عرض تقنى للناقل المتسلسل العام

أولى المقالات التى تنشرها الموسوعة العربية للعلوم والتكنولوجيا "أيد "AED

USB
Universal Serial Bus
Logo with white capitals reading "Certified USB" on a light blue background in the shape of a USB connector.}}
Original Universal Serial Bus Logo
Year created January 1996
Created by Intel, Compaq, Microsoft, Sony, Digital Equipment Corporation, IBM, Northern Telecom
Width in bits 1
Number of devices 127 per host controller
Capacity 1.5, 12, 480, or 4800 Mbit/s (0.2, 1.5, 60, 500 MByte/s)
Style Serial
Hotplugging interface Yes
External interface Yes
نموذج أو‌إس‌أي
طبقة-7
NNTP  · SIP  · SSI  · DNS  · FTP  · Gopher  · HTTP  · NFS  · NTP  · SMPP  · SMTP  · SNMP  · Telnet  · (more)
6. Presentation Layer
MIME  · XDR
5. Session Layer
Named Pipes  · NetBIOS  · SAP
4. Transport Layer
TCP  · UDP  · SCTP  · SSL  · TLS
3. Network Layer
IP  · ICMP  · IPsec  · IGMP  · IPX  · AppleTalk
2. Data Link Layer
ARP  · CSLIP  · SLIP  · Ethernet  · Frame relay  · ITU-T G.hn DLL  · L2TP  · PPP  · PPTP
1. Physical Layer
RS-232  · RS-485  · V.35  · V.34  · I.430  · I.431  · T1  · E1  · POTS  · SONET/SDH  · OTN  · DSL  · 802.11a/b/g/n PHY  · ITU-T G.hn PHY  · Ethernet  · USB  · Bluetooth

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الجيل الأول لناقل التوالي (التسلسلي) العمومي - USB 1.1 Universal Serial Buss

  • قبل ناقل التوالي العمومي USB 1.1 كانت هناك نواقل التوازي(ISA & EISA & PCI ..) وأيضا نوافل التوالي التقليدية (RS-232 Serial & RS422 ) البطيئة و كان تناقل البيانات داخل الحاسوب يتم فوق خطوط توازى parallel

لذا كانت نوافل التوالي القديمة تحتاج إلى شريحه للإرسال الغير متزامن UART (Universal Asynchronous Transmitter للتحويل من نقل توازى إلى توالى

  • كان معدل نقل Bandwidth نوافل التوالي التقليدية الأقصى هو 0.1152 ميجابايت/ثانيه MBps أي115 كيلوبايت / ثانيه KB/s

وهو معدل بطيء وخاصة عند ظهور العديد من الاحهزه الخارجية ذات معدل نقل عالي لذا بدأ التفكير في ابتكار ناقل توالى أكثر كفائه وهكذا بدأت فكره ناقل التوالي العمومي(USB) Universal Serial Buss

  • ناقل التوالي العمومي USB 1.1 هو تطوير لخصائص ناقل إنتل الأصلي USB 1.0 ويعتبر هو أول تمثيل حقيقي وتجارى لتقنيه ناقل التوالي العمومي USBلذا يمثل الجيل الأول لناقل التوالي (التسلسلي) العمومي - USB 1.1 Universal Serial Buss
  • يتردد ناقل USB 1.1 بتردد 24 أو 48 ميجاهرتز MHz لذا قدم ناقل USB 1.1 معدلان لنقل البيانات وهما  :

معدل النقل البطيء السرعةSpeed Low- ومعدله 1.5 ميجابت /ثانيه Mbit/s أي حوالي 183 كيلوبايت / ثانيه KB/s أي أسرع من ناقل التوالي العمومي 60 % تقريبا وهو ليس بالكثير لكنه قدم حزمه من المنافع تميزه عن ناقل التوالي التقليدي وهذا المعدل المتواضع يناسب العمل مع الأجهزة البطيئة مثل لوحه المفاتيح والفأرة و يد العاب (الجيوستيك ) . معدل النقل السريع والكامل السرعة Full-Speed ومعدله 12ميجابت /ثانيه Mbit/s (Mbits/second ) أي حوالي ~1.43 ميجابايت /ثانيه MB/s (Mbytes/second ) أي حوالي~1.43 ميجابايت /ثانيه MB/s (Mbytes/second ) أي أسرع بعشر مرات من المنفذ المتوازي (Parallel) وأسرع بحوالي 80 إلى 100 مرة من المنفذ التسلسلي (Com) لناقل التوالي التقليدي وبذلك استطاع إن يقترب أو يتساوى من معدلات تقنيات النقل للشبكة Networking مثل أثرنت Ethernet و Token Ring (سرعة أثرنت كانت وقتها بمعدل 10 ميجابت في الثانية فقط ) ولكن لم يستطع USB أن يحل محل حاكم ألشبكه فهو محدد بمسافة ثلاثة أمتارِ فقط بين منفذه وجهازه هذا المعدل (12ميجابت /ثانيه Mbit/s) يناسب ألأجهزة ذات السرعات العالية مثل الطابعة والكاميرا وماسحة الرسوم.ولكنه لا يناسب أجهزة التخزين العالية المعدل مثل محرك الأقراص ألصلبه ألحديثه ( الهارد دسك ) أيضا المحركات المدمجة مثل CD-ROM نظرا لضعف معدله نقله لذا ظل يناسب أجهزه USB البطيئة أو ألمتوسطه المعدل.

  • يعتبر منفذ USB 1.1 اقل سرعه من كلا من منفذ البرق الخاطف FireWire وأسكازى SCSI ولكن يظل يخدم مساحه كبيره و متنوعة من الأجهزة الخارجية بالأضافه لتميزه بقدرته على وصل عدد كبير من أجهزة USB الخارجية
  • يتكون كابل (ناقل ) USB من أربع خطوط أو نقاط وصل وهم:

خط للجهد الموجب(+5V) VCC وهو باللون الأحمر Red وخط للأرضي Ground وهو باللون الأسود Black (أو البني ) وخطين لنقل البيانات Data باللون الأبيض White والأخضر Green أو الأزرق Blue والأصفر Yellow

  • كابلات يو أس بى Cables USB هو عاده تغلف بعض من سلوكه الداخلية بغلاف واقي shielded cable بالأضافه إلى الغلاف الواقي الخارجي

عدا فقط كابل ناقل USB 1.1 ذات معدل نقل منخفض وقدره 1.5 ميجابت /ثانيه Mbps سلوكه الداخلية غير مغلفه حيث سلك كابل USB الطاقة Power لناقل كابل USB هو سلك غير مجدول twisted Non وسلكي البيانات Data لكابل USB 1.1 هي سلوك غير مغلفه Non-shielded وغير مجدوله twisted Non

  • أقصى طول لكابل USB 1.1 هو3 متر
  • كل حاكم USB Controller بالجهاز المضيف Host لناقل للجيل الأول USB 1.1والثاني USB 2.0 ينشر ويوزع معدل النقل المخصص لناقل USB لجميع الأجهزة المتصلة بالناقل

أي أن هذه الأجهزة تتشارك جميعها في كميه البيانات التي يستطيع حاكم ناقل USB نقلها وكل جهاز يأخذ حصة من هذا المعدل ويتفاوض عليها وكلما أضيف جهاز USB إلى ناقل USB قلت حصة أجهزه USB المتصلة من البيانات وهذا يتضح بجلاء عند وصل كم من الأجهزة ذات معدل نقل للبيانات عاليه هنا سيشعر المستخدم ببطيء مثل هذه الأجهزة نتيجة لأنها تتشارك جميعا في وجبه واحده لا تكفى الجميع إما الأجهزة البطيئة مثل لوحه المفاتيح keyboards. والماوس mice وأجهزه التأشير المختلفة pointing devices فأن معدل النقل لناقل USB يكفيها ويكون أدائها ممتاز

تعليق
  • يمكن لناقل USB 1.1 وصل حتى 127 جهاز USB من خلال وصل موزعات Hubs ترتبط مع بعضها البعض وحتى خمس مستويات بدئا من المستوى الأول Level 1 والذي يحتله المنفذ الأساسي USB Root المبنى بداخل الجهاز الرقمي المضيف (مثل الحاسوب )
  • لمقدره هذا الناقل USB على وصل عدد كبير من أجهزة الدخل والخرج USB devices I/O المختلفة الأنواع عرف هذا الناقل برابط الكم الكبير من الأجهزة " الناقل المفتوح"

Open Host Controller Interface (OHCI) أو رابط حاكم الاستضافة المفتوح

  • يدعم ناقل التوالي العمومي USB 1.1 تقنيه التركيب والتشغيل الفوري Pnp (Plug and Play) وهو حل بسيط ومريح لوصل جهاز Device USB بمنفذ ناقلUSB بالحاسوب
  • يدعم ناقل التوالي العمومي USB 1.1العمل بتقنيه التبديل الحار أو الساخن Hot Swap حيث يمكن تركيب و فك أي جهاز Device USB واستبداله بجهاز آخر USB أثناء تشغيل الجهاز الرقمي دون الحاجة إلى غلق نظام التشغيل أو إعادة التشغيل أو حتى إنهاء أي برنامج عامل على الجهاز

الشرط الوحيد هو فك جهاز Device USB بالطريقة الشرعية من الجهاز الرقمي.

  • يزود منفذ ناقل USB 1.1 الجهاز الخارجي Devices USB المتصل به بطاقة كهربيه بسيطة (بجهد قدره خمسه فولت Volt تقريبا وشده تيار 100 ملى أمبير mA ) لتشغيل الجهاز الخارجي دون الحاجة لمصدر طاقة خارجي (مثل محول كهربي)
  • يحوى ناقلUSB ميزه قفل منفذ التوالي Lock USB وهى ميزه تمكن من وقف عمل منفذ USB لمنع الاستخدام الغير شرعي لمنافذ الجهاز
  • جميع أجهزة USB المتصلة بمنفذ ناقل USB 1.1 مهما ذاد عددها تستخدم خط طلب مقاطعه IRQ واحد فقط
  • يمكن لناقل USB تسيد الناقل Mastering للأجهزة المتصلة به
  • تنتقل المعلومات على ناقل USB بشكل رزم بيانات Packets وفي اتجاهين،

بعكس منافذ النوافل المتسلسلة والمتوازية النقل التقليدية والتي تنتقل البيانات كبتات Bits فرديه

  • تـنساب البيانات بناقل USB بنظام أنبوبي مزدوج الاتجاه Bi-Directional Pipe جيئة وذهابا

حيث ينقل البيانات في الاتجاهين (قرائه وكتابه )

  • الجيل الأول USB 1.1 و الجيل الثاني USB 2.0 من ناقل USB هو ناقل ثنائي الاتجاه و

نصف مزدوج النقل Half Duplex فهو لا يمكنه النقل في اتجاهين معا و في آن واحد فقط ينقل في اتجاه واحد أما لعمليه ألقرائه أو لعمليه ألكتابه

  • الجيل الثالث USB 3.0 هو ناقل ثنائي الاتجاه ولكنه يمتلك قناتين نقل معزولتين لذا يمكنه النقل في اتجاهين و في أن واحد أي انه ناقل كامل الازدواجية Full Duplex فهو يمكنه الإرسال والاستقبال في نفس الوقت
  • يستخدم ناقل USB نظام ترميز (تشفر) data encoding للبيانات المنقولة نقلا متسلسلا باستخدام شفره تعرف بتقنيه الانعكاس (ألانقلاب ) عند عدم ارتجاع أشارة منخفضة الجهد

Non Return to Zero Invert ( قيمتها تقترب من الصفر) و عرفت بطريقه الترميز بلا عودة لقلب الصفر (NRZI ).


(الجيل الثانى) ناقل التوالي العمومي ذو رابط الحاكم المحسن(EHCI ( Enhanced Host Controller Interface USB 2.0

كان المستهدف الحقيقي من نواقل التوالي العمومي USB هو أن يكون بديل لنوافل التوالي والتوازي التقليدية القديمة البطيئة والكثيرة المشاكل . ورغم نجاح الجيل الأول من نواقل التوالي العمومي USB (USB 1.0 و USB 1.1 ) في تحقيق هذا المستهدف على خير وجهه ألا أن عتبته أقصى معدل نقل بيانات Bandwidth(السرعة التامة ( Full-Speed والتي قدرها 12 ميجابت / ثانيه Mbit/s لناقل USB 1.1 لم يكن يناسب الأجهزة الخارجية ألحديثه العالية النقل وخاصة أجهزة التخزين (مثل الأقراص ألصلبه الخارجية ومحركات CD/DVD) والتي بدأت تظهر باطراد مستمر في هذا الزمن وبدأت البحث عن طراز أسرع من ناقل USB للجيل الأول USB 1.1 وقد كان انه ناقل التوالي العمومي ذو رابط الحاكم المحسن EHCI USB 2.0 والذي مثل الجيل الثانى لناقل التوالي العمومي حيث تقاسم كلا من ناقل IEEE 1394 و ناقل USB 2.0 سوق منافذ نواقل الحواسيب العالية المعدل فكان من نصيب IEEE 1394 خدمه أجهزة الصوتيات والفيديو مثل الكاميرا الرقمية ومسجل الفيديو VCR وأجهزه DVD وما تبقى من ألأجهزة الخارجية فالأغلب منها والشائع كان من نصيب USB 2.0 وخاصة الأجهزة الخارجية مثل محركات الأقراص الضوئية CD/DVD والماسحات Scannerٍ وأيضا مع كاميرات المؤتمرات ذات ألدقه العالية و الكاميرا الرقمية digital cameras وأقلام وذوا كر الفلاش flash memory وقارئ البطاقات card readers أما منفذ وناقل) USB 1.1 مع المعدل 12ميجابت / ثانيه) فخصص للعديد من أجهزة الحاسوب خاصة أجهزة المعدل البطيء ( 1.5 ميجابت في الثانية) فكان لخدمه الأجهزة البطيئة مثل الماوس ولوحة المفاتيح و الكاميرا الرقمية وأقلام ذوا كر الفلاش وقارئ البطاقات والطابعة والماسح وغيرها

ناقل التوالي العمومي USB في 2010 كان قد اشتكى البعض من أن ناقل USB 1.1 لا يمكن الوثوق بجوده نقله للبيانات الحساسة مثلا بيانات الكاميرا الرقمية .

شعار لمنفذ وأجهزه USB 2.0 ويشار إليه بمسمى Hi-Speed USB

شعار لمنفذ وأجهزه USB 1.1 ويشار إليه بـ USB


وآخرون راو أن معماريه USB معقده للغاية كنتيجة لدعمها لحشد من الأجهزة المتنوعة لذا احتوت على حمل ثقيل من البرتوكولات ليغطى هذا التـنوع من الأجهزة . والبعض رأى أن فكره الموزع Hub تمثل عبئ مادي جديد على المستخدم لذا جاء الجيل الأول من الناقل السريع الخاطف( البرق الخاطف ) IEEE 1394a ذو معدل نقل 400 ميجابت /ثانيه Mbit/s ليكمل ما عجز عنه USB 1.1 ثم جاء ناقل USB 2.0 ذو معدل نقل 480 ميجابت /ثانيه Mbit/s ليقف جنبا إلى جنب مع ناقل IEEE 1394a بل ويزاحمه وعندما اشتدت المنافسة بينهما ظهر الجيل الثانى من ناقل IEEE 1394b ذو معدل نقل 800 ميجابت /ثانيه Mbit/s وفعلا تفوق على ناقل USB 2.0 ولكنه كان غالى الثمن لذا احتل USB 2.0 حصة كبيره من السوق وأخير أتى الجيل الثالث من ناقل التوالي العمومي USB 3.0 ذو معدل النقل 5 جيجابت /ثانيه Gbps ليزيح الجميع ويبدو انه لن يهنأ حتى باستكمال إفطاره الأول ففور ظهوره بدأ الحديث والهمس عن قرب ظهور ناقل القمة (ذروه) الضوئية LightPeak ذو معدل النقل 10جيجابت /ثانيه Gbps الذي من المتوقع إن ينهى حياه حزمه من النوافل السريعة الحالية

تاريخه ناقل التوالي العمومي ذو رابط الحاكم المحسن USB 2.0

  • قامت على تطوير الجيل الثاني من الناقل التسلسلي العمومي USB 2.0 عدد من مراكز أبحاث الشركات التالية :

Compaq, Hewlett-Packard, Intel, Lucent, Microsoft, NEC & Philips

  • في ابريل April من عام 1999 قام منتدى التطوير بإنتل IDF- Intel Developer Forum بإعداد مشروع لمضاعفه أقصى معدل نقل بيانات Bandwidth(السرعة التامة ( Full-Speed لناقل USB 1.1 من عشر إلى عشرون ضعفا أي من 12 ميجابت/ثانيه Mbit/s إلى 120 ~ 240ميجابت / ثانيه Mbit/s مع الحفاظ على كامل خصائص ناقل USB 1.1 تماما

وقد أثمر هذا المخطط على وضع التصاميم الأولى للجيل الثانى من ناقل التوالي العمومي USB 2.0 والذي حقق الهدف وأكثر

  • بعد عام تقريبا من انعقاد منتدى التطوير بإنتل IDF وفى أبريل April من عام 2000

وبعد دراسات وأبحاث متنوعة أضيفت تعديلات على مواصفات ناقل التوالي العمومي USB 2.0 بواسطة هندسة تغيير الملاحظات ECN(Engineering Change Notices). و تم أطلاق مواصفات ناقل USB 2.0 ليعطى معدل نقل بيانات Bandwidth يعادل أربعون ضعف معدل النقل لناقل USB 1.1 وليس عشره أو عشرون ضعفا كما كان مقدرا له فقدم ناقل USB 2.0 معدلات نقل بيانات المورثة من ناقل USB 1.1 وهى 12 و 1.5ميجابت /ثانيه Mbit/s وأضاف عليهما معدل عالي وسريع عرف بالسرعة العليا (Hi-Speed) High Speed بمعدل نقل للبيانات Bandwidth قدره 480 ميجابت /ثانيه Mbit/s

  • عند إطلاق نظام Windows XP لم يكن هناك دعم لناقل USB 2.0بل الدعم كان فقط لناقل USB1.1

فميكروسوفت لم ترى وقتها بالسوق أجهزة خارجية صممت للعمل مع USB 2.0 لذا لم ترى ميكروسوفت أي ضرورة لتدعيم USB 2.0 ولكنها قدمت له الدعم بعد ذلك مع نسخ OEMs و XP SP1 منذ عام 2002. وحتى اليوم

  • أطلقت بتشرين الأول October من عام 2000 مواصفات موصل Mini-B لناقل USB 2.0 عرف بوعاء receptacle (مقبس plug ) المصغر Mini-B
  • ديسمبر December من عام 2000 أطلق جدول للأخطاء لناقل USB 2.0
  • بشباط February من عام 2005 أطلقت هندسة تغيير الملاحظات ECN ليونيكود Unicode (نظام الحروف الدولي الموحد)وخصص له تشفير السلاسل باستخدام ال UTF-16LE.
  • بآذار March من عام 2007 أطلقت مواصفات بطارية الشحن Battery Charging Specification 1.0 وأضيفت لدعم الشحن من خلال موصل و منفذ Micro-USB لناقل USB 2.0
  • بنيسان April من عام 2007. أطلق مواصفات كابل منفذ موصل اليو أس بى المصغر(المايكرو)

Micro-USB Cables and Connectors Specification 1.01

  • أطلق بتموزJuly من عام 2007 إدارة ربط الطاقة Link Power Management Addendum ECN

وهنا أضيفت حالة طاقة جديدة بين الحالة الممكنة Enable وحالة التوقف المؤقت(التعليق ) Suspend حيث يدخل الجهاز (لأداة) في حاله نوم مؤقت أذا أصبح الجهاز غير فعال (مثلا ترك المستخدم الحاسوب بلا عمل لمده من الزمن ) علما بان التحول بين الحالة الممكنة وحالة النوم Sleep أكثر سرعة من التحول بين الحالة الممكنة وحالة التوقف المؤقت

  • في 18 أيلول September من عام 2007 بدأ التحدث عن USB 3.0 كنسخه مستقبليه تظهر بالسوق عام 2010


بعضا من خصائصه

  • ناقل التوالي العمومي ذو رابط الحاكم المحسن EHCI USB 2.0 هو نسخه مطوره من ناقل التوالي العمومي للجيل الأول USB 1.1

فقد بني الناقل التسلسلي العمومي USB 2.0 على كامل بنيه الجيل الأول من الناقل التسلسلي العمومي USB 1.1 لذا يحمل اغلب خصائص USB 1.1 لذا أمتلك ناقل USB 2.0 كل خصائص وصفات ناقل USB 1.1 فهو متوافق تماما مع توصيفات specification مع USB 1.1 ويستخدم نفس الكابلات ونفس الموصلات ونفس البرمجيات فجميع الأجهزة التي تعمل مع USB1.1 تعمل مع USB 2.0 وستعمل بكفاءة في حين أن أي جهاز Hi-Speed USB 2.0 عند وصله مع منفذ USB1.1 سينخفض أداءه إلى معدلات USB1.1. أيضا كان هذا التطوير يستهدف الاقتراب من مستوى الأداء للجيل الأول الناقل التوالي السريع ( البرق الخاطف ) IEEE 1394a وبالفعل تحقق ذلك مع USB 2.0 بل تفوق عليه في بعض الخصائص

  • يتردد ناقل USB 2.0 بتردد 24 أو 48 و 480 ميجاهرتز MHz

لذا قدم ناقل USB 2.0معدلي ناقل USB 1.1 (أي معدل 1.5. ميجابت /ثانيه و معدل 12ميجابت /ثانيه Mbit/s) بالأضافه إلى تقديمه لمعدل نقل عالي عرف بالسرعة العالية High speed (HI ) بمعدل نقل وقدره 480 ميجابت /ثانيه Mbps ( ~57 ميجابايت / ثانيه MB/s - MBps) لذا فهو يناسب الأجهزة عاليه البيانات حيث أضيفت تعديلات على مواصفات ال USB بواسطة هندسة تغيير الملاحظات (ECN: Engineering Change Notices). لذا يعتبر ناقل USB 2.0 أسرع 40 مره من الجيل الأول USB original 1.0 و USB 1.1 ( 12 × 40 = 480 ميجابت /ثانيه Mbit/s) هذا المعدل العالي يفيد في نقل البيانات العالية المعدل مثل أجهزة كاميرات الفيديو لمؤتمرات Web/ videoconferencing cameras وأجهزه الماسح scanners والطابعات السريعة . ولكنه لم يكن ذو فائدة مع محركات الأقراص ألصلبه والضوئية الخارجية ذات المعدل النقل العالي

  • تنتقل المعلومات على ناقل 2.0USB بشكل رزم بيانات Packets وفي اتجاهين،

بعكس منافذ النوافل المتسلسلة والمتوازية النقل التقليدية والتي تنتقل البيانات كبتات Bits فرديه

  • تـنساب البيانات بناقل USB بنظام أنبوبي مزدوج الاتجاه Bi-Directional Pipe جيئة وذهابا

حيث ينقل البيانات في الاتجاهين (قرائه وكتابه )

  • الجيل الأول USB 1.1 و الجيل الثاني USB 2.0 من ناقل USB هو ناقل ثنائي الاتجاه و

نصف مزدوج النقل Half Duplex فهو لا يمكنه النقل في اتجاهين معا و في آن واحد فقط ينقل في اتجاه واحد أما لعمليه ألقرائه أو لعمليه ألكتابه

  • الجيل الثالث USB 3.0 هو ناقل ثنائي الاتجاه ولكنه يمتلك قناتين نقل معزولتين لذا يمكنه النقل في اتجاهين و في أن واحد أي انه ناقل كامل الازدواجية Full Duplex فهو يمكنه الإرسال والاستقبال في نفس الوقت
  • يتكون كابل (ناقل ) USB من أربع خطوط أو نقاط وصل خط للجهد الموجب(+5V) VCC وهو باللون الأحمر Red وخط للأرضي Ground وهو باللون الأسود Black (أو البني ) وخطين لنقل البيانات Data باللون الأبيض White والأخضر Green أو الأزرق Blue والأصفر Yellow

أما كابل USB 2.0 قابس plug نوع micro-A و Micro-B فقد أزاد سلك خامس يستخدم للتعريف ID بالجهاز المتصل بمنفذ ناقل USB 2.0

  • كابلات يو أس بى Cables USB هو كابل تغلف بعض من سلوكه الداخلية بغلاف واقي shielded cable بالأضافه إلى الغلاف الواقي الخارجي

حيث سلك كابل USB الطاقة Power لناقل كابل USB هو سلك غير مجدول twisted Non وسلكي البيانات Data لكابل USB 2.0 هي سلوك مغلفه -shielded و مجدوله twisted

  • أقصى طول لكابل USB 2.0 هو 5 متر
  • كل حاكم بالجهاز المضيف لناقل الجيل الأول USB 1.1والثاني USB 2.0 ينشر ويوزع معدل النقل المخصص لناقل USB لجميع الأجهزة المتصلة بالناقل

أي أن هذه الأجهزة تتشارك جميعها في كميه البيانات التي يستطيع حاكم ناقل USB نقلها وكل جهاز يأخذ حصة من هذا المعدل ويتفاوض عليها وكلما أضيف جهاز USB إلى ناقل USB قلت حصة أجهزه USB المتصلة من البيانات وهذا يتضح بجلاء عند وصل كم من الأجهزة ذات معدل نقل للبيانات عاليه هنا سيشعر المستخدم ببطيء مثل هذه الأجهزة نتيجة لأنها تتشارك جميعا في وجبه واحده لا تكفى الجميع إما الأجهزة البطيئة مثل لوحه المفاتيح keyboards. والماوس mice وأجهزه التأشير المختلفة pointing devices فأن معدل ناقل USB يكفيها ويكون أدائها ممتاز.

في حين حاكم الجيل الثالث 3.0 USB اتبع أسلوب أفضل فهو لا ينشر كامل معدل نقل البيانات على جميع الاحهزه المتصلة بالناقل بل يوجه كامل معدل نقل البيانات إلى كل جهاز USB على حده لذا أجهزة USB تعمل بكامل كفاءتها في النقل عند العمل مع ناقل

  • بدئا من الجيل الثاني لناقل 2.0USB بدأت بعض الشركات المنتجة لدوائر حاكم USB المضيف بأضافه حاكم ثاني وبالتالي تتضاعف كميه البيانات المنقولة فتزيد من حصة ما يناله كل جهاز 2.0USB فتزيد من أدائه و تخفيف من مزاحمه أجهزة 2.0USB لنيل حصة من معدل النقل
  • يمكن لناقل USB 2.0USB وصل حتى 127 جهاز USB من خلال وصل موزعات Hubs وحتى خمس مستويات بدئا من المستوى الأول Level 1 والذي يحتله المنفذ الأساسي USB Root بالجهاز الرقمي ذاته
  • لمقدره هذا الناقل 2.0USB على وصل عدد كبير من أجهزة الدخل والخرج USB devices I/O المختلفة الأنواع عرف هذا الناقل برابط الكم الكبير من الأجهزة " الناقل المفتوح"

Open Host Controller Interface (OHCI) أو رابط حاكم الاستضافة المفتوح

  • يدعم ناقل التوالي العمومي 2.0USB تقنيه التركيب والتشغيل الفوري Pnp (Plug and Play) وهو حل بسيط ومريح لوصل جهاز Device USB بمنفذ ناقلUSB بالحاسوب
  • يدعم ناقل التوالي العمومي 2.0USB العمل بتقنيه التبديل الحار أو الساخن Hot Swap
  • يزود منفذ ناقل 2.0USB الجهاز الخارجي Devices USB المتصل به بطاقة كهربيه بسيطة(بجهد قدره خمسه فولت تقريبا ) لتشغيل الجهاز الخارجي دون الحاجة لمصدر طاقة خارجي (مثل محول كهربي)
  • معايير2.0 USB تستخدم معماريه السيد والعبدmaster/slave مثلما تستخدمه محركات التوازي التقليدية ATA

حيث مضيف يو أس بى USB host يعمل بمراسم protocol السيد master في حين أجهزه اليو أس بى USB 'Device' (التي يمكنها الوصل مع جهاز السيد ) تعمل بمراسيم العبد slave

  • ناقل يو أس بى للحالة النشطة الدائمة USB On-The-Go هو امتداد إلى مواصفات النموذجيةِ ليو أس بي للجيل الثانى 2.0USB
  • يحوى ناقل2.0USB ميزه قفل منفذ التوالي Lock USB وهى ميزه تمكن من وقف عمل منفذ USB لمنع الاستخدام الغير شرعي لمنافذ الجهاز
  • جميع أجهزة USB المتصلة بمنفذ ناقل 2.0USB مهما ذاد عددها تستخدم خط طلب مقاطعه IRQ واحد فقط
  • يدعم ناقل USB 2.0 النقل المتداخل Concurrent Transfers
  • يحتوى ناقل USB 2.0 على منفذ تدقيق بألا خطاء وأزالتها بسرعة عاليه USB 2.0 High –speed Debug
  • يدعم ناقل USB 2.0 أعاده تشغيل الحاسوبWake Up من نمط النوم Sleepingلحالات S1-
  • يدعم ناقل USB 2.0برمجيات لوحه المفاتيح والماوس التقليدية Legacy

S5

  • يستخدم ناقل2.0USB نظام ترميز (تشفر) data encoding للبيانات المنقولة نقلا متسلسلا باستخدام شفره تعرف بتقنيه الانعكاس (ألانقلاب ) عند عدم ارتجاع أشارة منخفضة الجهد

Non Return to Zero Invert ( قيمتها تقترب من الصفر) و عرفت بطريقه الترميز بلا عودة لقلب الصفر((NRZI

وصلة حاكم المضيّفِ المُحَسَّنةِ Enhanced Host Controller Interface(EHCI) وصلة حاكم المضيّفِ المُحَسَّنةِ (EHCI) هي معيار لحاكم عالي السرعة صمم منتدى منفذي يو أس بى USB-IF هذه ألوصله EHCI للجيل الثانى من ناقل التوالي العمومي ِ USB 2.0 فبدلاً مِنْ إن يستخدم USB 2.0معيار روابط USB interfaces المبنى على ناقل التوازي PCI- (مثل بطاقات (USB والذي استخدمت مع الجيل الأول USB 1.1 وما قبله والتي اتسمت بتعقيدات التصميم والتصنيع والكلفة العالية استخدم حاكم المضيّفِ المُحَسَّنةِ EHCI لناقل USB 2.0 والذي اتسم بالبساطة والكلفة الأقل و كفائه العالية

  • والوظيفة الوحيدة لوصلةُ حاكم المضيّفِ المُحَسَّنةِ EHCI هي تزويد ناقل USB 2.0 بسرعةِ عاليةِ Hi Speed فقد أضاف الناقل الجديد USB 2.0 معدل نقل جديد هو معدل النقل العالي السرعة High Speed(Hi-Speed) وقدره 480 ميجابت /ثانيه Mbit/s أي 60 ميجابايت / ثانيه MB/s لكل حاكم controllerيو أس بى USB 2.0 لذا عرف حاكم controller يو أس بى USB 2.0 برابط التحكم المحسن بالمضيف Enhanced Host Controller Interface (EHCI)
  • تبنى حواكم controllers USB بشريحة مفرده أو داخل شريحة الجسر الجنوبي Southbridge لطقم الشرائح Chipset بالجهاز المضيف Host (مثل الحاسوب ) لخدمه عدد محدد من منافذ USB

وكلا من الجيل الأول USB 1.1 والثاني USB 2.0 تتشارك كل الأجهزة المتصلة بناقل يو أس بى بنفس معدل النقل فمثلا أذا كان هناك خمس أجهزة USB 1.1 (ماوس & فأره & قلم فلاش ..) فجميعهم يتشاركا في معدل النقل 12 ميجابت / ثانيه هذه المشاركة تتسبب في اختناقات بتمرير البيانات وبطىء في أداء الجهاز المضيف وأجهزه USB المتصلة بالناقل USB لذا لجأت الشركات المصنعة لطقم الشرائح Chipset إلى بناء عده حواكم multiple controllers لناقل USB 2.0 بشريحة الجسر الجنوبي Southbridge فكلا من شركه AMD و Intel و Broadcom بنت حاكمين USB 2.0 controller محسن EHCI بشريحة الجسر الجنوبي لطقم الشرائح التي تنتجها أما الشركات الأخرى مثل SiS و VIA ULi وكذا كل شرائح نواقل PCI USB 2.0 المستخدمات بطاقة PCI (تقيس بمشقبيه ناقل PCI ) ,, فاكتفت بحاكم واحد EHCI وهذا يوضح الفارق بين هذه الأطقم فأطقم إنتل تجعل نقل البيانات سلسلا وسريع للأجهزة USB 2.0 عن نظيرتها من VIA



Table1.jpg


  • تَعتمدُ وصلة حاكم المضيّفِ المُحَسَّنةِ (EHCI) على حاكم أخر مرافق لها ليقدم معدلات النقل التقليدية للجيل الأسبق أي USB 1.1 ( السرعةِ الكاملةِ full ذات معدل 12 ميجابت /ثانيه والمنخفضةِlow ذات معدل 1.5 ميجابت /ثانيه ) وهم :

إما إن يكون وصلة حاكم المضيّفِ المفتوحةِ Open Host Controller Interface(OHCI) للأطقم شرائح Chipset لغير إنتل Intel وفيا VIA أو وصله حاكم المضيف العمومي UHCI (Universal Host controller interface) للأطقم شرائح Chipset من إنتل Intel وفيا VIA

  • الأجهزة الرقمية مثل الحاسوب أو بطاقات PCI Cards التي تقدم ناقل التوالي العمومي ِ USB 2.0 لديها حاكمان أو ثلاث حواكم وليس بحاكم واحد وهم كتالي  :

حاكم أو اثنين من حواكم المضيّفِ المُحَسَّنةِ EHCI لتقديم السرعة العالية و حاكم المضيّفِ المفتوحةِ OHCI أو حاكم المضيف العمومي UHCI لتقديم السرعة الكاملة ِ full والمنخفضةِ low


ناقل USB 2.0 و النقل المتداخل Concurrent Transfers

منفذ USB 2.0 متوافق تماما مع USB 1.1 لذا فأن أجهزة USB 1.1 تعمل مع منفذ USB 2.0 ولكن بالطبع أجهزة USB 2.0 مخصص لها العمل مع منفذ USB 2.0 ولكنها تعمل مع منفذ USB 1.1 ولكن سينخفض المعدل إلى معدل منفذ USB 1.1 وهو إهدار لمعدل النقل للجهاز الخارجي لذا فمن يملك منفذ USB 2.0 هو يملك تشغيل أجهزة USB 2.0 و USB 1.1 أيضا. أيضا يتميز USB 2.0 بميزة أخرى وهى قدرته على النقل المتداخل concurrent transfers فإذا أوصلت بمنفذ USB 2.0 جهاز USB 1.1 فهو سيسمح لهذا الجهاز من النقل وفقا لمعدلات ناقل USB 1.1 وفى نفس الوقت لن يربط ناقل USB 2.0 عند هذا المستوى من النقل المنخفض فأن كان هناك جهاز USB 2.0 آخر يتصل بمنفذ أخر USB 2.0 على نفس الحاسوب فلن يعمل هذا الجهاز بمعدل منخفض نتيجة لربط الحاسوب بجهاز USB 1.1 بل سيعمل بمعدله الطبيعي العالي السرعة High Speed أي بمعدل 480 ميجابت /ثانيه Mbit/sec (60MB/sec)


ناقل USB 2.0 والموزع hub وأسلوب التفاوض Negotiated

لدعم معدلات النقل العالية High Speed مع عدد من أجهزة USB 2.0 يجب ضرورة استخدام موزع hub نوع USB 2.0 صحيح انه يمكن استخدام موزع USB 1.1 مع أجهزة USB 2.0 ولكن أي جهاز USB يوصل مع موزع USB 1.1 سيعمل على معدلي ناقل USB 1.1 ( 1.5 &12 ميجابت /ثانيه Mbit/sec ) حتى ولو كان جهاز USB 2.0 وأجهزه USB 2.0 المتصلة بموزع USB 2.0 ستعمل على أقصى معدل لناقل USB 2.0 أي بمعدل السرعة العليا High Speed أي 480 ميجابت /ثانيه Mbit/sec (60 ميجابايت /ثانيه MB/sec) .

والانتقال التلقائي إلى السرعة العليا High Speed يتم من خلال أسلوب يعرف بالتفاوض بين جهاز وأخر device-by-device فإذا كان المعدل العالي غير متاح للجهاز المتصل بالموزع فأن وصله USB 2.0 تضبط معدلها على معدل USB 1.1 المنخفض .

فعند وصل جهاز USB 2.0 (أي قادر على التعامل مع المعدل العالي 60 ميجابايت /ثانيه ) فأن موزع USB 2.0 يعيد ببساطه أشارات السرعة العالية high-speed signals وبذا يتم تناقل البيانات بين الجهاز والموزع على المعدل العالي .

وعموما عند اتصال جهاز خارجي USB 2.0 بمنفذ USB 2.0 فسيتعرف على هوية الجهاز و معدلاته وسيحاول ناقل USB 2.0 الوصول إلى أعلى معدله له 480 Mbps) ). فان لم ينجح (نتيجة لكثره أجهزه USB 2.0 المتصلة بالناقل ) فأنه يكيف معدله ليلاءم الوضع الراهن فيقوم بتخفيض معدل نقله المنخفض أي معدل USB 1.1 التام السرعة Full Speed أي 12 ميجابت /ثانيه Mbit/sec . وأن لم ينجح (أي ظلت وصله الاتصالات غير مؤسسه ) يعاود الخفض مره أخرى إلى السرعة المنخفضة Low Speed . ومعدلها 1.5 ميجابت /ثانيه Mbit/sec

لذا على المستخدم أن لا يقلق على معدلات النقل فهذا المنفذ يكيف معدلات نقله بناءا على مقدره النقل للجهاز الخارجي المتصل به لكن على المستخدم إن لا يزيد من كم أجهزه USB المتصلة بناقل USB فكما ذكرنا إن معدل النقل ينشر على جميع الأجهزة فتقل حصة الأجهزة بزيادة عددها

كما على المستخدم أن يعلم أن موزع USB 1.1 لا يمكنه العمل على المعدل العالي ( 480 Mbps) للأجهزة USB 2.0 فأقصى معدل له هو 12 ميجابت /ثانيه Mbit/sec الذاكرة المؤقته (بفر buffer) للموزع عند وصل موزع USB 2.0 بمنفذ USB 2.0 بالحاسوب host و إيصال جهاز USB 1.1 بالموزع USB 2.0 (مثل الفارة علما بأن الماوس جهاز بطيء ولا يحتاج إلى معدل بيانات عاليه ) فأن موزع USB 2.0 يخزن البيانات المرتحلة مؤقتا بذاكره صغيره مبنية بداخله (بفر buffer ) ويتدبر عمليه نقل البيانات من السرعة العالية للحاكم المضيف USB 2.0 host controller (والمبنى عاده بشريحة الجسر الجنوبي باللوحة الأم للحاسوب ) إلى السرعة المنخفضة لجهاز USB 1.1 وهذا يعنى أن مع موزع USB 2.0 hubs والمتصل بمنفذ USB 2.0 فأن أجهزةUSB 1.1 المتصل تعمل جنبا إلى جنب مع أجهزة USB 2.0 متصل بالموزع وكلا منهما سيعمل بمعدل النقل التصميمي له فأجهزه USB 2.0 ستعمل بالمعدل العالي High Speed أي 480 ميجابت /ثانيه Mbit/sec إما أجهزه USB 1.1 ستعمل بالمعدل التام السرعة العالي Full Speed أي 12 ميجابت /ثانيه Mbit/sec دون استهلاك من معدل النقل الأضافى


مقارنة بين FireWire- IEEE1394a و 1.1 &USB 2.0 USB

ناقل البرق الخاطف FireWire أو IEEE 1394 هو ناقل خارجي تسلسلي عالي السرعة لوصل التجهيزات مع الحاسب يدعم الوصل والتشغيل Plug & Play والتبديل الساخن للأجهزة أي عدم الحاجة لإعادة تشغيل النظام لتركيب أو إزالة الأجهزة، وهو مصمم لتغذية الأجهزة الموصولة به طورته في البداية شركة Apple وزودت أجهزتها به كناقل وصل خارجي للتجهيزات وطرأت على ناقل البرق الخاطف FireWire ألعديد من التحسينات ثم أصبح معيارياً وصدر منه الجيل الأول IEEE1394a بمعدل نقل 400 ميجابت /ثانيه Mb/s والجيل الثانى IEEE1394b بمعدل نقل 800 ميجابت /ثانيه ألا انه في الآونة الأخيرة وبظهور ناقل USB 3.0 بدأ صوته ينخفض ويكاد إن يكون قد توقف تطويره وخاصة بعد ألأعلان عن انبثاق تقنيه جديدة وهى ناقل قمة الضوء Intel Light Peak Technology من إنتل

من قبل كانت هناك نوع من المنافسة بين الناقلين USB و FireWire، وخاصة بعد صدور الإصدار USB2.0 الذي اقترب من السرعة المرتفعة في النقل التي كان يتفرد بها IEEE1394a، أهم الفروق بينهما :

  • يدعم USB وصل حتى 127 جهازاً في حين يدعم IEEE 1394 فقط 63 جهازاً، يتم هذا العدد من الأجهزة باستخدام الموزعات Hubs
  • يمكن لمنفذ USB أن يزود الأجهزة الموصولة معه بتيار كهربي حتى شده 500 ملى أمبير mA عند جهد منظم قدره 5 فولت V ( ± 0.25V،) بقدره 2.5 وات W

في حين أن IEEE 1394 a يزود باستطاعة أكبر بكثير قد تصل إلى 45 W بجهد غير منظم تماماً

  • السرعة العظمى للنقل على ناقل IEEE 1394 نظرياً في آخر إصدار متداول حوالي 400 ميجابت /ثانيه Mb/s وهو بذلك أسرع من الإصدار 1.1 USB لناقل 12 بمعدل ميجابت /ثانيه Mb/s ولكن أبطأ بقليل من USB 2.0 بمعدل 480 ميجابت /ثانيه Mb/s
IEEE 2394.JPG

مع ذلك يقال أن التطبيق العملي يظهر أن FireWire لا يزال أسرع من USB 2.0

  • تستطيع الأجهزة الموصولة على FireWire التخاطب فيما بينها بدون حاسب مضيف كجزء من خصائصه المعيارية (مثلاً طابعة وماسح ضوئي) في حين لا يتاح ذلك في USB

ألا انه تم إطلاق معيارية ناقل يو أس بى للحالة النشطة الدائمة USB On-The-Go مؤخراً كإضافة على معايير USB لتحقيق ذلك،

  • أيضاIEEE 1394 يمكّن من وصل حاسبين بكبل فقط وبإعداد بسيط .


الجيل الثالث من ناقل التوالي العمومي USB 3.0 تنقيحRevision 1.0

قدم الجيل الثانى لناقل التوالي العمومي ذو رابط الحاكم المحسن للمضيف (EHCI ( Enhanced Host Controller Interface USB 2.0 معدل النقل العالي السرعة "Hi-Speed USB" بمعدل 480 ميجابت /ثانيه Mbps لذا يعتبر ناقل USB 2.0 أسرع 40 مره من الجيل الأول USB 1.1 ( 12 × 40 = 480 ميجابت /ثانيه Mbit/s)

هذا المعدل العالي يفيد في نقل البيانات العالية المعدل مثل أجهزة كاميرات الفيديو لمؤتمرات Web/ videoconferencing cameras و أجهزة الماسح scanners والطابعات السريعة .

ولكن ناقل USB 2.0 لم يكن نجاحا بشكل كافي مع محركات الأقراص ألصلبه( (HD Hard Disk و المحركات الضوئية CD/DVD الخارجية .. فلم لم تستفد منه مثل هذه المحركات فمعدلات النقل النظرية للأقراص ألصلبه Hard Disk ذات نقل التوازي PATA القديمة هي 100 (800 ميجابت /ثانيه (Mbit/s & 133 ميجابايت /ثانيه (1064 ميجابت /ثانيه (Mbit/s لمحركات (HD ATA100&ATA133 على التوالي فكما يتضح أن معدل نقلها (ATA) أعلي مرتين وأكثر من معدل نقل ناقل USB 2.0 (480 ميجابت /ثانيه Mbps )

إما محركات الأقراص ألصلبه HD ذات نقل التوالي Serial ATA(SATA) فكانت أكثر بعدا عن استخدام ناقل USB 2.0 فهي ذات معدل نقل عالي جدا إذا ما قورنت بمعدل ناقل USB 2.0

فالجيل ألأول First-generation من محركات الأقراص ألصلبه ذات نقل التوالي SATA Revision 1.0/ SATA I ذات معدل نقل للبيانات يصل ألي 1.5 جيجا بت /ثانيه Gb/s والجيل الثانى Second-generation من محركات الأقراص ألصلبه ذات نقل التواليSATA Revision 2.0/SATA II ذات معدل نقل للبيانات يصل ألي 3 جيجا بت /ثانيه Gb/s و لجيل الثالث Third-generation من محركات الأقراص ألصلبه ذات نقل التوالي SATA SATA Revision 3.0/SATA III ذات معدل نقل للبيانات يصل ألي 6 جيجا بت /ثانيه Gb/s لذا ظل ناقل USB 2.0 مناسب فقط للمحركات الأبطىء مثل CD/DVD ومحركات الأقراص ألصلبه ذات نقل التوازي PATA القديمة جدا والتي انقرضت مثل PATA66 ذات معدل 66 ميجابايت /ثانيه


1394.JPG


وخلاصه القول

إن ناقل USB 2.0 لم يستطيع إن يقدم أي نفع للأجهزة الخارجية ألحديثه ذات معدل النقل العالي وعلى رأسها محركات الأقراص الخارجية ألحديثه مثل SATA وخاصة بعد ظهور الجيل الثالث SATA III ذو معدل نقل 6 جيجا بت /ثانيه Gb/s لذا بدا البحث والتطوير لتقديم جيل جديد من ناقل USB ذو معدل نقل يناسب معدلات النقل للأجهزة الخارجية ألحديثه

  • في 18 سبتمبر/أيلول September من عام 2007، عَرضَت بات Pat Gel singer يو أس بي USB 3.0 في منتدى مطوري إنتل. Intel Developer Forum.
  • في 17نوفمبر/تشرين الثاني November من عام 2008،أعلنَت مجموعة مروجي ليو أس بي

The SuperSpeed USB Logo

USB3 SYMBOL.JPG

USB 3.0 Promoter اكتمال مواصفات النسخةِ 3.0 وقدمت إلى منفذي منتدى يو أس بي USB Implementers Forum (USB-IF)، وعرف بالناقل السريع جدا SuperSpeed لنظرا لمعدل النقل العالى الغير مسبوق (5 جيجابت /ثانيه )

  • المنفذ الأول ليو أس بي الأول USB 3.0 ports ظهر باللوحة الأم (motherboard;) P6X58 من أسسوزAsus ولكن هذه اللوحة ألغيتْ قبل الإنتاجِ
  • وبدأ ظهوره ببطيء بالسوق في بداية عام 2010
  • عقد مؤتمر مطوري USB 3.0 في تايبيه بتايوان في 1 من ابريل عام 2010.
SECTIONUSB3.JPG

بعضا من خصائص ناقل USB 3.0

  • أمتلك ناقل USB 3.0 كل خصائص specification وصفات الجيل الأول USB 1.1 والثاني USB 2.0 من ناقل التوالي العمومي

فهو متوافق مع الجيلين بأثر رجعى backwards compatibility فقد صمم بحيث يمكن لمنفذ USB 3.0 (مقبس Socket) تقبل موصلPlug USB 2.0 والعمل معه بلا أي مشاكل فناقل USB 3.0 فعند قبس قابسPlug (موصل ) USB 2.0 بوعاء أو مقبس USB 3.0 سيتم تلامس الأصبع الأربع لموصل USB 2.0 مع الأصبع الأربع المناظرة لها بمقبس منفذ USB 3.0 ولن يستفاد جهاز USB 2.0 من معدلات السرعة العالية التي يتميز بها ناقل USB 3.0 فناقل USB 3.0 يملك ألقدره عل التفاوض لتقديم معدل النقل المناسب لجهاز USB المتصل به

  • كابل USB 3.0 يتكون من تسعه سلوك (على الأقل )

أربع خطوط (وأيضا أربع نقاط وصل) من التسع ورثهم ناقل USB 3.0 من ناقل التوالي العمومي للجيل الأول USB 1.1 و الثانى USB 2.0 وألاربع سلوك المورثة هي  : خط للجهد الموجب (+5V) VCC وهو باللون الأحمر Red وخط للأرضي Ground وهو باللون الأسود Black (أو البني ) وخطين لنقل البيانات Data وهم عبارة عن زوج سلوك مجدول وغير مغلف للبيانات ( ( D+& D+ باللون الأبيض White والأخضر Green أو الأزرق Blue والأصفر Yellow كما ورث كابل USB 3.0 السلك الخامس من ناقل USB 2.0 حيث يستخدم لتعريف ID بالجهاز والمتبقي من التسع سلوك هو أربع سلوك والأربع سلوك هي الأضافه الجديدة التي أضافها ناقل USB 3.0 والأربع سلوك الجديدة مقسمه إلى زوجين من السلوك العالية النقل للبيانات وهم زوجين تفاضليين differential pairs مجدولين ومغلفين SDP لنقل البيانات بسرعة فائقة Superspeed.

الجيل الثالث من ناقل التوالي العمومي USB 3.0 تنقيح Revision 1.0

قدم الجيل الثانى لناقل التوالي العمومي ذو رابط الحاكم المحسن للمضيف (EHCI ( Enhanced Host Controller Interface USB 2.0 معدل النقل العالي السرعة "Hi-Speed USB" بمعدل 480 ميجابت /ثانيه Mbps لذا يعتبر ناقل USB 2.0 أسرع 40 مره من الجيل الأول USB 1.1 ( 12 × 40 = 480 ميجابت /ثانيه Mbit/s)


SUPERSPEED.JPG

هذا المعدل العالي يفيد في نقل البيانات العالية المعدل مثل أجهزة كاميرات الفيديو لمؤتمرات Web/ videoconferencing cameras و أجهزة الماسح scanners والطابعات السريعة .

ولكن ناقل USB 2.0 لم يكن نجاحا بشكل كافي مع محركات الأقراص ألصلبه( (HD Hard Disk و المحركات الضوئية CD/DVD الخارجية .. فلم لم تستفد منه مثل هذه المحركات فمعدلات النقل النظرية للأقراص ألصلبه Hard Disk ذات نقل التوازي PATA القديمة هي 100 (800 ميجابت /ثانيه (Mbit/s & 133 ميجابايت /ثانيه (1064 ميجابت /ثانيه (Mbit/s لمحركات (HD ATA100&ATA133 على التوالي فكما يتضح أن معدل نقلها (ATA) أعلي مرتين وأكثر من معدل نقل ناقل USB 2.0 (480 ميجابت /ثانيه Mbps )

SUPERCERTHFIED.JPG

إما محركات الأقراص ألصلبه HD ذات نقل التوالي Serial ATA(SATA) فكانت أكثر بعدا عن استخدام ناقل USB 2.0 فهي ذات معدل نقل عالي جدا إذا ما قورنت بمعدل ناقل USB 2.0

فالجيل ألأول First-generation من محركات الأقراص ألصلبه ذات نقل التوالي SATA Revision 1.0/ SATA I ذات معدل نقل للبيانات يصل ألي 1.5 جيجا بت /ثانيه Gb/s والجيل الثانى Second-generation من محركات الأقراص ألصلبه ذات نقل التواليSATA Revision 2.0/SATA II ذات معدل نقل للبيانات يصل ألي 3 جيجا بت /ثانيه Gb/s و لجيل الثالث Third-generation من محركات الأقراص ألصلبه ذات نقل التوالي SATA SATA Revision 3.0/SATA III ذات معدل نقل للبيانات يصل ألي 6 جيجا بت /ثانيه Gb/s لذا ظل ناقل USB 2.0 مناسب فقط للمحركات الأبطىء مثل CD/DVD ومحركات الأقراص ألصلبه ذات نقل التوازي PATA القديمة جدا والتي انقرضت مثل PATA66 ذات معدل 66 ميجابايت /ثانيه

SS USB 3.JPG


بطاقة اكسبريس PCI-Express تحوى شريحه ضيف Host Adapter لمنافذ USB 3.0 ذات السرعة الفاقة Super Speed من NEC وتقول NEC أن هذه الشريحةchip الجديدة تحتاج إلى 70 ثانيه seconds فقط لنقل 25 جيجابايت من بيانات الفيديو video و من قرص بلو رايBlue-ray disc (الليزر الأزرق ) مقارنه ب14 دقيقه minutes عند نقلها عن طريق منفذ لناقل USB 2.0


  • يمتلك ناقل USB 3.0 نفس سلوك ناقل USB 2.0 أي خمس سلوك ألا انه أضاف زوجين من السلوك المجدولة المغلفة والتفاضلية differential (SDP ) ليصبحا تسعه سلوك (9 موصلات تلامس )

وكل زوج (قناة ) مغلف SDP منعزل عن الأخر عزلا تام حيث خصص زوج USB3_TX كقناة للإرسال البيانات Data Transmit والزوج الأخر USB3_RX خصص كقناة للاستقبال البيانات Data Receive

وتنقل القناتين في الاتجاهين Bi direction وفى أن واحد simultaneously وهذا يعنى أن هذا الناقل يمكنه ألقرائه read والكتابة write في أن واحد أي بتزامن واحد أو التحميل downlinks والرفع uplinks في أن واحد وهو ما يعرف بتأشير signaling الزوج البسيط 'dual simplex' لذا يقال انه ناقل تام الازدواجية duplex Full وليس بنصف ازدواجية Half Duplex أي وحيد الاتجاه Unidirectional فهو لا يمكنه ألقرائه أو ألكتابه في أن واحد بل فقط أما قرائه وإما كتابه لذا يجرى عمليه تفاوض negotiated لتحديد اتجاه عمليه النقل .

TABLE 2.JPG
  • ينقل ناقل USB 3.0 البيانات بشكل رزم على التوازي Parallel خلال أنبوب كبير bulk pipe مزدوج ألقناه وهما قناتي البيانات (SDP) في شكل جدول ( سريان ) Streams البيانات

هذه الكتل في شكل رزم Packets بعرض 8 & 16 & 32 Bit حيث استخدمت القناتين لتقديم معدل النقل الفائق Supper Speed الذي سمى باسمه هذا الناقل الفائق Supper Speed

  • ناقل USB 3.0 ينقل البيانات من خلال القناتين المعزولتين عزلا تاما في اتجاهين وفى آن واحد

و بمعدل 5 جيجا بت /ثانيه (Gbits/second ) نظريا وبالأدق 4.8 جيجا بت /ثانيه أي 572 جيجابايت /ثانيه GByte/s وهو يقارب معدل محركات التوالي SATA III والمعدل المقبول هو 4 جيجا بت /ثانيه Gbps أي 500 ميجابايت/ثانيه (Mbytes/second ) MBps أي نصف جيجابايت/ثانيه GBps لذا فهو يناسب الأجهزة ذات معدل نقل عالي مثل محركات الأقراص ألصلبه هذه السرعة يصل إليها الناقل مع موصل USB 3.0 المعياري Standard نوع B plug والمواصفات تعتبر المعدل المعقول هو 3.2 جيجا بت /ثانيه Gbit/s أي 0.4 جيجابايت /ثانيه GByte/s أو 400 ميجابايت /ثانيه Mbytes/s بالأضافه إن ناقلUSB 3.0 قدم معدلات النقل التي ورثها عن ناقل USB 1.1 و USB 2.0 وهم :

عدل النقل العالي السرعة "Hi-Speed USB" وهو بمعدل 480 ميجابت /ثانيه Mbps و معدل النقل التام السرعة Full Speed وهو بمعدل 12 ميجابت / ثانيه Mbps وأخيرا معدل النقل المنخفض (السرعة المنخفضة Low Speed ) وهو بمعدل 1.5 ميجابت /ثانيه Mbps

  • وتعتبر تقنية يو أس بي USB 3.0 مشابهة لناقل اكسبريس السريع للجيل الثانيPCI Express 2.0 ذو قناة واحده single channel(PCIe 1x) من حيث كميه البيانات التي ينقلها فناقل اكسبريس PCIe معدل نقل ألقناه الواحدة1x هو 5جيجابت /ثانيه Gbit/sوهو نفس معدل ناقل USB 3.0
  • بني حاكم ناقل USB 3.0 بالجهاز المضيف host بشريحة منفردة مثل شريحة VIA VL810 chip & NEC & Fresco Logic

أو داخل طقم الشرائح

  • حاكم ناقل USB 3.0 هو حاكم دقيق Microcontroller صمم هذا الحاكم بدقه تصنيع قدرها 0.13 ميكرون بدلا من 0.18 ميكرون للاكم الدقيق Microcontroller لناقل USB 2.0 ..


نموذج لوحه لموزع USB 3.0 Hub مزود بأربع منافذ USB 3.0 نوع A ومنفذ وحيد نوع B و يستخدم الموزع شريحه VL810 chip لحاكم USB 3.0


  • الاختلاف الكبير بين SuperSpeed 3.0 وناقل USB 2.0 هو في كيفيه الاتصال بالأجهزة ونقله للبيانات

فناقل USB 3.0 يَخْلقُ خط اتصال أنبوبي pipeline مَع المضيّفِ host وكُلّ جهاز على الناقل USB 3.0 أى يستخدم نظام توجيه مباشر لرزم البيانات من دوائر حاكم المضيف إلى كل جهاز يتصل بالناقل وبالعكس بعرف بنظام مُوَجَّه مضيّف host-directed protocol فناقل USB 3.0 ينشر أو يبث broadcasts َرْزمُ packets البيانات المرسلة ً إلى كُلّ جهاز متصل بناقل USB 3.0 أي أنه لا ينشر كامل معدل نقل البيانات على جميع الاحهزه المتصلة بالناقل مثلما يفعل ناقل USB 1.1 و USB 2.0 بل يوجه كامل معدل نقل البيانات إلى كل جهاز USB على حده لذا أجهزة USB تعمل بكامل كفاءتها في النقل عند العمل مع ناقل USB 3.0فكل جهاز متصل بناقل USB 3.0 يأخذ كامل حصته ولا يشاركه فيها جهاز أخر


  • أصبع الطاقة لمنفذ التوالي USB يزود الأجهزة أو المفرع بطاقة كهربائية بسيطة جهدها Voltage حوالي +5 فولت V ((5 V±5%))

حيث منفذ ناقل USB 2.0 يمد بجهد قدره 4.4 فولت V بينما منفذ USB 3.0 خفض هذا الجهد إلى 4 فولت V

ويمد أصبع الطاقة بمنفذ USB 2.0. الجهاز المتصل بتيار كهربي شدته 100 ملى أمبير mA عند بدء تشغيل الجهاز power up و0.5 mA عند حاله التوقف المؤقت Suspended في حين يمد أصبع الطاقة بمنفذ USB 3.0 . الجهاز المتصل بتيار كهربي شدته و 150 ملى أمبير mA

كما أن منفذ ناقل USB 2.0 يمد الطاقة للأجهزة المتصلة بناقل USB 2.0بحد أقصى خمس وحدات حمل unit loads (أي خمس أجهزة)متصلة بناقل USB 2.0. أي بتيار كهربي شدته نصف أمبير (0.5 amps ) أي500 ملى أمبير mA في النمط الطبيعي لتشغيل normally منفذ ناقل USB3.0 يمد الطاقة بحد أقصى ستة وحدات حمل unit loads متصلة بناقل USB3.0. أي ستة أجهزة أي بتيار كهربي شدته 900 ملى أمبير mA ( 6 × 150 ) في النمط الطبيعي لتشغيل normally

TABLE 3.JPG



Related technologies

The PictBridge standard allows for interconnecting consumer imaging devices. It typically uses USB for its underlying communication layer.

The USB Implementers Forum is working on a wireless networking standard based on the USB protocol. Wireless USB is intended as a cable-replacement technology, and will use ultra-wideband wireless technology for data rates of up to 480 Mbit/s.

See also

وصلات خارجية

هناك كتاب ، Serial Programming:USB Technical Manual، في معرفة الكتب.


USB 3.0