها و پویشگر ها، استفاده می شود.