Universal serial Bus يکي از بزرگ ترين موفقيت هاي جهان کامپيوتر محسوب مي شود. براساس اعلام کمپاني اينتل از زمان آغاز استفاده از اين روش انتقال اطلاعات در سال 1996، در حال حاضر بيش از 6 ميليارد وسيله USB در دنيا در حال کار است.

موفقيت USB عمدتاً به دو فاکتور مربوط مي شود. فاکتور اول، قابليت ساده اما هوشمندانه آن در تأمين انرژي يک وسيله جانبي در عين فراهم نمودن امکان انتقال اطلاعات است. فاکتور دوم، اين واقعيت است که ابزارها و پروتکل USB بسيار هوشمندتر از چيزي هستند که اغلب افراد فکر مي کنند.
USB يک سيستم پيچيده است که به ابزاري با نيازمندي هاي داده هاي متفاوت اجازه مي دهد از پهناي باند در دسترس، به بهترين نحو ممکن استفاده کنند. حتي ساده ترين و ارزان ترين ابزار USB نيز داراي يک چيپ مبتني بر ريزپردازنده اختصاصي است که مستقيماً با انتقال اطلاعات به پي سي ميزبان سر و کار دارد. چيپ ست هاي سخت افزاري USB که در داخل ابزار USB گنجانده شده اند وظيفه اداره کل مبادلات را به عهده دارند و نرم افزاري که از اين ابزار استفاده مي کند دليلي براي نگراني در مورد جزئيات چگونگي انتقال اطلاعات ندارد.

پروتکلي براي همه مناسبت ها
 

پيچيدگي و هوشمندي USB چيزي است که آن را قادر مي کند با هر وسيله اي که اطلاعات و داده ها را به پي سي منتقل مي کند کار کند. جهاني کردن يا universal نمودن آن بدين معنا است که براي اين که يک وسيله بتواند پهناي باند 480Mbits/sec را با يک اتصال USB 2 به اشتراک بگذارد کار بسيار زيادي بايد صورت بگيرد. به عنوان مثال يک ماوس به پهناي باند زيادي نياز ندارد اما بايد داراي تأخير اندکي باشد تا وقتي که شما آن را حرکت مي دهيد نشان گر ماوس ويندوز بدون هيچ گونه تأخير قابل تشخيصي حرکت کند. براي امکان پذير نمودن اين کار، يک ماوس مي تواند يک کانال ارتباطي را که به آن يک pipe گفته مي شود در حالت interrupt transfer باز کند. اين موضوع يک پاسخ سريع به ابزار را با تأخير اندک و نيازمندي کم به پهناي باند تضمين مي کند.
از سوي ديگر يک ديسک سخت نيازي به پاسخ با تأخير بسيار اندک ندارد بلکه فقط نياز به دريافت حداکثر مقدار پهناي باند در هر جايي که بتواند داده ها را در قطعات بزرگ منتقل کند دارد. براي انجام اين کار، ديسک سخت مي تواند يک لوله ارتباطي را در حالت bulk transfer که تمام پهناي باند بدون استفاده را اختصاص مي دهد اما تضميني در مورد تأخير نمي دهد باز کند و بدين ترتيب ماوس ارجحيت را به خودش اختصاص مي دهد. در نهايت، وسيله اي مثل يک دوربين وب به سادگي نياز به يک سرعت انتقال ثابت تضمين شده دارد تا بتواند به يک نرخ فريم مشخص دست پيدا کند اما بسته هاي داده که بعضاً به طور اتفاقي به مقصد نمي رسند اهميتي ندارد. دوربين مي تواند يک لوله را در حالت isochronous که يک پهناي باند تضمين شده را فراهم مي کند اما قادر به فراهم نمودن صحت دقيق و کامل داده ها نيست باز کند.

کابل هاي فيزيکي
 

همان گونه که از اسم آن پيدا است، USB يک سيستم انتقال داده سريال است؛ داده ها به صورت يک بيت ديجيتال( يک صفر يا يک) در هر زمان به کابل هاي فيزيکي فرستاده مي شوند و در سمت ديگر مجدداً به شکل بايت در مي آيند. نرخ بالاي انتقال از طريق انتقال هريک از بيت هاي ديجيتال در يک بازه زماني بسيار کوتاه و به عبارت ديگر با فرکانس بالا حاصل مي شود.
اين کار ممکن است خيلي هم خلاقانه نباشد؛ اگر شما مقدار زيادي بيت هاي داده داشته باشيد و بخواهيد آن ها را از يک محل به محل ديگر انتقال دهيد انتقال آن ها در بسته هاي بزرگ بسيار بهتر از انتقال اين داده ها به صورت يکي يکي از طريق يک کابل است. براي انجام اين کار شما از يک باس موازي( به عنوان مثال 8 قطعه مجزا سيم براي مشخص کردن صفر و يک) استفاده مي کنيد و بدين ترتيب مي توانيد کل بايت هاي اطلاعات را در يک زمان منتقل نمائيد. و در ايام گذشته و در زماني که ترانزيستورها بسيار آهسته بودند و انرژي زيادي مصرف مي کردند سيستم هاي سريع انتقال داده ها موازي بودند و ارتباطات سريال براي سيستم هاي کند اما قابل اطمينان که در آن ها پهناي باند اهميت زيادي نداشت نگه داشته مي شد. اما ترانزيستورهاي مدرن مي توانند با مصرف انرژي اندک، بسيار سريع تر کار کنند، هزينه آن ها تقريباً صفر است و استفاده از اين ترانزيستورها در ارتباطات سريال فرکانس بالا در مقايسه با ارتباطات موازي ارزان تر تمام مي شود. استفاده از آن ها ساده تر هم هست: سيستم هاي موازي انتقال اطلاعات وقتي به سرعت هاي بالا مي رسند از مشکلات مربوط به تداخل امواج و همزمان سازي رنج مي برند به همين دليل است که ATA سريال جايگزين ATA موازي در ديسک هاي سخت و PCI Express جايگزين PCI معمولي در کارت هاي توسعه داخلي پي سي ها شده است. سيم هاي کم تر به معناي کابل هاي باريک تر با امکان کنترل ساده تر است.

کانکتورها
 

اگر به يک کانکتور USB استاندارد( کانکتور تختي که به پي سي متصل مي کنيد) نگاه کنيد يک سؤال بديهي در ذهن تان شکل مي گيرد: اگر USB يک سيستم سريال است براي کار کرد خود تنها به دو سيم نياز دارد يکي براي سيگنال و يکي براي اتصال زمين اما در واقع داراي کانکتورهاي چهار پيني است به اضافه سپر بيروني آن که به زمين متصل مي شود و در مجموع 5 سيم را ايجاد مي کند. اگر از بالا به يک کانکتور USB نوع A نگاه کنيد کانداکتور سمت راست فراهم کننده انرژي است و يکي ديگر که در سمت ديگر قرار گرفته کانکتور اضافي زمين است. اما هنوز هم يکي از دو کانکتور مياني بلااستفاده به نظر مي رسد.

سيگنال دهي متفاوت
 

در واقع، USB براي انتقال داده ها فقط از يک سيم استفاده نمي کند بلکه در تکنيکي به نام سيگنال دهي متفاوت يا differential signaling از دو سيم بهره برداري مي نمايد؛ به همين دليل است که در مجموع 5 کانکشن دارد. از اين سيم ها با عنوان -Data و Data+ ياد مي شود که داده هاي مشابه را در زمان مشابه حمل مي کنند بنابراين کانکشن يک شماي ارتباطي سريالي واقعي پيدا مي کند اما سيم Data- نشان دهنده يک 1 منطقي با ولتاژ منفي است که آن را به تصوير آينه اي سيم Data+ تبديل مي کند. سپس وسيله دريافت کننده داده ها را با در نظر گرفتن اختلاف بين آن ها از نو مي سازد. از هر گونه تداخلي که در مسير رسيدن به وسيله گيرنده توسط سيم ها دريافت شود بر روي هر دو سيم مشابه خواهد بود اما به دليل اين که اين، تفاوت بين اين دو است که داده هاي واقعي را شکل مي دهد، اين تداخل به شکل مؤثري کنسل مي شود.

ارتباط سريال واقعي
 

برخي از پروتکل هاي سريال، به عنوان مثال RS232 قديمي داده ها را به شکل سريال منتقل مي کنند اما داراي پين هاي متعدد و اختصاصي زيادي براي وساطت بين دو انتهاي گيرنده و فرستنده هستند. اما USB واقعاً يک سيستم سريال است زيرا فقط يک مسير تک بيتي براي داده ها وجود دارد. اين بدان معنا است که USB( حداقل در نسخه هاي 1.1 و 2 ) تنها يک سيستم half-duplex است: يک سيستم ارتباطي دو طرفه که در هر لحظه معين، يک وسيله در حال گوش کردن است و فقط يک وسيله مي تواند حرف بزند. وقتي که حرف زدن گوينده به پايان مي رسد شنونده مجبور است از همان دو جفت سيم براي پاسخ استفاده کند. در اين روش براي حفظ يکپارچگي و همزماني و تصحيح خطاها حتي به سطوح بيش تري از هوشمندي نياز است.

يکي از بزرگ ترين جذابيت هاي USB، کانکتورهاي استاندارد شده آن است که به صدها نوع ابزار و وسائل جانبي اجازه مي دهد فقط از تعداد اندکي کابل استفاده کنند. براي اين که متوجه تفاوت يک USB host با يک peripheral را درون يک peripheral نزنيد، بايد بدانيد که دو طرف يک کابل USB هميشه با هم تفاوت دارد. دو نوع اصلي، کانکتور " A-type" downstream؛ کانکتور عريض و مسطح که به پي سي متصل مي شود و کانکتور چهار گوش upstream است که به وسائل جانبي نظير چاپ گرها متصل مي شود. دو نوع رايج ديگر عبارت اند از کانکتورهاي Mini و Micro، قسمت فوقاني کانکتور Mini کمي باريک تر است در حالي که کانکتور Micro ضخامت بيش تري دارد.
منبع: بزرگراه رايانه، شماره 129