برخی اطلاعات که باید درباره USB بدانید

این مقاله درباره استاندارد باس کامپیوتر است. برای کاربردهای دیگر، به USB (ابهام‌زدایی).

Universal Serial Bus (USB) یکاستاندارد صنعتی است که توسطUSB Implementers Forum (USB-IF)، برای انتقال داده‌های دیجیتال و تحویل توان بین انواع بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی. این استاندارد معماری، به‌ویژه لایه فیزیکی را مشخص می‌کند.رابط‌ها، وپروتکل‌های ارتباطی به میزبان‌ها (مانندرایانه‌های شخصی) و از آن‌ها، بهدستگاه‌های جانبی (مانند نمایشگرها، صفحه‌کلیدها و دستگاه‌های ذخیره‌سازی انبوه) و از آن‌ها، و همچنین به هاب‌های میانی و از آن‌ها که تعداد پورت‌های یک میزبان را افزایش می‌دهند.[2]

USB که در سال ۱۹۹۶ معرفی شد، در ابتدا برای استانداردسازی اتصال دستگاه‌های جانبی به رایانه‌ها طراحی شد و جایگزین رابط‌های مختلفی مانندپورت‌های سریال، پورت‌های موازی، پورت‌های بازی، و Apple Desktop Bus (ADB) پورت‌ها.[3] نسخه‌های اولیه USB در طیف گسترده‌ای از دستگاه‌ها مانند صفحه‌کلیدها، ماوس‌ها، دوربین‌ها، چاپگرها، اسکنرها، درایوهای فلش، گوشی‌های هوشمند، کنسول‌های بازی و پاوربانک‌ها رایج شد.[4] USB از آن زمان به یک استاندارد برای جایگزینی تقریباً تمام پورت‌های رایج در رایانه‌ها، دستگاه‌های تلفن همراه، لوازم جانبی، منابع تغذیه و بسیاری دیگر از وسایل الکترونیکی کوچک تبدیل شده است.

در آخرین استاندارد، USB-C اتصال‌دهنده جایگزین انواع بسیاری از اتصال‌دهنده‌ها برای برق (تا ۲۴۰ وات)، نمایشگرها (مانند DisplayPort، HDMI) و بسیاری کاربردهای دیگر، و همچنین تمام اتصال‌دهنده‌های قبلی USB می‌شود.

از سال ۲۰۲۴، USB شامل چهار نسل از مشخصات است: USB 1.x، USB 2.0، USB 3.x، و USB4. مشخصات USB4 قابلیت انتقال داده و تحویل برق را با «یک معماری تونل‌زنی اتصال‌محور که برای ترکیب چندین پروتکل روی یک رابط فیزیکی واحد طراحی شده است تا سرعت و عملکرد کلی بافت USB4 بتواند به صورت پویا به اشتراک گذاشته شود»[۲] بهبود می‌بخشد. به طور خاص، USB4 از تونل‌زنی Thunderbolt 3پروتکل‌ها، یعنیPCI Express(PCIe، رابط بارگذاری/ذخیره‌سازی) وDisplayPort(رابط نمایش). USB4 همچنین رابط‌های میزبان به میزبان را اضافه می‌کند.[2]

هر زیرنسخه از مشخصات ازنرخ‌های سیگنال‌دهیمتفاوت از ۱٫۵ و ۱۲ مگابیت بر ثانیهنیمه‌دوطرفهدر USB 1.0/1.1 تا ۸۰ گیگابیت بر ثانیهتمام‌دوطرفهدر USB4 2.0.[5][6][7][2] USB همچنین به دستگاه‌های جانبی برق رسانی می‌کند؛ آخرین نسخه‌های استاندارد محدودیت‌های تحویل برق را برای شارژ باتری و دستگاه‌هایی که تا ۲۴۰ وات نیاز دارند، همانطور که درتحویل برق USB (USB-PD)نسخه ۳.۱.[۸] در طول سال‌ها، USB(-PD) به عنوان استاندارد تأمین برق و شارژ برای بسیاری از دستگاه‌های همراه مانند تلفن‌های همراه پذیرفته شده است و نیاز به شارژرهای اختصاصی را کاهش داده است.[۹]

[ویرایش منبع]

USB برای استانداردسازی اتصالتجهیزات جانبیبه رایانه‌های شخصی، هم برای تبادل داده و هم برای تأمین برق. این فناوری تا حد زیادی جایگزین رابط‌هایی ماننددرگاه‌های سریالودرگاه‌های موازیو در دستگاه‌های مختلف رایج شده است. لوازم جانبی متصل از طریق USB شامل صفحه‌کلید و ماوس رایانه، دوربین‌های فیلم‌برداری، چاپگرها، پخش‌کننده‌های رسانه‌ای قابل حمل، تلفن‌های دیجیتال همراه (قابل حمل)، درایوهای دیسک و آداپتورهای شبکه می‌شود.

کانکتورهای USB به طور فزاینده‌ای جایگزین انواع دیگر کابل‌های شارژ برای دستگاه‌های قابل حمل شده‌اند.[10][11][12]

رابط‌های کانکتور USB به سه نوع طبقه‌بندی می‌شوند: انواع مختلف کانکتورهای قدیمی Type-A (بالادست) و Type-B (پایین‌دست) که در میزبان‌ها، هاب‌ها و دستگاه‌های جانبی یافت می‌شوند، و Type-C مدرن (USB-C) که جایگزین بسیاری از کانکتورهای قدیمی به عنوان تنها کانکتور قابل استفاده برای USB4 می‌شود.

کانکتورهای نوع A و نوع B در اندازه‌های استاندارد، مینی و میکرو عرضه می‌شدند. فرمت استاندارد بزرگ‌ترین بود و عمدتاً برای رایانه‌های رومیزی و تجهیزات جانبی بزرگ‌تر استفاده می‌شد. کانکتورهای Mini-USB (Mini-A، Mini-B، Mini-AB) برای دستگاه‌های همراه معرفی شدند. با این حال، آن‌ها به سرعت توسط کانکتورهای باریک‌تر Micro-USB (Micro-A، Micro-B، Micro-AB) جایگزین شدند. کانکتور نوع C که با نام USB-C نیز شناخته می‌شود، منحصر به USB نیست، تنها استاندارد فعلی برای USB است، برای USB4 الزامی است و توسط استانداردهای دیگر از جمله DisplayPort و Thunderbolt مدرن نیز الزامی است. این کانکتور برگشت‌پذیر است و می‌تواند از عملکردها و پروتکل‌های مختلفی از جمله USB پشتیبانی کند؛ برخی از آن‌ها اجباری و بسیاری اختیاری هستند، بسته به نوع سخت‌افزار: میزبان، دستگاه جانبی یا هاب.[13][14]

مشخصات USB سازگاری با عقب را فراهم می‌کنند که معمولاً منجر به کاهش نرخ سیگنال‌دهی، حداکثر توان ارائه‌شده و سایر قابلیت‌ها می‌شود. مشخصات USB 1.1 جایگزین USB 1.0 می‌شود. مشخصات USB 2.0 با USB 1.0/1.1 سازگار با عقب است. مشخصات USB 3.2 جایگزین USB 3.1 (و USB 3.0) می‌شود در حالی که مشخصات USB 2.0 را نیز شامل می‌شود. USB4 "به طور عملکردی" جایگزین USB 3.2 می‌شود در حالی که گذرگاه USB 2.0 را به صورت موازی حفظ می‌کند.[۵][۶][۷][۲]

مشخصات USB 3.0 یک معماری و پروتکل جدید به نام **SuperSpeed** (با نام دیگر **SuperSpeed USB**، که با عنوان **SS** بازاریابی میشود) تعریف کرد که شامل یک مسیر جدید برای یک طرح کدگذاری سیگنال جدید (نمادهای 8b/10b، 5 گیگابیت بر ثانیه؛ که بعداً به عنوان **نسل ۱** نیز شناخته شد) بود. این طرح انتقال دادههای تمام‌دوبلکس را فراهم می‌کرد که از نظر فیزیکی به پنج سیم و پین اضافی نیاز داشت، در حالی که معماری و پروتکل‌های USB 2.0 را حفظ می‌کرد و بنابراین چهار پین/سیم اصلی را برای سازگاری معکوس با USB 2.0 نگه می‌داشت که در مجموع به ۹ سیم (با ۹ یا ۱۰ پین در رابط‌های کانکتور؛ پین شناسایی سیم‌کشی نشده است) منجر می‌شد.

مشخصات USB 3.1 یک سیستم SuperSpeed پیشرفته را معرفی کرد – در حالی که معماری و پروتکل SuperSpeed (USB SuperSpeed) را حفظ می‌کرد – با یک معماری و پروتکل SuperSpeedPlus اضافی (با نام SuperSpeedPlus USB) که یک طرح کدگذاری جدید (نمادهای 128b/132b، 10 گیگابیت بر ثانیه؛ همچنین به عنوان نسل 2 شناخته می‌شود) اضافه می‌کند؛ برای مدتی با نام SuperSpeed+ (SS+) بازاریابی می‌شد.

مشخصات USB 3.2[۱۵] علاوه بر بهبودهای دیگر، یک لاین دوم به سیستم SuperSpeed پیشرفته اضافه کرد تا بخش سیستم SuperSpeedPlus USB حالت‌های عملیاتی Gen 1×2، Gen 2×1 و Gen 2×2 را پیاده‌سازی کند. با این حال، بخش SuperSpeed USB از سیستم همچنان حالت عملیاتی تک‌لاین Gen 1×1 را اجرا می‌کند. بنابراین، عملیات دو لاین، یعنی USB 3.2 Gen 1×2 (۱۰ گیگابیت بر ثانیه) و Gen 2×2 (۲۰ گیگابیت بر ثانیه)، تنها با USB-C کامل امکان‌پذیر است. تا سال ۲۰۲۳، این قابلیت‌ها نسبتاً به ندرت پیاده‌سازی شده‌اند؛ با این حال، اینتل شروع به گنجاندن آن‌ها در مدل‌های پردازنده SoC نسل یازدهم خود کرد، اما اپل هرگز آن‌ها را ارائه نداد. از سوی دیگر، USB 3.2 Gen 1(×1) (۵ گیگابیت بر ثانیه) و Gen 2(×1) (۱۰ گیگابیت بر ثانیه) برای چندین سال کاملاً رایج بوده‌اند.

[ویرایش منبع]

مقالهٔ اصلی: USB hardware § اتصال‌دهنده‌ها

هر اتصال USB با استفاده از دو اتصال‌دهنده انجام می‌شود: یک مقبض و یک دوشاخه. تصاویر فقط مقبض‌ها را نشان می‌دهند:

[ویرایش منبع]

گذرگاه سریال جهانی (USB) برای ساده‌سازی و بهبود رابط بین رایانه‌های شخصی و دستگاه‌های جانبی، مانند تلفن‌های همراه، لوازم جانبی رایانه و مانیتورها، در مقایسه با رابط‌های استاندارد موجود پیشین یا رابط‌های اختصاصی موقت توسعه داده شد.[17]

از دیدگاه کاربر رایانه، رابط USB سهولت استفاده را از چندین جهت بهبود می‌بخشد:

استاندارد USB همچنین مزایای متعددی را برای تولیدکنندگان سخت‌افزار و توسعه‌دهندگان نرم‌افزار فراهم می‌کند، به ویژه در سهولت نسبی پیاده‌سازی:

[ویرایش منبع]

مانند تمام استانداردها، USB محدودیت‌های متعددی در طراحی خود دارد:

برای یک توسعه‌دهنده محصول، استفاده از USB نیاز به پیاده‌سازی یک پروتکل پیچیده دارد و به معنای وجود یک کنترل‌کننده «هوشمند» در دستگاه جانبی است. توسعه‌دهندگان دستگاه‌های USB که برای فروش عمومی در نظر گرفته شده‌اند، معمولاً باید یک شناسه USB دریافت کنند که مستلزم پرداخت هزینه بهانجمن پیاده‌کنندگان USB (USB-IF). توسعه‌دهندگان محصولاتی که از مشخصات USB استفاده می‌کنند باید با USB-IF توافقنامه امضا کنند. استفاده از لوگوهای USB روی محصول نیاز به پرداخت هزینه سالانه و عضویت در سازمان دارد.[17]

[ویرایش منبع]

لوگوی اصلی سه‌شاخه USB

گروهی از هفت شرکت توسعه USB را در سال 1995 آغاز کردند:[21] Compaq، DEC، IBM، Intel، Microsoft، NEC، و نورتل دارد. هدف این بود که اتصال دستگاه‌های خارجی به رایانه‌های شخصی با جایگزینی تعداد زیادی کانکتور در پشت رایانه‌ها، رسیدگی به مشکلات قابلیت استفاده از رابط‌های موجود، و ساده‌سازی پیکربندی نرم‌افزاری تمام دستگاه‌های متصل به USB، و همچنین امکان نرخ انتقال داده بیشتر برای دستگاه‌های خارجی و وصل و بازی ویژگی‌ها.[۲۲] مفاهیم سال ۱۹۷۹ گذرگاه سریال Atari SIO رایانه‌های ۸ بیتی Atari، و سال ۱۹۸۰ IEEE-488 مشتق شده گذرگاه Commodore، و Hewlett Packard'sHP-ILگذرگاه پیشگام این رویکرد بود.[23][24] کنسرسیومی به رهبری اپل و شامل سونی، پاناسونیک (ماتسوشیتا)، الجی، توشیبا، هیتاچی، کنون، فیلیپس الکترونیکس، کامپک، تامسون و تگزاس اینسترومنتز، این مفهوم را از سال 1986 به عنوانIEEE 1394استاندارد فایروایر و مجموعه حق ثبت اختراع.[25]جوزف سی. دکوئیر، که در ابتدا از آتاری، سپس کومودور، و طراح گذرگاه مشترک SIO آتاری بود، روی پروژه USB برای مایکروسافت کار کرد و یکی از حق ثبت اختراعات مرتبط ایالات متحده را به دست آورد.[26]آجای بات و تیمش[a] روی استاندارد در اینتل کار کردند؛[28][29] اولینمدارهای مجتمع پشتیبانی‌کننده از USB توسط اینتل در سال 1995 تولید شد.[30]

[ویرایش مبدأ]

لوگوی USB با سرعت پایه

USB 1.0 که در ژانویه 1996 منتشر شد، نرخ‌های سیگنال‌دهی 1.5 مگابیت بر ثانیه (پهنای باند کم یا سرعت پایین) و 12 مگابیت بر ثانیه (سرعت کامل) را مشخص کرد.[31] این استاندارد به دلیل محدودیت‌های زمان‌بندی و توان، اجازه استفاده از کابل‌های افزایشی را نمی‌داد. تعداد کمی از دستگاه‌های USB تا زمان انتشار USB 1.1 در آگوست 1998 وارد بازار شدند. USB 1.1 اولین بازبینی بود که به طور گسترده پذیرفته شد و منجر به چیزی شد که مایکروسافت آن را "رایانه شخصی بدون میراث" نامید.[32][33][34]

نه USB 1.0 و نه USB 1.1 هیچ طرحی برای هیچ کانکتوری کوچک‌تر از نوع استاندارد A یا نوع B مشخص نکرده بودند. اگرچه طرح‌های زیادی برای یک کانکتور نوع B کوچک‌شده روی بسیاری از دستگاه‌های جانبی ظاهر شد، انطباق با استاندارد USB 1.x به دلیل در نظر گرفتن دستگاه‌های جانبی که دارای کانکتورهای مینیاتوری بودند به‌عنوان اتصال ثابت (یعنی: بدون دوشاخه یا پریز در انتهای دستگاه جانبی) با مشکل مواجه شد. هیچ کانکتور مینیاتوری نوع A شناخته‌شده‌ای تا زمان معرفی USB 2.0 (نسخه 1.01) وجود نداشت.

[ویرایش مبدأ]

لوگوی Hi-Speed USB

USB 2.0 در آوریل ۲۰۰۰ منتشر شد و نرخ سیگنال‌دهی حداکثر بالاتری به میزان ۴۸۰ مگابیت بر ثانیه (حداکثر توان عملیاتی نظری ۵۳ مگابایت بر ثانیه[۳۵]) با نام «سرعت بالا» یا «پهنای باند بالا» را علاوه بر نرخ سیگنال‌دهی «سرعت کامل» USB 1.x با ۱۲ مگابیت بر ثانیه (حداکثر توان عملیاتی نظری ۱.۲ مگابایت بر ثانیه) اضافه کرد.[۳۶]

اصلاحات در مشخصات USB از طریق اعلان‌های تغییر مهندسی (ECN) انجام شده است. مهم‌ترین این ECNها در بسته مشخصات USB 2.0 موجود در USB.org گنجانده شده‌اند:[۳۷]

[ویرایش منبع]

مقاله اصلی:USB 3.0

لوگوی منسوخ SuperSpeed USB

مشخصات USB 3.0 در 12 نوامبر 2008 منتشر شد و مدیریت آن از گروه ترویج USB 3.0 به انجمن پیاده‌سازان USB (USB-IF) منتقل گردید و در 17 نوامبر 2008 در کنفرانس توسعه‌دهندگان SuperSpeed USB اعلام شد.[39]

USB 3.0 یک معماری و پروتکل جدید به نام SuperSpeed اضافه می‌کند، باسازگار با عقبدوشاخه‌ها، پریزها و کابل‌های مربوط. دوشاخه‌ها و پریزهای SuperSpeed با یک لوگوی متمایز و درج‌های آبی در پریزهای استاندارد شناسایی می‌شوند.

معماری SuperSpeed یک حالت عملیاتی با نرخ ۵.۰ گیگابیت بر ثانیه را علاوه بر سه حالت عملیاتی موجود فراهم می‌کند. کارایی آن به عوامل متعددی از جمله رمزگذاری نماد فیزیکی و سربار سطح پیوند بستگی دارد. با نرخ سیگنال‌دهی ۵ گیگابیت بر ثانیه و با استفاده ازرمزگذاری 8b/10b، هر بایت برای انتقال به 10 بیت نیاز دارد، بنابراین توان عملیاتی خام 500 مگابایت بر ثانیه است. هنگامی که کنترل جریان، قاب‌بندی بسته و سربار پروتکل در نظر گرفته شود، حدود دو سوم توان عملیاتی خام، یعنی 330 مگابایت بر ثانیه، برای انتقال به یک برنامه واقع‌بینانه است.[40]: 4–19  معماری SuperSpeedتمام‌دوگانه؛ تمام پیاده‌سازی‌های قبلی، USB 1.0-2.0، همگی نیمه‌دوگانه هستند که توسط میزبان داوری می‌شوند.[41]

دستگاه‌های کم‌مصرف و پرمصرف با این استاندارد عملیاتی باقی می‌مانند، اما دستگاه‌هایی که از SuperSpeed پشتیبانی می‌کنند می‌توانند جریان افزایش‌یافته‌ای بین ۱۵۰ میلی‌آمپر تا ۹۰۰ میلی‌آمپر را با گام‌های مجزای ۱۵۰ میلی‌آمپر ارائه دهند.[۴۰]: ۹–۹ 

USB 3.0 همچنین معرفی کرد پروتکل SCSI متصل به USB (UASP)، که عموماً سرعت انتقال سریع‌تری نسبت به پروتکل BOT (انتقال انبوه-فقط) ارائه می‌دهد.

USB 3.1,[5] نسخه‌ای که در جولای ۲۰۱۳ منتشر شد، دو نوع دارد. نوع اول معماری و پروتکل SuperSpeed USB 3.0 را حفظ کرده و حالت عملکرد آن به‌تازگی USB 3.1 Gen 1 نام‌گذاری شده است،[42][43][44] و نوع دوم یک معماری و پروتکل جدید به نام SuperSpeedPlus را معرفی می‌کند که حالت عملکرد دوم آن با نام USB 3.1 Gen 2 (با نام تجاری SuperSpeed+ USB) شناخته می‌شود. SuperSpeed+ نرخ سیگنال‌دهی حداکثر را به ۱۰ گیگابیت بر ثانیه (که بعداً توسط مشخصات USB 3.2 با نام تجاری SuperSpeed USB 10 Gbps عرضه شد) دو برابر می‌کند، در حالی که با تغییر کدگذاری خط، سربار آن را به تنها ۳٪ کاهش می‌دهد.طرح کدگذاری به ۱۲۸b/۱۳۲b.[۴۲][۴۵]

USB ۳.۲، که در سپتامبر ۲۰۱۷ منتشر شد،[۱۵] معماری‌ها و پروتکل‌های موجود USB ۳.۱ SuperSpeed و SuperSpeedPlus و حالت‌های عملیاتی مربوط به آن‌ها را حفظ می‌کند، اما دو حالت عملیاتی SuperSpeedPlus جدید (USB ۳.۲ Gen ۱×۲ و USB ۳.۲ Gen ۲×۲) را باUSB-Cساختار با نرخ‌های سیگنال‌دهی ۱۰ و ۲۰ گیگابیت بر ثانیه (نرخ داده خام ۱۲۱۲ و ۲۴۲۴ مگابایت بر ثانیه). افزایش پهنای باند نتیجه عملکرد دو مسیره بر روی سیم‌های موجود است که در ابتدا برای قابلیت‌های flip-flop کانکتور USB-C در نظر گرفته شده بودند.[۴۶]

[ویرایش مبدأ]

با شروع مشخصات USB 3.2، USB-IF یک طرح نام‌گذاری جدید معرفی کرد.[47] برای کمک به شرکت‌ها در برندسازی حالت‌های عملیاتی مختلف، USB-IF توصیه کرد که قابلیت‌های ۵، ۱۰ و ۲۰ گیگابیت بر ثانیه به ترتیب با نام‌های SuperSpeed USB 5Gbps، SuperSpeed USB 10Gbps و SuperSpeed USB 20Gbps برندسازی شوند.[48]

در سال ۲۰۲۳، این نام‌ها دوباره جایگزین شدند[49] و عبارت "SuperSpeed" حذف شد و به ترتیب با USB 5Gbps، USB 10Gbps و USB 20Gbps جایگزین گردید. با لوگوهای جدید بسته‌بندی و پورت.[50]

[ویرایش مبدأ]

مقاله اصلی:USB4

لوگوی منسوخ‌شده Certified USB4

مشخصات USB4 در ۲۹ اوت ۲۰۱۹ توسط انجمن پیاده‌سازان USB منتشر شد.[۵۱]

مشخصات USB4 2.0 در ۱ سپتامبر ۲۰۲۲ توسط انجمن پیاده‌سازان USB منتشر شد.[۵۲]

USB4 بر اساسThunderbolt 3پروتکل.[53] این پروتکل از توان عملیاتی ۴۰ گیگابیت بر ثانیه پشتیبانی می‌کند، با Thunderbolt 3 سازگار است و با USB 3.2 و USB 2.0 سازگاری معکوس دارد.[54][55] معماری تعریف‌شده روشی را برای اشتراک‌گذاری پویای یک لینک پرسرعت با چندین نوع دستگاه نهایی مشخص می‌کند که بهترین انتقال داده را بر اساس نوع و کاربرد فراهم می‌آورد.

در طول CES 2020، USB-IF و اینتل اعلام کردند که قصد دارند محصولات USB4 را که از تمام قابلیت‌های اختیاری به عنوان Thunderbolt 4 پشتیبانی می‌کنند، مجاز اعلام کنند.

USB4 2.0 با سرعت ۸۰ گیگابیت بر ثانیه قرار بود در نوامبر ۲۰۲۲ معرفی شود.[56][57] جزئیات فنی بیشتر در دو روز توسعه‌دهندگان USB که برای نوامبر ۲۰۲۲ برنامه‌ریزی شده بود، منتشر می‌شد.[58][نیاز به به‌روزرسانی]

مشخصات USB4 بیان می‌کند که فناوری‌های زیر باید توسط USB4 پشتیبانی شوند:[2]

[ویرایش مبدأ]

مروری بر طرح نام‌گذاری USB که در سپتامبر 2022 اجرا شد

(ترکیبی از مشخصات USB و نام‌های بازاریابی آن‌ها نمایش داده می‌شود

زیرا مشخصات گاهی به اشتباه به عنوان نام‌های بازاریابی استفاده می‌شوند.)

[اختلاف نظر (برای: USB4 20 گیگابیت بر ثانیه وجود ندارد؛ USB4 2×2 با USB 3.2 2×2 همانطور که توسط لوگو نشان داده شده است قابل تعویض نیست؛ لوگوهای USB 3.x و USB4 متفاوت هستند.) – بحث]

به دلیل طرح‌های نام‌گذاری گیج‌کننده قبلی، USB-IF تصمیم گرفت یک بار دیگر آن را تغییر دهد. از ۲ سپتامبر ۲۰۲۲، نام‌های بازاریابی از ساختار «USB xGbps» پیروی می‌کنند که در آن x سرعت انتقال بر حسب گیگابیت بر ثانیه است.[۵۹] نمای کلی از نام‌ها و لوگوهای به‌روزرسانی‌شده را می‌توان در جدول مجاور مشاهده کرد.

حالت‌های عملیاتی USB 3.2 Gen 2×2 و USB4 Gen 2×2 – یا: USB 3.2 Gen 2×1 و USB4 Gen 2×1 – قابل تعویض یا سازگار نیستند؛ همه کنترل‌کننده‌های شرکت‌کننده باید با یک حالت کار کنند.

[ویرایش منبع]

[ویرایش منبع]

[ویرایش مبدأ]

[ویرایش منبع]

یک سیستم USB از یک میزبان با یک یا چند پورت رو به پایین (DFP)،[67] و چندین دستگاه جانبی تشکیل شده است که یک توپولوژی طبقه‌ای را تشکیل می‌دهد.توپولوژی ستاره‌ای. هاب‌های USB اضافیهاب‌های USBممکن است شامل شود، که اجازه می‌دهد تا پنج سطح (tier) داشته باشد. یک میزبان USB ممکن است چندین کنترل‌کننده داشته باشد که هر کدام یک یا چند پورت دارند. حداکثر ۱۲۷ دستگاه می‌توانند به یک کنترل‌کننده میزبان متصل شوند.[68][40]: 8–29  دستگاه‌های USB از طریق هاب‌ها به صورت زنجیره‌ای به هم متصل می‌شوند. هاب تعبیه‌شده در کنترل‌کننده میزبان، هاب ریشه (root hub) نامیده می‌شود.

یک دستگاه USB ممکن است از چندین زیردستگاه منطقی تشکیل شده باشد که به آن‌ها عملکردهای دستگاه (device functions) گفته می‌شود. یک دستگاه ترکیبی (composite device) ممکن است چندین عملکرد ارائه دهد، به عنوان مثال، یک وب‌کم (عملکرد دستگاه ویدئو) با میکروفون داخلی (عملکرد دستگاه صوتی). جایگزین این، یک دستگاه ترکیبی است که در آن میزبان به هر دستگاه منطقی یک آدرس مجزا اختصاص می‌دهد و همه دستگاه‌های منطقی به یک هاب داخلی که به کابل USB فیزیکی متصل است، وصل می‌شوند.

نقاط پایانی USB روی دستگاه جانبی قرار دارند: کانال‌های ارتباط با میزبان به عنوان لوله نامیده می‌شوند.

ارتباط دستگاه USB بر اساس **لوله‌ها** (کانال‌های منطقی) است. یک لوله، کنترل‌کننده میزبان را به یک موجودیت منطقی درون دستگاه به نام **نقطه پایانی** متصل می‌کند. از آنجا که لوله‌ها با نقاط پایانی مطابقت دارند، گاهی این دو اصطلاح به جای یکدیگر استفاده می‌شوند. هر دستگاه USB می‌تواند تا ۳۲ نقطه پایانی (۱۶ ورودی و ۱۶ خروجی) داشته باشد، اگرچه داشتن این تعداد زیاد نادر است. نقاط پایانی توسط دستگاه در هنگام راه‌اندازی اولیه (دوره پس از اتصال فیزیکی که **شمارش** نامیده می‌شود) تعریف و شماره‌گذاری می‌شوند و بنابراین نسبتاً دائمی هستند، در حالی که لوله‌ها ممکن است باز و بسته شوند.

دو نوع لوله وجود دارد: جریانی و پیامی.

وقتی یک میزبان انتقال داده را شروع می‌کند، یک بسته TOKEN حاوی یک نقطه پایانی مشخص شده با یک چندتاییاز (آدرس_دستگاه، شماره_نقطه_پایانی). اگر انتقال از میزبان به نقطه‌پایانی باشد، میزبان یک بسته OUT (که نوعی خاص از بسته TOKEN است) با آدرس دستگاه و شماره نقطه‌پایانی مورد نظر ارسال می‌کند. اگر انتقال داده از دستگاه به میزبان باشد، میزبان به جای آن یک بسته IN ارسال می‌کند. اگر نقطه‌پایانی مقصد یک نقطه‌پایانی یک‌طرفه باشد که جهت تعیین‌شده توسط سازنده با بسته TOKEN مطابقت ندارد (مثلاً جهت تعیین‌شده توسط سازنده IN است در حالی که بسته TOKEN از نوع OUT است)، بسته TOKEN نادیده گرفته می‌شود. در غیر این صورت، پذیرفته شده و تراکنش داده می‌تواند آغاز شود. از سوی دیگر، یک نقطه‌پایانی دوطرفه هر دو بسته IN و OUT را می‌پذیرد.

دو پورت USB 3.0 استاندارد نوع A (سمت چپ) و دو پورت USB 2.0 استاندارد نوع A (سمت راست) روی پنل جلویی یک کامپیوتر

نقاط پایانی به رابط‌هایی گروه‌بندی می‌شوند و هر رابط با یک عملکرد واحد دستگاه مرتبط است. یک استثنا در این مورد نقطه پایانی صفر است که برای پیکربندی دستگاه استفاده می‌شود و با هیچ رابطی مرتبط نیست. یک عملکرد واحد دستگاه که از رابط‌های مستقل کنترل‌شده تشکیل شده است، دستگاه ترکیبی نامیده می‌شود. یک دستگاه ترکیبی فقط یک آدرس دستگاه واحد دارد زیرا میزبان فقط یک آدرس دستگاه را به یک عملکرد اختصاص می‌دهد.

هنگامی که یک دستگاه USB برای اولین بار به یک میزبان USB متصل می‌شود، فرآیند شمارش دستگاه USB آغاز می‌گردد. شمارش با ارسال یک سیگنال بازنشانی به دستگاه USB شروع می‌شود. نرخ سیگنال‌دهی دستگاه USB در طول سیگنال بازنشانی تعیین می‌شود. پس از بازنشانی، اطلاعات دستگاه USB توسط میزبان خوانده شده و یک آدرس ۷ بیتی منحصربه‌فرد به دستگاه اختصاص داده می‌شود. اگر دستگاه توسط میزبان پشتیبانی شود،درایورهای دستگاهمورد نیاز برای ارتباط با دستگاه بارگذاری شده و دستگاه به حالت پیکربندی شده تنظیم می‌شود. اگر میزبان USB راه‌اندازی مجدد شود، فرآیند شمارش برای تمام دستگاه‌های متصل تکرار می‌گردد.

کنترل‌کننده میزبان جریان ترافیک را به سمت دستگاه‌ها هدایت می‌کند، بنابراین هیچ دستگاه USB نمی‌تواند بدون درخواست صریح از کنترل‌کننده میزبان، داده‌ای را روی گذرگاه انتقال دهد. در USB 2.0، کنترل‌کننده میزباننظرسنجی‌ها گذرگاه برای ترافیک، معمولاً به صورت نوبت‌گردشی‌ای. پهنای باند هر پورت USB با سرعت کندتر یا پورت USB یا دستگاه USB متصل به پورت تعیین می‌شود.

هاب‌های USB 2.0 پرسرعت حاوی دستگاه‌هایی به نام مترجم تراکنش هستند که بین گذرگاه‌های USB 2.0 پرسرعت و گذرگاه‌های با سرعت کامل و پایین تبدیل می‌کنند. ممکن است به ازای هر هاب یا هر پورت یک مترجم وجود داشته باشد.

از آنجایی که در هر میزبان USB 3.0 دو کنترل‌کننده مجزا وجود دارد، دستگاه‌های USB 3.0 بدون توجه به دستگاه‌های USB 2.0 یا قدیمی‌تر متصل به آن میزبان، داده‌ها را با نرخ‌های سیگنال‌دهی USB 3.0 ارسال و دریافت می‌کنند. نرخ‌های سیگنال‌دهی عملیاتی برای دستگاه‌های قدیمی‌تر به روش سنتی تنظیم می‌شوند.

[ویرایش مبدأ]

عملکرد یک دستگاه USB توسط کد کلاسی که به میزبان USB ارسال می‌شود تعریف می‌گردد. این امر به میزبان اجازه می‌دهد تا ماژول‌های نرم‌افزاری را برای دستگاه بارگذاری کرده و از دستگاه‌های جدید تولیدکنندگان مختلف پشتیبانی کند.

کلاس‌های دستگاه عبارتند از:[70]

[ویرایش منبع]

همچنین ببینید: کلاس دستگاه ذخیره‌سازی انبوه USB، محفظه دیسک، و دیسک سخت خارجی

یک درایو فلش، یک دستگاه ذخیره‌سازی انبوه USB معمولی

یک M.2 (۲۲۴۲) درایو حالت جامد (SSD) متصل به یک آداپتور USB 3.0 متصل به رایانه

The کلاس دستگاه ذخیره‌سازی انبوه USB (MSC یا UMS) اتصال به دستگاه‌های ذخیره‌سازی را استاندارد می‌کند. در ابتدا برای درایوهای مغناطیسی و نوری طراحی شده بود، اما بعداً برای پشتیبانی از درایوهای فلش و کارت SD خواننده‌ها گسترش یافت. قابلیت بوت شدن از یک کارت حافظه SDاستفاده از آداپتور USB برای حفظ یکپارچگی و وضعیت بکر و غیرقابل فساد رسانه بوت بسیار مفید است.

اگرچه اکثر رایانه‌های شخصی از اوایل سال ۲۰۰۵ می‌توانند از دستگاه‌های ذخیره‌سازی انبوه USB بوت شوند، USB به عنوان یک گذرگاه اصلی برای ذخیره‌سازی داخلی رایانه در نظر گرفته نشده است. با این حال، USB مزیت امکانتعویض داغرا دارد که آن را برای لوازم جانبی سیار، از جمله درایوهای مختلف، مفید می‌سازد.

چندین تولیدکننده درایوهای USB قابل حمل خارجیهارد دیسک، یا محفظه‌های خالی برای درایوهای دیسک ارائه می‌دهند. این محصولات عملکردی قابل مقایسه با درایوهای داخلی دارند، که با تعداد و انواع دستگاه‌های USB متصل و با حد بالای رابط USB محدود می‌شود. سایر استانداردهای رقیب برای اتصال درایو خارجی شاملeSATA، ExpressCard، FireWire (IEEE 1394)، و اخیراً Thunderbolt.

یکی دیگر از کاربردهای دستگاه‌های ذخیره‌سازی انبوه USB، اجرای قابل حمل نرم‌افزارها (مانند مرورگرهای وب و کلاینت‌های VoIP) بدون نیاز به نصب آن‌ها بر روی رایانه میزبان است.[74][75]

[ویرایش منبع]

همچنین ببینید:پروتکل انتقال تصویر

پروتکل انتقال رسانه (MTP) توسط مایکروسافت طراحی شد تا دسترسی سطح بالاتری به سیستم فایل دستگاه نسبت به حافظه انبوه USB فراهم کند، در سطح فایل‌ها به جای بلوک‌های دیسک. همچنین دارای ویژگی‌های اختیاری DRM است. MTP برای استفاده با پخش‌کننده‌های رسانه قابل حمل طراحی شد، اما از آن زمان به عنوان پروتکل اصلی ذخیره‌سازی سیستم عامل اندرویداز نسخه 4.1 جلی بین و همچنین ویندوز فون 8 (دستگاه‌های ویندوز فون 7 از پروتکل Zune استفاده می‌کردند که تکامل‌یافته MTP است). دلیل اصلی این امر این است که MTP برخلاف UMS نیازی به دسترسی انحصاری به دستگاه ذخیره‌سازی ندارد و مشکلات احتمالی را در صورت درخواست برنامه اندروید برای ذخیره‌سازی در حین اتصال به رایانه کاهش می‌دهد. عیب اصلی این است که MTP در خارج از سیستم‌عامل ویندوز پشتیبانی خوبی ندارد.

[ویرایش منبع]

مقاله اصلی: کلاس دستگاه رابط انسانی USB

یک ماوس یا صفحه‌کلید USB معمولاً می‌تواند با رایانه‌های قدیمی‌تر که دارای پورت‌های PS/2 با کمک یک آداپتور کوچک USB به PS/2 استفاده شود. برای ماوس‌ها و صفحه‌کلیدهای دارای پشتیبانی دوگانه پروتکل، یک آداپتور غیرفعال که هیچ مدار منطقی ممکن است استفاده شود: سخت‌افزار USBدر صفحه‌کلید یا ماوس طراحی شده است تا تشخیص دهد که آیا به پورت USB یا PS/2 متصل است و با استفاده از پروتکل مناسب ارتباط برقرار کند.[نیازمند منبع] مبدل‌های فعالی که صفحه‌کلیدها و ماوس‌های USB (معمولاً یکی از هر کدام) را به پورت‌های PS/2 متصل می‌کنند نیز وجود دارند.[76]

[ویرایش منبع]

ارتقای فریم‌ور دستگاه (DFU) یک مکانیزم عمومی برای ارتقایفریم‌ور از دستگاه‌های USB با نسخه‌های بهبودیافته ارائه‌شده توسط تولیدکنندگانشان، که (برای مثال) راهی برای اعمال رفع اشکالات سیستم‌عامل فراهم می‌کند. در طول عملیات به‌روزرسانی سیستم‌عامل، دستگاه‌های USB حالت عملیاتی خود را تغییر می‌دهند و عملاً به یک PROMبرنامه‌نویس. هر کلاس از دستگاه‌های USB می‌تواند این قابلیت را با پیروی از مشخصات رسمی DFU پیاده‌سازی کند. انجام این کار امکان استفاده از ابزارهای میزبان سازگار با DFU را برای به‌روزرسانی دستگاه فراهم می‌کند.[73][77][78]

DFU گاهی اوقات به عنوان یک پروتکل برنامه‌ریزی حافظه فلش در میکروکنترلرهایی با قابلیت بوت‌لودر USB داخلی استفاده می‌شود.[79]

[ویرایش منبع]

گروه کاری دستگاه‌های USB مشخصاتی برای جریان‌های صوتی ارائه کرده است و استانداردهای خاصی برای کاربردهای کلاس صوتی مانند میکروفون‌ها، بلندگوها، هدفون‌ها، تلفن‌ها، آلات موسیقی و غیره توسعه و پیاده‌سازی شده است. این گروه کاری سه نسخه از مشخصات دستگاه‌های صوتی را منتشر کرده است:[80][81] USB Audio 1.0، 2.0 و 3.0 که با نام‌های "UAC"[82] یا "ADC"[83] شناخته می‌شوند.

UAC 3.0 عمدتاً بهبودهایی برای دستگاه‌های قابل حمل معرفی می‌کند، مانند کاهش مصرف انرژی با ارسال داده‌ها به صورت انفجاری و ماندن در حالت کم‌مصرف برای مدت طولانی‌تر، و دامنه‌های توان برای اجزای مختلف دستگاه که امکان خاموش شدن آن‌ها در زمان عدم استفاده را فراهم می‌کند.[84]

UAC 2.0 پشتیبانی از USB با سرعت بالا (علاوه بر سرعت کامل) را معرفی کرد که امکان پهنای باند بیشتر برای رابط‌های چندکاناله، نرخ نمونه‌برداری بالاتر،[85] تأخیر ذاتی کمتر[86][82] و بهبود ۸ برابری در وضوح زمان‌بندی در حالت‌های همگام و تطبیقی را فراهم می‌کند.[82] UAC2 همچنین مفهوم دامنه‌های ساعت را معرفی کرد که اطلاعاتی را درباره اینکه کدام پایانه‌های ورودی و خروجی ساعت خود را از یک منبع می‌گیرند به میزبان ارائه می‌دهد، و همچنین پشتیبانی بهبودیافته‌ای برای رمزگذاری‌های صوتی مانندDSD، افکت‌های صوتی، خوشه‌بندی کانال، کنترل‌های کاربر و توضیحات دستگاه.[82][87]

دستگاه‌های UAC 1.0 همچنان رایج هستند، اما به دلیل سازگاری بدون درایور بین پلتفرمی،[85] و همچنین تا حدی به دلیلمایکروسافتدر عدم پیاده‌سازی UAC 2.0 برای بیش از یک دهه پس از انتشار آن، که در نهایت پشتیبانی از آن را بهویندوز 10از طریق به‌روزرسانی Creators در 20 مارس 2017 اضافه کرد.[88][89][87] UAC 2.0 همچنین توسطmacOS، iOS، و لینوکس،[82] با این حالاندروید فقط زیرمجموعه‌ای از مشخصات UAC 1.0 را پیاده‌سازی می‌کند.[90]

USB سه نوع همگام‌سازی هم‌زمان (با پهنای باند ثابت) ارائه می‌دهد،[91] که همگی توسط دستگاه‌های صوتی استفاده می‌شوند:[92]

در حالی که مشخصات USB در ابتدا حالت ناهمگام را برای «بلندگوهای کم‌هزینه» و حالت تطبیقی را برای «بلندگوهای دیجیتال سطح بالا» توصیف کرد،[۹۶] درک مخالف درhi-fiجهانی که در آن حالت ناهمزمان به عنوان یک ویژگی تبلیغ می‌شود و حالت‌های تطبیقی/همزمان شهرت بدی دارند.[97][98][90] در واقعیت، همه انواع می‌توانند با کیفیت بالا یا پایین باشند، بسته به کیفیت مهندسی و کاربرد آن‌ها.[94][82][99] حالت ناهمزمان مزیت عدم وابستگی به ساعت کامپیوتر را دارد، اما عیب آن نیاز بهتبدیل نرخ نمونههنگام ترکیب چندین منبع.

[ویرایش مبدأ]

مقاله اصلی: اتصال‌دهنده‌های USB §

کانکتورهایی که کمیته USB مشخص می‌کند، از تعدادی از اهداف اساسی USB پشتیبانی می‌کنند و منعکس‌کننده درس‌هایی هستند که از بسیاری از کانکتورهای مورد استفاده در صنعت کامپیوتر گرفته شده است. کانکتور مادگی که روی میزبان یا دستگاه نصب می‌شود، «رپتکل» (receptacle) نامیده می‌شود و کانکتور نری که به کابل متصل می‌شود، «پلاگ» (plug) نام دارد.[40]: 2-5–2-6  اسناد رسمی مشخصات USB همچنین به طور دوره‌ای اصطلاح «نر» را برای نشان دادن پلاگ و «ماده» را برای نشان دادن رپتکل تعریف می‌کنند.[100]

پلاگ USB استاندارد نوع A، که زمانی رایج‌ترین نوع کانکتور USB، اکنون یکی از انواع قدیمی کانکتور USB

طراحی به گونه‌ای است که وارد کردن نادرست دوشاخه USB به پورت مربوطه را دشوار می‌کند. مشخصات USB ایجاب می‌کند که دوشاخه کابل و پورت علامت‌گذاری شوند تا کاربر بتواند جهت صحیح را تشخیص دهد.[40] با این حال، دوشاخه USB-C برگشت‌پذیر است. کابل‌های USB و دستگاه‌های کوچک USB توسط نیروی چسبندگی پورت در جای خود نگه داشته می‌شوند و نیازی به پیچ، گیره یا پیچ‌های دستی که در برخی اتصال‌دهنده‌ها استفاده می‌شود، ندارند.

USB Mini-B (راست) و جانشین آن USB Micro-B (چپ). این‌ها رایج‌ترین انواع اتصال‌دهنده USB در سخت‌افزارهای کوچک و قابل حمل تا زمان ایجاد USB Type-C.

دوشاخه‌های متفاوت A و B از اتصال تصادفی دو منبع تغذیه جلوگیری می‌کنند. با این حال، بخشی از این توپولوژی جهت‌دار با ظهور اتصالات USB چندمنظوره (مانند USB On-The-Go در گوشی‌های هوشمند و روترهای وای‌فای مبتنی بر USB)، که به کابل‌های A-to-A، B-to-B و گاهی کابل‌های Y/شکاف نیاز دارند.

انواع کانکتورهای USB با پیشرفت مشخصات فنی افزایش یافت. مشخصات اولیه USB شامل دوشاخهها و پریزهای استاندارد-A و استاندارد-B بود. کانکتورها به گونهای متفاوت طراحی شده بودند که کاربران نتوانند یک پریز کامپیوتر را به دیگری متصل کنند. پینهای داده در دوشاخههای استاندارد نسبت به پینهای برق فرورفتهتر هستند، تا دستگاه قبل از برقراری اتصال داده، بتواند روشن شود. برخی دستگاهها بسته به اینکه اتصال داده برقرار شده باشد یا خیر، در حالتهای مختلفی کار میکنند. ایستگاههای شارژ فقط برق را تأمین میکنند و شامل دستگاه میزبان یا پینهای داده نیستند، که این امکان را به هر دستگاه USB سازگار میدهد تا با یک کابل USB استاندارد شارژ شود یا کار کند. کابلهای شارژ فقط اتصالات برق را فراهم میکنند و داده را منتقل نمیکنند. در یک کابل مخصوص شارژ، سیمهای داده در انتهای دستگاه اتصال کوتاه شدهاند؛ در غیر این صورت، ممکن است دستگاه شارژر را نامناسب تشخیص داده و رد کند.

[ویرایش مبدأ]

مقاله اصلی:سخت‌افزار USB § کابل‌کشی

انواع کابل‌های USB برای فروش درهنگ‌کنگ

استاندارد USB 1.1 مشخص می‌کند که یک کابل استاندارد می‌تواند حداکثر طول ۵ متر (۱۶ فوت ۵ اینچ) با دستگاه‌هایی که با سرعت کامل (۱۲ مگابیت بر ثانیه) کار می‌کنند و حداکثر طول ۳ متر (۹ فوت ۱۰ اینچ) با دستگاه‌هایی که با سرعت پایین (۱.۵ مگابیت بر ثانیه) کار می‌کنند، داشته باشد.[۱۰۱][۱۰۲][۱۰۳]

USB 2.0 حداکثر طول کابل ۵ متر (۱۶ فوت ۵ اینچ) را برای دستگاه‌هایی که با سرعت بالا (۴۸۰ مگابیت بر ثانیه) کار می‌کنند، فراهم می‌کند.[۱۰۳]

استاندارد USB 3.0 به طور مستقیم حداکثر طول کابل را مشخص نمی‌کند و فقط نیاز دارد که همه کابل‌ها مشخصات الکتریکی را برآورده کنند: برای کابل‌کشی مسی باAWG۲۶ سیم، حداکثر طول عملی ۳ متر (۹ فوت ۱۰ اینچ) است.[۱۰۴]

[ویرایش منبع]

کابل‌های پل USB یا کابل‌های انتقال داده در بازار یافت می‌شوند که اتصال مستقیم رایانه به رایانه را فراهم می‌کنند. کابل پل یک کابل ویژه با یک تراشه و الکترونیک فعال در وسط کابل است. تراشه در وسط کابل به عنوان یک دستگاه جانبی برای هر دو رایانه عمل می‌کند و امکان ارتباط همتا به همتا بین رایانه‌ها را فراهم می‌آورد. از کابل‌های پل USB برای انتقال فایل‌ها بین دو رایانه از طریق پورت‌های USB آن‌ها استفاده می‌شود.

توسط مایکروسافت محبوبیت یافت به عنوان Windows Easy Transfer، ابزار مایکروسافت از یک کابل پل USB ویژه برای انتقال فایل‌ها و تنظیمات شخصی از رایانه‌ای با نسخه قدیمی‌تر ویندوز به رایانه‌ای با نسخه جدیدتر استفاده می‌کرد. در زمینه استفاده از نرم‌افزار Windows Easy Transfer، گاهی به کابل پل به عنوان کابل Easy Transfer اشاره می‌شود.

بسیاری از کابل‌های پل / انتقال داده USB هنوز USB 2.0 هستند، اما تعدادی کابل انتقال USB 3.0 نیز وجود دارد. با وجود اینکه USB 3.0 ده برابر سریع‌تر از USB 2.0 است، کابل‌های انتقال USB 3.0 به دلیل طراحی خود تنها 2 تا 3 برابر سریع‌تر هستند [نیازمند شفاف‌سازی].

مشخصات USB 3.0 یک کابل متقاطع A-to-A بدون برق برای اتصال دو رایانه شخصی معرفی کرد. این کابل‌ها برای انتقال داده طراحی نشده‌اند، بلکه برای مصارف تشخیصی استفاده می‌شوند.

[ویرایش منبع]

کابل‌های پل USB با قابلیت‌های دستگاه دو-نقشه USB که در مشخصات USB 3.1 معرفی شدند، اهمیت کمتری پیدا کرده‌اند. بر اساس جدیدترین مشخصات، USB اکثر سناریوهای اتصال مستقیم سیستم‌ها با کابل Type-C را پشتیبانی می‌کند. با این حال، برای عملکرد این قابلیت، سیستم‌های متصل باید از تغییر نقش پشتیبانی کنند. قابلیت دو-نقشه نیازمند وجود دو کنترل‌کننده در سیستم و همچنین یک کنترل‌کننده نقش است. در حالی که این موضوع در یک پلتفرم موبایل مانند تبلت یا تلفن قابل انتظار است، رایانه‌های رومیزی و لپ‌تاپ‌ها اغلب از نقش‌های دوگانه پشتیبانی نمی‌کنند.[۱۰۵]

[ویرایش منبع]

مقالهٔ اصلی:قدرت سخت‌افزار USB §

کانکتورهای USB بالادستی از طریق پین V_BUS ولتاژ اسمی 5 ولت DC را به دستگاه‌های USB پایین‌دستی تأمین می‌کنند.

[ویرایش منبع]

این بخش مدل توزیع برق USB را که پیش ازتحویل توان (Power-Delivery) (USB-PD). در دستگاه‌هایی که از PD استفاده نمی‌کنند، USB از طریق کانکتورهای Type-A و Type-B تا ۴.۵ وات و از طریق USB-C تا ۱۵ وات برق ارائه می‌دهد. تمام برق USB پیش از PD با ولتاژ ۵ ولت ارائه می‌شود.

برای میزبانی که به دستگاه‌ها برق می‌دهد، USB مفهوم واحد بار (unit load) را دارد. هر دستگاه می‌تواند برق یک واحد را دریافت کند و دستگاه‌ها می‌توانند در این گام‌های مجزا برق بیشتری درخواست کنند. الزامی نیست که میزبان برق درخواست‌شده را تأمین کند و یک دستگاه نمی‌تواند بیش از میزان توافق‌شده برق دریافت کند.

دستگاه‌هایی که بیش از یک واحد جریان نمی‌کشند، دستگاه‌های کم‌مصرف نامیده می‌شوند. همه دستگاه‌ها باید در هنگام شروع به کار به‌عنوان دستگاه‌های پیکربندی‌نشده، به‌صورت کم‌مصرف عمل کنند. برای دستگاه‌های USB تا نسخه USB 2.0، یک واحد بار معادل ۱۰۰ میلی‌آمپر (یا ۵۰۰ میلی‌وات) است، در حالی که USB 3.0 یک واحد بار را ۱۵۰ میلی‌آمپر (۷۵۰ میلی‌وات) تعریف می‌کند. USB-C کامل می‌تواند از دستگاه‌های کم‌مصرف با واحد بار ۲۵۰ میلی‌آمپر (یا ۱۲۵۰ میلی‌وات) پشتیبانی کند.

دستگاه‌هایی که بیش از یک واحد جریان می‌کشند، دستگاه‌های **پرقدرت** محسوب می‌شوند (مانند هارد دیسک‌های معمولی ۲.۵ اینچی). USB تا نسخه ۲.۰ به میزبان یا هاب اجازه می‌دهد تا حداکثر ۲.۵ وات به هر دستگاه ارائه دهد، در پنج گام مجزای ۱۰۰ میلی‌آمپر، و دستگاه‌های SuperSpeed (USB ۳.x) به میزبان یا هاب اجازه می‌دهند تا حداکثر ۴.۵ وات را در شش گام ۱۵۰ میلی‌آمپر تأمین کند. USB-C امکان عملکرد دو بانده USB ۳.x را با بار واحد بزرگ‌تر (۲۵۰ میلی‌آمپر؛ تا ۷.۵ وات) فراهم می‌کند.[۱۰۶] همچنین USB-C امکان استفاده از جریان Type-C را به عنوان جایگزینی برای USB BC فراهم می‌کند که توان موجود را به روشی ساده و بدون نیاز به هیچ اتصال داده‌ای اعلام می‌کند.[۱۰۷]

برای تشخیص حالت شارژ باتری، یک پورت شارژ اختصاصی مقاومتی بیش از ۲۰۰ اهم را در سراسر پایانه‌های D+ و D− قرار می‌دهد. خطوط داده اتصال کوتاه یا نزدیک به اتصال کوتاه با مقاومتی کمتر از ۲۰۰ اهم در سراسر پایانه‌های D+ و D− نشان‌دهنده یک پورت شارژ اختصاصی (DCP) با نرخ‌های شارژ نامحدود است.[۱۰۸][۱۰۹]

علاوه بر USB استاندارد، یک سیستم اختصاصی با قدرت بالا وجود دارد که به نام PoweredUSB، که در دهه ۱۹۹۰ توسعه یافت و عمدتاً در پایانه‌های فروش مانند صندوق‌های نقدی استفاده می‌شود.

[ویرایش متن منبع]

مقالهٔ اصلی: ارتباطات USB § سیگنال‌دهی (USB PHY)

سیگنال‌های USB با استفاده از سیگنال‌دهی تفاضلی روی جفت‌تابیدهسیم‌های داده با ۹۰Ω‎± ۱۵٪امپدانس مشخصه.[110] مشخصات USB 2.0 و نسخه‌های قبلی یک جفت واحد را درنیمه‌دوطرفه (HDx). مشخصات USB 3.0 و نسخه‌های بعدی یک جفت اختصاصی برای سازگاری با USB 2.0 و دو یا چهار جفت برای انتقال داده تعریف می‌کنند: دو جفت سیم داده که تمام‌دوطرفه (FDx) را برای انواع تک‌خطه (×1) تحقق می‌بخشند، حداقل به کانکتورهای SuperSpeed (SS) نیاز دارند؛ چهار جفت که تمام‌دوطرفه را برای انواع دوخطه (×2) تحقق می‌بخشند، به کانکتورهای USB-C نیاز دارند.

USB4 Gen 4 نیاز به استفاده از هر چهار جفت دارد اما امکان پیکربندی جفت‌های نامتقارن را فراهم می‌کند.[۱۱۱] در این حالت، یک جفت سیم داده برای داده‌های بالادست و سه جفت دیگر برای داده‌های پایین‌دست یا برعکس استفاده می‌شود. USB4 Gen 4 از مدولاسیون دامنه پالس در ۳ سطح، که یک تریت از اطلاعات هر باود منتقل می‌شود، فرکانس انتقال 12.8 گیگاهرتز به نرخ انتقال 25.6 گیگاباد[112] تبدیل می‌شود و ترجمه 11 بیت به 7 تریت حداکثر سرعت انتقال نظری کمی بیش از 40.2 گیگابیت بر ثانیه را فراهم می‌کند.[113]

اتصال USB همیشه بین یک سر **A** (که میتواند یک **میزبان** یا یک پورت پایین‌دست یک هاب باشد) و یک سر **B** (که میتواند یک **دستگاه جانبی** یا پورت بالادست یک هاب باشد) برقرار است. از نظر تاریخی، این موضوع با این واقعیت مشخص بود که میزبان‌ها فقط پورت‌های Type-A و دستگاه‌های جانبی فقط پورت‌های Type-B داشتند و هر کابل سازگار دارای یک دوشاخه Type-A و یک دوشاخه Type-B بود. USB-C (Type-C) یک کانکتور واحد است که جایگزین تمام کانکتورهای قدیمی Type-A و Type-B می‌شود؛ بنابراین وقتی هر دو طرف به پورت‌های USB Type-C مجهز باشند، مذاکره می‌کنند که کدام یک **میزبان** و کدام یک **دستگاه** است.

[ویرایش منبع]

مقاله اصلی:USB (ارتباطات) § لایه پروتکل

در طول ارتباط USB، داده‌ها به صورت بسته‌ها. در ابتدا، همه بسته‌ها از میزبان از طریق هاب ریشه و احتمالاً هاب‌های بیشتر به دستگاه‌ها ارسال می‌شوند. برخی از آن بسته‌ها به دستگاه دستور می‌دهند تا بسته‌هایی را در پاسخ ارسال کند.

[ویرایش منبع]

مقالهٔ اصلی: USB (ارتباطات) § تراکنش

تراکنش‌های پایه USB عبارتند از:

[ویرایش منبع]

لوگوی Wireless USB

[ویرایش منبع]

انجمن پیاده‌سازان USB استاندارد ارتباط بی‌سیم Media Agnostic USB (MA-USB) v.1.0 را بر اساس پروتکل USB در 29 ژوئیه 2015 معرفی کرد.USB بی‌سیمیک فناوری جایگزین کابل است و ازباند فوق‌عریض فناوری بی‌سیم برای نرخ داده تا ۴۸۰ مگابیت بر ثانیه.[114]

USB-IF از مشخصات WiGig Serial Extension v1.2 به‌عنوان پایه اولیه خود برای مشخصات MA-USB استفاده کرد و با SuperSpeed USB (3.0 و 3.1) و Hi-Speed USB (USB 2.0) سازگار است. دستگاه‌هایی که از MA-USB استفاده می‌کنند، با برچسب "Powered by MA-USB" نام‌گذاری می‌شوند، مشروط بر اینکه محصول برنامه گواهی آن را دریافت کند.[115]

[ویرایش مبدأ]

مقالهٔ اصلی: USB بین‌تراشه‌ای

InterChip USB یک نوع تراشه به تراشه است که فرستنده‌های معمولی موجود در USB معمولی را حذف می‌کند. HSICلایه فیزیکی حدود ۵۰٪ انرژی کمتر و ۷۵٪ برد مساحت در مقایسه با USB 2.0.[116] این یک استاندارد جایگزین برای SPI و I2C.

[ویرایش منبع]

مقاله اصلی:USB-C

USB-C (رسماً USB Type-C) یک استاندارد است که یک کانکتور جدید و چندین ویژگی اتصال جدید را تعریف می‌کند. از جمله این ویژگی‌ها، حالت جایگزین (Alternate Mode) است که امکان انتقال پروتکل‌های دیگر از طریق کانکتور و کابل USB-C را فراهم می‌کند. این ویژگی معمولاً برای پشتیبانی از DisplayPort یا HDMIپروتکل‌هایی که امکان اتصال یک نمایشگر، مانند مانیتور کامپیوتر یا تلویزیون، از طریق USB-C.

تمامی کانکتورهای دیگر قادر به عملیات دو خطه (نسل ۱×۲ و نسل ۲×۲) در USB 3.2 نیستند، اما می‌توانند برای عملیات تک خطه (نسل ۱×۱ و نسل ۲×۱) استفاده شوند.[117]

[ویرایش منبع]

مقاله اصلی:DisplayLink

DisplayLink فناوری است که امکان اتصال چندین نمایشگر به کامپیوتر از طریق USB را فراهم می‌کند. این فناوری در حدود سال ۲۰۰۶ معرفی شد و قبل از ظهور حالت جایگزین (Alternate Mode) از طریق USB-C، تنها راه اتصال نمایشگرها از طریق USB بود. این یک فناوری اختصاصی است که توسط مجمع پیاده‌سازان USB استانداردسازی نشده و معمولاً به یک درایور دستگاهروی کامپیوتر.

[ویرایش متن منبع]

[ویرایش منبع]

در ابتدا، USB به عنوان مکملی برای FireWire (IEEE 1394) فناوری که به عنوان یک گذرگاه سریال با پهنای باند بالا طراحی شده بود که به طور کارآمد دستگاه‌های جانبی مانند درایوهای دیسک، رابط‌های صوتی و تجهیزات ویدیویی را به هم متصل می‌کند. در طراحی اولیه، USB با نرخ داده بسیار پایین‌تری کار می‌کرد و از سخت‌افزار کم‌پیچیده‌تری استفاده می‌کرد. این فناوری برای دستگاه‌های جانبی کوچک مانند صفحه‌کلیدها و دستگاه‌های اشاره‌گر مناسب بود.

مهم‌ترین تفاوت‌های فنی بین FireWire و USB عبارتند از:

این تفاوتها و سایر موارد، نشاندهنده اهداف طراحی متفاوت این دو گذرگاه است: USB برای سادگی و هزینه پایین طراحی شده، در حالی که FireWire برای عملکرد بالا، بهویژه در کاربردهای حساس به زمان مانند صدا و ویدیو، طراحی شده است. اگرچه از نظر نرخ سیگنالدهی حداکثری نظری مشابه هستند، FireWire 400 در استفاده واقعی از USB 2.0 با پهنای باند بالا سریعتر است،[118] بهویژه در کاربردهای پهنای باند بالا مانند هارد دیسکهای خارجی.[119][120][121][122] استاندارد جدیدتر FireWire 800 دو برابر سریعتر از FireWire 400 و هم از نظر نظری و هم عملی از USB 2.0 با پهنای باند بالا سریعتر است.[123] با این حال، مزایای سرعت FireWire به تکنیکهای سطح پایینی ماننددسترسی مستقیم به حافظه (DMA) که به نوبه خود فرصت‌هایی برای بهره‌برداری‌های امنیتی مانند حمله DMA.

تراشه و درایورهای مورد استفاده برای پیاده‌سازی USB و FireWire تأثیر حیاتی بر میزان پهنای باند تعیین‌شده توسط مشخصات در دنیای واقعی و همچنین سازگاری با دستگاه‌های جانبی دارند.[124]

[ویرایش مبدأ]

استانداردهای IEEE 802.3af، 802.3at و 802.3bt Power over Ethernet (PoE) استانداردهای توافق توان پیچیده‌تری نسبت به USB تغذیه‌شده مشخص می‌کنند. آنها با ولتاژ ۴۸ ولت DC و می‌تواند توان بیشتری (تا ۱۲.۹۵ وات برای ۸۰۲.۳af، ۲۵.۵ وات برای ۸۰۲.۳at، معروف به PoE+، ۷۱ وات برای ۸۰۲.۳bt، معروف به ۴PPoE) را از طریق کابلی تا ۱۰۰ متر تأمین کند، در مقایسه با USB 2.0 که ۲.۵ وات با حداکثر طول کابل ۵ متر ارائه می‌دهد. این ویژگی باعث محبوبیت PoE برایصدا روی پروتکل اینترنتتلفن‌ها،دوربین‌های امنیتی،نقاط دسترسی بی‌سیم، و سایر دستگاه‌های شبکه‌ای در داخل ساختمان‌ها. با این حال، USB ارزان‌تر از PoE است به شرطی که فاصله کوتاه و نیاز به برق کم باشد.

اترنتاستانداردها ایزولاسیون الکتریکی بین دستگاه متصل به شبکه (کامپیوتر، تلفن و غیره) و کابل شبکه را تا ۱۵۰۰ ولت AC یا ۲۲۵۰ ولت DC به مدت ۶۰ ثانیه الزامی می‌کنند.[۱۲۵] USB چنین الزامی ندارد، زیرا برای لوازم جانبی که ارتباط نزدیکی با کامپیوتر میزبان دارند طراحی شده است و در واقع، اتصال زمین لوازم جانبی و میزبان را برقرار می‌کند. این موضوع به اترنت یک مزیت ایمنی قابل توجه نسبت به USB در مورد لوازم جانبی مانند مودم‌های کابلی و DSL که به سیم‌کشی خارجی متصل هستند و می‌توانند تحت شرایط خطای خاص، ولتاژهای خطرناکی به خود بگیرند، می‌دهد.[۱۲۶][۱۲۷]

[ویرایش منبع]

تعریف کلاس دستگاه USB برای دستگاه‌های MIDI، داده‌های رابط دیجیتال ابزار موسیقی (MIDI) داده‌های موسیقی را از طریق USB منتقل می‌کند.[128] قابلیت MIDI گسترش یافته است تا امکان حداکثر شانزده کابل مجازی MIDI همزمان را فراهم کند که هر کدام می‌توانند شانزده کانال و کلاک معمول MIDI را حمل کنند.

USB برای دستگاه‌های کم‌هزینه و نزدیک به هم رقابتی است. با این حال، Power over Ethernet وMIDI استاندارد دوشاخه در دستگاه‌های پیشرفته که ممکن است کابل‌های بلندی داشته باشند، مزیت دارند. USB می‌تواند باعثحلقه زمین مشکلات بین تجهیزات، زیرا مرجع زمین را در هر دو فرستنده و گیرنده متصل می‌کند. در مقابل، استاندارد دوشاخه MIDI وEthernet دارای ایزولاسیون داخلی تا ۵۰۰ ولت یا بیشتر هستند.

[ویرایش منبع]

TheeSATA کانکتور یکSATA کانکتوری که برای اتصال به هارد دیسک‌های خارجی و SSDها طراحی شده است. سرعت انتقال eSATA (تا ۶ گیگابیت بر ثانیه) مشابه USB 3.0 (تا ۵ گیگابیت بر ثانیه) و USB 3.1 (تا ۱۰ گیگابیت بر ثانیه) است. دستگاهی که از طریق eSATA متصل می‌شود، به عنوان یک دستگاه SATA معمولی ظاهر می‌شود و عملکرد کامل و سازگاری کامل مرتبط با درایوهای داخلی را ارائه می‌دهد.

eSATA به دستگاه‌های خارجی برق نمی‌رساند. این یک نقطه ضعف رو به افزایش در مقایسه با USB است. اگرچه ۴.۵ وات USB 3.0 گاهی برای تأمین برق هارد دیسک‌های خارجی کافی نیست، اما فناوری در حال پیشرفت است و دیسک‌های خارجی به تدریج به برق کمتری نیاز دارند که مزیت eSATA را کاهش می‌دهد.eSATAp (برق از طریق eSATA، معروف به ESATA/USB) یک کانکتور است که در سال 2009 معرفی شد و با استفاده از یک کانکتور جدید و سازگار با نسخه‌های قبلی، به دستگاه‌های متصل برق می‌رساند. در یک لپ‌تاپ، eSATAp معمولاً فقط 5 ولت برای تغذیه هارد/SSD 2.5 اینچی تأمین می‌کند؛ در یک ایستگاه کاری رومیزی، می‌تواند 12 ولت اضافی برای تغذیه دستگاه‌های بزرگ‌تر از جمله هارد/SSD 3.5 اینچی و درایوهای نوری 5.25 اینچی تأمین کند.

پشتیبانی از eSATAp را می‌توان به یک رایانه رومیزی به صورت یک براکت که منابع SATA، برق و USB مادربرد را متصل می‌کند، اضافه کرد.

eSATA، مانند USB، ازاتصال داغ، اگرچه این ممکن است توسط درایورهای سیستم‌عامل و میان‌افزار دستگاه محدود شود.

[ویرایش متن منبع]

مقاله اصلی: تاندربولت (رابط)

Thunderbolt ترکیبی از PCI Express و DisplayPortبه یک رابط داده سریال جدید. پیاده‌سازی‌های اولیه Thunderbolt دارای دو کانال هستند که هر کدام سرعت انتقال 10 گیگابیت بر ثانیه دارند و در نتیجه پهنای باند یک طرفه تجمعی 20 گیگابیت بر ثانیه ایجاد می‌کنند.[129]

Thunderbolt 2 از تجمیع پیوندها برای ترکیب دو کانال 10 گیگابیت بر ثانیه به یک کانال دوطرفه 20 گیگابیت بر ثانیه استفاده می‌کند.[130]

Thunderbolt 3 و Thunderbolt 4 استفاده از USB-C.[131][132][133] Thunderbolt 3 دارای دو کانال دوطرفه فیزیکی 20 گیگابیت بر ثانیه است که به صورت یک کانال دوطرفه منطقی 40 گیگابیت بر ثانیه تجمیع می‌شود. کنترل‌کننده‌های Thunderbolt 3 می‌توانند یک کنترل‌کننده USB 3.1 Gen 2 را برای ارائه سازگاری با دستگاه‌های USB در خود جای دهند. آن‌ها همچنین قادر به ارائه حالت جایگزین DisplayPort و همچنین DisplayPort از طریق بافت USB4 هستند، که عملکرد یک پورت Thunderbolt 3 را به ابرمجموعه‌ای از یک پورت USB 3.1 Gen 2 تبدیل می‌کند.

حالت جایگزین DisplayPort 2.0: USB4 (نیازمند USB-C) ایجاب می‌کند که هاب‌ها از DisplayPort 2.0 از طریق حالت جایگزین USB-C پشتیبانی کنند. DisplayPort 2.0 می‌تواند از وضوح 8K با نرخ 60 هرتز و رنگ HDR10 پشتیبانی کند.[134] DisplayPort 2.0 می‌تواند از حداکثر 80 گیگابیت بر ثانیه استفاده کند که دو برابر مقدار موجود برای داده‌های USB است، زیرا تمام داده‌ها را در یک جهت (به سمت مانیتور) ارسال می‌کند و بنابراین می‌تواند از هر هشت سیم داده به طور همزمان استفاده کند.[134]

پس از اینکه مشخصات بدون حق امتیاز شد و نگهداری از پروتکل Thunderbolt از اینتل به انجمن پیاده‌سازان USB منتقل شد، Thunderbolt 3 به طور مؤثر در مشخصات USB4 پیاده‌سازی شده است – به‌طوری‌که سازگاری با Thunderbolt 3 برای محصولات USB4 اختیاری اما تشویق‌شده است.[۱۳۵]

[ویرایش منبع]

مقاله اصلی:آداپتور USB به سریال

مختلفمبدل‌های پروتکل در دسترس هستند که سیگنال‌های داده USB را به استانداردهای ارتباطی دیگر تبدیل می‌کنند.

[ویرایش مبدأ]

به دلیل رواج استاندارد USB، بهره‌برداری‌های زیادی با استفاده از این استاندارد وجود دارد. یکی از بزرگ‌ترین نمونه‌های آن امروزه به عنوان قاتل USB، دستگاهی که با ارسال پالس‌های ولتاژ بالا از طریق خطوط داده، به دستگاه‌های USB آسیب می‌زند.

در نسخه‌های مایکروسافت ویندوزقبل ازویندوز XP، ویندوز به طور خودکار یک اسکریپت (در صورت وجود) را روی برخی دستگاه‌ها از طریقاجرای خودکار، که یکی از آن‌ها دستگاه‌های ذخیره‌سازی انبوه USB هستند که ممکن است حاوی نرم‌افزار مخرب باشند.[136]