یو.اس.بی (USB ; Universal Serial Bus)
Universal Serial Bus (USB) یک استاندارد صنعتی است که مشخصات کابل ها و اتصالات و پروتکل های اتصال ، ارتباط و منبع تغذیه (رابط) بین رایانه ها ، لوازم جانبی و سایر رایانه ها را تعیین می کند. [3] طیف گسترده ای از سخت افزار USB وجود دارد ، از جمله یازده کانکتور مختلف ، که USB-C جدیدترین آنها است.
استاندارد USB که در سال 1996 منتشر شد ، در حال حاضر توسط انجمن مجری USB (USB-IF) حفظ می شود. چهار نسل مشخصات USB وجود دارد: USB 1.x ، USB 2.0 ، USB 3.x و USB4.
USB برای استاندارد سازی اتصال وسایل جانبی به رایانه های شخصی ، هم برای برقراری ارتباط و هم برای تأمین برق ساخته شده است. تا حد زیادی جایگزین رابط هایی مانند درگاه های سریال و درگاه های موازی شده و در طیف وسیعی از دستگاه ها به امری عادی تبدیل شده است. به عنوان نمونه وسایل جانبی که از طریق USB متصل می شوند می توان به صفحه کلید و ماوس کامپیوتر ، دوربین فیلمبرداری ، چاپگر ، دستگاه پخش رسانه قابل حمل ، درایو دیسک و آداپتورهای شبکه اشاره کرد.
اتصالات USB به طور فزاینده ای جایگزین انواع دیگر به عنوان کابل های شارژ دستگاه های قابل حمل شده است.
شناسایی مخزن (پریز)
این بخش برای شناسایی سریع مخازن USB (پریزها) روی تجهیزات در نظر گرفته شده است. نمودارهای بیشتر و بحث در مورد دوشاخه ها و ظروف را می توان در مقاله اصلی بالا یافت.
اهداف
Universal Serial Bus برای ساده سازی و بهبود رابط بین رایانه های شخصی و دستگاه های جانبی در مقایسه با رابط های انحصاری استاندارد یا موقت موجود که قبلاً موجود بود ، ساخته شد. [5]

از دیدگاه کاربر رایانه ، رابط USB سهولت استفاده را به چندین روش بهبود می بخشد:

رابط USB خود پیکربندی شده است و کاربر نیازی به تنظیم تنظیمات دستگاه برای سرعت یا قالب داده یا پیکربندی وقفه ها ، آدرس های ورودی / خروجی یا کانال های دسترسی مستقیم حافظه ندارد. [6]
اتصال دهنده های USB در میزبان استاندارد شده اند ، بنابراین هر وسیله ای می تواند از بیشتر مخازن موجود استفاده کند.
USB از قدرت پردازشی اضافی که می تواند از لحاظ اقتصادی در وسایل جانبی استفاده شود ، کاملاً استفاده می کند تا بتوانند خودشان را مدیریت کنند. به همین ترتیب ، دستگاه های USB اغلب تنظیمات رابط کاربر قابل تنظیم ندارند.
رابط USB قابل تعویض است (دستگاه ها بدون راه اندازی مجدد رایانه میزبان قابل تعویض هستند).
دستگاه های کوچک را می توان مستقیماً از رابط USB تأمین کرد و دیگر نیازی به کابل های منبع تغذیه اضافی نیست.
از آنجا که استفاده از نشان USB فقط پس از آزمایش انطباق مجاز است ، کاربر می تواند اطمینان یابد که دستگاه USB بدون تعامل گسترده با تنظیمات و پیکربندی مطابق انتظار کار خواهد کرد.
رابط USB پروتکل هایی را برای بازیابی از خطاهای رایج ، بهبود قابلیت اطمینان نسبت به رابط های قبلی تعریف می کند. [5]
نصب دستگاهی که به استاندارد USB متکی باشد به حداقل عملگر نیاز دارد. وقتی کاربر دستگاهی را روی رایانه در حال اجرا به پورت متصل می کند ، یا به طور کامل با استفاده از درایورهای دستگاه موجود به طور خودکار پیکربندی می شود ، یا سیستم از کاربر می خواهد که درایوری را پیدا کند ، سپس آن را به طور خودکار نصب و پیکربندی می کند.
استاندارد USB همچنین مزایای متعددی را برای تولید کنندگان سخت افزار و توسعه دهندگان نرم افزار ، به ویژه در سهولت نسبی اجرا فراهم می کند:
استاندارد USB نیاز به توسعه رابط های اختصاصی برای وسایل جانبی جدید را از بین می برد.
طیف گسترده ای از سرعت انتقال موجود در یک رابط USB برای دستگاه هایی از صفحه کلید و موش گرفته تا رابط های ویدئویی جریانی مناسب است.
یک رابط USB می تواند به گونه ای طراحی شود که بهترین تأخیر موجود را برای عملکردهای مهم زمان فراهم کند یا می تواند برای انجام انتقال پس زمینه داده های انبوه با تأثیر کم بر منابع سیستم تنظیم شود.
رابط USB بدون خط سیگنال اختصاص یافته به تنها یک عملکرد یک دستگاه تعمیم یافته است.
مانند تمام استاندارد ها ، USB دارای محدودیت های متعددی در طراحی آن است:
طول کابلهای USB محدود است ، زیرا استاندارد برای وسایل جانبی روی یک میز ، نه بین اتاقها و ساختمانها در نظر گرفته شده بود. با این حال ، یک درگاه USB می تواند به دروازه ای متصل شود که به دستگاه های دور دسترسی دارد.
USB دارای یک توپولوژی شبکه درختی سخت و پروتکل master / slave برای آدرس دهی دستگاه های جانبی است. این دستگاه ها نمی توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند مگر از طریق میزبان ، و دو میزبان نمی توانند مستقیماً از طریق پورت های USB خود ارتباط برقرار کنند. برخی از افزایش های این محدودیت از طریق USB On-The-Go in، Dual-Role-Devices [7] و Protocol Bridge امکان پذیر است.
یک میزبان نمی تواند سیگنال ها را به طور همزمان به همه وسایل جانبی پخش کند - باید هرکدام را جداگانه خطاب کرد. برخی از دستگاه های جانبی با سرعت بسیار بالا به سرعت پایدار نیاز دارند که در استاندارد USB موجود نیست.
در حالی که مبدل ها بین رابط های قدیمی خاص و USB وجود دارند ، ممکن است اجرای کاملی از سخت افزار قدیمی نداشته باشند. به عنوان مثال ، یک مبدل پورت USB به پورت موازی ممکن است با چاپگر به خوبی کار کند ، اما با اسکنری که نیاز به استفاده دو جهته از پین های داده دارد ، کار نمی کند.
برای یک توسعه دهنده محصول ، استفاده از USB به اجرای یک پروتکل پیچیده نیاز دارد و به معنی یک کنترل کننده "هوشمند" در دستگاه های جانبی است. توسعه دهندگان دستگاه های USB که برای فروش عمومی در نظر گرفته شده اند ، معمولاً باید یک شناسه USB دریافت کنند ، که این امر مستلزم پرداخت هزینه ای به انجمن اجرایی USB است. توسعه دهندگان محصولاتی که از مشخصات USB استفاده می کنند باید با انجمن مجریان توافق نامه ای امضا کنند. استفاده از آرم های USB بر روی محصول به هزینه های سالانه و عضویت در سازمان نیاز دارد.
تاریخ
دایره بزرگ در انتهای سمت چپ خط افقی قرار دارد. چنگالهای این خط به سه شاخه ختم می شوند که به دایره ، مثلث و نمادهای مربع ختم می شوند.
آرم USB در قسمت ورودی استاندارد USB-A
گروهی متشکل از هفت شرکت در سال 1994 توسعه USB را آغاز کردند: Compaq ، DEC ، IBM ، Intel ، Microsoft ، NEC و Nortel هدف این بود که اتصال دستگاههای خارجی به رایانه ها با جایگزینی بسیاری از اتصالات پشت رایانه ها ، پرداختن به مشکلات کاربردی رابط های موجود و ساده سازی پیکربندی نرم افزار همه دستگاه های متصل به USB و همچنین اجازه بیشتر نرخ داده برای دستگاه های خارجی. Ajay Bhatt و تیمش در Intel این استاندارد را کار کردند ؛ اولین مدارهای مجتمع پشتیبانی کننده USB توسط Intel در سال 1995 تولید شد.
جوزف سی دکویر ، همکار آمریکایی موسسه مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) و یکی از طراحان سیستم های رایانه ای 8 بیتی Atari اولیه (Atari VCS ، Atari 400/800) و همچنین Commodore آمیگا ، کار خود را در Atari SIO ، پیاده سازی ارتباطات رایانه ای 8 بیتی Atari ، به عنوان مبنای استاندارد USB بیان می کند ، که وی همچنین به طراحی آن کمک کرده و حق ثبت اختراع را نیز بر عهده دارد.
مشخصات اصلی USB 1.0 که در ژانویه 1996 معرفی شد ، نرخ انتقال داده 1.5 مگابیت بر ثانیه سرعت پایین و 12 مگابیت بر ثانیه سرعت کامل را تعریف می کرد. طرح های پیش نویس یک اتوبوس تک سرعته 5 مگابیت در ثانیه را خواستار شده بودند ، اما سرعت کم برای پشتیبانی از لوازم جانبی ارزان قیمت با کابل های بدون محافظ اضافه شد ، در نتیجه یک طرح تقسیم با نرخ داده 12 مگابیت بر ثانیه در نظر گرفته شده برای بالاتر دستگاه های دارای سرعت مانند چاپگرها و درایو های فلاپی دیسک ، و نرخ پایین 1.5 مگابیت بر ثانیه برای دستگاه های با سرعت پایین داده مانند صفحه کلید ، موش و جوی استیک. Microsoft Windows 95، OSR 2.1 پشتیبانی OEM را برای دستگاه ها در آگوست 1997 فراهم کرد. اولین نسخه پر کاربرد USB 1.1 بود که در سپتامبر 1998 منتشر شد. iMac شرکت اپل اولین محصول اصلی با USB و موفقیت iMac بود خود USB را رواج داد. به دنبال تصمیم طراحی اپل برای حذف همه پورتهای قدیمی از iMac ، بسیاری از تولیدکنندگان رایانه های شخصی شروع به ساخت رایانه های شخصی بدون میراث کردند که منجر به بازار رایانه گسترده تری با استفاده از USB به صورت استاندارد شد.
مشخصات USB 2.0 در آوریل 2000 منتشر شد و در اواخر سال 2001 توسط انجمن مجریان USB (USB-IF) تأیید شد. با انتقال مشخصات به دست آمده 480 مگابیت در ثانیه ، 40 برابر سریعتر از مشخصات اصلی USB 1.1 ، سرعت انتقال داده بالاتری را ایجاد کنید.
مشخصات USB 3.0 در 12 نوامبر 2008 منتشر شد. اهداف اصلی آن افزایش سرعت انتقال داده (حداکثر 5 گیگابایت در ثانیه) ، کاهش مصرف برق ، افزایش خروجی برق و سازگاری با USB 2.0 بود. [20] ( 3–1) USB 3.0 شامل یک گذرگاه جدید با سرعت بالاتر به نام SuperSpeed به موازات گذرگاه USB 2.0 است. (1–3) به همین دلیل ، نسخه جدید SuperSpeed نیز نامیده می شود. اولین دستگاه های مجهز به USB 3.0 در ژانویه 2010 ارائه شد.
از سال 2008 ، تقریباً 6 میلیارد پورت و رابط USB در بازار جهانی وجود داشت و هر سال حدود 2 میلیارد در حال فروش بود.
مشخصات USB 3.1 در جولای 2013 منتشر شد.
در دسامبر 2014 ، USB-IF مشخصات USB 3.1 ، USB Power Delivery 2.0 و USB-C را به IEC (TC 100 - سیستم ها و تجهیزات صوتی ، تصویری و چندرسانه ای) برای درج در استاندارد بین المللی IEC 62680 (رابط های گذرگاه جهانی برای داده و قدرت) ، که در حال حاضر بر اساس USB 2.0 است.
مشخصات USB 3.2 در سپتامبر 2017 منتشر شد.
USB 1.x
USB 1.0 در ژانویه 1996 منتشر شد ، نرخ داده مشخص شده 1.5 مگابیت در ثانیه (پهنای باند کم یا سرعت پایین) و 12 مگابیت در ثانیه (سرعت کامل). [25] به دلیل محدودیت های زمان و قدرت ، اجازه کابل های فرمت یا مانیتورهای عبور را نمی دهد. کمتر دستگاه USB به بازار راه یافت تا اینکه USB 1.1 در آگوست 1998 منتشر شد. USB 1.1 اولین نسخه ای بود که به طور گسترده ای تصویب شد و منجر به آن شد که مایکروسافت "PC بدون Legacy" نامید. [16] [18] [19]

نه USB 1.0 و نه 1.1 برای هر کانکتور کوچکتر از نوع استاندارد A یا نوع B طرحی را تعیین نکرده اند. اگرچه بسیاری از طراحی های کانکتور نوع B کوچک در بسیاری از لوازم جانبی ظاهر شده است ، اما با مطابقت با استاندارد USB 1.x با استفاده از تجهیزات جانبی که دارای اتصالات مینیاتوری گویا یک اتصال اتصال داده شده دارند (یعنی: در انتهای محیطی هیچ شاخه یا ظرفی وجود ندارد). هیچ اتصال دهنده مینیاتوری نوع A شناخته نشده بود تا اینکه USB 2.0 (نسخه 1.01) آن را معرفی کرد.
USB 2.0
USB 2.0 در آوریل 2000 منتشر شد و حداکثر میزان سیگنالینگ بالاتر از 480 مگابیت در ثانیه (60 مگابایت بر ثانیه) با نام پهنای باند بالا یا پهنای باند را اضافه کرد ، علاوه بر این ، نرخ سیگنالینگ USB 1.x Full Speed از 12 مگابیت در ثانیه است.
تغییرات در مشخصات USB از طریق اطلاعیه تغییر مهندسی (ECN) انجام شده است. مهمترین این ECN ها در بسته مشخصات USB 2.0 موجود از USB.org گنجانده شده است:
اتصال Mini-A و Mini-B
مشخصات کابلها و اتصالات Micro-USB 1.01
مکمل USB InterChip
On-The-Go Supplement 1.3 USB On-The-Go امکان ارتباط دو دستگاه USB با یکدیگر بدون نیاز به میزبان USB جداگانه را فراهم می کند
مشخصات شارژ باتری 1.1 پشتیبانی از شارژرهای اختصاصی ، رفتار شارژرهای میزبان برای دستگاههایی که باتری آنها از بین رفته است
مشخصات شارژ باتری 1.2: [27] با افزایش جریان 1.5 آمپر در پورت های شارژ برای دستگاه های غیر پیکربندی ، امکان برقراری ارتباط با سرعت بالا در حالی که جریان تا 1.5 آمپر دارد و حداکثر جریان 5 آمپر
پیوند مدیریت انرژی ECN را اضافه کنید ، که یک حالت قدرت خواب را اضافه می کند.
USB 3.x
مقاله اصلی: USB 3.0

آرم USB SuperSpeed
مشخصات USB 3.0 با انتقال مدیریت از USB 3.0 Promoter Group به انجمن مجریان USB (USB-IF) در 12 نوامبر 2008 منتشر شد و در 17 نوامبر 2008 در کنفرانس توسعه دهندگان USB SuperSpeed اعلام شد. [28]

USB 3.0 یک حالت انتقال SuperSpeed را به همراه شاخه ها ، مخازن و کابل های سازگار به عقب اضافه می کند. شاخه ها و ظروف SuperSpeed با یک آرم مشخص و درج های آبی در ظرف های قالب استاندارد مشخص می شوند.

گذرگاه SuperSpeed علاوه بر سه حالت انتقال موجود ، یک حالت انتقال را با سرعت اسمی 5.0 گیگابیت بر ثانیه فراهم می کند. کارایی آن به عوامل مختلفی از جمله رمزگذاری نماد فیزیکی و سربار سطح پیوند بستگی دارد. با سرعت سیگنالینگ 5 گیگابایت در ثانیه با رمزگذاری 8b / 10b ، هر بایت برای انتقال به 10 بیت نیاز دارد ، بنابراین توان خام 500 MB / s است. وقتی کنترل جریان ، کادر بندی بسته ها و سربار پروتکل در نظر گرفته می شود ، انتقال آن به یک برنامه 400 مگابایت در ثانیه (3.2 گیگابیت بر ثانیه) یا بیشتر واقع بینانه است. (4–19) ارتباطات در انتقال SuperSpeed کاملا دوطرفه است حالت حالت های قبلی به صورت نیمه دوطرفه هستند و توسط میزبان داوری می شوند.
دستگاه های کم مصرف و کم مصرف با این استاندارد همچنان عملیاتی هستند ، اما دستگاه هایی که از SuperSpeed استفاده می کنند می توانند به ترتیب از افزایش جریان موجود بین 150 میلی آمپر و 900 میلی آمپر بهره ببرند.(9–9)
USB 3.1 ، که در جولای 2013 منتشر شد ، دارای دو نوع است. نسخه اول حالت انتقال SuperSpeed USB 3.0 را حفظ کرده و با برچسب USB 3.1 Gen 1 ، [30] [31] و نسخه دوم حالت انتقال SuperSpeed + جدید را تحت برچسب USB 3.1 Gen 2 معرفی می کند. SuperSpeed + حداکثر سیگنالینگ داده را دو برابر می کند نرخ را به 10 گیگابایت در ثانیه کاهش می دهد ، در حالی که با تغییر طرح رمزگذاری به 128b / 132b ، سربار کدگذاری سربار فقط به 3٪ کاهش می یابد.
USB 3.2 ، که در سپتامبر 2017 منتشر شد ، حالت های داده موجود USB 3.1 SuperSpeed و SuperSpeed + را حفظ می کند اما دو حالت انتقال SuperSpeed + جدید را از طریق اتصال USB-C با نرخ داده 10 و 20 گیگابیت بر ثانیه (1.25 و 2.5 گیگابایت بر ثانیه) معرفی می کند ) افزایش پهنای باند در نتیجه عملکرد چند لاین روی سیمهای موجود است که برای قابلیت های فلیپ فلاپ اتصال USB-C در نظر گرفته شده است.
USB 3.0 همچنین پروتکل UASP را ارائه می دهد که سرعت انتقال سریعتر از پروتکل BOT (فقط انتقال فله) را فراهم می کند.
طرح نامگذاری
با شروع از استاندارد USB 3.2 ، USB-IF طرح جدیدی را برای نامگذاری ارائه داد. [35] برای کمک به شرکت ها در مارک تجاری در حالت های مختلف انتقال ، USB-IF توصیه کرد که حالت انتقال 5 ، 10 و 20 گیگابایت بر ثانیه را به ترتیب به عنوان SuperSpeed USB 5Gbps ، SuperSpeed USB 10Gbps و SuperSpeed USB 20Gbps معرفی کنید.
USB4
نشان گواهی شده USB4 40Gbps
مشخصات USB4 در تاریخ 29 آگوست 2019 توسط انجمن پیاده سازی USB منتشر شد.
USB4 براساس مشخصات پروتکل Thunderbolt 3 ساخته شده است. [38] از توان 40 گیگابایت بر ثانیه پشتیبانی می کند ، با Thunderbolt 3 سازگار است و با USB 3.2 و USB 2.0 سازگار است. [39] [40] این معماری روشی را برای اشتراک یک پیوند سریع و سریع با انواع مختلف دستگاه انتهایی به صورت پویا تعریف می کند که به بهترین وجه انتقال داده ها را براساس نوع و برنامه انجام می دهد.
مشخصات USB4 بیان می کند که فناوری های زیر توسط USB4 پشتیبانی می شوند