USB
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Mục lục |
[sửa] Giới thiệu cách họat động của những cổng USB
Mọi máy tính ta mua ngày nay đều có một hoặc vài đầu nối (cổng) Universal Serial Bus ở đằng sau. Những cổng USB này cho phép ta gắn mọi thứ từ những con chuột đến các máy in vào máy tính một cách nhanh chóng và dễ dàng. Hệ điều hành cũng hỗ trợ tốt USB, do đó việc cài đặt những driver (bộ phận điều khiển) cho thiết bị thì cũng nhanh và dễ. So với những cách kết nối thiết bị vào máy tính (bao gồm những cổng song song, cổng serial và những thẻ đặc biệt mà ta gắn bên trong thùng máy), thì những thiết bị USB đơn giản đến khó tin!
Trong bài này, chúng ta sẽ xem những cổng USB từ hai phía người dùng và quan điểm kỹ thuật. Ta sẽ xem tại sao hệ thống USB quá mềm dẻo và làm cách nào mà có thể hỗ trợ nhiều thiết bị một cách dễ dàng – đó thật sự là một hệ thống ấn tượng! Những ai đã từng làm quen với máy tính từ hai hay ba năm trở lên đều biết vấn đề mà USB đang cố gắng giải quyết – trong quá khứ, việc kết nối những thiết bị vào máy tính thực sự là một việc nhức đầu!
Những chiếc máy in thì được gắn vào cổng máy in song song, mà phần lớn máy tính chỉ có một. Những thiết bị khác như ổ đĩa Zip, cần kết nối tốc độ cao vào máy tính, cũng sử dụng cổng song song, thì thường bị giới hạn và tốc độ không cao.
Những modem sử dụng cổng serial, nhưng cũng có máy in và một vài thiết bị khác như máy Palm và máy camera số sử dụng cổng này. Phần lớn máy tính chỉ có tối đa hai cổng serial, và chúng khá chậm trong nhiều trường hợp.
Những thiết bị cần kết nối nhanh hơn thì thường đi kèm với những thẻ riêng, và thẻ này được cắm vào khe cấm thẻ trong thùng máy tính. Nhưng không may, số lượng những khe cắm thẻ thì giới hạn và một vài loại thẻ thì cần Ph.D để cài đặt phần mềm. Mục tiêu của USB là kết thúc tất cả những vấn đề hốc búa đó. USB cho ta một cách kết nối duy nhất, chuẩn hóa, dễ sử dụng để két nối lên tới 127 thiết bị vào một máy tính.
Mọi thiết bị ngoại vi được sản xuất bây giờ đều có phiên bản USB. Một danh sách các thiết bị USB mà ta có thể mua ngày nay bao gồm:
- Máy in
- Máy quét
- Chuột
- Cần điều khiển
- Cần điều khiển máy bay
- Máy camera số
- Webcam
- Thiết bị nghiên cứu khoa học
- Modem
- Loa
- Điện thoại
- Dây nối Video
- Những thiết bị lưu trữ như ổ Zip
- Những kết nối mạng máy tính
Kết nối một thiết bị USB vào máy tính thì đơn giản – ta kiếm cổng USB ở sau của máy tính và gắm cổng USB vào trong.
Nếu đó là một thiết bị mới, hệ điều hành sẽ tự động phát hiện ra nó và yêu cầu về đĩa driver. Nếu thiết bị đã từng được cài đặt, máy tính sẽ kích hoạt và bắt đầu hoạt động với nó. Những thiết bị USB có thể kết nối và ngưng kết nối mọi lúc.
Nhiều thiết bị USB thường có sẵn dây cáp tích hợp bên trong, và cáp có một cổng “A” trên đó. Nếu không, khi đó thiết bị có sẵn một lỗ cắm trên đó dành cho cổng “B” USB.
Chuẩn USB sử dụng cổng “A” và “B” để tránh sự rối loạn:
- Cổng “A” theo hướng “ngược dòng” vào máy tính
- Cổng “B” theo hướng “xuôi dòng” và kết nối vào một thiết bị đơn.
Bằng cách sử dụng cổng ngược dòng và xuôi dòng, ta không thể bị bối rối - nếu ta kết nối cổng “B” của cáp USB nào đó vào một thiết bị, ta biết rằng nó sẽ hoạt động. Tương tự, ta có thể cắm cổng “A” nào đó vào khe “A” bất kỳ và biết rằng nó sẽ hoạt động.
[sửa] Hub USB
Phần lớn những máy tính ta mua ngày nay có một hay hai khe USB. Với nhiều thiết bị USB trên thị trường ngày nay, ta có thể dễ dàng dùng hết những khe này một cách nhanh chóng. Lấy ví dụ, trên máy tính mà tôi đang đánh máy, tôi có một máy in USB, một máy quét USB, một Webcam USB và một kết nối mạng USB. Máy tính của tôi chỉ có một cổng USB trên nó, do đó một câu hỏi hiển nhiên là, “Bạn móc nối tất cả những thiết bị như thế nào?”
Cách giải quyết đơn giản là mua một hub USB khá rẻ. Chuẩn USB hỗ trợ lên tới 127 thiết bị, và những hub USB là một phần của chuẩn này.
Một hub điển hình có bốn cổng mới, nhưng có thể có nhiều hơn. Bạn gắm hub vào máy tính, và khi đó gắm những thiết bị của bạn (hoặc những hub khác) vào hub. Bằng cách nối nhiều hub lại với nhau, bạn có thể xây dựng hàng tá cổng USB trên một mát tính đơn.
Hub có thể có nguồn hoặc không nguồn. Ta sẽ tìm hiểu trong trang kế, chuẩn USB cho phép những thiết bị lấy nguồn điện từ kết nối USB. Hiển nhiên, một thiết bị cần nguồn điện lớn như máy in hay máy quét sẽ có nguồn cung cấp điện riêng của chúng, nhưng những thiết bị nguồn nhỏ như chuột và máy camera số lấy nguồn từ USB để đơn giản hóa. Nguồn điện (lên tới 500 mA ở 5V) lấy từ máy tính. Nếu bạn có nhiều thiết bị tự cấp điện (như máy in và máy quét), khi đó hub của bạn sẽ không cần cấp nguồn – không có thiết bị nào kết nối vào hub cần tiếp nguồn, khi đó máy tính có thể quản lý được. Nếu bạn có nhiều thiết bị không có nguồn riêng như chuột và máy camera, tất nhiên bạn cần cấp nguồn cho hub. Hub có bộ chuyển áp và nguồn điện của riêng nó cho đường truyền do đó những thiết bị sẽ không làm quá tải nguồn của máy tính.
[sửa] Quy trình làm việc USB
Khi một máy chủ được cấp nguồn, nó truy vấn tất cả thiết bị được kết nối vào đường truyền và gán mỗi thiết bị một địa chỉ. Quy trình này được gọi là liệt kê – những thiết bị được liệt kê khi kết nối vào đường truyền. Máy chủ cũng tìm ra từ mỗi thiết bị cách truyền dữ liệu nào mà nó cần để hoạt động:
- Ngắt - Một thiết bị như chuột hoặc bàn phím, gửi một lượng nhỏ dữ liệu, sẽ chọn chế độ ngắt.
- Hàng loạt - Một thiết bị như một chiếc máy in, nhận dữ liệu trong một gói lớn, sử dụng chế độ truyền hàng loạt. Một khối dữ liệu được gửi đến máy in (một khối 64 byte) và được kiểm tra để chắc chắn nó chính xác.
- Đẳng thời - Một thiết bị truyền dữ liệu theo chuỗi (lấy ví dụ như loa) sử dụng chế độ đẳng thời. Những dòng dữ liệu giũa thiết bị và máy trong thời gian thực, và không có sự sửa lỗi ở đây.
Máy chủ có thể gửi lệnh hay truy vấn tham số với điều khiển những gói tin.
Khi những thiết bị được liệt kê, máy chủ sẽ giữ sự kiểm tra đối với tổng băng thông mà tất cả những thiết bị đẳng thời và ngắt yêu cầu. Chúng có thể tiêu hao tới 90 phần trăm của 480 Mbps băng thông cho phép.
Sau khi 90 phần trăm được sử dụng, máy chủ sẽ từ trối mọi truy cập của những thiết bị đẳng thời và ngắt khác. Điều khiển gói tin và gói tin cho truyền tải hàng loạt sử dụng mọi băng thông còn lại (ít nhất 10 phần trăm).
USB chia băng thông cho phép thành những khung, và máy chủ điều khiển những khung đó. Khung chứa 1.500 byte, và một khung mới bắt đầu mỗi mili giây. Thông qua một khung, những thiết bị đẳng thời và ngắt lấy được một vị trí do đó chúng được đảm bảo băng thông mà chúng cần. Truyền tải hàng loạt và điều khiển truyền tải sử dụng phần còn lại.
[sửa] Những đặc trưng của USB
USB có những đặc trưng sau đây:
- Máy tính hoạt động như mát chủ
- Lên tới 127 thiết bị có thể kết nối vào máy chủ, hoặc là trực tiếp hoặc bằng những hub USB
- Những sợi cáp USB riêng lẻ có thể dài tới 5 mét; với những hub, có thể kéo dài tới 30 mét (6 sợi cáp) tính từ máy chủ.
- Với USB 2.0, đường truyền đạt tối đa lượng dữ liệu 480 MB trên một giây.
- Cáp USB gồm hai sợi nguồn (+5V và nối đất) và một cặp gồm hai sợi dây xoắn để mang dữ liệu.
- Trên sợi nguồn, máy tính có thể cấp nguồn lên tới 500mA với 5V.
- Những thiết bị nguồn thấp (như chuột) có thể lấy nguồn trực tiếp từ đường truyền. Những thiết bị nguồn cao (như máy in) có nguồn riêng và dùng rất ít nguồn từ đường truyền. Hub có thể có nguồn cấp điện riêng để cấp điện cho những thiết bị kết nối vào hub.
- Những thiết bị USB thì chuyển đổi nóng, nghĩa là bạn có thể cắm chúng vào đường truyền và tháo chúng ta mọi lúc.
- Nhiều thiết bị USB có thể được đưa vào trạng thái ngủ bởi máy tính chủ khi máy đi vào chế độ tiết kiệm điện.
Những thiết bị kết nối vào cổng USB dựa vào cáp USB để mang nguồn điện và dữ liệu
[sửa] USB 2.0
Chuẩn USB phiên bản 2.0 được đưa ra vào tháng tư năm 2000 và xem như bản nâng cấp cho USB 1.1. USB 2.0 (USB tốc độ cao) mở rộng băng thông cho ứng dụng đa truyền thông và lưu trữ với tốc độ nhanh hơn 40 lần so với USB 1.1. Để có sự chuyển tiếp êm thấm cho cả người tiêu dùng và nhà sản xuất, USB 2.0 có đầy đủ khả năng tương thích lùi với những thiết bị USB ban đầu và cũng hoạt động tốt với những sợi cáp và cổng két nối dành cho cổng USB ban đầu.
Hỗ trợ ba chế độ tốc độ (1.5, 1.2 và 480 mega bit trên giây), USB 2.0 hỗ trợ những thiết bị băng thông nhỏ như bàn phím và chuột, cũng như thiết bị băng thông lớn như Webcam với độ phân giải cao, máy quét, máy in và những hệ thống lưu trữ lớn. Sự triển khai của USB 2.0 đã cho phép những người đi đầu nghành công nghiệp PC tiến lên cùng với sự phát triển của thế hệ thiết bị ngoại vi PC kế tiếp kịp bổ sung cho những chiếc PC hiệu suất cao sẵn có.
Tốc độ truyền tải của USB2.0 cũng tạo điều kiện cho sự phát triển của thế hệ PC kế tiếp và những ứng dụng. Thêm vào đó là làm tăng tính thực dụng và khuyến khích đổi mới, USB 2.0 làm tăng năng suất của ứng dụng và cho phép người dùng có thể thực thi nhiều ứng dụng PC trong một lúc hay nhiều thiết bị ngoại vi đồng thời.
