USB Universal Serial Bus. Karakteristikat e llojeve të qëllimit të autobusit serik universal të autobusit USB

Autobusi serik USB (Universal Serial Bus) ka ekzistuar për një kohë të gjatë sipas standardeve kompjuterike - versioni i parë i miratuar i standardit u shfaq në 15 janar 1996. Zhvillimi i standardit u iniciua nga kompani shumë të njohura - Intel, DEC, IBM, NEC, Northen Telecom dhe Compaq.

Qëllimi kryesor i grupit standard për zhvilluesit e tij është të krijojë një mundësi reale për përdoruesit që të punojnë në modalitetin Plug&Play me pajisjet periferike. Kjo do të thotë që duhet të jetë e mundur të lidhni pajisjen me një kompjuter që funksionon, ta njohni automatikisht atë menjëherë pas lidhjes dhe më pas të instaloni drejtuesit e duhur. Për më tepër, këshillohet që të furnizoni me energji elektrike pajisjet me fuqi të ulët nga vetë autobusi. Shpejtësia e autobusit duhet të jetë e mjaftueshme për shumicën dërrmuese të pajisjeve periferike. Në të njëjtën kohë, problemi historik i mungesës së burimeve në autobusët e brendshëm të një kompjuteri të pajtueshëm me PC IBM është zgjidhur - kontrolluesi USB merr vetëm një ndërprerje, pavarësisht nga numri i pajisjeve të lidhura me autobusin.

Aftësitë e autobusit serial USB rrjedhin nga karakteristikat e tij teknike:

Shpejtësia e lartë e transferimit (shkalla e biteve të sinjalizimit me shpejtësi të plotë) – 12 Mb/s

Gjatësia maksimale e kabllit për shpejtësi të lartë transferimi – 5 m

Shpejtësia e biteve të sinjalizimit me shpejtësi të ulët - 1,5 Mb/s

Gjatësia maksimale e kabllit për shpejtësi të ulët të transferimit – 3 m

Numri maksimal i pajisjeve të lidhura (përfshirë shumëzuesit) është 127.

Është e mundur të lidhni pajisje me shpejtësi të ndryshme baud

Nuk ka nevojë që përdoruesi të instalojë elementë shtesë siç janë terminatorët SCSI

Tensioni i furnizimit për pajisjet periferike - 5 V

Konsumi maksimal i rrymës për pajisje është 500 mA.

Prandaj, këshillohet të lidhni pothuajse çdo pajisje periferike me USB, përveç kamerave video dixhitale dhe disqeve të ngurta me shpejtësi të lartë. Lidhësit USB janë krijuar për t'i bërë ballë çiftëzimit/shkëputjes së shumëfishtë.

Aftësia për të përdorur vetëm dy shkallë të të dhënave kufizon përdorshmërinë e autobusit, por redukton ndjeshëm numrin e linjave të ndërfaqes dhe thjeshton zbatimin e harduerit.

Fuqia direkt nga USB është e mundur vetëm për pajisjet me fuqi të ulët si tastierat, minjtë, levërat, etj.

Sinjalet USB transmetohen nëpërmjet një kablloje me 4 tela.

Kablloja e autobusit me shpejtësi të plotë është një kabllo me çifte të përdredhura, e mbrojtur nga një mburojë dhe mund të përdoret gjithashtu për funksionim me shpejtësi të ulët. Një kabllo për funksionim vetëm me shpejtësi minimale (për shembull, për të lidhur një mi) mund të jetë çdo dhe e pambrojtur.

Sistemi USB është i ndarë në tre nivele me rregulla të caktuara ndërveprimi. Një pajisje USB përmban një pjesë të ndërfaqes, një pjesë të pajisjes dhe një pjesë funksionale. Pritësi është gjithashtu i ndarë në tre pjesë - ndërfaqja, sistemi dhe softueri i pajisjes. Secila pjesë është përgjegjëse vetëm për një gamë të caktuar detyrash; ndërveprimi logjik dhe real ndërmjet tyre është ilustruar në Fig. 69.

Struktura në shqyrtim përfshin elementët e mëposhtëm:

Një pajisje fizike USB është një pajisje në autobus që kryen funksione me interes për përdoruesin përfundimtar.

Client SW – softuer që korrespondon me një pajisje specifike, të ekzekutuar në kompjuterin pritës. Mund të jetë pjesë e OS ose një produkt i veçantë.

USB System SW – mbështetje e sistemit për USB, pavarësisht nga pajisjet specifike dhe softueri i klientit.

USB Host Controller – harduer dhe softuer për lidhjen e pajisjeve USB me një kompjuter pritës.

Oriz. 69 Ndërveprimi i komponentëve USB

Ndërfaqja fizike

Sinjalet e informacionit dhe voltazhi i furnizimit 5V transmetohen nëpërmjet një kablloje me katër tela. Përdoret një metodë diferenciale e transmetimit të sinjaleve D+ dhe D- mbi dy tela. Nivelet e sinjalit të transmetuesit në modalitetin statik duhet të jenë nën 0,3 V (niveli i ulët) ose mbi 2,8 V (niveli i lartë). Marrësit mund t'i rezistojnë tensionit të hyrjes brenda intervalit -0,5...+3,8 V. Transmetuesit duhet të jenë në gjendje të kalojnë në një gjendje me rezistencë të lartë për transmetimin gjysmë-dupleks dydrejtues mbi një palë tela.

Transmetimi me dy tela në USB nuk kufizohet në sinjale diferenciale. Përveç marrësit diferencial, çdo pajisje ka marrës linearë për sinjalet D+ dhe D–, dhe transmetuesit e këtyre linjave kontrollohen individualisht. Kjo bën të mundur dallimin midis më shumë se dy gjendjeve të linjës që përdoren për të krijuar një ndërfaqe harduerike. Gjendjet DiffO dhe Diff1 përcaktohen nga diferenca potenciale në linjat D+ dhe D – prej më shumë se 200 mV, me kusht që në njërën prej tyre potenciali të jetë më i lartë se pragu i përgjigjes VSE. Një gjendje në të cilën një nivel i ulët është i pranishëm në të dy hyrjet D+ dhe D– quhet zero lineare (SEO – Zero me një fund). Ndërfaqja përcakton gjendjet e mëposhtme:

Gjendja e të dhënave dhe gjendja K e të dhënave – gjendjet e bitit të transmetuar (ose thjesht J dhe K), përcaktohen përmes gjendjeve DiffO dhe Diff1.

Gjendja e papunë - pauzë në autobus.

Gjendja e rifillimit - sinjali "zgjimi" për të zgjuar pajisjen nga modaliteti "gjumë".

Fillimi i paketës (SOP) - fillimi i paketës (kalimi nga gjendja e papunë në K).

Fundi i paketës (EOP) - fundi i paketës.

Shkëputje - pajisja është shkëputur nga porti.

Lidhu – pajisja është e lidhur me portën.

Rivendos - rivendosni pajisjen.

Gjendjet përcaktohen nga kombinimet e sinjaleve diferenciale dhe lineare; për shpejtësi të plotë dhe të ulët, gjendjet DiffO dhe Diff1 kanë qëllime të kundërta. Kur deshifroni gjendjet Shkëputje, Lidh dhe Rivendos, merret parasysh koha që linjat janë në gjendje të caktuara (më shumë se 2,5 ms).

Autobusi ka dy mënyra transmetimi. Shpejtësia e plotë e sinjalizimit USB është 12 Mbps, shpejtësia e ulët është 1.5 Mbps. Për shpejtësi të plotë, përdoret kabllo çift i përdredhur i mbrojtur me një rezistencë prej 90 Ohms dhe një gjatësi segmenti deri në 5 m, për shpejtësi të ulët përdoret kabllo pa mbrojtje e pambrojtur deri në 3 m.

Sinjalet e sinkronizimit kodohen së bashku me të dhënat duke përdorur metodën NRZI (Mos Kthimi në Zero Invert), funksionimi i tij është ilustruar në Fig. 72. Çdo paketë paraprihet nga një fushë SYNC që lejon marrësin të sintonizohet me frekuencën e transmetuesit.

Kablloja ka gjithashtu linja VBus dhe GND për të transmetuar tensionin e furnizimit 5V tek pajisjet. Seksioni kryq i përcjellësve zgjidhet në përputhje me gjatësinë e segmentit për të siguruar një nivel të garantuar të sinjalit dhe tensionin e furnizimit.

Oriz. 70 Lidhja e një pajisjeje me shpejtësi të plotë

Oriz. 71 Lidhja e një pajisjeje me shpejtësi të ulët

Oriz. 72. Kodimi i të dhënave duke përdorur metodën NRZI

Standardi përcakton dy lloje të lidhësve (Tabela 7 dhe Fig. 73).

Tabela 7

Lidhësit e tipit "A" përdoren për t'u lidhur me shpërndarës (Lidhës në rrjedhën e sipërme). Prizat janë instaluar në kabllo që nuk mund të shkëputen nga pajisjet (për shembull, tastiera, miu, etj.). Prizat janë instaluar në portat e poshtme të shpërndarësve.

Lidhësat e tipit B (Lidhës në rrjedhën e poshtme) janë instaluar në pajisjet nga të cilat mund të shkëputet kablloja lidhëse (printera dhe skanerë). Pjesa e çiftëzimit (priza) është instaluar në kabllon lidhëse, në skajin e kundërt të së cilës ka një prizë të tipit "A".

Lidhësit e llojeve "A" dhe "B" janë mekanikisht të ndryshëm (Fig. 73), gjë që eliminon lidhjet e papranueshme të ciklit të portave hub. Lidhësit me katër kunja janë të kyçur për të parandaluar lidhjen e gabuar. Dizajni i lidhësve siguron lidhje të vonshme dhe shkëputje të hershme të qarqeve të sinjalit në krahasim me qarqet e furnizimit me energji elektrike. Për të njohur lidhësin USB, në trupin e pajisjes vendoset një emërtim simbolik standard.

Oriz. 73. Prizat USB: a – tip “A”, b – tip “B”, c – emërtim simbolik

Modeli i transferimit të të dhënave

Çdo pajisje USB është një grup pikash fundore të pavarura me të cilat kontrolluesi pritës shkëmben informacion. Pikat përfundimtare përshkruhen nga parametrat e mëposhtëm:

Frekuenca e kërkuar e hyrjes në autobus dhe vonesat e pranueshme të shërbimit;

gjerësia e bandës së kërkuar të kanalit;

numri i pikës;

kërkesat për trajtimin e gabimeve;

madhësitë maksimale të paketave të transmetuara dhe të marra;

lloji i shkëmbimit;

drejtimi i shkëmbimit (për shkëmbimet e vazhdueshme dhe izokrone).

Çdo pajisje duhet të ketë një pikë fundore me numër 0, e cila përdoret për inicializimin, menaxhimin e përgjithshëm dhe analizimin e statusit të saj. Kjo pikë konfigurohet gjithmonë kur energjia është e ndezur dhe pajisja është e lidhur me autobusin. Ai mbështet transferimet e llojit të kontrollit.

Përveç pikës zero, pajisjet funksionale mund të kenë pika shtesë që zbatojnë shkëmbimin e dobishëm të të dhënave. Pajisjet me shpejtësi të ulët mund të kenë deri në dy pika shtesë, pajisjet me shpejtësi të plotë mund të kenë deri në 16 pika hyrëse dhe 16 pika dalëse (kufizimi i protokollit). Pikat nuk mund të përdoren derisa të konfigurohen (kanali i lidhur me to është vendosur).

Një kanal (Tub) në USB është një model i transferimit të të dhënave midis kontrolluesit pritës dhe pikës fundore (Endpoint) të pajisjes. Ekzistojnë dy lloje kanalesh: transmetime (Stream) dhe mesazhe (Mesazh). Transmetimi jep të dhëna nga një skaj i kanalit në tjetrin, ai është gjithmonë i njëanshëm. I njëjti numër i pikës fundore mund të përdoret për dy kanale rrjedhëse - hyrje dhe dalje. Një thread mund të zbatojë llojet e mëposhtme të komunikimit: i vazhdueshëm, izokron dhe i ndërprerë. Dorëzimi bëhet gjithmonë në bazë të hyrjes së parë, daljes së parë (FIFO); Nga perspektiva USB, të dhënat e transmetimit janë të pastrukturuara. Mesazhet janë në një format të përcaktuar nga specifikimi USB. Pritësi dërgon një kërkesë në pikën përfundimtare, pas së cilës dërgohet (merret) një paketë mesazhi, e ndjekur nga një paketë që përmban informacionin e statusit të pikës fundore. Mesazhi tjetër normalisht nuk mund të dërgohet përpara se të përpunohet ai i mëparshmi, por kur trajtoni gabimet, është e mundur të rivendosni mesazhet e patrajtuara. Mesazhet me dy drejtime i drejtohen të njëjtës pikë përfundimtare. Për dërgimin e mesazheve përdoren vetëm shkëmbimet e tipit të kontrollit.

Kanalet kanë karakteristika të lidhura me pikën përfundimtare (gjerësia e brezit, lloji i shërbimit, madhësia e buferit, etj.). Kanalet krijohen kur konfiguroni pajisjet USB. Për çdo pajisje të aktivizuar, ekziston një kanal mesazhi (Control Pipe 0) përmes të cilit transmetohet informacioni i konfigurimit, kontrollit dhe statusit.

Llojet e transferimit të të dhënave

USB mbështet të dyja mënyrat e komunikimit me një drejtim dhe dy drejtime. Transferimi i të dhënave ndodh midis softuerit pritës dhe pikës fundore të pajisjes. Një pajisje mund të ketë disa pika fundore dhe komunikimi me secilën prej tyre (kanal) vendoset në mënyrë të pavarur.

Arkitektura USB lejon katër lloje bazë të transferimit të të dhënave:

Transferet e kontrollit të përdorura për konfigurimin gjatë lidhjes dhe gjatë funksionimit me pajisjet e kontrollit. Protokolli siguron shpërndarje të garantuar të të dhënave. Gjatësia e fushës së të dhënave të mesazhit të kontrollit nuk i kalon 64 bajt me shpejtësi të plotë dhe 8 bajt me shpejtësi të ulët.

Transferime të të dhënave me shumicë të paketave relativisht të mëdha pa kërkesa strikte për kohën e dorëzimit. Transmetimet zënë të gjithë gjerësinë e brezit të lirë të autobusit. Paketat kanë një fushë të dhënash prej 8, 16, 32 ose 64 bajt. Këto ingranazhe kanë përparësinë më të ulët dhe mund të pezullohen kur autobusi është i ngarkuar shumë. Lejohet vetëm me shpejtësi të plotë transmetimi.

Ndërprerjet janë transmetime të shkurtra (deri në 64 bajt me shpejtësi të plotë, deri në 8 bajte me shpejtësi të ulët) si karaktere hyrëse ose koordinata. Ndërprerjet janë të natyrës spontane dhe duhet të servisohen jo më ngadalë se sa kërkohet nga pajisja. Kufiri kohor i shërbimit është vendosur në intervalin 1–255 ms për shpejtësinë e plotë dhe 10–255 ms për shpejtësinë e ulët.

Transfertat isokrone janë transferime të vazhdueshme në kohë reale që zënë një pjesë të gjerësisë së brezit të autobusit të para-marrëveshur dhe kanë një vonesë të caktuar të dorëzimit. Nëse zbulohet një gabim, të dhënat izokronike transmetohen pa përsëritje - paketat e pavlefshme injorohen. Një shembull është transmetimi dixhital i zërit. Gjerësia e brezit përcaktohet nga kërkesat e cilësisë së transmetimit dhe vonesa e dorëzimit mund të jetë kritike, për shembull, kur zbatohet telekonferenca.

Gjerësia e brezit të autobusit ndahet midis të gjitha kanaleve të instaluara. Gjerësia e brezit të alokuar i caktohet një kanali dhe nëse krijimi i një kanali të ri kërkon një gjerësi brezi që nuk përshtatet me alokimin ekzistues, kërkesa për ndarjen e kanalit refuzohet.

Arkitektura USB parashikon buferimin e brendshëm të të gjitha pajisjeve dhe sa më shumë gjerësi brezi të kërkojë pajisja, aq më i madh duhet të jetë buferi i saj. USB duhet të sigurojë transferimin e të dhënave me një shpejtësi të tillë që vonesa e të dhënave në pajisje e shkaktuar nga buferimi të mos kalojë disa milisekonda.

Transferimet izokronike klasifikohen sipas metodës së sinkronizimit të pikave fundore - burimeve ose marrësve të të dhënave - me sistemin: ata bëjnë dallimin midis klasave asinkrone, sinkrone dhe adaptive të pajisjeve, secila prej të cilave ka llojin e vet të kanalit USB.

Protokolli

Të gjitha shkëmbimet (transaksionet) përmes USB përbëhen nga tre paketa. Çdo transaksion planifikohet dhe inicohet nga kontrolluesi, i cili dërgon një Paketë Token. Ai përshkruan llojin dhe drejtimin e transferimit, adresën e pajisjes USB dhe numrin e pikës fundore. Në çdo transaksion, shkëmbimi është i mundur vetëm ndërmjet pajisjes së adresuar (pikës së saj përfundimtare) dhe hostit. Pajisja e adresuar nga shënuesi njeh adresën e saj dhe përgatitet për shkëmbim. Burimi i të dhënave (i identifikuar nga token) transmeton një paketë të dhënash (ose një njoftim se nuk ka të dhëna për të transmetuar). Pas marrjes me sukses të paketës, marrësi i të dhënave dërgon një paketë konfirmimi (Paketë shtrëngimi duarsh).

Planifikimi i transaksioneve siguron kontroll mbi kanalet e rrjedhës. Në nivelin e harduerit, përdorimi i aversionit të transaksionit (NAck) kur shkalla e transferimit është e papranueshme, parandalon tejmbushjen e buferëve në krye dhe në fund. Shenjat e transaksioneve të refuzuara ritransmetohen kur autobusi është i lirë. Menaxhimi i rrjedhës ju lejon të planifikoni në mënyrë fleksibël shërbimin e rrjedhave të njëkohshme heterogjene të të dhënave.

Karakteristikat e mëposhtme të USB-së ofrojnë rezistencë ndaj gabimeve:

Cilësi e lartë e sinjalit e arritur përmes marrësve/transmetuesve diferencialë dhe kabllove të mbrojtura.

Mbrojtja e fushave të kontrollit dhe të dhënave me kode CRC.

Zbulon lidhjen dhe shkëputjen e pajisjeve dhe konfiguron burimet në nivel sistemi.

Protokoll i vetë-shërimit me afat kohor kur humbasin paketat.

Kontrolli i rrjedhës për izokroninë dhe menaxhimin e tamponit të harduerit.

Pavarësia e funksioneve nga shkëmbimet e pasuksesshme me funksione të tjera.

Për të zbuluar gabimet e transmetimit, çdo paketë ka fusha kontrolli CRC për të zbuluar të gjitha gabimet e biteve të vetme dhe të dyfishta. Pajisja zbulon gabimet e transmetimit dhe kontrolluesi provon automatikisht transmetimin tre herë. Nëse përsëritjet janë të pasuksesshme, një mesazh gabimi i raportohet softuerit të klientit.

Formatet e paketave

Bajtet transferohen nëpër autobus në mënyrë sekuenciale, duke filluar me bitin më pak të rëndësishëm. Të gjitha parcelat janë të organizuara në pako. Çdo paketë fillon me një fushë Sync, e cila përfaqësohet nga sekuenca e gjendjes KJKJKJKK (NRZI e koduar) pas gjendjes së papunë. Dy bitet e fundit (CC) janë fillimi i shënuesit të paketës SOP, i përdorur për të identifikuar bitin e parë të identifikuesit të paketës PID. Identifikuesi i paketës është një fushë PID 4-bitëshe që identifikon llojin e paketës (Tabela 8), e ndjekur nga të njëjtat 4 bit, por të përmbysur, si bit kontrolli.

Fushat e adresës në paketat e shënuesve IN, SETUP dhe OUT janë një adresë funksioni 7-bit dhe një adresë e pikës fundore 4-bit. Ato lejojnë që të adresohen deri në 127 funksione USB (adresa zero përdoret për konfigurim) dhe 16 pika fundore për funksion.

Paketa SOF ka një Fushë Number Frame 11-bit, e cila rritet në mënyrë sekuenciale (ciklike) për çdo kornizë.

Fusha e të dhënave mund të jetë nga 0 deri në 1023 bajt të plota në madhësi. Madhësia e fushës varet nga lloji i transmetimit dhe negociohet kur kanali të krijohet.

Fusha SCS-col është e pranishme në të gjitha shenjat dhe paketat e të dhënave; ajo mbron të gjitha fushat e paketës, duke përjashtuar PID. CRC-të për argumentet (5 bit) dhe të dhënat (11 bit) llogariten duke përdorur formula të ndryshme.

Tabela 8

			Përmbajtja dhe qëllimi
			Adresa e funksionit dhe numri i pikës fundore – shenja e transaksionit të funksionit
			Adresa e funksionit dhe numri i pikës fundore - token i transaksionit pritës
			Fillimi i shënuesit të kornizës
			Adresa e funksionit dhe numri i pikës fundore - token transaksioni me pikën e kontrollit
			Paketat e të dhënave PID çifte dhe teke ndërlidhen për të identifikuar me saktësi njohjet
			Konfirmimi i marrjes së paketës pa gabime
			Marrësi nuk arriti të marrë ose transmetuesi nuk arriti të transmetojë të dhëna. Mund të përdoret për kontrollin e rrjedhës së të dhënave (të papërgatitur). Në transaksionet me ndërprerje, është tregues se nuk ka ndërprerje të paservuara
			Pika përfundimtare kërkon ndërhyrjen e hostit
			Preambula e transmetimit me shpejtësi të ulët

Çdo transaksion inicohet nga kontrolluesi pritës duke dërguar një token dhe përfundon me një paketë shtrëngimi duarsh. Sekuenca e paketave në transaksione është ilustruar në Fig. 7.7.

Kontrolluesi pritës organizon shkëmbimet me pajisjet sipas planit të tij të shpërndarjes së burimeve. Kontrolluesi në mënyrë ciklike (me një periudhë prej 1 ms) gjeneron korniza në të cilat përshtaten të gjitha transaksionet e planifikuara. Çdo kornizë fillon me dërgimin e një shënuesi SOF (Fillimi i kornizës), i cili është një sinjal sinkronizimi për të gjitha pajisjet, duke përfshirë shpërndarësit. Në fund të çdo kuadri, caktohet një interval kohor EOF (End Of Frame), gjatë të cilit shpërndarësit ndalojnë transmetimin drejt kontrolluesit. Çdo kornizë ka numrin e vet. Kontrolluesi pritës operon një numërues 32-bitësh, por transmeton vetëm 11 bitët më të ulët në tokenin SOF. Numri i kornizës rritet (ciklikisht) gjatë EOF. Pritësi planifikon ngarkimin e kornizave në mënyrë që të ketë gjithmonë hapësirë ​​për kontroll dhe ndërprerje të transaksioneve. Koha e lirë e kornizave mund të plotësohet me transferta të vazhdueshme (Bulk Transfers).

Detyrë për të përfunduar punën

1. Përshkruani funksionet e menaxhimit të autobusit dhe portit

a) formimi i një adrese porti

b) organizimi i një kanali nga skaji në skaj në ndërfaqen e sistemit për transferimin e të dhënave midis portës së pajisjes I/O dhe MP-së.

2. Struktura e memories së mikroprocesorit.

3. Autobus serial USB. Mënyrat e transmetimit të të dhënave.

4. Çipset. Qëllimi i saj. Diagrami i çipsetit.

5. Kujtesa e mikroprocesorit. Regjistrat dhe qëllimi i tyre.

6. Ndërfaqet standarde dhe formatet e transferimit të të dhënave.

7. Siguroni diagrame për lidhjen e modemeve, printerëve, plotterëve në portën COM.

8. Vizatoni një diagram të ndërveprimit të komponentëve \USB.

Historia e shfaqjes dhe zhvillimit të standardeve Universal Serial Bus (USB).

    Përpara implementimit të parë të autobusit USB, konfigurimi standard i një kompjuteri personal përfshinte një portë paralele, zakonisht për lidhjen e një printeri (port LPT), dy porte komunikimi serik (porte COM), zakonisht për lidhjen e një mausi dhe modemi, dhe një port për një levë (port GAME ). Ky konfigurim ishte mjaft i pranueshëm në ditët e para të kompjuterëve personalë dhe për shumë vite ishte standardi praktik për prodhuesit e pajisjeve. Megjithatë, përparimi nuk qëndroi ende, gama dhe funksionaliteti i pajisjeve të jashtme përmirësoheshin vazhdimisht, gjë që përfundimisht çoi në nevojën për të rishikuar konfigurimin standard, i cili kufizoi mundësinë e lidhjes së pajisjeve shtesë periferike, të cilat bëheshin gjithnjë e më të shumta çdo ditë e më shumë.

    Përpjekjet për të rritur numrin e porteve standarde I/O nuk mund të çonin në një zgjidhje radikale të problemit dhe lindi nevoja për të zhvilluar një standard të ri që do të siguronte lidhje të thjeshtë, të shpejtë dhe të përshtatshme të një numri të madh pajisjesh periferike të qëllime të ndryshme për çdo kompjuter të konfigurimit standard, i cili përfundimisht çoi në ardhjen e Autobusit Serial Universal Autobusi serik universal (USB)

    Specifikimi i ndërfaqes së parë serial USB (Autobus serik universal), thirri USB 1.0, u shfaq në 1996, një version i përmirësuar i bazuar në të, USB 1.1- V 1998 Gjerësia e brezit të autobusëve USB 1.0 dhe USB 1.1 - deri në 12 Mbit/s (në fakt deri në 1 megabajt për sekondë) ishte mjaft e mjaftueshme për pajisjet periferike me shpejtësi të ulët, si një modem analog ose miu kompjuterik, por i pamjaftueshëm për pajisjet me ritme të larta të transferimit të të dhënave, gjë që ishte disavantazhi kryesor i këtij specifikimi. Sidoqoftë, praktika ka treguar se autobusi serik universal është një zgjidhje shumë e suksesshme, e miratuar nga pothuajse të gjithë prodhuesit e pajisjeve kompjuterike si drejtimi kryesor i zhvillimit të pajisjeve periferike kompjuterike.

NË 2000 ka një specifikim të ri - USB 2.0, tashmë duke ofruar shpejtësi transferimi të të dhënave deri në 480 Mbit/s (në fakt deri në 32 megabajt për sekondë). Specifikimi supozonte përputhshmëri të plotë me standardin e mëparshëm USB 1.X dhe performancë mjaft të pranueshme për shumicën e pajisjeve periferike. Fillon një bum në prodhimin e pajisjeve të pajisura me një ndërfaqe USB. Ndërfaqet "klasike" hyrje-dalje u zëvendësuan plotësisht dhe u bënë ekzotike. Megjithatë, për disa pajisje periferike me shpejtësi të lartë, edhe specifikimi i suksesshëm USB 2.0 mbeti një pengesë, e cila kërkonte zhvillim të mëtejshëm të standardit.

NË 2005 Specifikimi për zbatimin pa tel të USB-së u njoftua - USB me valë - WUSB, duke ju lejuar të lidhni pa tel pajisjet në një distancë deri në 3 metra me një shpejtësi maksimale të transferimit të të dhënave 480 Mbit/s dhe në një distancë deri në 10 metra me një shpejtësi maksimale prej 110 Mbit/s. Specifikimi nuk mori zhvillim të shpejtë dhe nuk zgjidhi problemin e rritjes së shpejtësisë aktuale të transferimit të të dhënave.

NË 2006 u njoftua specifikimi USB-OTG (USB O n- T ai- G o, falë të cilit u bë i mundur komunikimi midis dy pajisjeve USB pa një pritës të veçantë USB. Roli i hostit në këtë rast kryhet nga një nga pajisjet periferike. Telefonat inteligjentë, kamerat dixhitale dhe pajisjet e tjera celulare duhet të veprojnë si një pritës dhe një pajisje periferike. Për shembull, kur një aparat fotografik është i lidhur nëpërmjet USB-së me një kompjuter, është një pajisje periferike dhe kur lidhet një printer, ai është një host. Mbështetja e specifikimeve USB-OTG gradualisht u bë standardi për pajisjet mobile.

Në vitin 2008është shfaqur specifikimi përfundimtar i standardit të ri universal të autobusit serial - USB 3.0. Ashtu si me versionet e mëparshme të zbatimit të autobusit, ofrohet përputhshmëri elektrike dhe funksionale me standardet e mëparshme. Shpejtësia e transferimit të të dhënave për USB 3.0 është rritur 10 herë - deri në 5 Gbps. 4 bërthama shtesë u shtuan në kabllon e ndërfaqes dhe kontaktet e tyre u vendosën veçmas nga 4 kontaktet e standardeve të mëparshme, në një rresht kontakti shtesë. Përveç rritjes së shpejtësisë së transferimit të të dhënave, autobusi USB karakterizohet gjithashtu nga një fuqi e shtuar e rrymës në qarkun e energjisë në krahasim me standardet e mëparshme. Shpejtësia maksimale e transferimit të të dhënave përmes autobusit USB 3.0 është bërë e pranueshme për pothuajse çdo pajisje kompjuterike periferike të prodhuar në masë.

NË 2013 Specifikimi i mëposhtëm i ndërfaqes u miratua - USB 3.1, shpejtësia e transferimit të të dhënave të së cilës mund të arrijë 10 Gbit/s. Përveç kësaj, është shfaqur një lidhës USB kompakt 24-pin Lloji-C, e cila është simetrike, duke lejuar që kablloja të futet në të dyja anët.

Me lëshimin e standardit USB 3.1, Forumi i Implementuesve të USB-së (USB-IF) njoftoi se lidhësit USB 3.0 me shpejtësi deri në 5 Gbps (SuperSpeed) tani do të klasifikohen si USB 3.1 Gen 1 dhe lidhësit e rinj USB 3.1 me shpejtësi. deri në 10 Gbps s (SuperSpeed ​​​​USB 10 Gbps) - si USB 3.1 Gen 2. Standardi USB 3.1 është i pajtueshëm me USB 3.0 dhe USB 2.0.

NË 2017 vit, Forumi i Implementuesve USB (USB-IF) publikoi një specifikim USB 3.2. Shpejtësia maksimale e transferimit është 10 Gbit/s. Megjithatë, USB 3.2 ofron mundësinë për të grumbulluar dy lidhje ( Operacioni me dy korsi), duke ju lejuar të rrisni xhiron teorike në 20 Gbit/s. Zbatimi i kësaj veçorie është bërë opsional, domethënë mbështetja e tij në nivelin e harduerit do të varet nga prodhuesi specifik dhe nevoja teknike, e cila ndryshon, për shembull, për një printer dhe një hard disk portativ. Mundësia e zbatimit të kësaj mënyre ofrohet vetëm kur përdoret USB Type-C.

www.usb.org- Dokumentacioni i specifikimeve USB për zhvilluesit në anglisht.

Duhet të theksohet se kishte, dhe ekziston ende, një alternativë për autobusin USB. Edhe para prezantimit të tij, Apple zhvilloi një specifikim të autobusit serial FireWire(emri tjetër - iLink), i cili në vitin 1995 u standardizua nga Instituti Amerikan i Inxhinierëve Elektrikë dhe Elektronikë (IEEE) me numrin 1394. Autobus IEEE 1394 mund të funksionojë në tre mënyra: me shpejtësi të transferimit të të dhënave deri në 100, 200 dhe 400 Mbit/s. Megjithatë, për shkak të kostos së lartë dhe zbatimit më kompleks se USB, ky lloj autobusi serial me shpejtësi të lartë nuk është bërë i përhapur dhe gradualisht po zëvendësohet nga USB 2.0 - USB 3.2.

Parimet e përgjithshme të funksionimit të pajisjeve periferike Universal Serial Bus (USB).

    Ndërfaqja USB doli të ishte një zgjidhje kaq e suksesshme sa që ishte e pajisur me pothuajse të gjitha klasat e pajisjeve periferike, nga një telefon celular te një kamerë në internet ose një hard disk portativ. Pajisjet më të përhapura (për momentin) janë ato që mbështesin USB 2.0. Sidoqoftë, USB 3.0 – 3.1 është më i kërkuar për pajisjet me shpejtësi të lartë, ku bëhet kryesori, duke zëvendësuar gradualisht USB 2.0.

    Pajisjet periferike me mbështetje USB, kur lidhen me një kompjuter, njihen automatikisht nga sistemi (në veçanti, softueri i drejtuesit dhe gjerësia e brezit të autobusit) dhe janë gati për të punuar pa ndërhyrjen e përdoruesit. Pajisjet me konsum të ulët të energjisë (deri në 500 mA) mund të mos kenë furnizimin e tyre me energji elektrike dhe të furnizohen drejtpërdrejt nga autobusi USB.

Përdorimi i USB eliminon nevojën për të hequr kutinë e kompjuterit për të instaluar pajisje shtesë periferike dhe eliminon nevojën për të bërë cilësime komplekse gjatë instalimit të tyre.

USB eliminon problemin e kufizimit të numrit të pajisjeve të lidhura. Kur përdorni USB, deri në 127 pajisje mund të punojnë njëkohësisht me një kompjuter.

USB lejon lidhjen e nxehtë. Kjo nuk kërkon fillimisht fikjen e kompjuterit, më pas lidhjen e pajisjes, rinisjen e kompjuterit dhe konfigurimin e pajisjeve periferike të instaluara. Për të shkëputur një pajisje periferike, nuk keni nevojë të ndiqni procedurën e kundërt të përshkruar më sipër.

E thënë thjesht, USB ju lejon të realizoni praktikisht të gjitha përfitimet e teknologjisë moderne plug and play. Pajisjet e krijuara për USB 1.x mund të punojnë me kontrollorët USB 2.0. dhe USB 3.0

Kur lidhet një pajisje periferike, krijohet një ndërprerje harduerike dhe kontrolli merret nga drejtuesi HCD ( Shoferi i kontrolluesit të hostit) Kontrollues USB ( Kontrolluesi i hostit USB - UHC), i cili aktualisht është i integruar në të gjitha çipet e prodhuara të pllakave amë. Ai anketon pajisjen dhe merr informacion identifikimi prej tij, në bazë të të cilit kontrolli i transferohet drejtuesit që shërben për këtë lloj pajisjeje. Kontrolluesi UHC ka një qendër kryesore (Hub), e cila siguron lidhje me autobusin e pajisjes USB.

Hub (USB HUB).

Pikat e lidhjes quhen portet. Një shpërndarës tjetër mund të lidhet me portin si pajisje. Çdo qendër ka një port dalës ( porti në rrjedhën e sipërme), duke e lidhur atë me kontrolluesin kryesor dhe portat e poshtme ( porti në rrjedhën e poshtme) për lidhjen e pajisjeve periferike. Hub-et mund të zbulojnë, lidhen dhe shkëputen në secilën portë të lidhjes së poshtme dhe të ofrojnë shpërndarje të energjisë te pajisjet e lidhjes down. Secila nga portat e lidhjes së poshtme mund të aktivizohet dhe konfigurohet individualisht me shpejtësi të plotë ose të ulët. Hub-i përbëhet nga dy blloqe: kontrolluesi hub dhe përsëritësi hub. Një përsëritës është një ndërprerës i kontrolluar nga protokolli midis një porti uplink dhe një porti downlink. Hub-i gjithashtu përmban pajisje për të mbështetur rivendosjen dhe ndalimin/rifillimin e lidhjes. Kontrolluesi siguron regjistra të ndërfaqes që mundësojnë transferimin e të dhënave në dhe nga kontrolluesi kryesor. Komandat e përcaktuara të statusit dhe kontrollit të shpërndarësit lejojnë procesorin pritës të konfigurojë shpërndarësin dhe të monitorojë dhe menaxhojë portet e tij.

Qendrat e jashtme mund të kenë furnizimin e tyre me energji elektrike ose mund të furnizohen nga autobusi USB.

Kabllot dhe lidhësit USB

Lidhësit e tipit A përdoren për t'u lidhur me një kompjuter ose shpërndarës. Lidhësit e tipit B përdoren për t'u lidhur me pajisjet periferike.

Të gjithë lidhësit USB që mund të lidhen me njëri-tjetrin janë krijuar për të punuar së bashku.

Të gjitha kunjat e lidhësit USB 2.0 janë elektrikisht të pajtueshme me kunjat përkatëse të lidhësit USB 3.0. Në të njëjtën kohë, lidhësi USB 3.0 ka kontakte shtesë që nuk kanë një korrespondencë në lidhësin USB 2.0, dhe për këtë arsye, kur lidhni lidhës të versioneve të ndryshme, kontaktet "ekstra" nuk do të përdoren, duke siguruar funksionimin normal të lidhje me versionin 2.0. Të gjitha foletë dhe prizat midis USB 3.0 Type A dhe USB 2.0 Type A janë krijuar për të punuar së bashku. Foleja USB 3.0 Type B është pak më e madhe se ajo që do të kërkohej për një prizë USB 2.0 Type B dhe më të hershme. Në të njëjtën kohë, është e mundur të lidhni këtë lloj spine me këto priza. Prandaj, për të lidhur një pajisje periferike me një lidhës USB 3.0 Type B me një kompjuter, mund të përdorni të dy llojet e kabllove, por për një pajisje me një lidhës USB 2.0 Type B - vetëm një kabllo USB 2.0. Prizat eSATAp, të përcaktuara si eSATA/USB Combo, domethënë që kanë aftësinë për të lidhur një prizë USB me to, kanë aftësinë për të lidhur prizat USB të tipit A: USB 2.0 dhe USB 3.0, por në modalitetin e shpejtësisë USB 2.0.

Lidhësit USB Type-C ofrojnë lidhje si me pajisjet periferike ashtu edhe me kompjuterët, duke zëvendësuar lidhësit dhe kabllot e ndryshme të tipit A dhe tip B të standardeve të mëparshme USB dhe duke ofruar opsione zgjerimi në të ardhmen. Lidhësi i dyanshëm me 24 pin është mjaft kompakt, për nga madhësia afër lidhësve mikro-B të standardit USB 2.0. Dimensionet e lidhësit janë 8,4 mm me 2,6 mm. Lidhësi siguron 4 palë kontakte për fuqinë dhe tokëzimin, dy çifte diferenciale D+/D- për transmetimin e të dhënave me shpejtësi më të vogla se SuperSpeed ​​(në kabllot Type-C është i lidhur vetëm një nga çiftet), katër çifte diferenciale për transmetimin e sinjale SuperSpeed ​​me shpejtësi të lartë, dy kontakte ndihmëse ( brez anësor), dy kunja konfigurimi për përcaktimin e orientimit të kabllit, një kanal të dedikuar të të dhënave të konfigurimit (kodimi BMC - kodi i shenjës dyfazore) dhe një kunj fuqie +5 V për kabllot aktive.

Kontaktet e lidhësit dhe faqosja e kabllove USB Type-C

Lloji-C - prizë dhe prizë

Kon.	Emri	Përshkrim	Kon.	Emri	Përshkrim
A1	GND	Tokëzimi	B12	GND	Tokëzimi
A2	SSTXp1	Ndryshim. çifti nr. 1 SuperSpeed, transmision, pozitiv	B11	SSRXp1	Ndryshim. çifti nr. 2 SuperSpeed, pritje, pozitive
A3	SSTXn1	Ndryshim. çifti nr. 1 SuperSpeed, transmision, negativ	B10	SSRXn1	Ndryshim. çifti nr. 2 SuperSpeed, pritje, negativ
A4	V BUS	Të ushqyerit	B9	V BUS	Të ushqyerit
A5	CC1	Kanali i konfigurimit	B8	SBU2	brezi anësor nr. 2 (SBU)
A6	Dp1	Ndryshim. Çifti jo-SuperSpeed, pozicioni 1, pozitiv	B7	Dn2	Ndryshim. Çifti jo-SuperSpeed, pozicioni 2, negativ
A7	Dn1	Ndryshim. Çifti jo-SuperSpeed, pozicioni 1, negativ	B6	Dp2	Ndryshim. Çifti jo-SuperSpeed, pozicioni 2, pozitiv
A8	SBU1	Shirit anësor nr. 1 (SBU)	B5	CC2	Kanali i konfigurimit
A9	V BUS	Të ushqyerit	B4	V BUS	Të ushqyerit
A10	SSRXn2	Ndryshim. çifti nr. 4 SuperSpeed, transmision, negativ	B3	SSTXn2	Ndryshim. çifti nr. 3 SuperSpeed, pritje, negativ
A11	SSRXp2	Ndryshim. çifti nr. 4 SuperSpeed, transmision, pozitiv	B2	SSTXp2	Ndryshim. çifti nr. 3 SuperSpeed, pritje, pozitive
A12	GND	Tokëzimi	B1	GND	Tokëzimi
Çifti diferencial i pambrojtur, mund të përdoret për të zbatuar USB me shpejtësi të ulët (1.0), shpejtësi të plotë (1.0), shpejtësi të lartë (2.0) - deri në 480 Mbps Kablloja zbaton vetëm një nga çiftet diferenciale jo-SuperSpeed. Ky kontakt nuk përdoret në prizë.

Qëllimi i përcjellësve në kabllon USB 3.1 Type-C

Lidhësi nr. 1 i kabllit Lloji-C		Kabllo Lloji-C			Lidhësi nr. 2 i kabllit Lloji-C
Kontaktoni	Emri	Ngjyra e mbështjellësit të përcjellësit	Emri	Përshkrim	Kontaktoni	Emri
Gërsheti	Ekrani	Gërsheti kabllor	Ekrani	Gërsheti i jashtëm i kabllove	Gërsheti	Ekrani
A1, B1, A12, B12	GND	E konservuar	GND_PWRrt1 GND_PWRrt2	Toka e përbashkët>	A1, B1, A12, B12	GND
A4, B4, A9, B9	V BUS	E kuqe	PWR_V BUS 1 PWR_V BUS 2	Furnizimi me energji V BUS	A4, B4, A9, B9	V BUS
B5	V CONN	E verdhe	PWR_V CONN	V CONN fuqi	B5	V CONN
A5	CC	Blu	CC	Kanali i konfigurimit	A5	CC
A6	Dp1	E bardha	UTP_Dp	Çift diferencial i pambrojtur, pozitiv	A6	Dp1
A7	Dn1	E gjelbër	UTP_Dn	Çift diferencial i pambrojtur, negativ	A7	Dn1
A8	SBU1	E kuqe	SBU_A	Banda e të dhënave A	B8	SBU2
B8	SBU2	E zezë	SBU_B	Banda e të dhënave B	A8	SBU1
A2	SSTXp1	E verdhe *	SDPp1	Çifti diferencial i mbrojtur #1, pozitiv	B11	SSRXp1
A3	SSTXn1	kafe *	SDPn1	Çifti diferencial i mbrojtur #1, negativ	B10	SSRXn1
B11	SSRXp1	jeshile *	SDPp2	Çifti diferencial i mbrojtur #2, pozitiv	A2	SSTXp1
B10	SSRXn1	portokalli *	SDPn2	Çifti diferencial i mbrojtur #2, negativ	A3	SSTXn1
B2	SSTXp2	e bardhe *	SDPp3	Çifti diferencial i mbrojtur #3, pozitiv	A11	SSRXp2
B3	SSTXn2	E zeze *	SDPn3	Çifti diferencial i mbrojtur #3, negativ	A10	SSRXn2
A11	SSRXp2	E kuqe *	SDPp4	Çifti diferencial i mbrojtur #4, pozitiv	B2	SSTXp2
A10	SSRXn2	blu *	SDPn4	Çifti diferencial i mbrojtur #4, negativ	B3	SSTXn2
* Ngjyrat për mbështjellësin e përcjellësit nuk janë të specifikuara nga standardi

Lidhja e pajisjeve të vjetra me kompjuterë të pajisur me një lidhës USB Type-C do të kërkojë një kabllo ose përshtatës që ka një prizë ose lidhës të tipit A ose të tipit B në njërën anë dhe një prizë USB Type-C në anën tjetër. Standardi nuk lejon përshtatës me një lidhës USB Type-C, pasi përdorimi i tyre mund të krijojë "shumë kombinime kabllosh të pasakta dhe potencialisht të rrezikshme".

Kabllot USB 3.1 me dy priza të tipit C në skajet duhet të përputhen plotësisht me specifikimin - të përmbajnë të gjithë përcjellësit e nevojshëm, duhet të jenë aktivë, të përfshijnë identifikuesit e funksionit të listimit të çipit të identifikimit elektronik në varësi të konfigurimit të kanalit dhe mesazheve të përcaktuara nga shitësi (VDM) nga specifikimi USB Power Delivery 2.0. Pajisjet me një lidhës USB Type-C mund të mbështesin opsionalisht shiritat e energjisë me një rrymë prej 1,5 ose 3 amper në një tension prej 5 volt përveç furnizimit kryesor me energji elektrike. Furnizimet e energjisë duhet të reklamojnë aftësinë për të dhënë rryma të rritura nëpërmjet kanalit të konfigurimit, ose të mbështesin plotësisht specifikimin e shpërndarjes së energjisë USB nëpërmjet pinit të konfigurimit (kodimi BMC) ose sinjaleve më të vjetra të koduara si BFSK nëpërmjet pinit VBUS. Kabllot USB 2.0 që nuk mbështesin autobusin SuperSpeed ​​mund të mos përmbajnë një çip elektronik identifikimi nëse nuk mund të mbajnë 5 amper rrymë.

Specifikimi i lidhësit USB Type-C versioni 1.0 u publikua nga Forumi i Zhvilluesve USB në gusht 2014. Ai u zhvillua pothuajse në të njëjtën kohë me specifikimin USB 3.1.

Përdorimi i një lidhësi USB Type-C nuk do të thotë domosdoshmërisht që pajisja zbaton standardin USB 3.1 Gen1/Gen2 me shpejtësi të lartë ose protokollin USB të shpërndarjes së energjisë.

    Autobusi Serial Universal është ndërfaqja kompjuterike më e përhapur dhe ndoshta më e suksesshme për pajisjet periferike në të gjithë historinë e zhvillimit të pajisjeve kompjuterike, siç dëshmohet nga numri i madh i pajisjeve USB, disa prej të cilave mund të duken disi

Organizimi i autobusit USB

USB (Universal Serial Bus) është një standard i industrisë për zgjerimin e arkitekturës së PC-ve, i fokusuar në integrimin me telefoninë dhe pajisjet elektronike të konsumit. Versioni 1.0 i standardit u botua në fillim të vitit 1996, shumica e pajisjeve mbështesin standardin 1.1, i cili u lëshua në vjeshtën e vitit 1998 - ai rregulloi problemet e gjetura në botimin e parë. Në pranverën e vitit 2000, u publikua specifikimi USB 2.0, i cili parashikon një rritje 40-fish të gjerësisë së brezit të autobusit. Fillimisht (në versionet 1.0 dhe 1.1) autobusi siguroi dy shpejtësi të transferimit të informacionit: shpejtësi të plotë, FS (shpejtësi e plotë) - 12 Mbit/s dhe shpejtësi të ulët, LS (shpejtësi të ulët) - 1.5 Mbit/s. Versioni 2.0 përcakton gjithashtu shpejtësinë e lartë, HS (shpejtësi e lartë) - 480 Mbit/s, e cila ju lejon të zgjeroni ndjeshëm gamën e pajisjeve të lidhura me autobusin. Pajisjet me të tre shpejtësitë mund të jenë të pranishme dhe të funksionojnë njëkohësisht në të njëjtin sistem. Autobusi lejon, duke përdorur shpërndarës të ndërmjetëm, të lidhni pajisje në distancë nga kompjuteri në një distancë deri në 25 m. Informacione të hollësishme dhe të përditësuara në USB (në anglisht) mund të gjenden në faqen e internetit http://www. usb.org. Zhvillimi i pajisjeve dhe klasifikimi dhe standardizimi i tyre koordinohet nga USB-IF (USB Implementers Forum, Inc.).

Autobusi USB lejon shkëmbimin e të dhënave midis kompjuterit pritës dhe një sërë pajisjesh periferike (PU). USB është një sistem i vetëm i centralizuar i harduerit dhe softuerit për vendosjen në radhë të pajisjeve të shumta dhe proceseve të shumëfishta të softuerit të aplikacioneve. Komunikimi i proceseve softuerike me të gjitha pajisjet sigurohet nga një kontrollues pritës me mbështetje softuerike në shumë nivele. Kjo e bën USB-në dukshëm të ndryshme nga ndërfaqet tradicionale periferike (LPT, COM, portat GAME, tastiera, miu, etj.); Një krahasim i këtyre llojeve të lidhjeve është dhënë në tabelë.

Tabela. Krahasimi i autobusit USB me ndërfaqet tradicionale periferike

Ndërfaqet tradicionale (COM, LPT, lojë...)	autobus USB
Lidhja e çdo pajisjeje në përgjithësi kërkon praninë e kontrolluesit (përshtatësit) të vet 1	Të gjitha pajisjet janë të lidhura përmes një kontrolluesi pritës
Çdo kontrollues merr burimet e veta (hapësirën e memories, hapësirën hyrëse/dalëse dhe kërkesat për ndërprerje)	Vetëm kontrolluesi pritës merr burime
Një numër i vogël i pajisjeve që mund të lidhen me kompjuterin në të njëjtën kohë	Lidhni deri në 127 pajisje
Drejtuesit e pajisjes mund t'i qasen drejtpërsëdrejti kontrollorëve të pajisjes së tyre, pavarësisht nga njëri-tjetri	Drejtuesit e pajisjes aksesojnë vetëm drejtuesin e përbashkët të kontrolluesit të hostit
Pavarësia e drejtuesve rezulton në paparashikueshmërinë e rezultatit të punës së njëkohshme me pajisje të shumta, mungesë garancie për cilësinë e shërbimit (mundësia e vonesave dhe shpejtësia e reduktuar e transmetimit) për pajisje të ndryshme	Shkëmbimi i planifikuar i centralizuar ofron garanci për cilësinë e shërbimit që lejojnë të dhënat multimediale izokrone të transmetohen së bashku me shkëmbimin normal asinkron
Shumëllojshmëri ndërfaqesh, lidhëse dhe kabllosh specifike për çdo lloj pajisjeje	Një ndërfaqe e vetme e përshtatshme dhe e lirë për lidhjen e pajisjeve të të gjitha llojeve. Mundësia për të zgjedhur shpejtësinë e pajisjes (1.5-15-480 Mbit/s) në varësi të nevojës
Mungesa e zbulimit të integruar të lidhjes/shkyçjes dhe identifikimit të pajisjes, vështirësi në mbështetjen e PnP	Mundësia e lidhjes/shkyçjes "hot" të pajisjeve, mbështetje e plotë PnP, konfigurim dinamik
Mungesa e kontrolleve të gabimeve	Mjete të integruara për të siguruar transferim të besueshëm të të dhënave
Mungesa e furnizimit standard me energji elektrike për pajisjet	Aftësia për të fuqizuar pajisjet nga autobusi, si dhe disponueshmëria e mjeteve të menaxhimit të energjisë

1 - Autobusi SCSI ka gjithashtu aftësinë për të lidhur pajisje të shumta me një kontrollues, por ndërfaqja e tij paralele, në krahasim me USB, është shumë e shtrenjtë, e rëndë dhe më e kufizuar në topologji.

Arkitektura USB lejon katër lloje bazë të transferimeve të të dhënave midis hostit dhe pajisjeve periferike:

• transferime izokrone - Transmetimi në kohë reale, duke zënë një pjesë të para-negociuar të gjerësisë së brezit të autobusit me vonesë të garantuar të dorëzimit. Me shpejtësi të plotë (FS), ju mund të organizoni një kanal me një gjerësi brezi deri në 1,023 MB/s (ose dy prej 0,5 MB/s), duke zënë 70% të gjerësisë së brezit të disponueshëm (pjesa tjetër mund të zënë kanale më pak të mëdha) . Me shpejtësi të lartë (HS), mund të merrni një kanal deri në 24 MB/s (192 Mbit/s). Besueshmëria e dorëzimit nuk është e garantuar - nëse zbulohet një gabim, të dhënat izokronike nuk përsëriten dhe paketat e pavlefshme shpërfillen. Autobusi USB ju lejon të organizoni lidhje sinkrone midis pajisjeve dhe programeve të aplikacionit duke përdorur transferime izokrone. Transferimet izokronike nevojiten për pajisjet e transmetimit: kamerat video, pajisjet audio dixhitale (altoparlantët USB, mikrofon), pajisjet e riprodhimit dhe regjistrimit audio dhe video (CD dhe DVD). Autobusi USB është i aftë të transmetojë një transmetim video (pa kompresim) vetëm me shpejtësi të lartë;
• ndërpret — transmetimi i mesazheve spontane, i cili duhet të kryhet me një vonesë jo më të madhe se ajo e kërkuar nga pajisja. Kufiri kohor i shërbimit është vendosur në intervalin 10-255 ms për shpejtësinë e ulët dhe 1-255 ms për shpejtësinë e plotë. Me shpejtësi të lartë mund të porosisni 125 µs. Dorëzimi është i garantuar; në rast të gabimeve të rastësishme të shkëmbimit, kryhet një përsëritje, megjithatë, kjo rrit kohën e shërbimit. Ndërprerjet përdoren, për shembull, kur futni karaktere nga tastiera ose për të transmetuar mesazhe rreth lëvizjeve të miut. Ndërprerjet mund të përdoren gjithashtu për të transmetuar të dhëna në pajisje (sapo pajisja sinjalizon nevojën për të dhëna, hosti i transmeton ato në kohën e duhur). Madhësia e mesazhit mund të jetë 0-8 bajt për shpejtësi të ulët, 0-64 bajte për shpejtësi të plotë dhe 0-1024 bajte për shpejtësi të lartë;
• transferimet me shumicë të të dhënave - këto janë transferta pa asnjë detyrim në lidhje me dorëzimin në kohë dhe shpejtësinë. Transferimet e vargjeve mund të zënë të gjithë gjerësinë e brezit të autobusit që është i lirë nga llojet e tjera të transfertave. Këto ingranazhe kanë përparësinë më të ulët dhe mund të pezullohen kur autobusi është i ngarkuar shumë. Dorëzimi është i garantuar - në rast të një gabimi aksidental, kryhet një përsëritje. Transferimet e grupeve janë të përshtatshme për shkëmbimin e të dhënave me printera, skanerë, pajisje ruajtëse, etj.;
• transfertat e kontrollit përdoren për të konfiguruar pajisjet ndërsa janë të lidhura dhe për të kontrolluar pajisjet gjatë funksionimit. Protokolli siguron shpërndarjen e garantuar të të dhënave dhe konfirmimin nga pajisja për ekzekutimin e suksesshëm të komandës së kontrollit. Transmetimi i kontrollit ju lejon të dërgoni një komandë në pajisje (një kërkesë, ndoshta me të dhëna shtesë) dhe të merrni një përgjigje ndaj saj (konfirmim ose refuzim për të ekzekutuar kërkesën dhe, ndoshta, të dhëna). Vetëm transferimet e kontrollit USB sigurojnë sinkronizimin e kërkesave dhe përgjigjeve; në llojet e tjera të transmetimeve nuk ka sinkronizim të qartë të rrymës hyrëse me rrjedhën dalëse.

Pajisjet USB përfshijnë:

• Pajisjet periferike USB që kryejnë funksione të dobishme (funksionet USB);
• Host Controller, i cili siguron komunikim me autobus me qendrën e kompjuterit, i kombinuar me Root Hub, i cili ofron pika lidhjeje për pajisjet USB. Ekzistojnë dy opsione për kontrolluesit pritës USB 1.x - UHC (Kontrolluesi Universal Host) dhe OHC (Open Host Controller), duke mbështetur shpejtësinë FS/LS; Autobusi USB 2.0 me shpejtësi të lartë (HS dhe vetëm) mbështetet nga EHC (Enhanced Host Controller);
• Hubs USB (USB Hubs), duke siguruar pika shtesë lidhjeje për pajisjet;
• Kabllot USB që lidhin pajisjet me shpërndarës.

Softueri USB përfshin:

• softueri i klientit (CSw, Softueri i klientit) - drejtuesit e pajisjes USB që ofrojnë akses në pajisjet nga softueri i aplikacionit. Këta drejtues komunikojnë me pajisjet vetëm përmes ndërfaqes së softuerit USB Generic Driver (USBD). Drejtuesit e pajisjes USB nuk aksesojnë drejtpërdrejt ndonjë regjistër harduerësh;
• Drejtues USB (USBD, USB Driver), “menaxher” i të gjitha pajisjeve USB të sistemit, numërimi i tyre, konfigurimi, ofrimi i shërbimeve, shpërndarja e brezit të autobusit, furnizimi me energji elektrike, etj.;
• Drejtuesi i kontrolluesit pritës (HCD, Host Controller Driver), i cili konverton kërkesat I/O në struktura të dhënash të vendosura në zonën e komunikimit të RAM-it dhe akseson regjistrat e kontrolluesit pritës. Kontrolluesi pritës kryen transaksione fizike bazuar në këto struktura të dhënash.

Drejtuesit USBD dhe HCD janë pjesë e softuerit pritës USB; Specifikimi USB përshkruan detyrat e tyre, por nuk përshkruan ndërfaqen midis tyre. Një pajisje fizike USB duhet të ketë një ndërfaqe USB që ofron mbështetje të plotë për protokollin USB, kryen operacione standarde (konfigurimin dhe rivendosjen) dhe ofron informacione që përshkruajnë pajisjen. Pajisjet fizike USB mund të jenë pajisje të përbëra: ato përfshijnë disa pajisje funksionale të lidhura me shpërndarësin e brendshëm, dhe gjithashtu ofrojnë pika shtesë të lidhjes së jashtme me qendrën e tyre të brendshme.

Funksionimi i të gjitha pajisjeve të autobusit USB kontrollohet nga kontrolluesi pritës, i cili është një nënsistem harduer dhe softuer i kompjuterit pritës. Kontrolluesi pritës është një pajisje inteligjente e autobusit PCI ose një pjesë integrale e qendrës "jugore" (urës) të motherboard, e cila ndërvepron intensivisht me RAM.

Topologjia fizike e autobusit USB - yll me shumë nivele (shih figurën, a). Pjesa e sipërme e tij është kontrolluesi pritës, i kombinuar me qendrën rrënjësore. Hub-i është një pajisje ndarëse; mund të shërbejë gjithashtu si burim energjie për pajisjet e lidhura me të. Çdo port shpërndarës mund të lidhë drejtpërdrejt një pajisje periferike ose një shpërndarës të ndërmjetëm; autobusi lejon deri në pesë nivele (nivele) të shpërndarësve kaskadë (pa llogaritur rrënjën). Meqenëse pajisjet e kombinuara përmbajnë një qendër brenda tyre, lidhja e tyre me qendrën e nivelit të pestë nuk është më e pranueshme. Çdo shpërndarës i ndërmjetëm ka disa porte në rrjedhën e poshtme për lidhjen e pajisjeve periferike (ose shpërndarësit themelorë) dhe një portë në rrjedhën e sipërme për t'u lidhur me qendrën rrënjësore ose portën e poshtme të një shpërndarësi në rrjedhën e sipërme.

Topologjia logjike USB është yll. Hubs (përfshirë rrënjën) krijojnë iluzionin e një lidhjeje të drejtpërdrejtë të çdo pajisjeje logjike me kontrolluesin pritës (shih figurën më poshtë, b). Në këtë yll, vendosen marrëdhënie thjesht vartëse sipas sistemit të anketimit-përgjigje: kontrolluesi pritës, me iniciativën e tij, transmeton të dhëna në pajisjen e zgjedhur ose i merr ato. Pajisja nuk mund të transmetojë të dhëna me iniciativën e saj; Transferimi i drejtpërdrejtë i të dhënave ndërmjet pajisjeve nuk është i mundur. Pajisja, me iniciativën e saj, mund të sinjalizojë vetëm një "zgjim", për të cilin përdoret sinjalizimi i veçantë, por jo transmetimi i të dhënave.

Ndërfaqja fizike USB është e thjeshtë dhe elegante. Dizajni i kabllove dhe lidhësve USB e bën të pamundur gabimin gjatë lidhjes së pajisjeve (shih figurën më poshtë, a dhe b). Për të njohur lidhësin USB, një emërtim simbolik standard vendoset në trupin e pajisjes (shih figurën më poshtë, c). Foletë e tipit "A" instalohen vetëm në portat e rrjedhës së poshtme të shpërndarësve, prizat e tipit "A" instalohen në kordonët e pajisjeve periferike ose portat e sipërme të shpërndarësve. Prizat dhe prizat e tipit "B" përdoren vetëm për kordonët që janë shkëputur nga pajisjet periferike dhe portat në rrjedhën e sipërme të shpërndarësve (kabllot nga pajisjet "të vogla" - minjtë, tastierat, etj., si rregull, nuk shkëputen). Për pajisjet e vogla ka lidhës mini-B, dhe për mbështetjen OTG (On-the-Go) ka dy priza mini-A dhe priza miniAB. Qendrat dhe pajisjet ofrojnë aftësinë për të "nxehur" kyçjen dhe shkëputjen nga priza me sinjalizimin e këtyre ngjarjeve te hosti.

Kur planifikoni lidhjet, duhet të merrni parasysh mënyrën se si furnizohen pajisjet: pajisjet me energji autobusi zakonisht lidhen me shpërndarës të fuqizuar nga rrjeti. Vetëm pajisjet me fuqi të ulët janë të lidhura me shpërndarës me energji autobusi - për shembull, një maus USB dhe pajisje të tjera treguese (trackball, tablet) janë të lidhura me një tastierë USB që përmban një shpërndarës brenda.

Pajisja logjike USB është një grup pikash fundore të pavarura (Endpoint, EP) me të cilat kontrolluesi pritës (dhe softueri i klientit) shkëmben informacion. Çdo pajisje logjike USB (si funksionet ashtu edhe shpërndarësit) i caktohet nga pjesa e konfigurimit të softuerit pritës adresën e vet (1-127), unike në një autobus të caktuar USB. Çdo pikë përfundimtare e pajisjes logjike identifikohet nga numri i saj (0-15) dhe drejtimi i transmetimit (IN - transmetim në host, OUT - nga hosti). IN4 dhe OUT4, për shembull, janë pika të ndryshme fundore me të cilat mund të komunikojnë edhe modulet e softuerit të klientit. Grupi i pikave fundore ndryshon sipas pajisjes, por çdo pajisje USB duhet të ketë një pikë fundore dydrejtimëshe 0 (EP0) përmes së cilës menaxhohet në përgjithësi. Për qëllime aplikimi, përdoren pikat fundore me numër 1-15 (1-2 për pajisjet me shpejtësi të ulët). Adresa e pajisjes, numri i pikës fundore dhe drejtimi identifikojnë në mënyrë unike marrësin ose burimin e informacionit kur kontrolluesi pritës komunikon me pajisjet USB. Çdo pikë fundore ka një grup karakteristikash që përshkruajnë llojin e transferimit të të dhënave të mbështetur (të dhëna izokronike, vargje, ndërprerje, transferime kontrolli), madhësinë e paketës dhe kërkesat e frekuencës së shërbimit.

Pajisja mund të kryejë disa detyra të ndryshme funksionale: për shembull, një disk CD-ROM mund të luajë CD audio dhe të veprojë si një pajisje për ruajtjen e të dhënave. Për të zgjidhur çdo detyrë, pajisja përcakton një ndërfaqe - një grup pikash fundore të krijuara për të kryer një detyrë të caktuar dhe rregullat për përdorimin e tyre. Kështu, çdo pajisje duhet të sigurojë një ose më shumë ndërfaqe. Pasja e ndërfaqeve të shumta lejon drejtuesit e shumtë, secili që ka akses vetëm në një ndërfaqe të ndryshme (që përfaqëson një pjesë të pajisjes USB), të punojnë me të njëjtën pajisje USB. Çdo ndërfaqe mund të ketë një ose më shumë opsione alternative (cilësimet alternative), nga të cilat vetëm një mund të jetë aktiv në një kohë të caktuar. Opsionet ndryshojnë në grupet (dhe ndoshta karakteristikat) e pikave fundore të përdorura.

Kompleti i ndërfaqeve të mbështetura njëkohësisht përbën konfigurimin e pajisjes. Një pajisje mund të ketë një ose më shumë konfigurime të mundshme, nga të cilat hosti zgjedh një gjatë fazës së konfigurimit, duke e bërë atë aktiv. Konfigurimi i zgjedhur përcakton funksionalitetin e disponueshëm dhe shpesh konsumin e energjisë. Derisa një pajisjeje t'i caktohet një numër i zgjedhur konfigurimi, ajo nuk mund të funksionojë në kuptimin e aplikimit dhe konsumi aktual nga autobusi nuk duhet të kalojë 100 mA. Pritësi zgjedh një konfigurim bazuar në disponueshmërinë e të gjitha burimeve të kërkuara nga ky konfigurim, duke përfshirë konsumin aktual nga autobusi.

Çdo pjesë e softuerit të klientit (zakonisht e përfaqësuar nga një drejtues) komunikon me një ndërfaqe të pajisjes (funksionit) të tij ekskluzivisht dhe në mënyrë të pavarur (shih figurën më poshtë). Lidhjet në këtë figurë përfaqësojnë gypat e komunikimit që vendosen midis drejtuesve të pajisjes dhe pikave të tyre fundore. Kanalet krijohen vetëm me pikat fundore të pajisjes që i përkasin opsioneve të përzgjedhura (nga alternative) të ndërfaqes të konfigurimit aktiv. Nuk ka pika të tjera përfundimtare të disponueshme.

Kërkesat, grupet dhe transaksionet

Për të transmetuar ose marrë të dhëna, softueri i klientit dërgon një paketë të kërkesës hyrëse/dalëse - IRP (Input/Output Request Packet) në kanal dhe pret njoftimin për përfundimin e përpunimit të tij. Formati IRP përcaktohet nga zbatimi i drejtuesit USBD në një OS të veçantë. IRP përmban vetëm informacione rreth kërkesës (vendndodhja e tamponit të transferimit të të dhënave në RAM dhe kohëzgjatja e transferimit); Drejtuesi i pajisjes është abstraktuar nga vetitë e lidhjes specifike aktuale (shpejtësia, madhësia e lejuar e paketës). Drejtuesi USBD përpunon kërkesën në formën e transaksioneve në autobusin USB; nëse është e nevojshme, ajo ndan kërkesat (paketat) e gjata në pjesë të përshtatshme për transmetim në një transaksion të vetëm. Një transaksion në autobusin USB është një sekuencë e shkëmbimeve të paketave midis hostit dhe PU-së, gjatë së cilës një paketë e të dhënave mund të transmetohet ose merret (transaksionet janë të mundshme në të cilat nuk transmetohen të dhëna). Përpunimi i një kërkese konsiderohet i përfunduar kur të gjitha transaksionet e lidhura me të përfundojnë me sukses. "Vështirësitë e përkohshme" të hasura gjatë ekzekutimit të tyre (pagatishmëria për shkëmbimin e të dhënave) nuk vihen në vëmendje të drejtuesit të klientit - ai mund të presë vetëm që shkëmbimet të përfundojnë (ose të mbarojnë). Megjithatë, pajisja mund të sinjalizojë gabime serioze (me një përgjigje STALL), gjë që shkakton ndërprerjen e kërkesës dhe i njoftohet drejtuesit të klientit. Në këtë rast, të gjitha kërkesat e mëpasshme për këtë kanal gjithashtu hidhen poshtë. Rifillimi i punës me këtë kanal është i mundur vetëm pas një njoftimi të qartë të përpunimit të një situate gabimi, të cilën drejtuesi i pajisjes bën duke përdorur një kërkesë të veçantë (gjithashtu një thirrje USBD).

Pyetjet e gjata ndahen në transaksione për të përdorur madhësinë maksimale të grupit. Grupi i fundit i mbetjes mund të jetë më i shkurtër se madhësia maksimale. Kontrolluesi pritës ka një mjet për të zbuluar kur një pajisje merr një paketë "me të meta" që është më e vogël se sa pritej. Kërkesa IRP specifikon nëse duhet t'i përgjigjet kësaj ngjarjeje në një mënyrë specifike. Një reagim i veçantë mund të jetë i dyfishtë:

• trajtojeni paketën e shkurtër si një kufizues që tregon fundin e bllokut të të dhënave. Në këtë rast, ky IRP përfundon normalisht dhe kërkesat e mëposhtme për këtë kanal ekzekutohen;
• konsideroni një paketë të shkurtër si një shenjë gabimi, i cili shkakton ndalimin e kanalit (të gjitha kërkesat e tij të mëvonshme në pritje rivendosen).

Kur transferoni vargje, përdorimi i paketave të shkurtuara si ndarës është më i natyrshëm. Kështu, për shembull, në një nga opsionet e protokollit për pajisjet e ruajtjes së të dhënave, paketat e shkurtuara me gjatësi të njohur përdoren si paketa kontrolli.

Kanalet e komunikimit USB ndahen në dy lloje:

• tub rrjedhës jep të dhëna nga njëri skaj i kanalit në tjetrin, ai është gjithmonë i njëanshëm. I njëjti numër i pikës fundore mund të përdoret për dy kanale të ndryshme transmetimi, hyrje dhe dalje. Transferimet e të dhënave në kanale të ndryshme transmetimi nuk sinkronizohen me njëri-tjetrin. Kjo do të thotë që kërkesat e shoferit të klientit për kanale të ndryshme të vendosura në një renditje specifike në lidhje me njëri-tjetrin mund të ekzekutohen në një mënyrë të ndryshme. Kërkesat për një kanal do të ekzekutohen në mënyrë rigoroze sipas renditjes së tyre; Nëse ndodh një gabim serioz gjatë ekzekutimit të ndonjë kërkese (pajisja e raporton këtë me një përgjigje STALL), filli ndalon. Një thread mund të zbatojë transferime vargjesh, transferime izokrone dhe ndërprerje. Transmetimet bartin të dhëna në një format arbitrar të përcaktuar nga prodhuesi i pajisjes (por jo nga specifikimi USB). Rrjedhat zakonisht përdorin transaksione ku gjatësia e fushës së të dhënave përputhet me madhësinë maksimale të lejuar nga pika e saj përfundimtare. Nëse është e nevojshme të ndahet një rrjedhë në blloqe logjike të të dhënave, atëherë kjo mund të bëhet duke përdorur paketa të shkurtuara si shenjë e përfundimit të një blloku. Nëse rezulton se blloku përshtatet në një numër të plotë paketash të madhësisë maksimale, paketat me një gjatësi të fushës së të dhënave zero mund të përdoren si kufizues;
• tub mesazhi ) është me dy drejtime. Transmetimet e mesazheve në drejtime të kundërta janë të sinkronizuara me njëra-tjetrën dhe të renditura rreptësisht. Pala e kundërt duhet t'i përgjigjet çdo mesazhi me konfirmimin e marrjes dhe përpunimit të tij. Mesazhi tjetër nuk mund të dërgohet përpara se të përpunohet ai i mëparshmi, por kur trajtoni gabimet, është e mundur të rivendosni mesazhet e patrajtuara. Formatet e mesazheve përcaktohen nga specifikimi USB: ka një grup mesazhesh standarde (kërkesa dhe përgjigje) dhe identifikues të rezervuar të mesazheve, formati i të cilave përcaktohet nga zhvilluesi i pajisjes ose ndërfaqes.

Kanalet kanë karakteristika të lidhura me pikën përfundimtare (gjerësia e brezit, lloji i shërbimit, madhësia e buferit, etj.). Kanalet krijohen kur konfiguroni pajisjet USB. Gjerësia e brezit të autobusit ndahet midis të gjitha kanaleve të instaluara. Gjerësia e brezit të alokuar i caktohet një kanali dhe nëse krijimi i një kanali të ri kërkon një gjerësi brezi që nuk përshtatet me alokimin ekzistues, kërkesa për ndarjen e kanalit refuzohet.

Kanalet gjithashtu ndryshojnë në qëllim:

• kanali kryesor i mesazhit (Tubacioni i parazgjedhur, i njohur gjithashtu si tubacioni i kontrollit 0) , në pronësi të USBD, përdoret për të hyrë në informacionin e konfigurimit të të gjitha pajisjeve. Ky kanal është krijuar me një pikë fundore zero, EP0 (pika e fundit zero), e cila për të gjitha pajisjet mbështet gjithmonë vetëm transferimet e kontrollit;
• Tubat e klientit , pronarët e të cilit janë drejtuesit e pajisjeve. Këto kanale mund të bartin si transmetime ashtu edhe mesazhe; ata mbështesin çdo lloj transferimi USB (izokron, ndërprerje, grup dhe kontroll).

Ndërfaqja e pajisjes me të cilën punon drejtuesi i klientit është një grup kanalesh të klientit (pako e tubit). Për këto kanale, drejtuesit e pajisjes janë të vetmet burime dhe konsumatorë të të dhënave të transmetuara.

Pronari i kanaleve kryesore të mesazheve të të gjitha pajisjeve është drejtuesi USB (USBD); Këto kanale përmbajnë informacione për konfigurimin, kontrollin dhe statusin. Kanali kryesor i mesazheve mund të përdoret gjithashtu nga drejtuesi i klientit për kontrollin aktual dhe leximin e statusit të pajisjes, por indirekt përmes USBD. Për shembull, mesazhet e transmetuara përmes kanalit kryesor përdoren nga drejtuesi i printerit USB për të vëzhguar statusin aktual (tre shenja transmetohen në formatin e regjistrit të statusit të portës LPT: Gabim I/O, printeri i zgjedhur, pa letër).

Pritësi organizon shkëmbime me pajisjet sipas planit të tij të shpërndarjes së burimeve. Për ta bërë këtë, kontrolluesi pritës në mënyrë ciklike me një periudhë prej 1 ms gjeneron korniza në të cilat përshtaten të gjitha transaksionet e planifikuara (shih figurën më poshtë). Çdo kornizë fillon me dërgimin e një pakete shënuesi SOF (Start Of Frame), e cila është një sinjal sinkronizimi për pajisjet izokrone, si dhe për shpërndarësit. Kornizat numërohen në mënyrë sekuenciale; shënuesi SOF përmban 11 bitet më pak të rëndësishme të numrit të kornizës. Në modalitetin HS, çdo kornizë ndahet në 8 mikrokorniza dhe paketat SOF transmetohen në fillim të çdo mikrokornize (me një periudhë prej 125 µs). Për më tepër, në të tetë mikrokornizat SOF ka të njëjtin numër kornizë; vlera e numrit të kornizës së re transmetohet në mikrokornizë zero. Mund të kryhen disa transaksione në çdo mikrokornizë, numri i lejuar varet nga shpejtësia, gjatësia e fushës së të dhënave të secilit prej tyre, si dhe nga vonesat e futura nga kabllot, shpërndarësit dhe pajisjet. Të gjitha transaksionet kornizë duhet të përfundojnë përpara fillimit të intervalit kohor EOF (Fundi i Kornizës). Periudha (frekuenca) e gjenerimit të mikrokornizës mund të ndryshohet paksa duke përdorur një regjistër të veçantë në kontrolluesin pritës, i cili lejon që frekuenca të rregullohet për transmetimet izokronike.

Inkuadrimi përdoret gjithashtu për të siguruar mbijetesën e autobusit. Në fund të çdo mikrokornizë, ndahet një interval kohor EOF (Fund Of Frame), gjatë të cilit shpërndarësit ndalojnë transmetimin drejt kontrolluesit. Nëse shpërndarësi zbulon se të dhënat po transmetohen nga ndonjë port në këtë moment (në host), kjo portë çaktivizohet, duke izoluar pajisjen "chatty", e cila raportohet nga USBD.

Numëruesi i mikrokornizës në kontrolluesin pritës përdoret si një burim indeksimi kur hyni në tabelën e përshkruesit të kornizës. Në mënyrë tipike, drejtuesi i USB-së ndërton një tabelë përshkruesi për 1024 korniza të njëpasnjëshme1, të cilës i qaset në mënyrë ciklike. Duke përdorur këta përshkrues, hosti planifikon ngarkimin e kornizave në mënyrë që, përveç transaksioneve dhe ndërprerjeve të planifikuara izokrone, të ketë gjithmonë hapësirë ​​për transaksione kontrolli në to. Koha e lirë e kornizës mund të mbushet me transferime të grupeve. Specifikimi USB lejon që transaksionet periodike (izokrone dhe ndërprerje) të zënë deri në 90% të gjerësisë së brezit të autobusit, domethënë kohën në çdo mikrokornizë.

USB mundëson shkëmbimin e të dhënave midis kompjuterit pritës dhe një sërë pajisjesh periferike (PU). Sipas specifikimeve USB, pajisjet mund të jenë shpërndarës, funksione ose një kombinim i të dyjave. Një pajisje shpërndarëse ofron vetëm pika shtesë për lidhjen e pajisjeve me autobusin. Një pajisje me funksion USB ofron funksione shtesë për sistemin, si një lidhje ISDN, një levë dixhitale, altoparlantë me një ndërfaqe dixhitale, etj. Një pajisje e përbërë që përmban disa funksione përfaqësohet si një qendër me disa pajisje të lidhura me të. Pajisja USB duhet të ketë një ndërfaqe USB që ofron mbështetje të plotë për protokollin USB, kryen operacione standarde (konfigurimin dhe rivendosjen) dhe ofron informacione që përshkruajnë pajisjen. Funksionimi i të gjithë sistemit USB kontrollohet nga kontrolluesi pritës, i cili është një nënsistem harduer dhe softuer i kompjuterit pritës. Autobusi lejon që pajisjet të lidhen, konfigurohen, përdoren dhe shkëputen ndërsa hosti dhe vetë pajisjet janë në punë. Autobusi USB është i përqendruar te hosti: e vetmja pajisje kryesore që kontrollon shkëmbimin është kompjuteri pritës dhe të gjitha pajisjet periferike të lidhura me të janë ekskluzivisht pajisje skllav. Topologjia fizike e autobusit USB është një yll me shumë nivele. Pjesa e sipërme e tij është kontrolluesi pritës, i kombinuar me një qendër rrënjë, zakonisht me dy porta. Hub-i është një pajisje ndarëse; mund të shërbejë gjithashtu si burim energjie për pajisjet e lidhura me të. Çdo port shpërndarës mund të lidhë drejtpërdrejt një pajisje periferike ose një shpërndarës të ndërmjetëm; Autobusi lejon deri në 5 nivele të shpërndarësve kaskadë (pa llogaritur rrënjën). Meqenëse pajisjet e kombinuara përmbajnë një qendër brenda vetes, lidhja e tyre me qendrën e nivelit të 6-të nuk është më e pranueshme. Çdo shpërndarës i ndërmjetëm ka disa porte në rrjedhën e poshtme për lidhjen e pajisjeve periferike (ose shpërndarësit themelorë) dhe një portë në rrjedhën e sipërme për t'u lidhur me qendrën rrënjësore ose portën e poshtme të një shpërndarësi në rrjedhën e sipërme. Topologjia logjike USB është thjesht një yll: për kontrolluesin pritës, shpërndarësit krijojnë iluzionin e një lidhjeje të drejtpërdrejtë me secilën pajisje. Ndryshe nga autobusët e zgjerimit (ISA, PCI, PC Card), ku programi ndërvepron me pajisjet duke hyrë në adresat fizike të qelizave të memories, portat I/O, ndërprerjet dhe kanalet DMA, ndërveprimi i aplikacionit me pajisjet USB kryhet vetëm përmes një ndërfaqe softuerike. Kjo ndërfaqe, e cila siguron pavarësinë e pajisjes, sigurohet nga softueri i sistemit të kontrolluesit USB.

Ndryshe nga kabllot e mëdha të shtrenjta të autobusëve paralelë AT A dhe veçanërisht autobusi SCSI me shumëllojshmërinë e lidhësve dhe kompleksitetin e rregullave të lidhjes, menaxhimi i kabllove USB është i thjeshtë dhe elegant. Kablloja USB përmban një çift të përdredhur të mbrojtur me një rezistencë prej 90 Ohm për qarqet sinjalizuese dhe një të pambrojtur për furnizimin me energji elektrike (+5 V), gjatësia e lejuar e segmentit është deri në 5 m. Për shpejtësi të ulët, një kabllo e pambrojtur e pambrojtur deri në Mund të përdoret 3 m i gjatë (është më i lirë). Sistemi i kabllove dhe lidhësve USB e bën të pamundur gabimin gjatë lidhjes së pajisjeve (Fig. 13.1, a dhe b). Për të njohur lidhësin USB, në trupin e pajisjes vendoset një emërtim simbolik standard (Fig. 13.1, c). Prizat e tipit "A" instalohen vetëm në portat e rrjedhës së poshtme të shpërndarësve, prizat e tipit "A" instalohen në kordonët e pajisjeve periferike ose portat e sipërme të shpërndarësve. Prizat dhe prizat e tipit "B" përdoren vetëm për kordonët që janë shkëputur nga pajisjet periferike dhe portat në rrjedhën e sipërme të shpërndarësve (kabllot nga pajisjet "të vogla" - minjtë, tastierat, etj., si rregull, nuk shkëputen). Përveç lidhësve standardë të paraqitur në figurën 19, përdoren gjithashtu versione në miniaturë (Figura 20, c, d, e). Qendrat dhe pajisjet ofrojnë aftësi të prizës dhe prizës së nxehtë. Për këtë qëllim, lidhësit sigurojnë lidhje më të hershme dhe shkëputje të mëvonshme të qarqeve të energjisë në lidhje me qarqet e sinjalit; përveç kësaj, sigurohet një protokoll sinjalizimi për lidhjen dhe shkëputjen e pajisjeve. Caktimi i pineve të lidhësve USB janë dhënë në tabelë. 9, numri i kontakteve është treguar në Fig. 20. Të gjitha kabllot USB janë "të drejta" - ato lidhin qarqet lidhëse me të njëjtin emër.

Oriz. 19. Lidhëset USB: a - priza e tipit "A", b - priza e tipit "B", c - përcaktimi simbolik

Oriz. 20. Prizat USB: a - tip "A", b - tip "B" standard, c, d, e - tip miniaturë "B"

Tabela 9. Caktimi i kunjave të lidhësit USB

Autobusi përdor një metodë diferenciale për transmetimin e sinjaleve D+ dhe D- mbi dy tela. Shpejtësia e një pajisjeje të lidhur me një port specifik përcaktohet nga shpërndarësi bazuar në nivelet e sinjalit në linjat D+ dhe D-, të anuar nga rezistorët e ngarkesës së marrësve: pajisjet me një shpejtësi të ulët "tërheqin" linjën D- në një nivel të lartë, dhe me një shpejtësi të plotë, D+. Lidhja e pajisjes HS përcaktohet në fazën e shkëmbimit të informacionit të konfigurimit - fizikisht, për herë të parë, pajisja HS duhet të lidhet si FS. Transmetimi me dy tela në USB nuk kufizohet në sinjale diferenciale. Përveç marrësit diferencial, çdo pajisje ka marrës të linjës për sinjalet D+ dhe D-, dhe transmetuesit e këtyre linjave kontrollohen individualisht. Kjo bën të mundur dallimin midis më shumë se dy gjendjeve të linjës që përdoren për të krijuar një ndërfaqe harduerike.

Futja e shpejtësisë së lartë (480 Mbit/s - vetëm 2 herë më e ngadaltë se Gigabit Ethernet) kërkon koordinim të kujdesshëm të marrësve dhe linjës së komunikimit. Vetëm kablloja e palëve të përdredhura të mbrojtura për linjat e sinjalit mund të funksionojë me këtë shpejtësi. Për shpejtësi të lartë, pajisjet USB duhet të kenë transmetues të veçantë shtesë. Ndryshe nga kondicionerët e mundshëm për modalitetet FS dhe LS, transmetuesit HS janë burime aktuale që mbështeten në praninë e rezistorëve të terminatorëve në të dy linjat e sinjalit.

Shpejtësia e zhurmës (LS, FS ose HS) zgjidhet nga projektuesi i pajisjes periferike sipas nevojave të asaj pajisjeje. Zbatimi i shpejtësive të ulëta për pajisjen është disi më i lirë (transmetuesit janë më të thjeshtë dhe kablloja për LS mund të jetë një palë e pambrojtur e pa përdredhur). Nëse në pajisjet "e vjetra" USB mundeni, pa hezitim, të lidheni me çdo port të lirë të çdo shpërndarësi, atëherë në USB 2.0, në prani të pajisjeve dhe shpërndarësve të versioneve të ndryshme, u bë e mundur të zgjidhni midis optimale, jo optimale dhe konfigurime jofunksionale.

Për të mbështetur shpejtësitë FS dhe LS kërkohen shpërndarës USB 1.1; shpejtësia e një pajisjeje të lidhur me shpërndarësin përcaktohet automatikisht nga diferenca potenciale e linjave të sinjalit. Gjatë transmetimit të paketave, shpërndarësit USB 1.1 janë thjesht përsëritës që ofrojnë komunikim transparent midis pajisjes periferike dhe kontrolluesit. Transferimet me shpejtësi të ulët janë mjaft të kota të gjerësisë së brezit potencial të autobusit: në kohën kur ato zënë autobusin, një pajisje me shpejtësi të lartë mund të transferojë 8 herë më shumë të dhëna. Por për të thjeshtuar dhe ulur koston e të gjithë sistemit, u bënë këto sakrifica dhe shpërndarja e gjerësisë së brezit ndërmjet pajisjeve të ndryshme monitorohet nga planifikuesi i transaksioneve të kontrolluesit pritës.

Në specifikimin 2.0, shpejtësia prej 480 Mbit/s duhet të jetë e përputhshme me ato të mëparshmet, por me një raport të tillë shpejtësish, shkëmbimet me FS dhe LS do të "hanë" gjerësinë e brezit të mundshëm të autobusit pa asnjë "kënaqësi" (për përdoruesin ). Për të parandaluar që kjo të ndodhë, shpërndarësit USB 2.0 marrin karakteristikat e ndërprerësve të paketave. Nëse një pajisje me shpejtësi të lartë (ose një shpërndarës i ngjashëm) është i lidhur me portin e një shpërndarësi të tillë, atëherë shpërndarësi funksionon në modalitetin përsëritës dhe një transaksion me një pajisje në HS zë të gjithë kanalin tek kontrolluesi pritës për të gjithë. kohëzgjatja e ekzekutimit të tij. Nëse një pajisje ose shpërndarës 1.1 është i lidhur me portin e një shpërndarësi USB 2.0, atëherë paketa udhëton përgjatë një pjese të kanalit te kontrolluesi me shpejtësinë HS, ruhet në buferin e shpërndarësit dhe shkon në pajisjen ose shpërndarësin e vjetër në të. Shpejtësia "vendase" FS ose LS. Në të njëjtën kohë, funksionet e kontrolluesit dhe shpërndarësit 2.0 (përfshirë rrënjën) bëhen më të ndërlikuara, pasi transaksionet në FS dhe LS janë të ndara dhe transferimet me shpejtësi të lartë ndahen midis pjesëve të tyre. Të gjitha këto hollësi janë të fshehura nga pajisjet dhe qendrat më të vjetra (1.1), gjë që siguron përputhshmëri të prapambetur. Është mjaft e qartë se një pajisje USB 2.0 do të jetë në gjendje të arrijë shpejtësi të lartë vetëm nëse përgjatë rrugës nga ajo në kontrolluesin pritës (gjithashtu 2.0) ka vetëm 2.0 shpërndarës. Nëse ky rregull shkelet dhe ekziston një qendër e vjetër midis tij dhe kontrolluesit 2.0, atëherë komunikimi mund të vendoset vetëm në modalitetin FS. Nëse pajisja dhe softueri i klientit janë të kënaqur me këtë shpejtësi (për shembull, për një printer dhe skaner kjo do të rezultojë në më shumë kohë pritjeje për përdoruesin), atëherë pajisja e lidhur do të funksionojë, por një mesazh për një konfigurim jo optimal lidhjeje do te shfaqet. Nëse është e mundur, ai (konfigurimi) duhet të korrigjohet, pasi ndërrimi i kabllove USB mund të bëhet menjëherë. Pajisjet dhe programet kompjuterike që janë kritike për gjerësinë e brezit të autobusit do të refuzojnë të punojnë në konfigurimin e gabuar dhe do të kërkojnë absolutisht ndërrim. Nëse kontrolluesi pritës është i vjetër, atëherë të gjitha përfitimet e USB 2.0 nuk do të jenë të disponueshme për përdoruesin. Në këtë rast, do t'ju duhet të ndryshoni kontrolluesin pritës (ndryshoni motherboard ose blini një kartë kontrolluesi PCI). Kontrolluesi dhe shpërndarësit USB 2.0 ju lejojnë të rrisni gjerësinë totale të brezit të autobusit për pajisjet më të vjetra. Nëse pajisjet FS janë të lidhura me porte të ndryshme të shpërndarësve USB 2.0 (përfshirë atë rrënjësor), atëherë xhiroja totale e autobusit USB për to do të rritet në krahasim me 12 Mbit/s aq herë sa numri i portave të shpërndarësve me shpejtësi të lartë të përdorura. .

Hub-i është një element kyç i sistemit PnP në arkitekturën USB. Qendra kryen shumë funksione:

• siguron lidhjen fizike të pajisjeve,

formësimin dhe perceptimin

• sinjale sipas specifikimit të autobusit në

secili nga portet e tij;

• kontrollon furnizimin e tensionit të furnizimit në

portet në rrjedhën e poshtme, dhe është e mundur të vendoset një kufi në rrymën e konsumuar nga çdo port;

• monitoron statusin e pajisjeve të lidhura me të,

njoftimi i hostit për ndryshimet;

• zbulon gabimet në autobus, kryen procedurat

rikthen dhe izolon segmentet e autobusëve me defekt;

• siguron komunikim ndërmjet segmenteve të autobusëve që operojnë

shpejtësi të ndryshme.

Hub monitoron sinjalet e gjeneruara nga pajisjet. Një pajisje me defekt mund të "heshtet" (të humbasë aktivitetin) në kohën e gabuar ose, anasjelltas, të "mërmërisë" diçka (lëmoshë). Këto situata monitorohen nga qendra më e afërt me pajisjen dhe ndalon transmetimet në rrjedhën e sipërme nga një pajisje e tillë jo më vonë se në kufirin (mikro) të kornizës. Falë vigjilencës së shpërndarësve, këto situata do të parandalojnë që një pajisje me defekt të bllokojë të gjithë autobusin.

Secila prej porteve të rrjedhës së poshtme mund të aktivizohet ose çaktivizohet dhe të konfigurohet për shpejtësi të lartë, të plotë ose të kufizuar. Hub-et mund të kenë dritat e statusit të portit në rrjedhën e poshtme, të kontrolluara automatikisht (nga logjika e shpërndarësit) ose softuer (nga kontrolluesi pritës). Treguesi mund të jetë një palë LED - jeshile dhe e verdhë (qelibar) ose një LED me ndryshim të ngjyrës. Statusi i portit përfaqësohet si më poshtë:

• nuk ndizet - porti nuk është në përdorim;
• jeshile - funksionimi normal;
• e verdhë - gabim;
• ndezje e gjelbër - programi kërkon vëmendje

përdoruesi (vëmendja e softuerit);

• ndezje e verdhë - pajisjet kërkojnë vëmendje

përdoruesi (vëmendja e harduerit).

Porti në rrjedhën e sipërme të shpërndarësit është konfiguruar dhe paraqitet nga jashtë si me shpejtësi të plotë ose me shpejtësi të lartë (vetëm USB 2.0). Kur lidhet, porti i shpërndarësit USB 2.0 siguron përfundimin sipas skemës FS; ai kalon në modalitetin HS vetëm me një komandë nga kontrolluesi.

Në Fig. 13.3 tregon një opsion për lidhjen e pajisjeve dhe shpërndarësve, ku pajisja USB 2.0 me shpejtësi të lartë është vetëm një kamerë televizive që transmeton një transmetim video pa kompresim. Lidhja e një printeri dhe skaneri USB 1.1 me porte të veçanta të shpërndarësit 2.0, madje edhe shkëputja e tyre nga pajisjet audio, i lejon ata të përdorin një gjerësi brezi autobusi prej 12 Mbit/s secila. Kështu, nga një gjerësi bande totale prej 480 Mbit/s, 3x12=36 Mbit/s u ndahet pajisjeve “të vjetra” (USB 1.0). Në fakt, mund të flasim për një brez 48 Mbit/s, pasi tastiera dhe miu janë të lidhur me një port të veçantë të kontrolluesit pritës USB 2.0, por këto pajisje do të "zotërojnë" vetëm një pjesë të vogël të 12 Mbit/s të alokuar. atyre. Sigurisht, ju mund të lidhni një tastierë dhe miun në portin e një shpërndarësi të jashtëm, por nga pikëpamja e rritjes së besueshmërisë, është më mirë të lidhni pajisjet e hyrjes së sistemit në mënyrën më të shkurtër të mundshme (për sa i përket numrit të kabllove, lidhësit dhe pajisjet e ndërmjetme). Një konfigurim i pasuksesshëm do të ishte lidhja e një printeri (skaneri) me një shpërndarës USB 1.1 - kur punoni me pajisje audio (nëse janë me cilësi të lartë), shpejtësia e printimit (skanimit) do të bjerë. Një konfigurim i papërdorshëm do të ishte lidhja e kamerës me një portë shpërndarëse USB 1.1.

Kur planifikoni lidhjet, duhet të merrni parasysh mënyrën se si furnizohen pajisjet: pajisjet me energji autobusi zakonisht lidhen me shpërndarës të fuqizuar nga rrjeti. Vetëm pajisjet me fuqi të ulët janë të lidhura me shpërndarës me energji autobusi - për shembull, një maus USB dhe pajisje të tjera treguese (trackball, tablet) janë të lidhura me një tastierë USB që përmban një shpërndarës brenda.

Menaxhimi i energjisë është një veçori shumë e avancuar e USB-së. Për pajisjet me energji autobusi, fuqia është e kufizuar. Kur lidhet, asnjë pajisje nuk duhet të konsumojë një rrymë që tejkalon 100 mA nga autobusi. Rryma e funksionimit (jo më shumë se 500 mA) tregohet në konfigurim. Nëse shpërndarësi nuk mund ta furnizojë pajisjen me rrymën e deklaruar, ajo nuk është e konfiguruar dhe për këtë arsye nuk mund të përdoret.

Pajisja USB duhet të mbështesë modalitetin e pezulluar, në të cilin konsumi aktual i saj nuk i kalon 500 µA. Pajisja duhet të pezullohet automatikisht kur aktiviteti i autobusit pushon.

Oriz. 21. Shembull i konfigurimit të lidhjes

Aftësia e zgjimit në distancë lejon që një pajisje e pezulluar të sinjalizojë kompjuterin pritës, i cili gjithashtu mund të jetë në gjendje të pezulluar. Veçoria e zgjimit në distancë përshkruhet në konfigurimin e pajisjes. Ky funksion mund të çaktivizohet gjatë konfigurimit.