بعض المعلومات التي يجب أن تعرفها عن USB

هذه المقالة حول معيار ناقل الحاسوب. للاستخدامات الأخرى، انظرUSB (توضيح).

الناقل التسلسلي العام (USB) هومعيار صناعي، تم تطويره بواسطةمنتدى منفذي USB (USB-IF)، لنقل البيانات الرقمية وتوصيل الطاقة بين العديد من أنواع الأجهزة الإلكترونية. يحدد البنية، ولا سيما البنية المادية الواجهات، و بروتوكولات الاتصال من وإلى المضيفين، مثل الحواسيب الشخصية، ومن وإلى الأجهزة الطرفية، مثل الشاشات ولوحات المفاتيح وأجهزة التخزين كبيرة السعة، ومن وإلى الموزعات الوسيطة التي تضاعف عدد منافذ المضيف.[2]

تم تقديم USB في عام 1996، وكان مصمماً في الأصل لتوحيد توصيل الأجهزة الطرفية بأجهزة الكمبيوتر، ليحل محل واجهات مختلفة مثل منافذ تسلسلية، منافذ متوازية، منافذ ألعاب، وناقل سطح مكتب أبل (ADB). [3] أصبحت الإصدارات المبكرة من USB شائعة على نطاق واسع من الأجهزة، مثل لوحات المفاتيح، والفئران، والكاميرات، والطابعات، والماسحات الضوئية، ومحركات الأقراص المحمولة، والهواتف الذكية، ووحدات تحكم الألعاب، وبنوك الطاقة. [4] تطور USB منذ ذلك الحين ليصبح معيارًا ليحل محل جميع المنافذ الشائعة تقريبًا على أجهزة الكمبيوتر، والأجهزة المحمولة، والملحقات، ومصادر الطاقة، والعديد من الأجهزة الإلكترونية الصغيرة الأخرى.

في أحدث معيار،USB-C يستبدل الموصل العديد من أنواع الموصلات للطاقة (حتى 240 واط)، والشاشات (مثل DisplayPort و HDMI)، والعديد من الاستخدامات الأخرى، بالإضافة إلى جميع موصلات USB السابقة.

اعتبارًا من عام 2024، يتكون USB من أربعة أجيال من المواصفات: USB 1.x، USB 2.0، USB 3.x، و USB4. تعزز مواصفات USB4 وظائف نقل البيانات وتوصيل الطاقة من خلال "بنية نفق موجهة للاتصالات مصممة لدمج بروتوكولات متعددة على واجهة مادية واحدة بحيث يمكن مشاركة السرعة والأداء الكليين لشبكة USB4 بشكل ديناميكي."[2] على وجه الخصوص، يدعم USB4 إنشاء نفق لـ ثندربولت 3بروتوكولات، وهيPCI Express(PCIe، واجهة تحميل/تخزين) وDisplayPort(واجهة عرض). يضيف USB4 أيضًا واجهات مضيف-إلى-مضيف.[2]

يدعم كل إصدار فرعي من المواصفاتمعدلات إشارةمختلفة تتراوح من 1.5 و12 ميجابت/ثانيةنصف-مزدوجفي USB 1.0/1.1 إلى 80 جيجابت/ثانيةكامل-المزدوجفي USB4 2.0.[5][6][7][2] كما يوفر USB الطاقة للأجهزة الطرفية؛ أحدث إصدارات المعيار توسع حدود توصيل الطاقة لشحن البطاريات والأجهزة التي تتطلب حتى 240 واط كما هو محدد فيتوصيل طاقة USB (USB-PD)المراجعة V3.1.[8] على مر السنين، تم اعتماد USB(-PD) كمعيار لتزويد الطاقة وشحن العديد من الأجهزة المحمولة، مثل الهواتف المحمولة، مما قلل الحاجة إلى شواحن خاصة.[9]

[عدّل المصدر]

تم تصميم USB لتوحيد توصيلالأجهزة الطرفية إلى أجهزة الكمبيوتر الشخصية، سواء لتبادل البيانات أو لتوفير الطاقة الكهربائية. وقد حل إلى حد كبير محل واجهات مثلالمنافذ التسلسلية والمنافذ المتوازية وأصبح شائعًا في العديد من الأجهزة. تشمل الأجهزة الطرفية المتصلة عبر USB لوحات مفاتيح الكمبيوتر والفئران وكاميرات الفيديو والطابعات ومشغلات الوسائط المحمولة والهواتف الرقمية المحمولة (المتنقلة) ومحركات الأقراص ومحولات الشبكة.

بدأت موصلات USB تحل محل أنواع أخرى من كابلات الشحن للأجهزة المحمولة بشكل متزايد.[10][11][12]

تصنف واجهات موصلات USB إلى ثلاثة أنواع: الموصلات القديمة المتنوعة من النوع A (المنبع) والنوع B (المصب) الموجودة على المضيفات، والمحاور، والأجهزة الطرفية، والنوع C الحديث (USB-C) موصل، والذي يحل محل العديد من الموصلات القديمة باعتباره الموصل الوحيد المطبق لـ USB4.

موصلات النوع A والنوع B جاءت بأحجام قياسية، وصغيرة، ومتناهية الصغر. كان الحجم القياسي هو الأكبر وكان يُستخدم بشكل أساسي لأجهزة الكمبيوتر المكتبية والمعدات الطرفية الأكبر حجمًا. تم تقديم موصلات USB الصغيرة (Mini-A، Mini-B، Mini-AB) للأجهزة المحمولة، لكنها سرعان ما استُبدلت بموصلات USB المتناهية الصغر (Micro-A، Micro-B، Micro-AB) الأقل سمكًا. موصل النوع C، المعروف أيضًا باسم USB-C، ليس حصريًا لـ USB، وهو المعيار الحالي الوحيد لـ USB، وهو مطلوب لـ USB4، ومطلوب أيضًا بمعايير أخرى، بما في ذلك DisplayPort الحديث وThunderbolt. وهو قابل للعكس ويمكنه دعم وظائف وبروتوكولات متنوعة، بما في ذلك USB؛ بعضها إلزامي، والعديد منها اختياري، اعتمادًا على نوع الجهاز: المضيف، أو الجهاز الطرفي، أو المحور.[13][14]

توفر مواصفات USB توافقًا عكسيًا، مما يؤدي عادةً إلى انخفاض معدلات الإشارة، والحد الأقصى للطاقة المقدمة، والقدرات الأخرى. تحل مواصفات USB 1.1 محل USB 1.0. مواصفات USB 2.0 متوافقة عكسيًا مع USB 1.0/1.1. تحل مواصفات USB 3.2 محل USB 3.1 (و USB 3.0) مع تضمين مواصفات USB 2.0. "يحل USB4 وظيفيًا" محل USB 3.2 مع الاحتفاظ بناقل USB 2.0 الذي يعمل بالتوازي.[5][6][7][2]

مواصفات USB 3.0 حددت بنية وبروتوكولًا جديدًا يُسمى "SuperSpeed" (المعروف أيضًا بـ SuperSpeed USB، ويُسوَّق تحت اسم SS)، والذي تضمن مسارًا جديدًا لنظام ترميز إشارات جديد (رموز 8b/10b، بسرعة 5 جيجابت/ثانية؛ لاحقًا عُرف أيضًا باسم الجيل الأول) يتيح نقل بيانات ثنائي الاتجاه كاملًا، الأمر الذي تطلب فعليًا خمسة أسلاك ودبابيس إضافية، مع الحفاظ على بنية وبروتوكولات USB 2.0، وبالتالي الاحتفاظ بالدبابيس/الأسلاك الأربعة الأصلية لضمان التوافق العكسي مع USB 2.0، مما أدى إلى وجود 9 أسلاك (مع 9 أو 10 دبابيس في واجهات الموصلات؛ دبوس التعريف غير موصل) في المجموع.

قدمت مواصفات USB 3.1 نظامًا محسنًا للسرعة الفائقة - مع الحفاظ على بنية وبروتوكول السرعة الفائقة (SuperSpeed USB) - مع إضافة بنية وبروتوكول SuperSpeedPlus (المعروف أيضًا باسم SuperSpeedPlus USB) الذي يضيف مخطط ترميز جديد (رموز 128b/132b، 10 جيجابت/ثانية؛ يُعرف أيضًا باسم Gen 2)؛ تم تسويقه لفترة باسم SuperSpeed+ (SS+).

مواصفات USB 3.2[15] أضافت مسارًا ثانيًا إلى نظام SuperSpeed المعزز بالإضافة إلى تحسينات أخرى، بحيث يُنفذ جزء نظام SuperSpeedPlus USB أوضاع التشغيل Gen 1×2 وGen 2×1 وGen 2×2. ومع ذلك، لا يزال جزء SuperSpeed USB من النظام يُنفذ وضع التشغيل أحادي المسار Gen 1×1. لذلك، فإن عمليات التشغيل ثنائية المسار، وهي USB 3.2 Gen 1×2 (10 جيجابت/ثانية) وGen 2×2 (20 جيجابت/ثانية)، لا تكون ممكنة إلا مع منفذ USB-C كامل الميزات. اعتبارًا من عام 2023، نادرًا ما يتم تنفيذها نسبيًا؛ ومع ذلك، بدأت شركة إنتل في تضمينها في نماذج معالجاتها من الجيل الحادي عشر من نوع SoC، لكن شركة آبل لم توفرها أبدًا. من ناحية أخرى، أصبحت USB 3.2 Gen 1(×1) (5 جيجابت/ثانية) وGen 2(×1) (10 جيجابت/ثانية) شائعة جدًا منذ عدة سنوات.

[تحرير المصدر]

المقال الرئيسي: أجهزة USB § الموصلات

يتم كل اتصال USB باستخدام موصلين: مقبس وقابس. تُظهر الصور المقابس فقط:

[تعديل المصدر]

تم تطوير الناقل التسلسلي العام (USB) لتبسيط وتحسين الواجهة بين أجهزة الكمبيوتر الشخصية والأجهزة الطرفية، مثل الهواتف المحمولة وملحقات الكمبيوتر والشاشات، مقارنة بالواجهات القياسية أو المملوكة المخصصة الموجودة سابقًا.[17]

من منظور مستخدم الكمبيوتر، تعمل واجهة USB على تحسين سهولة الاستخدام بعدة طرق:

يوفر معيار USB أيضًا فوائد متعددة لمصنعي الأجهزة ومطوري البرامج، خاصة في سهولة التنفيذ النسبية:

[عدّل المصدر]

كما هو الحال مع جميع المعايير، فإن USB لديه العديد من القيود في تصميمه:

بالنسبة لمطور المنتج، يتطلب استخدام USB تنفيذ بروتوكول معقد ويستلزم وجود وحدة تحكم "ذكية" في الجهاز الطرفي. يجب على مطوري أجهزة USB المخصصة للبيع للجمهور عمومًا الحصول على معرف USB، الأمر الذي يتطلب دفع رسوم إلىمنتدى منفذي USB (USB-IF). يجب على مطوري المنتجات التي تستخدم مواصفات USB توقيع اتفاقية مع USB-IF. يتطلب استخدام شعارات USB على المنتج رسومًا سنوية وعضوية في المنظمة.[17]

[تحرير المصدر]

شعار USB الأساسي ثلاثي الشعب

بدأت مجموعة من سبع شركات تطوير USB في عام 1995:[21] Compaq، DEC، IBM، Intel، Microsoft، NEC، ونورتل. كان الهدف هو تسهيل توصيل الأجهزة الخارجية بأجهزة الكمبيوتر بشكل جوهري عن طريق استبدال المجموعة الكبيرة من الموصلات في الجزء الخلفي من أجهزة الكمبيوتر، ومعالجة مشكلات سهولة الاستخدام للواجهات الحالية، وتبسيط تكوين البرامج لجميع الأجهزة المتصلة بـ USB، بالإضافة إلى السماح بمعدلات نقل بيانات أعلى للأجهزة الخارجية والتوصيل والتشغيل الميزات.[22] مفاهيم عام 1979ناقل Atari SIO التسلسلي، لأجهزة Atari ذات 8 بت، وعام 1980IEEE-488 المشتقة منناقل كومودور، وناقل Hewlett PackardHP-ILكان هذا الناقل رائدًا في هذا النهج.[23][24] قامت مجموعة بقيادة Apple، وتضم Sony وPanasonic (Matsushita) وLG وToshiba وHitachi وCannon وPhilips Electronics وCompaq وThomson وTexas Instruments، بتطوير المفهوم بشكل أكبر، بدءًا من عام 1986، كمعيارIEEE 1394 معيار firewire ومجموعة براءات الاختراع.[25] جوزيف سي. ديكوير، الذي كان يعمل في أتاري ثم كومودور، ومصمم ناقل SIO المشترك لأتاري، سيعمل على مشروع USB لصالح مايكروسوفت، وحصل على إحدى براءات الاختراع الأمريكية ذات الصلة.[26] أجاي بهات وفريقه[أ] عملوا على المعيار في إنتل؛[28][29] أول دوائر متكاملة التي تدعم USB تم إنتاجها بواسطة إنتل في عام 1995.[30]

[عدل المصدر]

شعار USB ذو السرعة الأساسية

تم إصدار USB 1.0 في يناير 1996، وحدد معدلات إشارة تبلغ 1.5 ميجابت/ثانية (عرض نطاق منخفض أو سرعة منخفضة) و12 ميجابت/ثانية (سرعة كاملة).[31] لم يسمح بكابلات التمديد، بسبب قيود التوقيت والطاقة. وصلت أجهزة USB قليلة إلى السوق حتى تم إصدار USB 1.1 في أغسطس 1998. كان USB 1.1 هو أول مراجعة تم اعتمادها على نطاق واسع وأدت إلى ما أطلقت عليه مايكروسوفت اسم "خالٍ من الإرث".[32][33][34]

لم تحدد مواصفات USB 1.0 ولا 1.1 تصميمًا لأي موصل أصغر من النوع A أو النوع B القياسيين. على الرغم من ظهور العديد من التصاميم لموصل من النوع B مصغر على العديد من الأجهزة الطرفية، إلا أن الامتثال لمعيار USB 1.x كان معوقًا بسبب معالجة الأجهزة الطرفية التي تحتوي على موصلات مصغرة كما لو كانت ذات اتصال مربوط (أي: بدون قابس أو مقبس في الطرف الطرفي). لم يكن هناك موصل معروف من النوع A مصغر حتى قدم USB 2.0 (المراجعة 1.01) واحدًا.

[تحرير المصدر]

شعار USB عالي السرعة

تم إصدار USB 2.0 في أبريل 2000، مضيفًا معدل إشارات أقصى أعلى يبلغ 480 ميجابت/ثانية (أقصى إنتاجية نظرية للبيانات 53 ميجابايت/ثانية[35]) يُسمى السرعة العالية أو النطاق الترددي العالي، بالإضافة إلى معدل إشارات USB 1.x السرعة الكاملة البالغ 12 ميجابت/ثانية (أقصى إنتاجية نظرية للبيانات 1.2 ميجابايت/ثانية).[36]

تم إجراء تعديلات على مواصفات USB عبرإشعارات التغيير الهندسي (ECNs). أهم هذه الإشعارات تم تضمينها في حزمة مواصفات USB 2.0 المتاحة من USB.org:[37]

[عدّل المصدر]

المقال الرئيسي:USB 3.0

شعار SuperSpeed USB المُهمل

تم إصدار مواصفات USB 3.0 في 12 نوفمبر 2008، مع نقل إدارتها من مجموعة الترويج لـ USB 3.0 إلى منتدى منفذي USB (USB-IF) وتم الإعلان عنها في 17 نوفمبر 2008 في مؤتمر مطوري SuperSpeed USB.[39]

يضيف USB 3.0 بنية وبروتوكولًا جديدًا يُسمى SuperSpeed، معمتوافق مع الإصدارات السابقة المقابس والمقابس والكابلات. يتم التعرف على مقابس ومقابس SuperSpeed من خلال شعار مميز وإدخالات زرقاء في المقابس ذات التنسيق القياسي.

توفر بنية SuperSpeed وضع تشغيل بمعدل 5.0 جيجابت/ثانية، بالإضافة إلى أوضاع التشغيل الثلاثة الحالية. تعتمد كفاءتها على عدد من العوامل بما في ذلك ترميز الرموز المادية والنفقات العامة على مستوى الوصلة. عند معدل إشارة 5 جيجابت/ثانية مع ترميز 8b/10b، يحتاج كل بايت إلى 10 بتات للإرسال، وبالتالي فإن الإنتاجية الخام تبلغ 500 ميجابايت/ثانية. عند مراعاة التحكم في التدفق، وتأطير الحزم، والنفقات العامة للبروتوكول، فمن الواقعي أن حوالي ثلثي الإنتاجية الخام، أو 330 ميجابايت/ثانية، يمكن نقلها إلى تطبيق.[40]: 4–19  هندسة SuperSpeed هي ثنائي الاتجاه الكامل؛ جميع التطبيقات السابقة، USB 1.0-2.0، هي نصف ثنائية الاتجاه، ويتم التحكيم فيها بواسطة المضيف.[41]

تظل الأجهزة منخفضة الطاقة وعالية الطاقة قيد التشغيل وفقًا لهذا المعيار، ولكن الأجهزة التي تدعم SuperSpeed يمكنها توفير تيار متزايد يتراوح بين 150 مللي أمبير و900 مللي أمبير، بخطوات منفصلة مقدارها 150 مللي أمبير.[40]: 9–9 

كما قدم USB 3.0 بروتوكول بروتوكول SCSI المرفق عبر USB (UASP)، والذي يوفر عمومًا سرعات نقل أسرع من بروتوكول BOT (النقل الجماعي فقط).

USB 3.1،[5] الذي صدر في يوليو 2013، له نسختان. الأولى تحافظ على بنية وبروتوكول SuperSpeed الخاص بـ USB 3.0، وأُعيد تسمية وضع تشغيلها إلى USB 3.1 Gen 1،[42][43][44] بينما تقدم النسخة الثانية بنية وبروتوكولًا جديدين تمامًا يُعرفان بـ SuperSpeedPlus، مع وضع تشغيل ثانٍ يُسمى USB 3.1 Gen 2 (يُسوَّق باسم SuperSpeed+ USB). يضاعف SuperSpeed+ معدل الإشارة الأقصى إلى 10 جيجابت/ثانية (وقد سُوِّق لاحقًا باسم SuperSpeed USB 10 جيجابت/ثانية وفقًا لمواصفات USB 3.2)، مع تقليل النفقات العامة لترميز الخطوط إلى 3% فقط من خلال تغييرمخطط الترميز إلى128b/132b.[42][45]

USB 3.2، الذي صدر في سبتمبر 2017،[15] يحافظ على بنى وبروتوكولات USB 3.1 SuperSpeed وSuperSpeedPlus الحالية وأوضاع التشغيل الخاصة بها، ولكنه يقدم وضعين إضافيين لتشغيل SuperSpeedPlus (USB 3.2 Gen 1×2 وUSB 3.2 Gen 2×2) مع نسيجUSB-Cبمعدلات إشارة تبلغ 10 و20 جيجابت/ثانية (معدلات بيانات خام تبلغ 1212 و2424 ميجابايت/ثانية). الزيادة في عرض النطاق الترددي ناتجة عن التشغيل ثنائي المسار عبر الأسلاك الحالية التي كانت مخصصة أصلاً لقدرات التقليب لموصل USB-C.[46]

[عدل المصدر]

بدءًا من مواصفات USB 3.2، قدمت USB-IF نظام تسمية جديدًا.[47] لمساعدة الشركات في العلامات التجارية لأنماط التشغيل المختلفة، أوصت USB-IF بتسمية قدرات 5 و10 و20 جيجابت/ثانية باسم SuperSpeed USB 5Gbps وSuperSpeed USB 10Gbps وSuperSpeed USB 20Gbps على التوالي.[48]

في عام 2023، تم استبدالها مرة أخرى،[49] مع إزالة "SuperSpeed"، واستبدالها بـ USB 5Gbps وUSB 10Gbps وUSB 20Gbps. مع شعارات جديدة للتغليف والمنفذ.[50]

[تحرير المصدر]

المقالة الرئيسية:USB4

شعار USB4 المعتمد (ملغى)

تم إصدار مواصفات USB4 في 29 أغسطس 2019 من قبل منتدى منفذي USB.[51]

تم إصدار مواصفات USB4 2.0 في 1 سبتمبر 2022 من قبل منتدى منفذي USB.[52]

يعتمد USB4 علىThunderbolt 3بروتوكول.[53] يدعم سرعة 40 جيجابت/ثانية، وهو متوافق مع Thunderbolt 3، ومتوافق مع الإصدارات السابقة USB 3.2 وUSB 2.0.[54][55] تحدد البنية طريقة لمشاركة رابط واحد عالي السرعة مع أنواع متعددة من الأجهزة الطرفية ديناميكيًا، مما يخدم نقل البيانات حسب النوع والتطبيق.

خلال معرض CES 2020، أعلنت USB-IF وIntel عن نيتهما السماح لمنتجات USB4 التي تدعم جميع الوظائف الاختيارية كـ Thunderbolt 4 منتجات.

كان من المقرر الكشف عن USB4 2.0 بسرعة 80 جيجابت/ثانية في نوفمبر 2022.[56][57] وكان من المقرر نشر المزيد من التفاصيل التقنية في يومين للمطورين في نوفمبر 2022.[58][يحتاج إلى تحديث]

تنص مواصفات USB4 على أن التقنيات التالية يجب أن تكون مدعومة بواسطة USB4:[2]

[عدل المصدر]

نظرة عامة على نظام تسمية USB الذي تم وضعه في سبتمبر 2022

(يتم عرض مزيج من مواصفات USB وأسمائها التسويقية

لأن المواصفات تُستخدم أحيانًا بشكل خاطئ كأسماء تسويقية.)

[متنازع عليه (لأن: USB4 20 جيجابت/ثانية غير موجود؛ USB4 2×2 غير قابل للتبادل مع USB 3.2 2×2 كما هو موضح في الشعار؛ شعارات USB 3.x وUSB4 مختلفة.) – ناقش]

بسبب مخططات التسمية السابقة المربكة، قررت USB-IF تغييرها مرة أخرى. اعتبارًا من 2 سبتمبر 2022، تتبع الأسماء التسويقية الصيغة "USB xGbps"، حيث x هي سرعة النقل بالجيجابت/ثانية.[59] يمكن رؤية نظرة عامة على الأسماء والشعارات المحدثة في الجدول المجاور.

أنماط التشغيل USB 3.2 Gen 2×2 و USB4 Gen 2×2 – أو: USB 3.2 Gen 2×1 و USB4 Gen 2×1 – غير قابلة للتبادل أو التوافق؛ يجب أن تعمل جميع وحدات التحكم المشاركة بنفس النمط.

[تحرير المصدر]

[تحرير المصدر]

[عدل المصدر]

[عدّل المصدر]

يتكون نظام USB من مضيف يحتوي على منفذ أو أكثر متجهة للأسفل (DFP)،[67] وملحقات متعددة، مما يشكل بنية متدرجةطوبولوجيا النجمة. إضافيموزعات USB قد يتم تضمينها، مما يسمح بما يصل إلى خمس طبقات. قد يحتوي مضيف USB على عدة وحدات تحكم، لكل منها منفذ واحد أو أكثر. يمكن توصيل ما يصل إلى 127 جهازًا بوحدة تحكم مضيفة واحدة.[68][40]: 8–29  يتم ربط أجهزة USB في سلسلة عبر الموزعات. يُطلق على الموزع المدمج في وحدة التحكم المضيفة اسم الموزع الجذري.

قد يتكون جهاز USB من عدة أجهزة فرعية منطقية يشار إليها باسم وظائف الجهاز. قد يوفر الجهاز المركب عدة وظائف، على سبيل المثال،كاميرا ويب (وظيفة جهاز فيديو) مزود بميكروفون مدمج (وظيفة جهاز صوتي). بديل لهذا هو جهاز مركب، حيث يخصص المضيف لكل جهاز منطقي عنوانًا مميزًا وتتصل جميع الأجهزة المنطقية بموزع مدمج يتصل بكابل USB الفعلي.

توجد نقاط نهاية USB على الجهاز الطرفي: يُشار إلى القنوات المتجهة إلى المضيف باسم الأنابيب.

يعتمد اتصال أجهزة USB على **القنوات المنطقية** (pipes). تربط القناة المنطقية وحدة التحكم المضيفة بكيان منطقي داخل الجهاز يُسمى **نقطة النهاية** (endpoint). نظرًا لأن القنوات المنطقية تتوافق مع نقاط النهاية، فإن المصطلحين يُستخدمان أحيانًا بالتبادل. يمكن أن يحتوي كل جهاز USB على ما يصل إلى 32 نقطة نهاية (16 **داخلة** و16 **خارجة**)، على الرغم من ندرة وجود هذا العدد الكبير. يتم تعريف نقاط النهاية وترقيمها بواسطة الجهاز أثناء التهيئة (الفترة التي تلي الاتصال الفيزيائي والتي تُسمى **التعداد**)، وبالتالي فهي دائمة نسبيًا، بينما يمكن فتح القنوات المنطقية وإغلاقها.

هناك نوعان من الأنابيب: التدفق والرسالة.

عندما يبدأ مضيف نقل البيانات، فإنه يرسل حزمة TOKEN تحتوي على نقطة نهاية محددة بـ مجموعةمن (device_address, endpoint_number). إذا كان النقل من المضيف إلى نقطة النهاية، يُرسل المضيف حزمة OUT (وهي تخصص من حزمة TOKEN) تحتوي على عنوان الجهاز المطلوب ورقم نقطة النهاية. أما إذا كان نقل البيانات من الجهاز إلى المضيف، فيُرسل المضيف حزمة IN بدلاً من ذلك. إذا كانت نقطة النهاية الوجهة هي نقطة نهاية أحادية الاتجاه وكان اتجاهها المحدد من قبل المُصنّع لا يتطابق مع حزمة TOKEN (على سبيل المثال، الاتجاه المحدد من المُصنّع هو IN بينما حزمة TOKEN هي حزمة OUT)، فسيتم تجاهل حزمة TOKEN. وإلا، يتم قبولها ويمكن أن تبدأ معاملة البيانات. أما نقطة النهاية ثنائية الاتجاه، فتقبل كلًا من حزمتي IN وOUT.

مقبسان USB 3.0 من النوع A القياسي (يسار) ومقبسان USB 2.0 من النوع A القياسي (يمين) على اللوحة الأمامية لجهاز كمبيوتر

يتم تجميع نقاط النهاية في واجهات، وترتبط كل واجهة بوظيفة جهاز واحدة. الاستثناء من ذلك هو نقطة النهاية صفر، والتي تُستخدم لتكوين الجهاز ولا ترتبط بأي واجهة. تسمى وظيفة الجهاز الواحدة المكونة من واجهات يتم التحكم فيها بشكل مستقل بالجهاز المركب. يحتوي الجهاز المركب على عنوان جهاز واحد فقط لأن المضيف يعين عنوان جهاز واحد فقط لوظيفة ما.

عند توصيل جهاز USB بمضيف USB لأول مرة، تبدأ عملية تعداد جهاز USB. يبدأ التعداد بإرسال إشارة إعادة تعيين إلى جهاز USB. يتم تحديد معدل الإشارة لجهاز USB أثناء إشارة إعادة التعيين. بعد إعادة التعيين، يقرأ المضيف معلومات جهاز USB ويتم تعيين عنوان فريد من 7 بتات للجهاز. إذا كان الجهاز مدعومًا من قبل المضيف، يتم تحميل برامج تشغيل الأجهزة اللازمة للتواصل مع الجهاز ويتم ضبط الجهاز على حالة مهيأة. إذا تم إعادة تشغيل مضيف USB، تتكرر عملية التعداد لجميع الأجهزة المتصلة. يتحكم وحدة التحكم المضيفة في تدفق حركة المرور إلى الأجهزة، لذلك لا يمكن لأي جهاز USB نقل أي بيانات على الناقل دون طلب صريح من وحدة التحكم المضيفة. في USB 2.0، وحدة التحكم المضيفةبرامج تشغيل الأجهزة اللازمة للتواصل مع الجهاز ويتم ضبط الجهاز على حالة مهيأة. إذا تم إعادة تشغيل مضيف USB، تتكرر عملية التعداد لجميع الأجهزة المتصلة.

يتحكم وحدة التحكم المضيفة في تدفق حركة المرور إلى الأجهزة، لذلك لا يمكن لأي جهاز USB نقل أي بيانات على الناقل دون طلب صريح من وحدة التحكم المضيفة. في USB 2.0، وحدة التحكم المضيفةاستطلاعات الرأيالناقل لحركة المرور، عادةً بطريقةدائرية متسلسلةبطريقة. يتم تحديد إنتاجية كل منفذ USB بواسطة السرعة الأبطأ إما لمنفذ USB أو لجهاز USB المتصل بالمنفذ.

تحتوي محاور USB 2.0 عالية السرعة على أجهزة تُسمى مترجمات المعاملات التي تقوم بالتحويل بين ناقلات USB 2.0 عالية السرعة وناقلات السرعة الكاملة والمنخفضة. قد يكون هناك مترجم واحد لكل محور أو لكل منفذ.

نظرًا لوجود وحدتي تحكم منفصلتين في كل مضيف USB 3.0، فإن أجهزة USB 3.0 ترسل وتستقبل بمعدلات إشارة USB 3.0 بغض النظر عن أجهزة USB 2.0 أو الأقدم المتصلة بذلك المضيف. يتم تعيين معدلات الإشارة التشغيلية للأجهزة الأقدم بالطريقة التقليدية.

[عدّل المصدر]

يتم تحديد وظيفة جهاز USB بواسطة رمز فئة يُرسل إلى مضيف USB. وهذا يسمح للمضيف بتحميل وحدات برمجية للجهاز ودعم الأجهزة الجديدة من مختلف الشركات المصنعة.

تشمل فئات الأجهزة:[70]

[تحرير المصدر]

انظر أيضًا: فئة أجهزة تخزين USB الشامل، غلاف القرص، و محرك الأقراص الصلبة الخارجي

محرك وميض، جهاز تخزين USB نموذجي

جهاز M.2 (2242) محرك أقراص الحالة الصلبة (SSD) متصل بمحول USB 3.0 موصل بالكمبيوتر

إن فئة جهاز التخزين الشامل USB (MSC أو UMS) توحد التوصيلات بأجهزة التخزين. كانت مخصصة في البداية للأقراص المغناطيسية والبصرية، ثم تم توسيعها لدعم محركات الأقراص المحمولة وبطاقة SD قارئات. القدرة على الإقلاع من وسائط محمية ضد الكتابةبطاقة SDمع محول USB مفيد بشكل خاص للحفاظ على سلامة وحالة وسيط التشغيل غير القابلة للتلف والنقية.

على الرغم من أن معظم أجهزة الكمبيوتر الشخصية منذ أوائل عام 2005 يمكنها الإقلاع من أجهزة تخزين USB، إلا أن USB ليس مخصصًا ليكون ناقلًا رئيسيًا للتخزين الداخلي للكمبيوتر. ومع ذلك، فإن USB يتميز بإمكانيةالتبديل السريع، مما يجعله مفيدًا للأجهزة الطرفية المحمولة، بما في ذلك محركات الأقراص بمختلف أنواعها.

تقدم العديد من الشركات المصنعة محركات أقراص صلبة خارجية محمولة عبر USBمحركات الأقراص الصلبة، أو أغلفة فارغة لمحركات الأقراص. توفر هذه أداءً مشابهًا لمحركات الأقراص الداخلية، محدودة بعدد وأنواع أجهزة USB المتصلة، وبالحد الأعلى لواجهة USB. تشمل المعايير المنافسة الأخرى لتوصيل محركات الأقراص الخارجيةeSATA، ExpressCard، FireWire (IEEE 1394)، ومؤخراً Thunderbolt.

استخدام آخر لأجهزة تخزين USB هو تشغيل تطبيقات البرامج المحمولة (مثل متصفحات الويب وعملاء VoIP) دون الحاجة إلى تثبيتها على الكمبيوتر المضيف.[74][75]

[عدّل المصدر]

انظر أيضًا:بروتوكول نقل الصور

بروتوكول نقل الوسائط (MTP) صممتهمايكروسوفت لتوفير وصول عالي المستوى لنظام ملفات الجهاز بدلاً من تخزين USB الشامل، على مستوى الملفات وليس كتل القرص. كما يتضمن ميزاتإدارة الحقوق الرقمية اختيارية. صُمم MTP للاستخدام معمشغلات الوسائط المحمولة، ولكن تم اعتماده منذ ذلك الحين كبروتوكول الوصول الأساسي للتخزين فينظام تشغيل أندرويد من الإصدار 4.1 جيلي بين بالإضافة إلى ويندوز فون 8 (كانت أجهزة ويندوز فون 7 تستخدم بروتوكول Zune - وهو تطور لـ MTP). السبب الرئيسي لذلك هو أن MTP لا يتطلب وصولاً حصريًا إلى جهاز التخزين كما تفعل UMS، مما يخفف من المشكلات المحتملة في حال طلب برنامج أندرويد التخزين أثناء توصيله بجهاز كمبيوتر. العيب الرئيسي هو أن MTP غير مدعوم بشكل جيد خارج أنظمة تشغيل ويندوز.

[تحرير المصدر]

المقال الرئيسي: فئة جهاز الواجهة البشرية USB

يمكن عادةً استخدام فأرة أو لوحة مفاتيح USB مع أجهزة الكمبيوتر القديمة التي تحتوي على منافذ PS/2 بمساعدة محول صغير من USB إلى PS/2. بالنسبة للفئرات ولوحات المفاتيح التي تدعم البروتوكول المزدوج، يمكن استخدام محول سلبي لا يحتوي على دارة منطقية يمكن استخدام: عتاد USBفي لوحة المفاتيح أو الفأرة، تم تصميمها لاكتشاف ما إذا كانت متصلة بمنفذ USB أو PS/2، والتواصل باستخدام البروتوكول المناسب.[بحاجة لمصدر] كما توجد محولات نشطة تقوم بتوصيل لوحات المفاتيح والفئرات (عادةً واحدة من كل نوع) بمنافذ PS/2.[76]

[عدل المصدر]

ترقية البرامج الثابتة للجهاز (DFU) هي آلية عامة لترقيةالبرامج الثابتةمن أجهزة USB مع إصدارات محسّنة مقدمة من مصنعيها، مما يوفر (على سبيل المثال) طريقة لنشر إصلاحات أخطاء البرامج الثابتة. أثناء عملية ترقية البرامج الثابتة، تغير أجهزة USB وضع تشغيلها لتصبح فعليًاذاكرة قراءة فقط قابلة للبرمجة (PROM)أي فئة من أجهزة USB يمكنها تنفيذ هذه الإمكانية باتباع مواصفات DFU الرسمية. القيام بذلك يسمح باستخدام أدوات المضيف المتوافقة مع DFU لتحديث الجهاز.[73][77][78]

يُستخدم DFU أحيانًا كبروتوكول برمجة لذاكرة الفلاش في المتحكمات الدقيقة المزودة بوظيفة محمل الإقلاع عبر USB المدمجة.[79]

[تحرير المصدر]

قامت مجموعة عمل أجهزة USB بوضع مواصفات لتدفق الصوت، وتم تطوير وتنفيذ معايير محددة لاستخدامات الفئة الصوتية، مثل الميكروفونات، ومكبرات الصوت، وسماعات الرأس، والهواتف، والآلات الموسيقية، وغيرها. وقد نشرت مجموعة العمل ثلاثة إصدارات من مواصفات الأجهزة الصوتية:[80][81] USB Audio 1.0 و2.0 و3.0، والتي يشار إليها باسم "UAC"[82] أو "ADC".[83]

يقدم UAC 3.0 بشكل أساسي تحسينات للأجهزة المحمولة، مثل تقليل استهلاك الطاقة عن طريق إرسال البيانات بشكل متقطع والبقاء في وضع الطاقة المنخفضة لفترة أطول، ونطاقات الطاقة للمكونات المختلفة للجهاز، مما يسمح بإيقاف تشغيلها عند عدم استخدامها.[84]

قدم UAC 2.0 دعمًا لـ USB عالي السرعة (بالإضافة إلى السرعة الكاملة)، مما يتيح نطاقًا تردديًا أكبر للواجهات متعددة القنوات، ومعدلات عينات أعلى،[85] وزمن وصول أقل كامنًا،[86][82] وتحسينًا بمقدار 8 أضعاف في دقة التوقيت في الأوضاع المتزامنة والتكيفية.[82] كما قدم UAC2 مفهوم نطاقات الساعة، التي توفر للمضيف معلومات حول أي منافذ الإدخال والإخراج تستمد ساعاتها من نفس المصدر، بالإضافة إلى دعم محسّن لترميزات الصوت مثلDSD، تأثيرات الصوت، تجميع القنوات، عناصر تحكم المستخدم، وأوصاف الأجهزة.[82][87]

لا تزال أجهزة UAC 1.0 شائعة، ومع ذلك، نظرًا لتوافقها عبر المنصات بدون برامج تشغيل،[85] وأيضًا جزئيًا بسببمايكروسوفتفشل مايكروسوفت في تنفيذ UAC 2.0 لأكثر من عقد بعد نشرها، حيث أضافت الدعم أخيرًا إلىويندوز 10من خلال تحديث المبدعين في 20 مارس 2017.[88][89][87] كما أن UAC 2.0 مدعوم منماك أو إس،iOS، ولينكس،[82] ومع ذلكأندرويدينفذ فقط مجموعة فرعية من مواصفات UAC 1.0.[90]

يوفر USB ثلاثة أنواع من المزامنة متساوية الزمن (ذات النطاق الترددي الثابت)،[91] وجميعها تُستخدم لأجهزة الصوت:[92]

بينما وصفت مواصفات USB الأصلية الوضع غير المتزامن بأنه يُستخدم في "مكبرات الصوت منخفضة التكلفة" والوضع التكيفي في "مكبرات الصوت الرقمية عالية الجودة"،[96] فإن التصور المعاكس موجود فيالصوت عالي الدقة العالم، حيث يتم الإعلان عن الوضع غير المتزامن كميزة، وتتمتع الأوضاع التكيفية/المتزامنة بسمعة سيئة.[97][98][90] في الواقع، يمكن أن تكون جميع الأنواع عالية الجودة أو منخفضة الجودة، اعتمادًا على جودة هندستها والتطبيق.[94][82][99] يتميز الوضع غير المتزامن بفائدة كونه غير مرتبط بساعة الكمبيوتر، ولكن عيبه يتطلب تحويل معدل العينة عند دمج مصادر متعددة.

[تحرير المصدر]

المقال الرئيسي: عتاد USB § الموصلات

الموصلات التي تحددها لجنة USB تدعم عددًا من الأهداف الأساسية لـ USB، وتعكس الدروس المستفادة من العديد من الموصلات التي استخدمتها صناعة الحاسوب. يُطلق على الموصل الأنثوي المثبت على المضيف أو الجهاز اسم المقبس، ويُطلق على الموصل الذكري المتصل بالكابل اسم القابس.[40]: 2-5–2-6  كما تحدد وثائق مواصفات USB الرسمية بشكل دوري مصطلح ذكر لتمثيل القابس، و أنثى لتمثيل المقبس.[100]

قابس USB القياسي من النوع A، الذي كان أكثر أنواع موصل USB، أصبح الآن أحد الأنواع القديمة العديدة لموصلات USB

تم تصميم هذا الشكل لجعل إدخال قابس USB في مقبسه بشكل غير صحيح أمرًا صعبًا. تتطلب مواصفات USB أن يتم وضع علامات على قابس الكابل والمقبس حتى يتمكن المستخدم من التعرف على الاتجاه الصحيح.[40] ومع ذلك، فإن قابس USB-C قابل للعكس. يتم تثبيت كابلات USB وأجهزة USB الصغيرة في مكانها بواسطة قوة الإمساك من المقبس، دون وجود براغي أو مشابك أو أقراص دوارة كما هو الحال في بعض الموصلات.

USB Mini-B (يمين) وخلفه USB Micro-B (يسار). كانت هذه أكثر أنواع موصلات USB شيوعًا في الأجهزة الصغيرة والمحمولة حتى إنشاءUSB Type-C.

تختلف المقابس A و B لمنع توصيل مصدرين للطاقة عن طريق الخطأ. ومع ذلك، فقد فقدت بعض هذه البنية الموجهة مع ظهور اتصالات USB متعددة الأغراض (مثل USB On-The-Goفي الهواتف الذكية، وأجهزة توجيه Wi-Fi التي تعمل بالطاقة USB)، والتي تتطلب كابلات A-to-A و B-to-B وأحيانًا كابلات Y/فاصل.

تعددت أنواع موصلات USB مع تقدم المواصفات. حددت مواصفات USB الأصلية مقابس ومآخذ من النوع القياسي A والنوع القياسي B. كانت الموصلات مختلفة بحيث لا يمكن للمستخدمين توصيل مأخذ حاسوب بآخر. دبابيس البيانات في المقابس القياسية تكون غائرة مقارنة بدبابيس الطاقة، بحيث يمكن للجهاز أن يعمل بالطاقة قبل إنشاء اتصال البيانات. تعمل بعض الأجهزة في أوضاع مختلفة اعتمادًا على ما إذا كان اتصال البيانات قد تم. توفر قواعد الشحن الطاقة، ولا تحتوي على جهاز مضيف أو دبابيس بيانات، مما يسمح لأي جهاز USB قادر بالشحن أو العمل من كابل USB قياسي. توفر كابلات الشحن توصيلات الطاقة ولكن ليس البيانات. في كابل الشحن فقط، تكون أسلاك البيانات مقصورة عند طرف الجهاز؛ وإلا، فقد يرفض الجهاز الشاحن باعتباره غير مناسب.

[عدل المصدر]

المقال الرئيسي:عتاد USB § الكابلات

مجموعة متنوعة من كابلات USB معروضة للبيع في هونغ كونغ

ينص معيار USB 1.1 على أن الكابل القياسي يمكن أن يصل طوله الأقصى إلى 5 أمتار (16 قدمًا و5 بوصات) مع الأجهزة التي تعمل بالسرعة الكاملة (12 ميجابت/ثانية)، وحد أقصى للطول يبلغ 3 أمتار (9 أقدام و10 بوصات) مع الأجهزة التي تعمل بسرعة منخفضة (1.5 ميجابت/ثانية).[101][102][103]

يوفر USB 2.0 أقصى طول للكابل يبلغ 5 أمتار (16 قدمًا و5 بوصات) للأجهزة التي تعمل بسرعة عالية (480 ميجابت/ثانية).[103]

لا يحدد معيار USB 3.0 بشكل مباشر أقصى طول للكابل، بل يشترط فقط أن تستوفي جميع الكابلات مواصفات كهربائية: بالنسبة للكابلات النحاسية ذات AWG 26 سلكًا، الحد الأقصى العملي للطول هو 3 أمتار (9 أقدام و10 بوصات).[104]

[تحرير المصدر]

يمكن العثور على كابلات جسر USB، أو كابلات نقل البيانات في السوق، والتي توفر اتصالًا مباشرًا بين جهازي كمبيوتر. كابل الجسر هو كابل خاص يحتوي على شريحة وإلكترونيات نشطة في منتصف الكابل. تعمل الشريحة الموجودة في منتصف الكابل كجهاز طرفي لكلا الجهازين وتسمح بالاتصال من نظير إلى نظير بينهما. تُستخدم كابلات جسر USB لنقل الملفات بين جهازي كمبيوتر عبر منافذ USB الخاصة بهما.

شاع استخدامه بواسطة مايكروسوفت كـنقل بيانات ويندوز، استخدمت أداة مايكروسوفت المساعدة كابل جسر USB خاصًا لنقل الملفات والإعدادات الشخصية من جهاز كمبيوتر يعمل بإصدار أقدم من ويندوز إلى جهاز كمبيوتر يعمل بإصدار أحدث. في سياق استخدام برنامج "نقل بيانات ويندوز"، يُشار أحيانًا إلى كابل الجسر باسم "كابل النقل السهل".

لا تزال العديد من كابلات الجسر / نقل البيانات USB 2.0، ولكن هناك أيضًا عدد من كابلات نقل USB 3.0. على الرغم من أن USB 3.0 أسرع بعشر مرات من USB 2.0، إلا أن كابلات نقل USB 3.0 أسرع بمقدار 2 إلى 3 مرات فقط نظرًا لتصميمها [توضيح مطلوب].

قدمت مواصفات USB 3.0 كابل توصيل من النوع A إلى A بدون طاقة لتوصيل جهازي كمبيوتر. هذه الكابلات ليست مخصصة لنقل البيانات بل تهدف للاستخدامات التشخيصية.

[عدّل المصدر]

أصبحت كابلات الجسر USB أقل أهمية مع إمكانيات الأجهزة ثنائية الدور التي تم تقديمها في مواصفات USB 3.1. بموجب أحدث المواصفات، يدعم USB معظم السيناريوهات التي تربط الأنظمة مباشرة باستخدام كابل Type-C. ومع ذلك، لكي تعمل هذه الإمكانية، يجب أن تدعم الأنظمة المتصلة تبديل الأدوار. تتطلب الإمكانيات ثنائية الدور وجود وحدتي تحكم داخل النظام، بالإضافة إلى وحدة تحكم في الأدوار. بينما يمكن توقع ذلك في منصة محمولة مثل جهاز لوحي أو هاتف، فإن أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة غالبًا لا تدعم الأدوار المزدوجة.[105]

[تحرير المصدر]

المقال الرئيسي:عتاد USB § الطاقة

توفر موصلات USB العلوية طاقة بجهد اسمي 5 فولت تيار مستمر عبر طرف V_BUS للأجهزة الطرفية USB.

[تحرير المصدر]

يصف هذا القسم نموذج توزيع الطاقة لـ USB الذي كان موجودًا قبلتوصيل الطاقة (USB-PD). على الأجهزة التي لا تستخدم PD، يوفر USB ما يصل إلى 4.5 واط عبر موصلات Type-A و Type-B، وما يصل إلى 15 واط عبر USB-C. جميع طاقة USB قبل PD يتم توفيرها بجهد 5 فولت.

بالنسبة للمضيف الذي يوفر الطاقة للأجهزة، يحتوي USB على مفهوم يُسمى وحدة التحميل. يمكن لأي جهاز سحب طاقة وحدة واحدة، ويمكن للأجهزة طلب المزيد من الطاقة بهذه الخطوات المنفصلة. ليس مطلوبًا من المضيف توفير الطاقة المطلوبة، ولا يجوز للجهاز سحب طاقة أكثر مما تم التفاوض عليه.

الأجهزة التي لا تسحب أكثر من وحدة واحدة تُسمى أجهزة منخفضة الطاقة. يجب أن تعمل جميع الأجهزة كأجهزة منخفضة الطاقة عند بدء التشغيل دون تهيئة. بالنسبة لأجهزة USB حتى USB 2.0، تكون وحدة التحميل 100 مللي أمبير (أو 500 مللي واط)، بينما يعرّف USB 3.0 وحدة التحميل بـ 150 مللي أمبير (750 مللي واط). يمكن لـ USB-C كامل الميزات دعم الأجهزة منخفضة الطاقة بوحدة تحميل تبلغ 250 مللي أمبير (أو 1250 مللي واط).

الأجهزة التي تستهلك أكثر من وحدة واحدة تُعتبر أجهزة عالية الطاقة (مثل محركات الأقراص الصلبة التقليدية بحجم 2.5 بوصة). يسمح معيار USB حتى الإصدار 2.0 للمضيف أو المحور بتوفير طاقة تصل إلى 2.5 واط لكل جهاز، عبر خمس درجات منفصلة بقيمة 100 مللي أمبير، بينما تسمح أجهزة السرعة الفائقة (USB 3.x) للمضيف أو المحور بتوفير طاقة تصل إلى 4.5 واط عبر ست درجات بقيمة 150 مللي أمبير. يتيح معيار USB-C تشغيل USB 3.x ثنائي المسار مع وحدة تحميل أكبر (250 مللي أمبير؛ حتى 7.5 واط).[106] كما يتيح USB-C تيار النوع C كبديل لـ USB BC، للإشارة إلى توفر الطاقة بطريقة بسيطة دون الحاجة إلى أي اتصال بيانات.[107]

للتعرف على وضع شحن البطارية، يضع منفذ الشحن المخصص مقاومة لا تتجاوز 200 Ω عبر طرفي D+ وD−. تشير خطوط البيانات المقصورة أو شبه المقصورة ذات مقاومة أقل من 200 Ω عبر طرفي D+ وD− إلى منفذ شحن مخصص (DCP) بمعدلات شحن غير محددة.[108][109]

بالإضافة إلى USB القياسي، يوجد نظام عالي الطاقة خاص يُعرف باسم USB عالي الطاقة، تم تطويرها في التسعينيات، وتستخدم بشكل أساسي في محطات نقاط البيع مثل سجلات النقد.

[عدّل المصدر]

المقالة الرئيسية:اتصالات USB § الإشارة (USB PHY)

يتم نقل إشارات USB باستخدامإشارة تفاضليةعلىزوج مجدول أسلاك بيانات مع 90أوم ± 15%المقاومة المميزة.[110] تحدد مواصفات USB 2.0 والإصدارات السابقة زوجًا واحدًا فينصف مزدوج (HDx). تحدد مواصفات USB 3.0 والإصدارات الأحدث زوجًا مخصصًا واحدًا للتوافق مع USB 2.0 وزوجين أو أربعة أزواج لنقل البيانات: زوجان من أسلاك البيانات يحققان الازدواج الكامل (FDx) للإصدارات أحادية المسار (×1) تتطلب موصلات SuperSpeed (SS) على الأقل؛ أربعة أزواج تحقق الازدواج الكامل للإصدارات ثنائية المسار (×2) تتطلب موصلات USB-C.

يتطلب USB4 Gen 4 استخدام جميع الأزواج الأربعة ولكنه يسمح بتكوين الأزواج غير المتماثلة.[111] في هذه الحالة، يُستخدم زوج واحد من أسلاك البيانات لنقل البيانات الصاعدة والثلاثة الأخرى لنقل البيانات الهابطة أو العكس. يستخدم USB4 Gen 4تعديل سعة النبضةعلى 3 مستويات، مما يوفرتريتمن المعلومات كلالباودعند الإرسال، يترجم تردد الإرسال البالغ 12.8 جيجاهرتز إلى معدل إرسال يبلغ 25.6 جيجاباود[112]، وتوفر الترجمة من 11 بت إلى 7 تريت سرعة إرسال قصوى نظرية تزيد قليلاً عن 40.2 جيجابت/ثانية.[113]

اتصال USB يكون دائمًا بين طرف **A**، سواء كان مضيفًا (host) أو منفذًا سفليًا (downstream port) في موزع (hub)، وطرف **B**، سواء كان جهازًا طرفيًا (peripheral device) أو منفذًا علويًا (upstream port) في موزع. تاريخيًا، كان هذا واضحًا من حقيقة أن المضيفات كانت تحتوي فقط على منافذ من النوع A، والأجهزة الطرفية كانت تحتوي فقط على منافذ من النوع B، وكان كل كابل متوافق يحتوي على قابس واحد من النوع A وقابس واحد من النوع B. USB-C (النوع C) هو موصل واحد يحل محل جميع الموصلات القديمة من النوع A والنوع B، لذلك عندما يكون كلا الجانبين مزودًا بمنافذ USB من النوع C، فإنهما يتفاوضان لتحديد أي منهما هو المضيف وأيهما هو الجهاز.

[تحرير المصدر]

المقال الرئيسي:USB (الاتصالات) § طبقة البروتوكول

أثناء اتصال USB، يتم نقل البيانات كـالحزم. في البداية، يتم إرسال جميع الحزم من المضيف عبر المحور الجذري، وربما المزيد من المحاور، إلى الأجهزة. بعض هذه الحزم توجه الجهاز لإرسال بعض الحزم ردًا على ذلك.

[تعديل المصدر]

المقال الرئيسي: USB (الاتصالات) § المعاملة

المعاملات الأساسية لـ USB هي:

[عدّل المصدر]

شعار USB اللاسلكي

[عدّل المصدر]

قدم منتدى منفذي USB معيار الاتصال اللاسلكي Media Agnostic USB (MA-USB) v.1.0 القائم على بروتوكول USB في 29 يوليو 2015.USB اللاسلكيهي تقنية بديلة للكابلات، وتستخدمفائق العرض تقنية لاسلكية لمعدلات بيانات تصل إلى 480 ميجابت/ثانية.[114]

استخدمت USB-IF مواصفات WiGig Serial Extension v1.2 كأساس أولي لمواصفات MA-USB، وهي متوافقة مع SuperSpeed USB (3.0 و3.1) وHi-Speed USB (USB 2.0). سيتم تسمية الأجهزة التي تستخدم MA-USB باسم "مدعوم من MA-USB"، بشرط أن يجتاز المنتج برنامج الشهادة الخاص بها.[115]

[تحرير المصدر]

المقال الرئيسي: USB بين الرقائق

إنترتشيب USB هو متغير من شريحة إلى شريحة يلغي أجهزة الإرسال والاستقبال التقليدية الموجودة في USB العادي. HSICالطبقة المادية يستخدم طاقة أقل بنسبة 50% ومساحة أقل بنسبة 75% اللوحة مقارنة بمساحة USB 2.0.[116] وهو معيار بديل لـSPI وI2C.

[عدّل المصدر]

المقال الرئيسي:USB-C

USB-C (رسميًا USB Type-C) هو معيار يحدد موصلًا جديدًا، والعديد من ميزات الاتصال الجديدة. من بينها يدعم الوضع البديل، الذي يسمح بنقل بروتوكولات أخرى عبر موصل وكابل USB-C. يُستخدم هذا بشكل شائع لدعمDisplayPort أو HDMIبروتوكولات، مما يسمح بتوصيل شاشة عرض، مثلشاشة حاسوب أو جهاز تلفاز، عبر USB-C.

جميع الموصلات الأخرى غير قادرة على عمليات المسارين (الجيل 1×2 والجيل 2×2) في USB 3.2، ولكن يمكن استخدامها لعمليات المسار الواحد (الجيل 1×1 والجيل 2×1).[117]

[تحرير المصدر]

المقال الرئيسي: DisplayLink

DisplayLink هي تقنية تسمح بتوصيل شاشات متعددة بجهاز كمبيوتر عبر USB. تم تقديمها حوالي عام 2006، وقبل ظهور الوضع البديل عبر USB-C كانت الطريقة الوحيدة لتوصيل الشاشات عبر USB. إنها تقنية خاصة، غير موحدة من قبل منتدى منفذي USB، وتتطلب عادةً برنامج تشغيل الجهاز على الكمبيوتر.

[عدّل المصدر]

[عدّل المصدر]

في البداية، كان USB يُعتبر مكملاً لـ FireWire (IEEE 1394تقنية، تم تصميمها كحافلة تسلسلية عالية النطاق الترددي تقوم بتوصيل الأجهزة الطرفية مثل محركات الأقراص وواجهات الصوت ومعدات الفيديو بكفاءة. في التصميم الأولي، عمل USB بمعدل بيانات أقل بكثير واستخدم أجهزة أقل تعقيدًا. كان مناسبًا للأجهزة الطرفية الصغيرة مثل لوحات المفاتيح وأجهزة التأشير.

أهم الاختلافات التقنية بين FireWire وUSB تشمل:

هذه الاختلافات وغيرها تعكس أهداف التصميم المختلفة للناقلين: صُمم USB ليكون بسيطًا ومنخفض التكلفة، بينما صُمم FireWire لتحقيق أداء عالٍ، خاصة في التطبيقات الحساسة للوقت مثل الصوت والفيديو. على الرغم من التشابه في معدل الإشارة النظري الأقصى، إلا أن FireWire 400 أسرع من USB 2.0 عالي النطاق في الاستخدام الفعلي،[118] خاصة في الاستخدامات عالية النطاق مثل الأقراص الصلبة الخارجية.[119][120][121][122] أما معيار FireWire 800 الأحدث فهو أسرع بمرتين من FireWire 400 وأسرع من USB 2.0 عالي النطاق نظريًا وعمليًا.[123] ومع ذلك، تعتمد مزايا السرعة في FireWire على تقنيات منخفضة المستوى مثلالوصول المباشر للذاكرة(DMA)، والتي بدورها خلقت فرصًا لاستغلالات أمنية مثلهجوم DMA،

تؤثر مجموعة الشرائح وبرامج التشغيل المستخدمة لتنفيذ USB وFireWire تأثيرًا حاسمًا على مقدار النطاق الترددي المحدد في المواصفات الذي يتم تحقيقه في العالم الحقيقي، بالإضافة إلى التوافق مع الأجهزة الطرفية.[124]

[عدّل المصدر]

تحدد معايير IEEE 802.3af و802.3at و802.3btالطاقة عبر الإيثرنتتحدد معايير (PoE) آليات تفاوض طاقة أكثر تعقيدًا من USB المزود بالطاقة. تعمل هذه المعايير بجهد 48 فولتتيار مستمرويمكنها توفير طاقة أكبر (حتى 12.95 واط لـ 802.3af، و25.5 واط لـ 802.3at، المعروف أيضًا باسم PoE+، و71 واط لـ 802.3bt، المعروف أيضًا باسم 4PPoE) عبر كابل يصل طوله إلى 100 متر مقارنة بـ USB 2.0، الذي يوفر 2.5 واط بطول كابل أقصى يبلغ 5 أمتار. وقد جعل هذا تقنية PoE شائعة لـالصوت عبر بروتوكول الإنترنتالهواتف،كاميرات المراقبة،نقاط الوصول اللاسلكية، والأجهزة الأخرى المتصلة بالشبكة داخل المباني. ومع ذلك، فإن USB أرخص من PoE بشرط أن تكون المسافة قصيرة واحتياج الطاقة منخفضًا.

إيثرنتالمعايير تتطلب عزلًا كهربائيًا بين الجهاز المتصل بالشبكة (حاسوب، هاتف، إلخ) وكابل الشبكة يصل إلى 1500 فولت تيار متردد أو 2250 فولت تيار مستمر لمدة 60 ثانية.[125] لا يتضمن USB مثل هذا الشرط لأنه صُمم للأجهزة الطرفية المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالحاسوب المضيف، وفي الواقع فهو يربط بين أرضي الجهاز الطرفي والحاسوب المضيف. يمنح هذا الإيثرنت ميزة أمان كبيرة مقارنة بـ USB عند استخدام الأجهزة الطرفية مثل مودمات الكابل وDSL المتصلة بأسلاك خارجية قد تتحمل جهودًا خطيرة في ظروف عطل معينة.[126][127]

[عدّل المصدر]

يقوم تعريف جهاز USB لأجهزة MIDI بنقل واجهة الآلات الموسيقية الرقمية (MIDI) بيانات الموسيقى عبر USB.[128] تم توسيع قدرة MIDI للسماح بما يصل إلى ستة عشر كابل MIDI افتراضيًا متزامنًا، يمكن لكل منها حمل القنوات والساعات الستة عشر المعتادة لـ MIDI.

يعتبر USB تنافسيًا للأجهزة منخفضة التكلفة والمجاورة فيزيائيًا. ومع ذلك، فإن تقنية Power over Ethernet ومعيار التوصيل MIDI يتمتع معيار التوصيل بميزة في الأجهزة عالية الجودة التي قد تحتوي على كابلات طويلة. يمكن أن يتسبب USB في حدوث حلقة أرضية مشاكل بين الأجهزة، لأنه يربط مراجع الأرضي في كلا جهازي الإرسال والاستقبال. على النقيض من ذلك، فإن معيار التوصيل MIDI وإيثرنت تحتوي على عزل مدمج يصل إلى 500 فولت أو أكثر.

[عدّل المصدر]

إن eSATA الموصل هو أكثر متانة SATAموصل، مصمم للتوصيل بالأقراص الصلبة الخارجية ومحركات أقراص الحالة الصلبة (SSD). معدل نقل eSATA (حتى 6 جيجابت/ثانية) مشابه لمعدل نقل USB 3.0 (حتى 5 جيجابت/ثانية) و USB 3.1 (حتى 10 جيجابت/ثانية). يظهر الجهاز المتصل عبر eSATA كجهاز SATA عادي، مما يوفر أداءً كاملاً وتوافقًا كاملاً مرتبطًا بالأقراص الداخلية.

لا يوفر eSATA الطاقة للأجهزة الخارجية. هذه عيب متزايد مقارنة بـ USB. على الرغم من أن طاقة USB 3.0 البالغة 4.5 واط غير كافية أحيانًا لتشغيل الأقراص الصلبة الخارجية، إلا أن التكنولوجيا تتقدم، وتحتاج الأقراص الخارجية تدريجيًا إلى طاقة أقل، مما يقلل من ميزة eSATA.eSATAp‏(الطاقة عبر eSATA، المعروف أيضًا باسم ESATA/USB) هو موصل تم تقديمه في عام 2009 يوفر الطاقة للأجهزة المتصلة باستخدام موصل جديد متوافق مع الإصدارات السابقة. على جهاز كمبيوتر محمول، يوفر eSATAp عادةً 5 فولت فقط لتشغيل قرص صلب/SSD بحجم 2.5 بوصة؛ على محطة عمل مكتبية، يمكنه أيضًا توفير 12 فولت لتشغيل أجهزة أكبر بما في ذلك الأقراص الصلبة/SSD بحجم 3.5 بوصة ومحركات الأقراص الضوئية بحجم 5.25 بوصة.

يمكن إضافة دعم eSATAp إلى جهاز مكتبي على شكل حامل يربط موارد اللوحة الأم SATA والطاقة وUSB.

يدعم eSATA، مثل USB،التوصيل السريع، على الرغم من أن هذا قد يكون محدودًا بواسطة برامج تشغيل نظام التشغيل وبرامج الجهاز الثابتة.

[عدّل المصدر]

المقال الرئيسي:‏ ثندربولت (واجهة)

يجمع Thunderbolt بين PCI Express و DisplayPortإلى واجهة بيانات تسلسلية جديدة. تحتوي تطبيقات Thunderbolt الأصلية على قناتين، لكل منهما سرعة نقل تبلغ 10 جيجابت/ثانية، مما ينتج عنه عرض نطاق ترددي إجمالي أحادي الاتجاه يبلغ 20 جيجابت/ثانية.[129]

ثندربولت 2‏ يستخدم تجميع الارتباطات لدمج قناتي 10 جيجابت/ثانية في قناة واحدة ثنائية الاتجاه بسرعة 20 جيجابت/ثانية.[130]

ثندربولت 3 و ثندربولت 4‏ تستخدم USB-C.[131][132][133] يحتوي Thunderbolt 3 على قناتين ثنائيتي الاتجاه فعليتين بسعة 20 جيجابت/ثانية، يتم تجميعهما لتظهرا كقناة واحدة منطقية ثنائية الاتجاه بسعة 40 جيجابت/ثانية. يمكن لوحدات تحكم Thunderbolt 3 دمج وحدة تحكم USB 3.1 Gen 2 لتوفير التوافق مع أجهزة USB. كما أنها قادرة على توفير وضع DisplayPort البديل بالإضافة إلى DisplayPort عبر نسيج USB4، مما يجعل وظيفة منفذ Thunderbolt 3 مجموعة شاملة لوظيفة منفذ USB 3.1 Gen 2.

وضع DisplayPort البديل 2.0: يتطلب USB4 (الذي يستخدم USB-C) أن تدعم المحاور DisplayPort 2.0 عبر وضع USB-C البديل. يمكن لـ DisplayPort 2.0 دعم دقة 8K بتردد 60 هرتز مع ألوان HDR10.[134] يمكن لـ DisplayPort 2.0 استخدام ما يصل إلى 80 جيجابت/ثانية، وهو ضعف الكمية المتاحة لبيانات USB، لأنه يرسل جميع البيانات في اتجاه واحد (إلى الشاشة) وبالتالي يمكنه استخدام جميع أسلاك البيانات الثمانية مرة واحدة.[134]

بعد أن أصبحت المواصفات خالية من حقوق الملكية وتم نقل الوصاية على بروتوكول Thunderbolt من Intel إلى منتدى منفذي USB، تم تنفيذ Thunderbolt 3 بشكل فعال في مواصفات USB4 – مع توافق اختياري مع Thunderbolt 3 ولكن يُشجع عليه لمنتجات USB4.[135]

[تحرير المصدر]

المقال الرئيسي:محول USB إلى منفذ تسلسلي

متنوعمحولات البروتوكولمتوفرة تقوم بتحويل إشارات بيانات USB من وإلى معايير اتصال أخرى.

[عدل المصدر]

نظرًا لشيوع معيار USB، هناك العديد من الاستغلالات التي تستخدم معيار USB. واحدة من أكبر الحالات في الوقت الحالي تُعرف باسمقاتل USB، جهاز يتلف أجهزة USB عن طريق إرسال نبضات جهد عالي عبر خطوط البيانات.

في إصداراتمايكروسوفت ويندوزقبلويندوز إكس بي، كان نظام ويندوز يشغل تلقائيًا برنامجًا نصيًا (إن وجد) على بعض الأجهزة عبرالتشغيل التلقائي، أحدها أجهزة تخزين USB التي قد تحتوي على برامج ضارة.[136]