گذرگاه USB چگونه كار می‌كند؟

كنترل كننده‌ی USB كه شامل مجموعه‌ای از اتصالات و تراشه‌های اختصاصی است به عنوان رابط بین نرم‌افزار و سخت‌افزار عمل می‌كند. برنامه‌های كاربردی , سیستم‌عامل و راه‌اندازهای دستگاه ـ كه جزئیات مربوط به نحوه‌ی كار وسایل سخت‌افزاری بخصوص را فراهم می‌كنند ـ دستورات و داده‌ها را به هاب میزبان (Host Hub) گذرگاه USB می‌فرستند. این هاب بر روی كنترل كننده قرار دارد.اتصال دهنده‌ها یا درگاه‌های ویژه‌ی USB از هاب میزبان خارج می‌شوند. در حقیقت Hub فیش كابل‌های چهار سیمه (كابل‌هایی كه درون آنها از چهار سیم استفاده شده است) را به درگاه‌های مناسب وصل می‌كند.یك كابل ممكن است به هاب دیگری وصل شود تنها به این منظور كه درگاه‌های بیشتری را برای اتصال وسایل فراهم كند. به این ترتیب نوعی از یك سیم توسعه دهنده دیجیتالی به وجود می‌آید.یا این كه ممكن است یك كابل ؛ مستقیما به یك وسیله‌ی USB مانند مانیتور وصل شود. گذرگاه USB تقریبا از اتصال به هرگونه وسیله‌ی جانبی مانند مانیتور , ‌صفحه كلید , ماوس, مودم , بلندگو , میكروفن , تلفن , اسكنر وچاپگر پشتیبانی می‌كند. دو عدد از سیم‌های موجود در كابل USB برای تامین جریان الكتریسیته‌ی وسیله جانبی استفاده می‌شوند. با وجود این دو سیم ؛ دیگر به منبع تغذیه‌هایی كه فضای زیادی را اشغال می‌كنند نیازی نیست. دو سیم دیگر موجود در كابل چهار سیمه , D+ و D- نام دارند. از این سیم‌ها برای ارسال داده‌ها و دستورات استفاده می‌شود. وجود یك ولتاژ بالا بر روی سیم D+ و عدم وجود آن بر روی سیم D- به معنای یك بیت ۱ می‌باشد. وجود یك ولتاژ بالا بر روی سیم D- و عدم وجود آن بر روی سیم D+ به معنای یك بیت ۰ می‌باشد.هر وسیله‌ی USB ممكن است دارای هابی باشد {كه از آن اتصال به وسایل دیگر استفاده شود}. برای مثال یك مانیتور درگاه‌هایی را فراهم می‌كند كه بلندگوهای چندرسانه‌ای , میكروفن و صفحه كلید به آنها وصل می‌شوند.به همین ترتیب هر كدام از وسایلی كه به یك وسیله‌ی USB وصل می‌شوند می‌توانند برای وسایل سخت‌افزاری USB دیگر درگاه‌های بیشتری را فراهم كنند.برای مثال می‌توان ماوس و قلم دیجیتالی را به صفحه‌ كلیدی وصل كرد كه خود به یك مانیتور متصل به هاب میزبان وصل می‌باشد. چنین سیستمی كه امكان انشعاب اتصالات را فراهم می‌كند به گذرگاه USB اجازه می‌دهد تا بیش از ۱۲۷ وسیله را اداره نماید.

وقتی یك وسیله‌ی USB به درگاهی وصل می‌شود به طور خودكار باعث تغییر ولتاژ بر روی یكی از دو سیم داده‌ای موجود در كابل USB می‌گردد. اگر ولتاژ از طریق سیم D+ ارسال شود در آن صورت به وسیله‌ی جانبی دریافت كننده‌ی آن ولتاژ یك وسیله‌ی سرعت بالا گفته می‌شود. چنین وسیله‌ای قادر به ارسال ۱۲مگابیت داده در ثانیه است. از این سیم برای ارسال داده به مانیتورها , اسكنرها , چاپگرها و سایر وسایلی كه حجم بالایی از داده به آنها ارسال می‌شود استفاده می‌گردد. ارسال ولتاژ ازطریق سیم D- به این معنی است كه این ولتاژ با سرعت انتقال پایینی معادل ۵/۱ مگابیت در ثانیه دریافت می‌شود. از این سیم برای انتقال داده به وسایلی چون صفحه كلید یا ماوس استفاده می‌شود. ( یك درگاه سری معمولی در مقایسه با گذرگاه USB می‌تواند ۱۰۰ كیلوبیت داده در ثانیه و یك درگاه موازی حدود ۵/۲ مگابیت داده در ثانیه ارسال نماید).كنترل‌كننده میزبان USB با استفاده از فن‌آوری اتصالات و اجرا (Plug and play) , كه پیكربندی اجزای درونی كامپیوتر را به طور خودكار فراهم می‌كند , یك وسیله‌ی جدید را قادر می‌سازد تا خودش را شناسایی كرده و آن‌چه را كه برای ارسال و دریافت داده نیاز دارد دریابد. علاوه بر این ,‌كنترل‌كننده‌ی مذكور برای آن وسیله شماره‌شناسایی تعیین مینماید. وقتی وسیله‌ی جدید رسما یكی از اعضای گذرگاه می‌شود. نقش كنترل‌كننده‌ی میزبان را بازی می‌كند. یعنی به پرس‌وجو از وسایل دیگر می‌پردازد تا اگر وسیله‌‌ای آماده‌ی ارسال یا دریافت داده است فرمان‌های لازم را توزیع كند و پهنای باند را بین وسایلی كه او نقش كنترل‌كننده برای آنها ایفا می‌كند تقسیم نماید. كنترل‌كننده در هر ثانیه حدود یك میلیون بار از وسایل جانبی موجود بر روی گذرگاه USB پرس‌وجو كرده یا به آنها دستور می‌فرستد. هر یك از پیغام‌هایی كه از سوی كنترل‌كننده‌ی میزبان ارسال می‌شوند با یك علامت (Token) شروع می‌گردد. این علامت وسیله‌ی جانبی كه پیغام برای آن فرستاده شده است را شناسایی می‌كند. پیغام به تمام وسایل موجود بر روی گذرگاه USB ارسال می‌شود اما وسایلی كه پیغام به آنها مربوط نمی‌شود به سادگی آن را نادیده می‌گیرند تنها وسایل می‌توانند داده‌ای را به میزبان بفرستند كه میزبان به آنها اجازه این كار را داده باشد.درگاه USB با سه نوع از انتقال‌ها در ارتباط است و تخصیص پهنای باند را به ترتیب زیر انجام ‌می‌دهد:
اولویت اول : از این اولویت در انتقال بلادرنگ كه وقفه‌ای در جریان داده‌ای پدید نمی‌آید مانند داده‌های تصویری یا صوتی استفاده می‌شود.
اولویت دوم : از این اولویت در انتقال‌های منقطع استفاده می‌شود. این نوع انتقال وقتی روی می‌دهد كه وسیله‌ای مانند صفحه‌كلید یا Joystick برای جلب توجه پرداشگر ؛ سیگنالی را تولید می‌كند كه گاه و بی‌گاه قطع می‌شود.اولویتی كه فوریت زمانی در آن وجود ندارد : این نوع از انتقال شامل حجم زیادی از داده‌ها برای چاپگرها , اسكنرها و دوربین‌های دیجیتالی می‌شود. در این نوع انتقال حجم داده‌ها زیاد است اما هیچ عجله‌ای در دریافت آنها وجود ندارد.
منبع : انتخابی از منابع گوناگون
ارسال مقاله توسط کاربر محترم سایت: sm1372
/ج