USB این ابزار خفن

دروازه ورودی ابزارهای دیجیتال

بعضی از اختراعات بشر در ابتدای کار ممکن است که بسیار عادی یا تا حدی غیر مفید به نظر برسند، اما هر چه که بیشتر بگذرد کاربردهای بیشتری از یک ابزار مشخص خواهد شد و این احتمال وجود دارد که آن اختراع به یک ابزار بسیار کلیدی در زندگی انسان ها تبدیل شود، به طوری که در مواقع بسیاری از آن استفاده شود. این اتفاق تا به حال برای بسیاری از اختراعات افتاده است، به طور مثال کافی است که به رایانه ها توجه کنید. این اختراع بشر که در ابتدا یک ماشین حساب پیشرفته به حساب می آمد، کم کم چنان جایگاهی در میان افراد پیدا کرد که امروزه دیگر کسی نمی تواند زندگی را بدون این ابزار تصور کند. رایانه ها زندگی انسان ها را تحت تاثیر خود قرار دادند و به تمامی امور زندگی روزمره افراد وارد شدند. یکی از مهم ترین نکاتی که در مورد این ساخته بشر به چشم می خورد این است که باعث ایجاد فناوری های جانبی بسیاری شد و ما در حال حاضر از بسیاری از ابزارهایی استفاده می کنیم که بدون رایانه ها حضور آن ها امکان پذیر نبود. یکی از فناوری هایی که باعث ایجاد تحولی بزرگ در برقراری نحوه اتصال و ارتباطات ابزارهای مختلف به هم شد، مفهومی با نام USB است. در حال حاضر بسیاری از افراد از حافظه های جانبی اکسترنال و فلش مموری ها استفاده می کنند و برای برقرار ارتباط این حافظه ها با ابزارهای مورد نظرشان از پورت های USB استفاده می کنند.

همه گذر یا USB
یو اس بی واژه ای است که این روزها بسیار زیاد در میان افراد مختلف شنیده می شود و به طور حتم تا به حال این واژه را شنیده اید. اما شاید آن طور که باید با این مفهوم آشنایی نداشته باشید و تمام چیزی که می دانید این باشد که فلش مموری ها از طریق یک پورت USB به ابزارهای مختلفی مانند رایانه اتصال پیدا می کنند.

به پورت های USB، درگاه همه گذر هم گفته می شود و واژه USB از ابتدای واژگان انگلیسی Universal Serial Bus، گرفته شده است. USB در حوزه فناوری اطلاعات به استانداردی برای گذرگاه سریال گفته می شود که بیشترین کاربرد آن ایجاد یک واسطه بین ابزارهای مختلف و رایانه است.
گذرگاه USB در حال حاضر کاربردهای بسیاری دارد و بیشتر از همه به دلیل ایجاد راهی برای برقراری اتصال همزمان تعداد زیادی از سخت افزارهای جانبی به یک ابزار خاص اختراع شده است. ابداع این گذرگاه باعث ایجاد پیشرفتی چشم گیر و همچنین بهبود یافتن قابلیت اتصال ابزارهای مختلف شده است.
این پروتکل تا به حال تغییرات بسیاری داشته است و در حال حاضر 3 نسخه از آن وجود داشته و ارائه شده است. در یک نگاه ساده تر می توان گفت که USB یک رابط سریال خارجی است که از آن در ابزارهای مختلفی مانند رایانه ها، دستگاه های ضبط و پخش برای انتقال داده ها از طریق یک کابل با نام کابل یو اس بی استفاده می شود.

شرکت های بسیاری مانند شرکت اینتل، مایکروسافت، فیلیپس، اچ پی و نک برای ایجاد این استاندارد با هم همکاری داشته اند و تفاوتی که در نسخه های مختلف این گذرگاه به چشم می خورد در نرخ انتقال اطلاعاتی است که با استفاده از این گذرگاه منتقل می شود. اولین استانداردی که از این گذرگاه ارائه شد USB 0.7 نام دارد که در ماه نوامبر سال 1994 برای اولین بار ارائه شد.
جالب است که بدانید در همان سال نسخه ای دیگر با نام USB 0.8 در ماه دسامبر ارائه شد که سرعت انتقال اطلاعات از طریق آن بیشتر از نسخه اولیه بود. پس از این دو نسخه، دو نسخه از گذرگاه یواس بی هم در سال 1995 در ماه های آوریل و آگوست به کاربران ارائه شد و پس از آن به صورت رسمی USB 1.0 که در میان تمامی کاربران شناخته شده است، در ژانویه سال 1996 در اختیار کاربران قرار گرفت.

این نسخه از USB در حالتی که از پایین ترین سرعت خود استفاده می کرد، سرعتی در حدود 1.5 مگا بیت در ثانیه داشت و در بالاترین حد خود از سرعتی در حدود 12 مگا بیت بر ثانیه برای انتقال داده های دیجیتال بهره می برد. اما این نسخه زیاد مورد توجه کاربران قرار نگرفت و مشکلات مربوط به خود را داشت، سرعت انتقال اطلاعات بسیار کم بود و در آن زمان هنوز ابزارهای زیادی به پورت USB مجهز نبودند.
دو سال بعد از این نسخه از گذرگاه های همه گذر در سال 1998 نسخه جدیدی از این گذرگاه ها ارائه شد که بسیاری از مشکلات گذشته را حل کرده بود. به طور مثال برای ارتباط با هاب دیگر مشکلی نداشت. این روند با همین سرعت به کار خود ادامه داد تا این که در آوریل سال 2000، USB 2.0 با سرعتی در حدود 480 مگا بیت در ثانیه در حالت بالاترین سرعت ممکن به کاربران ارائه شد.

این نسخه از گذرگاه های USB بسیار مورد توجه تمامی کاربران و تولید کنندگان مختلف قرار گرفت و حضور این درگاه باعث شد که ابزارهای جانبی بسیاری از این فناوری در ساختار خود برای برقراری اتصال و ارتباط با ابزارهای مختلف استفاده کنند.
بدون شک می توان گفت که USB2.0 انقلابی را در ارتباطات خارجی ابزارها با هم برای انتقال داده های دیجیتال به پا کرد و باعث ایجاد روش نوینی در این راستا شد. تا قبل از این نسخه برای قطع ارتباط با دستگاه مورد نظر احتیاج بود که آن را خاموش کنیم، اما بعد از ارائه نسخه 2 این گذرگاه دیگر احتیاجی به خاموش کردن ابزاری مانند رایانه نبود و کاربران می توانستند به آسانی با جداسازی ابزار مورد نظر ارتباط را قطع کنند.

آن رایانه با USB آمد
در گذشته اتصال ابزارهای مختلف به رایانه ها بسیار مشکل بود و در بسیاری از مواقع به یک دردسر برای کاربران تبدیل می شد. به عنوان نمونه اگر شما می خواستید که پرینتر خود را به رایانه تان متصل کنید، مجبور بودید که فقط از پورت های موازی استفاده کنید و در بیشتر رایانه های آن زمان فقط یک پورت موازی وجود داشت.
ابزارهای دیگری مانند ZIP Drive ها برای اتصال به رایانه نیاز به سرعت بسیار بالایی دارند و این ابزارها هم از درگاه های موازی برای برقراری ارتباط با رایانه استفاده می کردند که به هیچ عنوان جوابگوی سرعت مورد نیازشان نبود و در بیشتر اوقات برقراری ارتباط این ابزارها با رایانه با شکست مواجه می شد.
برخلاف این ابزارها، وسایل جانبی دیگری مانند مودم ها یا دوربین های دیجیتال برای برقراری ارتباط از درگاه های سری استفاده می کردند، بیشتر رایانه هایی که در گذشته وجود داشتند، حداکثر دو درگاه سری داشتند که سرعت آن ها هم بسیار کم بود و کاربران از کار با این درگاه ها ناراضی بودند. اما اگر سخت افزاری به سرعت بسیار بالایی برای برقراری ارتباط احتیاج داشت با استفاده از کارت در شیارهایی که درون کیس وجود دارد، قرار می گرفت و مشکلی که در این رابطه به چشم می خورد هم این بود که تعداد شیارهایی که درون کیس وجود داشتند، محدود بود و اتصال کارت های مختلف کار هر فرد عادی نبود و برای این کار به فرد متخصصی احتیاج داشتند.

تمامی این مشکلات باعث شد که کارشناسان به فکر ساخت فناوری بیفتند که تمامی این دردسرها را پایان دهد. هدف اولیه از ایجاد USB پایان دادن به تمامی این دردسرها بود. استاندارد USB راهی بسیار آسان برای اتصال تعداد زیادی سخت افزار به رایانه است.
این استاندارد امکانی را فراهم می کند که بتوانید تا 127 سخت افزار را به آسانی به رایانه متصل کنید و هر سخت افزار قادر است که حداکثر تا مقدار مشخصی از پهنای باند استفاده کند. در حال حاضر تمامی سخت افزارهایی که ساخته می شوند، دارای USB می باشند و این استاندارد به یکی از ضروری ترین امکانات یک ابزار تبدیل شده است.

نحوه اتصال یک سخت افزار USB
همان طور که می دانید سخت افزارهای USB به آسانی به رایانه اتصال پیدا می کنند. کافی است که شما ابزار مورد نظر خود را به درگاه USB متصل کنید. بعد از آن سیستم عامل دستگاه مورد نظرتان به صورت خودکار ابزار اتصال یافته را شناسایی خواهد کرد و ارتباط با نمایش پیغامی به آسانی برقرار خواهد شد.
بیشتر سخت افزارهای USB به دو صورت اتصال پیدا می کنند و این برقراری ارتباط هم معمولا از طریق کابل USB انجام خواهد شد. در شکل اولیه اتصال که اتصال A نام دارد از یک کابل با فیش A استفاده می شود و در این نوع، اتصال به صورت Up Stream به سمت رایانه عمل خواهد کرد.
در این حالت شما می توانید هر نوع اتصال دهنده A را به هر سوکت A متصل کنید و مطمئن باشید که سخت افزار مورد نظرتان توسط دستگاه شناخته خواهد شد. در اتصال نوع B برقراری ارتباط در جهت Down Stream، عمل خواهد کرد و به واحدهای مجزایی اتصال پیدا خواهد کرد.

در این دو نوع از نحوه اتصال غیرممکن خواهد بود که اختلالی به وجود آید و برقراری اتصال به شکل درستی انجام نشود. امروزه بیشتر درگاه های USB در قسمت جلویی کیس رایانه شما یا در پشت آن دیده خواهند شد و بیشتر دستگاه های جانبی هم دارای کابل USB برای برقراری ارتباط هستند.
اگر دستگاه جانبی مورد نظر شما برای اتصال و برقراری ارتباط به درایور احتیاج داشته باشد، بعد از اتصال آن ابزار به رایانه، سیستم عامل تمامی مراحل نصب را انجام خواهد داد و دستگاه توسط رایانه به صورت خودکار شناخته خواهد شد.
شاید بتوان گفت که بیشتر ابزارهایی که تا به حال دیده اید از نوع A برای برقراری اتصال استفاده می کنند. نوع A برای هدایت داده ها و اطلاعات دیجیتال به سمت رایانه به کار می روند و در نوع B هم داده ها از رایانه به سمت سخت افزار جانبی مورد نظر هدایت خواهد شد.
شکل سوکت نوع A شبیه به آن درگاه مستطیل شکل کوچکی است که سر کابل های USB یا فلش مموری های خود مشاهده می کنید و شکل کابل B هم به صورت مربعی شکل است و شاید تا به حال برای اتصال ابزارهایی مانند دوربین دیجیتال یا تلفن همراه این نوع از سوکت را دیده باشید. در حال حاضر پورت A بیشتر از پورت B دیده شده و مورد استفاده کاربران با توجه به نیازشان قرار می گیرد.

دیگر مشکل کمبود پورت نخواهید داشت
در بسیاری از رایانه ها یا ابزارهای جانبی مشکل بزرگی با عنوان کمبود پورت وجود دارد. به طور مثال شما حداکثر یک یا دو سوکت USB در رایانه خود خواهید داشت و برای اتصال ابزارهای جانبی احتیاج به پورت های بیشتری است و به طور حتم از این نظر با مشکل مواجه خواهید بود. فرض کنید که می خواهید به طور همزمان یک اسکنر، یک پرینتر، یک دوربین دیجیتال و یک کارت شبکه را به صورت USB به رایانه خود متصل کنید. در این صورت قادر نخواهید بود که تمامی این دستگاه ها را به طور همزمان به رایانه خود متصل کنید.
راه حل ساده ای برای برطرف کردن این مشکل وجود دارد. شما می توانید با استفاده از یک USB HUB مشکل خود را بسیار آسان حل کنید. استاندارد USB تا 127 دستگاه را به راحتی پشتیبانی می کند و یک هاب معمولا دارای 4 پورت مختلف است.

اگر هاب های مورد نظرتان را به صورت زنجیری به هم متصل کنید، قادر خواهید بود که بیش از ده ها درگاه آزاد همه گذر داشته باشید و به همه آن ها دسترسی داشته باشید. این هاب ها می توانند در زمانی که به آن ها احتیاجی نیست، خاموش شوند و اگر آن ها را روشن کنید، برق مورد نیاز خود را از USB Connection ها تامین خواهند کرد.
اگر تعداد دستگاه هایی که به هاب متصل می کنید زیاد باشد شما برای تامین نیروی برق مورد نیاز این دستگاه ها به طور حتم به منبع تغزیه احتیاج پیدا خواهید کرد. دستگاه های کم ولتاژ مانند ماوس یا کیبوردهای USB میزان برق مورد نیاز خودشان را از باس دریافت می کنند اما اگر از هاب ترنسفر مرتبط با هر دستگاه برای برقراری اتصال استفاده شود، برق مورد نیاز برای باس تامین خواهد شد و دستگاه ها بار زیادی را به رایانه شما وارد نخواهند کرد.

USB 2.0
در حال حاضر تعداد بسیاری از دستگاه های مختلف از درگاه USB 2.0 در ساختار خود استفاده می کنند. به طور مثال ابزارهایی مانند انواع MP3 Playerها از این نوع درگاه استفاده می کنند.
علاوه بر این امروزه بیشتر دوربین های دیجیتال، تلفن های همراه، چاپگرها و اسکنرها از نسخه 2 درگاه USB استفاده می کنند. بعد از ایجاد این نسخه تمامی سخت افزارهای جانبی با آن سازگار شدند و تمامی دستگاه ها علاوه بر USB 1.0 یا USB 2.0 نیز هماهنگ بودند. این نسخه از درگاه همه گذر به نسبت نسخه های قبلی دارای سرعت بسیار بیشتری است. استاندارد USB2.0 طبق توافقاتی که میان چند شرکت معروف و شناخته شده انجام گرفت، به وجود آمد و در آوریل سال 2000 ارائه شده و در سال 2001 توسط USB IF به یک استاندارد تبدیل شد. با حضور این استاندارد سرعت انتقال داده ها به شکل چشم گیری افزایش پیدا کرد و بسیاری از مشکلاتی که در گذشته برای ایجاد ارتباط میان دستگاه های جانبی و رایانه ها وجود داشت، از میان رفت. اما هر ابزاری توسعه پیدا می کند وتغییرات بسیاری را تا رسیدین به یک حد قابل قبول خواهد داشت. حضور USB 2.0 بسیاری از کاربران را خوشحال کرد و رضایت آن ها را به دنبال داشت زیرا به آسانی می توانستند از طریق USB هر ابزار جانبی مانند فلش مموری ها، هارد دیسک های بیرونی و دوربین های دیجیتال یا تلفن های همراه را به رایانه متصل کنند.
سرعت این استاندارد به نسبت استانداردهای قبلی خود بین 10 تا 20 برابر افزایش پیدا کرده بود. در حال حاضر تعداد سخت افزارهایی که در ساختمان درونی ساختارشان از USB استفاده می کنند بسیار بیشتر از گذشته شده است و از جمله این سخت افزارها می توان به پرینترها، اسکنر، میکروفن و هدفون، دسته های بازی، دوربین های دیجیتال، وب کم، مودم های اکسترنال، سپیکر، تلفن های هوشمند و کارت های شبکه یا گرافیک اشاره کرد.

ساختار USB
شاید بد نباشد که بدانید بعضی از فناوری هایی که به سادگی از آن ها استفاده می کنید، چه کاربردهایی داشته و چگونه کار می کنند. برای استفاده از USB رایانه شما مانند یک میزبان عمل خواهد کرد. با توجه به قوانینی که در حال حاضر وجود دارد شما می توانید تا 127 دستگاه را به صورت مستقیم با استفاده از هاب به رایانه میزبان متصل کنید.
هر کابل USB به صورت مجزا تا فاصله 5 متر کشش برقرار کردن ارتباط و انتقال داده ها را خواهد داشت. اگر برای اتصال از هاب استفاده می کنید، خوب است که بدانید تا فاصله 30 متری یعنی به اندازه 6 کابل هم می توانید ارتباط خود را با دستگاه حفظ کنید. باس می تواند تا 12 مگا بیت در ثانیه نرخ انتقال داده را برای شما پشتیبانی کند و هر دستگاه قادر است که تا 6 مگا بیت در ثانیه را درخواست داشته باشد.
جالب است که بدانید هر کابل USB از دو رشته سیم تشکیل شده است که برای انتقال برق 5 ولت به زمین مورد استفاده قرار می گیرند، علاوه بر این دو رشته سیم، از یک زوج سیم به هم تابیده شده هم برای انتقال داده ها در ساختار کابل استفاده می شود. سیم های برقی که در رایانه برای انتقال برق استفاده می شوند این توانایی را دارند که تا 500 میلی آمپر در 5 ولت را ایجاد کرده و برق رسانی کنند و به این ترتیب دستگاه هایی که کم ولتاژ هستند و به میزان برق کمتری برای کار کردنشان احتیاج دارند، به آسانی می توانند که نیروی برق مورد نیاز خود را از باس تهیه کنند.

به طور مثال ماوس رایانه جز سخت افزارهای کم مصرف است و دستگاهی مانند پرینتر که پر ولتاژ است دارای منبع تغذیه مجزا می باشد و به همین خاطر میزان برقی که از باس دریافت می کند، بسیار کم است. هاب ها هم می توانند دارای منبع تغذیه ای به صورت کاملا مجزا برای خود باشند و به این ترتیب می توانند برق مورد نیاز تمامی دستگاه هایی را که به هاب اتصال پیدا می کنند را تامین کنند.
تمامی سخت افزارهای USB را می توان در هر زمانی که دوست داشت به باس وصل کرد یا این که از آن جدا کرد، به این خاصیت این استاندارد، Hot Swappable گفته می شود. تمامی دستگاه هایی که به درگاه USB وصل می شوند، برای انتقال اطلاعات به کابل های USB احتیاج خواهند داشت در زمانی که یک ابزار به رایانه اتصال پیدا می کند، میزبان تمامی دستگاه های متصل به باس را چک خواهد کرد و بعد از آن به هر دستگاه آدرسی را اختصاص خواهد داد.

جالب است که بدانید در این مرحله ابزاری که از آن به عنوان میزبان استفاده می شود، قادر است که تشخیص دهد که هر دستگاهی برای تبادل چه نوعی از اطلاعات به USB اتصال پیدا کرده است. به این مرحله از کار enumeration گفته می شود. به طور مثال اگر دستگاهی جانبی مانند ماوس یا صفحه کلید به صورت USB به رایانه اتصال پیدا کند، حالتی که برای تبادل اطلاعات استفاده می شود، حالت Interrupt نام دارد.
اگر ابزاری مانند پرینتر یا اسکنر به رایانه میزبان اتصال پیدا کند، از روشی با نام Bulk استفاده خواهد شد و در این روش حجم زیادی از اطلاعات به صورت بسته بزرگی ارسال و دریافت خواهد شد و به این روش حجیم و توده ای گفته می شود. علاوه بر این موارد یک میزبان قادر است که دستورات مختلف و تمامی دستگاه های جانبی را به صورت بسته های کنترلی ارسال کند. رایانه میزبان به ترتیب میان دستگاه هایی که اتصال پیدا کرده اند، هماهنگی برقرار کرده و از روش هایی که بیان شد برای برقراری ارتباط استفاده می کند.

USB 3.0 متفاوت است
اولین پورت USB توسط کارمندی در شرکت اینتل اختراع شد و بعد از سال ها قوی ترین رقیبی که برای پورت های USB وجود دارد، پورت های eSATA هستند. اما باز هم پورت USB محبوبترین و موفق ترین پورتی است که در ابزارهای مختلف وجود دارد.
پورت USB 3.0 به عنوان یکی از قدرتمندترین پورت های موجود در ساختار سیستم های جدید قرار داده می شود. سرعت این پورت در انتقال اطلاعات در مقایسه با استانداردهای قبلی خودش به شکل قابل توجهی افزایش پیدا کرده است. سرعت USB 3.0 در حدود 10 برابر سریع تر از نسخه پیشین خود است و به نسبت استاندارد اولیه حدودا 40 برابر سریع تر شده است. به این ترتیب شما به آسانی می توانید که کلیه فایل های حجیم مورد نظر خود را به طور مثال از یک دوربین دیجیتال با سرعت بسیار زیادی به رایانه خود منتقل کنید.
در حال حاضر بیشتر تولید کنندگان ابزارهای مختلف از قرار دادن پورت USB 3.0 در سیستم های خود خبر داده اند و بسیاری از ابزارهای موجود از این استاندارد پشتیبانی خواهند کرد. جالب است که بدانید شاید در آینده ای بسیار نزدیک قادر باشید که نمایشگرهای خود را از طریق پورت USB 3.0 به رایانه ها متصل کنید. به این ترتیب با ایجاد این استاندارد پهنای باند و مصرف برق کلیه ابزارهای جانبی به صورت قابل توجهی کاهش پیدا خواهد کرد. از ابزارهای جانبی که از پورت USB 3.0 پشتیبانی می کنند می توان از هارد دیسک های تولیدی شرکت بوفالو نام برد، کابل های USB 3.0، از سال گذشته به کاربران عرضه شده اند و با سرعت بالای خود رضایت کاربران را به دنبال داشته اند.

منبع: بایت