USB

Evrensel Seri Veri Yolu'nun ilk sürümü 1995 yılında oluşturulmuştur. Bu yeni teknoloji anında başarıya ulaştı. USB'nin piyasaya sürülmesinden bu yana, elektronik cihazlar üreten insanlar bunun gelecekte nasıl kullanılabileceğini düşündüler. Bugün USB, bir bilgisayarı ya da dizüstü bilgisayarlar ve MP3 çalarlar gibi diğer cihazları çevre cihazlarına bağlamaktadır.

Otobüs, bilgi teknolojileri sektörünün liderlerini temsil eden yedi şirket tarafından tanıtıldı: Compaq, IBM, Intel, Microsoft, NEC, Northern Telecom ve Digital Equipment Corporation (DEC).

Birkaç yıl önce, USB'yi benimseyenler ve geliştirenler cihazlarını test etmek için Kaliforniya'da özel bir otelde Plugfest adlı bir toplantı düzenledi. Uyumak ve test etmek için odalar içeren bir otel seçtiler. Toplantı üç gün sürdü. Toplantı sırasında yaklaşık 50 şirketin temsilcileri USB cihazlarını genel bir ana sisteme bağladılar.

USB cihazının logosunun da kendi geçmişi vardır. USB logosu birkaç ay boyunca geliştirme aşamasındaydı.

• 1994 - Yedi şirket USB'nin geliştirilmesine başlamak için bir araya geldi.
• 1995 - 340 şirket USB Uygulama Forumu'nu oluşturdu.
• 1996 - Dünya çapında beş yüzden fazla USB ürünü geliştirilmeye başlandı.
• 1997 - USB Uygulama Forumu 60 şirketle daha zenginleşti.
• 1998 - USB, elektronik pazarındaki en popüler teknoloji haline geldi.
• 2000 - USB 2.0'ın piyasaya sürülmesi. Bugün en yaygın kullanılan USB cihazını temsil etmektedir.
• 2005 - USB kablosuz hale geldi.
• 2008 - USB 3.0 tanıtıldı. USB 2.0'dan 10 kat daha hızlıdır.
• 2013 - USB 3.1 tanıtıldı. USB 3.0'dan yaklaşık iki kat daha hızlıdır.
• 2015 - USB Type-C tanıtıldı. Tersine çevrilebilir bir konektördür, yani her iki şekilde de takabilirsiniz.

Şu anda beş farklı USB standardı kullanılmaktadır: USB 1.0, USB 1.1, USB 2.0, USB 3.0 ve USB 3.1. USB 3.1 2016 yılında piyasaya sürülmüştür ve 3.0'ın hızını iki katına çıkarmıştır. İsteğe bağlı olarak USB Type-C adı verilen ve tersine çevrilebilen (yani her iki şekilde de takabileceğiniz) farklı bir konektör kullanır. USB 1.0 artık nadiren kullanılmaktadır.

USB beş farklı aktarım hızı sunar: Saniyede 1,5 MBit (düşük hız olarak adlandırılır), saniyede 12 MBit (Tam Hız), 480 MBit/saniye (Yüksek Hız), saniyede 5Gbit (süper hız olarak adlandırılır) ve 10 Gbit/s ("süper hız+"). Yüksek hız yalnızca USB 2.0 ve sonraki sürümlerde mevcuttur ve Süper hız yalnızca USB 3.0'da mevcuttur. Bu hızlar ham bit hızlarıdır (saniyede Milyon bit olarak). Protokol ek yükü nedeniyle gerçek veri hızı genellikle daha düşüktür.

Yüksek hızlı aktarım hızını kullanmak için USB denetleyicisinin ve bağlı cihazın her ikisinin de bunu desteklemesi gerekir. USB geriye doğru uyumludur. Daha hızlı ve daha yavaş USB aygıtları ve denetleyicileri birbirine bağlanabilir, ancak daha yavaş hızda çalışırlar.

Günümüzde satılan hemen hemen tüm bilgisayarlarda USB bağlantı noktaları vardır ve bunların çoğu USB 2.0 veya üstünü destekler. Yine de sahip oldukları bağlantı noktası sayısı genellikle sınırlıdır. İki ile altı arasında bağlantı noktası yaygındır. USB, daha fazla USB bağlantı noktası eklemek için USB hub'larının bağlanmasına izin verir.

Hub'ların kendileri de USB standartlarından biriyle uyumludur. Bir USB 1.1 hub'ına bağlanan cihazlar yalnızca USB 1.1 hızları kadar hızlı çalışır. Daha sonraki bir denetleyiciye bağlanan cihazlar farklı standartlar kullanabilir.

USB kullanımı kolay olacak şekilde tasarlanmıştır. Mühendisler USB konektörlerini tasarlamadan önce diğer konektörlerden öğrendiler. 3 adet konektör bulunmaktadır.

• Tip A, genellikle kablonun bilgisayar ucunda kullanılır
• Micro-A (nadir)
• B tipi, çevresel uçta, yazıcılar dışında nadir
• Micro-B, çevresel uçta, çoğu akıllı telefon için
• C tipi, her iki uçta. 2017 itibariyle, birçok yeni bilgisayar, telefon ve çevre birimi bunu kullanmaktadır.

Kullanılabilirlik

• Bir USB A veya B konektörünü yanlış şekilde takmak mümkün değildir. Baş aşağı takılamazlar ve doğru takıldıkları bakışlarından ve kinestetik hislerinden anlaşılır. Ancak bazen kullanıcı konektörün nasıl takıldığını anlamaz ya da göremez, bu nedenle her iki yolu da denemek gerekebilir.
• C Tipi USB konektörleri her iki şekilde de takılabilir. Konektörün hangi şekilde takıldığı önemli değildir.
• Takmak veya çıkarmak için çok sert itmeye veya çekmeye gerek yoktur. Bu şartnamede vardı. USB kabloları ve küçük USB aygıtları prizden gelen kavrama kuvveti ile yerinde tutulur. USB'nin vidalara, klipslere veya diğer bağlantı elemanlarına ihtiyacı yoktur. Bir bağlantıyı yapmak veya kesmek için gereken kuvvet küçüktür. Bu, bağlantıların garip pozisyonlarda veya motor engeli olan kişiler tarafından yapılmasına olanak tanır.
• Tip C'nin ortaya çıkmasından önce, konektörler bir USB ağının yönlendirilmiş topolojisini zorunlu kılıyordu. USB döngüsel ağları desteklemez, bu nedenle uyumsuz USB cihazlarının konektörleri de uyumsuzdur. Diğer iletişim sistemlerinin aksine (örneğin RJ-45 kabloları), USB-On-The-Go (OTG) ortaya çıkmadan önce cinsiyet değiştiriciler neredeyse hiç kullanılmıyordu, bu da döngüsel bir USB ağı oluşturmayı zorlaştırıyordu.

Dayanıklılık

• Konektörler sağlam olacak şekilde tasarlanmıştır. İlk konnektör tasarımları, nazik davranılsa bile kolayca bükülebilen veya kırılabilen pimler veya diğer hassas bileşenlerle kırılgandı. USB konektöründeki elektrik kontakları plastik bir dil ile korunmaktadır. Tüm bağlantı tertibatı genellikle metal bir kılıfla daha da korunur. Sonuç olarak, USB konektörleri küçük bir çocuk tarafından bile güvenle kullanılabilir, takılabilir ve çıkarılabilir.
• Konektör yapısı her zaman fiş üzerindeki dış kılıfın, içindeki dört konektör bağlanmadan önce prizdeki karşılığı ile temas etmesini sağlar. Bu kılıf tipik olarak sistem toprağına bağlanır ve aksi takdirde zarar verebilecek statik yüklerin bu yolla (hassas elektronik bileşenler yerine) güvenli bir şekilde boşaltılmasını sağlar. Bu muhafaza yöntemi aynı zamanda USB sinyalinin eşleşmiş konnektör çifti boyunca ilerlerken elektromanyetik girişime karşı (orta derecede) bir koruma sağladığı anlamına gelir (bu, aksi takdirde bükülmüş veri çiftinin paralel olarak bir mesafe kat etmesi gereken tek konumdur). Ayrıca, güç ve ortak bağlantılar sistem toprağından sonra ancak veri bağlantılarından önce yapılır. Bu tür aşamalı yap-boz zamanlaması güvenli çalışırken değiştirmeye olanak sağlar ve havacılık ve uzay endüstrisindeki konnektörler için kullanılmıştır.
• Yeni USB mikro prizler, standart USB ve Mini-USB prizleri için 500'e kıyasla, priz ve fiş arasında 10.000'e kadar takma ve çıkarma döngüsüne izin verecek şekilde tasarlanmıştır. Bu, bir kilitleme cihazı eklenerek ve yaprak yaylı konektör jaktan fişe taşınarak yapılır, böylece en çok gerilen kısım bağlantının kablo tarafında olur. Bu değişiklik, mikro-USB cihazı yerine (nispeten ucuz) kablo üzerindeki konektörün en fazla aşınmaya maruz kalması için yapılmıştır.

Uyumluluk

• USB standardı, uyumlu USB konektörleri için nispeten büyük toleranslar belirtir. Bu, farklı satıcılar tarafından üretilen konektörlerdeki uyumsuzlukları en aza indirmek için yapılır (çok başarılı bir şekilde elde edilmiş bir hedeftir). Diğer konnektör standartlarının çoğundan farklı olarak USB spesifikasyonu, fişinin etrafındaki alanda bir bağlantı cihazının boyutuna ilişkin sınırları da tanımlar. Bu, bir cihazın boyutu nedeniyle bitişik bağlantı noktalarını engellemesini önlemek için yapılmıştır. Uyumlu cihazlar ya boyut sınırlamalarına uymalı ya da uyan uyumlu bir uzatma kablosunu desteklemelidir.
• İki yönlü iletişim de mümkündür. Genellikle kablolarda sadece fişler, ana bilgisayarlarda ve cihazlarda ise sadece prizler bulunur: ana bilgisayarlar A tipi prizlere ve cihazlar B tipi prizlere sahiptir. A tipi fişler yalnızca A tipi prizlerle ve B tipi prizler de B tipi prizlerle birleşir. Ancak USB'nin USB On-The-Go adı verilen bir uzantısı, tek bir bağlantı noktasının ana bilgisayar ya da aygıt olarak işlev görmesini sağlar - kablonun hangi ucunun ünitedeki sokete takılacağına göre seçilir. Kablo bağlandıktan ve üniteler konuşmaya başladıktan sonra bile, iki ünite program kontrolü altında uçlarını "değiştirebilir". Bu özellik, USB bağlantısının bir durumda bir aygıt olarak bilgisayarın ana bağlantı noktasına bağlanabileceği, ancak başka bir durumda bir klavye ve fare aygıtına bir ana bilgisayar olarak bağlanabileceği PDA'lar gibi birimleri hedefler.

Bir USB sistemi asimetrik bir tasarıma sahiptir. Bir ana bilgisayar, birkaç aşağı akış USB bağlantı noktası ve bir yıldız topolojisine bağlı birden fazla çevresel aygıttan oluşur. Katmanlara ek USB hub'ları dahil edilebilir ve beş katman seviyesine kadar bir ağaç yapısına dallanmaya izin verir.

Bir USB ana bilgisayar birden fazla ana bilgisayar denetleyicisine sahip olabilir. Her ana bilgisayar denetleyicisi bir veya daha fazla USB bağlantı noktası sağlar. Hub aygıtları da dahil olmak üzere 127 adede kadar aygıt tek bir ana bilgisayar denetleyicisine bağlanabilir.

USB aygıtları hub'lar aracılığıyla seri olarak bağlanır. Her zaman kök hub olarak bilinen bir hub vardır. Kök hub, ana bilgisayar denetleyicisine yerleştirilmiştir. "Paylaşım hub'ları" olarak adlandırılan özel hub'lar vardır. Bunlar birden fazla bilgisayarın aynı çevresel aygıtlara erişmesini sağlar. Erişimi bilgisayarlar arasında manuel ya da otomatik olarak değiştirerek çalışırlar. Küçük ofis ortamlarında popülerdirler. Ağ açısından, dalları birbirinden ayırmak yerine birleştirirler.

Fiziksel bir USB aygıtı, aygıt işlevleri olarak adlandırılan çeşitli mantıksal alt aygıtlara sahip olabilir. Tek bir cihaz, örneğin dahili mikrofonlu (ses cihazı fonksiyonu) bir web kamerası (video cihazı fonksiyonu) gibi çeşitli fonksiyonlar sağlayabilir.

USB cihaz iletişimi borulara (mantıksal kanallar) dayanır. Borular, ana bilgisayar denetleyicisinden cihaz üzerindeki uç nokta olarak adlandırılan mantıksal bir varlığa yapılan bağlantılardır. Uç nokta terimi zaman zaman yanlışlıkla boruya atıfta bulunmak için kullanılır. Bir USB aygıtı, 16'sı ana bilgisayar denetleyicisine ve 16'sı denetleyiciden dışarı olmak üzere 32 adede kadar aktif boruya sahip olabilir.

Her uç nokta, cihazın içine veya dışına olmak üzere yalnızca bir yönde veri aktarabilir, bu nedenle her boru tek yönlüdür. Uç noktalar arayüzler halinde gruplandırılır ve her arayüz tek bir cihaz fonksiyonu ile ilişkilendirilir. Bunun bir istisnası, cihaz yapılandırması için kullanılan ve herhangi bir arayüzle ilişkilendirilmeyen sıfır uç noktasıdır.

Bir USB aygıtı bir USB ana bilgisayarına ilk kez bağlandığında, USB aygıtı numaralandırma işlemi başlatılır. Numaralandırma işlemi USB aygıtına bir sıfırlama sinyali gönderilerek başlar. USB aygıtının hızı sıfırlama sinyali sırasında belirlenir. Sıfırlamadan sonra, USB cihazının bilgileri ana bilgisayar tarafından okunur, ardından cihaza benzersiz bir 7 bit adres atanır. Cihaz ana bilgisayar tarafından destekleniyorsa, cihazla iletişim kurmak için gereken cihaz sürücüleri yüklenir ve cihaz yapılandırılmış bir duruma ayarlanır. USB ana bilgisayar yeniden başlatılırsa, numaralandırma işlemi tüm bağlı cihazlar için tekrarlanır.

Ana bilgisayar denetleyicisi, genellikle yuvarlak robin tarzında veri yolunu trafik için yoklar, böylece hiçbir USB cihazı ana bilgisayar denetleyicisinden açık bir istek gelmeden veri yolu üzerinde herhangi bir veri aktaramaz.

Ana bilgisayar kontrolörleri

Ana bilgisayar denetleyicisini ve kök hub'ı içeren bilgisayar donanımı, programlayıcı için bir arayüze sahiptir. Buna Ana Bilgisayar Denetleyici Aygıtı (HCD) denir ve donanım uygulayıcısı tarafından tanımlanır.

USB 1.0 ve 1.1 için iki farklı HCD uygulaması vardı: Açık Ana Bilgisayar Denetleyici Arayüzü (OHCI) ve Evrensel Ana Bilgisayar Denetleyici Arayüzü (UHCI). OHCI Compaq, Microsoft ve National Semiconductor tarafından, UHCI ise Intel tarafından geliştirilmiştir.

VIA Technologies UHCI standardını Intel'den lisanslamıştır; diğer tüm yonga seti uygulayıcıları OHCI kullanmaktadır. UHCI
daha çok yazılıma
 dayanır. Bu, UHCI'nin OHCI'den biraz daha işlemci yoğun olduğu, ancak yapımının daha kolay ve ucuz olduğu anlamına gelir. İki farklı uygulama olduğu için, işletim sistemi satıcıları ve donanım satıcılarının her ikisini de geliştirmesi ve test etmesi gerekiyordu. Bu da maliyeti artırmıştır.

USB spesifikasyonu herhangi bir HCD arayüzü belirtmez ve bunlarla ilgilenmez. Başka bir deyişle USB, bağlantı noktası üzerinden veri aktarım biçimini tanımlar, ancak USB donanımının içinde bulunduğu bilgisayarla iletişim kurduğu sistemi tanımlamaz.

USB 2.0'ın tasarım aşamasında, USB-IF sadece tek bir uygulama olması konusunda ısrar etti. USB 2.0 HCD uygulamasına Geliştirilmiş Ana Bilgisayar Denetleyici Arayüzü (EHCI) adı verilmiştir. Yalnızca EHCI yüksek hızlı (480 Mbit/s) aktarımları destekleyebilir. PCI tabanlı EHCI kontrolörlerinin çoğu, Tam Hızı (12 Mbit/s) desteklemek için 'yardımcı ana bilgisayar kontrolörü' adı verilen başka HCD uygulamalarına sahiptir ve belirli bir sınıfın üyesi olduğunu iddia eden herhangi bir cihaz için kullanılabilir. Bir işletim sisteminin tüm aygıt sınıflarını uygulaması beklenir, böylece herhangi bir USB aygıtı için genel sürücüler sağlayabilir. Aygıt sınıflarına USB Uygulayıcıları Forumu'nun Aygıt Çalışma Grubu tarafından karar verilir.

USB aygıt sınıfları

Cihaz sınıfları şunları içerir:

Not sınıf 0: Arayüz Tanımlayıcılarındaki sınıf bilgilerini kullanın. Bu temel sınıf, sınıf bilgisinin cihazdaki Arayüz Tanımlayıcılarından belirlenmesi gerektiğini belirtmek için Cihaz Tanımlayıcılarında kullanılmak üzere tanımlanmıştır.

• FireWire