USB Port

 

USB ย่อมาจาก Universal Serial BUS ซึ่งถูกพัฒนาโดย COMPAQ, Digital Equipment (รวมกิจการกับ COMPAQ), IBM, Intel, Microsoft, NEC และ Northern Telecom. เพื่อขยายขีดความสามารถในการทำงานของพอร์ตอนุกรม โดยมีข้อดีหลายๆ ประการ ได้แก่

- สามารถต่อเชื่อมอุปกรณ์ได้มากขึ้นใน โดยต่ออุปกรณ์ได้ถึง 127 ตัวในคอมพิวเตอร์เครื่องเดียว

- ความเร็วในการส่งข้อมูลสูงถึง 12 Mbps ( USB 1.0 )

- ลดการใช้งานทรัพยากร IRQ และช่อง (Slot) สำหรับการ์ดต่างๆที่เป็นอุปกรณ์ต่อพ่วงในคอมพิวเตอร์ได้

- อุปกรณ์ที่ต่ออยู่ในวง USB เดียวกัน เมื่อต้องการใช้งาน ก็เพียงแต่เปิดสวิชต์ โดยไม่ต้อง Reset คอมพิวเตอร์ใหม่ เพื่อเริ่มใช้งาน

- สนับสนุนการทำงานแบบ Plug & Play โดยเป็นการขยายความสามารถของ Plug Play ให้สามารถนำมาใช้งานกับอุปกรณ์ภายนอกที่สนับสนุน Plug & Play ได้

- สนับสนุนการทำงานแบบ Hot Swap สามารถถอด-ใส่อุปกรณ์ได้โดยไม่ต้องปิดสวิทช์คอมพิวเตอร์ และใช้งานได้ทันที

- USB มีคอนเนคเตอร์ที่เป็นแบบเฉพาะ ทำให้ช่วยป้องกันความผิดพลาดในเรื่องของการต่ออุปกรณ์ผิดประเภท

- ระบบการจ่ายไฟของ USB BUS ถ้าหากเป็นอุปกรณ์ที่ใช้กระแสไฟแรงดันต่ำ ๆ กระแสไฟจะถูกจ่ายโดย BUS เอง เช่น เมาส์ กล้องดิจิตอล แต่กรณีของอุปกรณ์ที่ใช้แรงดันไฟสูง เช่น พรินเตอร์ สแกนเนอร์ จะต้องมีแหล่งจ่ายไฟต่างหาก เช่น จากเต้าเสียบ

- ความยาวของสายสัญญาณของอุปกรณ์ USB สามารถยาวได้ถึง 5 เมตร หากต้องการความยาวมากกว่า ต้องใช้อุปกรณ์ทวนสัญญาณ

ส่วนประกอบของ USB

USB มีส่วนประกอบ 3 อย่าง คือ อุปกรณ์ USB ซึ่งอาจจะต่อจาก HUB หรือต่อจากคอมพิวเตอร์โดยตรง สายสัญญาณสำหรับ USB ซึ่งต่อเชื่อมระหว่างอุปกรณ์ USB

1. ภาคอินเตอร์เฟชของ USB คือ ตัวอุปกรณ์ USB ต่อเชื่อมกับคอมพิวเตอร์ซึ่งเรียกว่า Host Computer ซึ่ง Host Computer นั้นทำงานในลักษณะของการเป็น Host ส่วนตัวที่จะควบคุม USB จริงๆนั้นอาจจะเป็น Hardware, Firmware หรือ Software ก็ได้

2. HUB เป็นอุปกรณ์ในการต่อเชื่อมระหว่างอุปกรณ์ USB แต่ละชนิด

3. Function ในการทำงานของอุปกรณ์ USB แต่ละชนิด ซึ่งเป็นตัวกำหนดลักษณะการทำงานของอุปกรณ์ USB นั้นๆ

สำหรับอุปกรณ์ที่สามารถใช้งานกับ USB ได้นั้นได้แก่ อุปกรณ์สำหรับโทรศัพท์ คีย์บอร์ด เมาส์ ไมโครโฟน พรินเตอร์ สแกนเนอร์ จอภาพ เป็นต้น

ทิศทางของอุปกรณ์ USB

หากนับช่วงเวลามาถึงปัจจุบัน USB ถูกแนะนำออกมาแล้วเป็นระยะเวลากว่า 1 ปี ซึ่งเป็นเวลานานเพียงพอที่จะพิสูจน์ให้เห็นว่า USB จะได้รับการยอมรับหรือไม่ ซึ่งพิสูจน์ให้เห็นแล้วว่า USB ได้รับการยอมรับในระดับสูง มีอุปกรณ์ต่อพ่วงหลายประเภทที่ถูกผลิตออกมาให้ใช้งานพอร์ต USB เมนบอร์ดที่ผลิตออกมาเกือบทุกรุ่นมีพอร์ตอนุกรมแบบ USB ออกมาให้ด้วยเช่นกัน

 พอร์ตยูเอสบี (USB Port)

พอร์ตยูเอสบี เป็นพอร์ตแบบใหม่ล่าสุด ที่ถูกออกแบบมาให้ใช้กับพีซีคอมพิวเตอร์ ให้สามารถรับส่งข้อมูลให้รวดเร็วขึ้น สามารถต่ออุปกรณ์ได้มากถึง 127 ชิ้น เพราะมีแบนด์วิดธ์ในการรับส่งข้อมูลสูงกว่า พอร์ตแบบนี้ถูกออกแบบมาให้ใช้กับระบบปลั๊กแอนด์เพลย์บนวินโดวส์ 98 ปัจจุบัน มีฮาร์ดแวร์จำนวนมากที่สนับสนุนการเชื่อมต่อแบบนี้ เช่น กล้องดิจิตอล เมาส์ คีย์บอร์ด จอยสติ๊ก สแกนเนอร์ ซีดีอาร์ดับบลิว เป็นต้น สำหรับคอมพิวเตอร์รุ่นใหม่ ๆ จะมีพอร์ตแบบนี้จะมีพอร์ตแบบนี้อยู่ในเครื่องเรียบร้อยแล้ว

• คอมพิวเตอร์ปกติจะมี 2 USB Port ถ้าเป็นเครื่องรุ่นเก่าที่ไม่มี USB สามารถหาซื้อการ์ด USB มาติดตั้งได้

• เป็นช่องสี่เหลี่ยมเล็ก ๆ สูงประมา 3-5 มิลลิเมตร ยาวประมาณ 1-2 เซ็นติเมตร

• พอร์ตชนิดใหม่รับส่งความเร็วได้สูงกว่า port ทั่ว ๆ ไป

• สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อเนื่องได้ 127 ตัว

• เป็นมาตรฐานใหม่ที่มีมากับเครื่องคอมพิวเตอร์

• การติดตั้ง เพียงต่ออุปกรณ์เข้ากับ USB port ก็สามารถใช้งานอุปกรณ์นั้นๆ ได้ โดยไม่จำเป็นต้อง boot เครื่องใหม่

USB ใช้ระบบการจัดส่งข้อมูลอย่างไร

สำหรับ USB เราเรียกระบบบัสเช่นนี้ว่า การติดต่อแบบ "Host/Slave" หมายถึงตัว PC จะเป็นผู้จัดการ การจัดส่งข้อมูลทั้งหมด และอุปกรณ์ที่นำมาต่อพ่วงเพียงแต่พร้อมที่จะรับส่งข้อมูลเท่านั้น โดยตัว USB Host Controller หรือตัวควบคุมของ USB นั้น จะรวมอยู่ในตัว Chipset บนเมนบอร์ด แต่ถ้าหากเป็น Chipset รุ่นเก่าๆก็จะยังไม่มีตัวควบคุม USB ในการจัดส่งข้อมูลนั้น ภายในสาย USB จะมีสายภายในทั้งหมด 4 เส้น ในจำนวนนี้ 2 เส้นใช้เพื่อเป็นสายในการส่งข้อมูล อีก 2 เส้นใช้สำหรับจ่ายไฟเลี้ยง แรงดัน +5 V และ กราวด์ ข้อมูลที่ถูกส่งผ่าน USB นั้นจะต่างไปจาก Parallel และ Serial port ซึ่งทั้ง 2 ชนิดนี้นั้น จะส่งข้อมูลเป็น bits เดี่ยวๆ แต่ USB จะส่งเป็นชุดข้อมูล อย่างเช่น ถ้าหากต้องการ เก็บข้อมูลไปยัง USB Zip drive PC จะทำการแบ่งข้อมูลออก มา 64-bytes แล้วใส่ข้อมูลของ address เข้าไปแล้วส่งไปยัง USB port จากนั้นก็จะทำเช่นนี้จนกระทั่งส่งข้อมูลครบสิ่งที่ทำให้ USB ส่งข้อมูลได้เร็วถึง 12Mbits/s นั้นอยู่ที่แม่นยำของการส่ง เพราะ สายที่นำมาใช้สำหรับ USB นั้น มีระดับสัญญาณรบกวน และ ความเพี้ยนของรูปสัญญาณนั้นน้อยกว่า ทั้ง Parallel และ Serial port และการส่งสัญญาณแบบ isochronous data delivery หมายถึง อุปกรณ์แต่ล่ะชิ้นบนระบบบัสนั้น จะถูกจำกัดขนาดของ bandwidth ให้แน่นอน อย่างไรก็ตาม bandwidth โดยรวมแล้วก็ไม่เกิน 12 Mbits/s นี่เป็นเหตุผลที่ทำให้ USB สามารถต่ออุปกรณ์ได้มากที่สุด 127 อุปกรณ์

การต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงออกจากเครื่อง PC ไปยังอุปกรณ์ต่างๆ อย่างเช่น จาก port USB แรก ไปยัง Powered USB Hub แล้วต่อไปยังอุปกรณ์ อื่นๆ รวมถึงต่อไปยัง Powered USB Hub เพื่อต่ออุปกรณ์เพิ่มเข้าได้อีกได้เรื่อย ๆ ในลักษณะของการต่อแบบอนุกรม ส่วน port USB ชุดที่ 2 หลังเครื่องนั้นสามารถต่อไปยัง Monitor ได้โดยอิสระต่อกัน หากการต่อมี USB Hub เข้ามาต่อพ่วงด้วย ที่ตัว Hub จำเป็นจะต้องมีชุดจ่ายไฟด้วย เพราะลำพังไฟเลี้ยงจากตัว PC เองคงไม่พอที่จะส่งไปเลี้ยงอุปกรณ์ต่างๆ ได้

สิ่งที่จะต่อจาก USB port นั้นมี 2 ชนิด ก็คือ ต่อเข้าได้กับ Hubs หรือต่อกับ อุปกรณ์ Hubs นั้นมีหน้าที่ ทำให้ สามารถต่ออุปกรณ์ได้มากขึ้นบนระบบบัส บางครั้ง Hubs จะเข้าไปรวมกับอุปกรณ์อย่างเช่น Monitor ที่มี USB Hubs ในตัว โดยจะสามารถปรับค่าต่างๆ ของ Monitor ผ่านระบบปฏิบัติการณ์ และ นอกจากนั้นมีหน้าที่เป็น Hubs ด้วย

มาตรฐาน USB 2.0

- สนับสนุนพอร์ต USB 6 พอร์ต

- การต่อเชื่อมที่ความเร็วสูงกว่า USB 1.1 40 เท่า, USB 2.0 ให้ความเร็ว 480 Mbps เมื่อเทียบกับ USB 1.0 ที่ให้ความเร็ว 12 Mbps

- เข้ากันได้กับมาตรฐาน USB 1.1

- รองรับการโอนย้ายข้อมูลวิดีโอ 30 เฟรม/วินาที ทำให้เห็นภาพที่ต่อเนื่องสมจริง

ข้อเด่นอื่นๆของ USB 2.0

- คอนเน็คเตอร์ 1 ตัว สามารถต่อเชื่อมอุปกรณ์ได้หลายตัว และหลายประเภท

- ง่ายที่จะเพิ่มขีดความสามารถให้กับพีซี โดยไม่ต้องยุ่งยากในการเปิดฝาเคส

- สนับสนุน Plug & Play และ Hot Swap

เป็นระยะเวลากว่า 5 ปี ที่ USB 1.0 เป็นมาตรฐานที่ถูกบรรจุลงในเมนบอร์ดสำหรับคอมพิวเตอร์ USB 1.0 ไม่ได้รับการตอบรับมากเหมือนมาตรฐานอุปกรณ์ต่อพ่วงอื่น ถึงแม้ว่า USB 1.0 เองจะออกแบบมาเป็นพอร์ตอนุกรมประเภท Universal ที่ออกแบบสำหรับอุปกรณ์หลายประเภท แต่สาเหตุที่อุปกรณ์ USB เหล่านั้นไม่ได้รับการยอมรับ เพราะเป็นแค่อุปกรณ์ประกอบ และดูเหมือนไม่ได้เพิ่มประสิทธิภาพให้กับคอมพิวเตอร์แต่อย่างไร อาจจะมีคนโต้แย้งว่า โมเด็มแบบ USB, การ์ดเครือข่ายแบบ USB นั้นเป็นนวัตกรรมใหม่ แต่ดูในด้านการยอมรับของผู้ใช้งานแล้ว น้อยรายที่จะลงทุนในโมเด็มหรือการ์ดเน็ตเวิร์กแบบ USB

ด้านจุดเด่นของ USB จะเห็นว่าอุปกรณ์ USB ที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง ได้แก่ เมาส์ คีย์บอร์ด ลำโพง สแกนเนอร์ พรินเตอร์ โดยเฉพาะสแกนเนอร์ กับพรินเตอร์นั้น สถาปัตยกรรมการต่อเชื่อมแบบ USB ช่วยทำให้ได้ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกลุ่ม Apple ได้พัฒนา FireWire และพยายามผลักดันให้เป็นมาตรฐานในเครื่องพีซีด้วย ทำให้กลุ่มที่พัฒนา USB ซึ่งมี Intel เป็นหัวหอก ต้องผลักดันมาตรฐานของ USB ใหม่ออกมา นั่นคือ USB เวอร์ชัน 2.0

ถ้าหากเปรียบเทียบกับมาตรฐานการต่อเชื่อมของ FireWire (IEEE 1394) แล้ว จะเห็นว่ามาตรฐาน USB 2.0 นั้นสูงกว่า FireWire IEEE 1394 อยู่บ้าง อย่างไรก็ตาม ในด้านการใช้งานแล้ว FireWire จะมุ่งเน้นไปทางด้านมัลติมีเดียมากกว่า USB แต่ทั้งคู่ก็เป็นการต่อเชื่อมผ่านบัสอนุกรมเหมือนกัน

Universal Serial Bus

เป็นมาตรฐานในการ อินเตอร์เฟสกับคอมพิวเตอร์ด้วยอัตราส่งถ่ายข้อมูล ได้มากกว่า 12 MB/Sec และ สามารถ ช่วยลดข้อจำกัดในจำนวน Device ที่สามารถต่อได้ เนื่องจาก USB นั้นสามารถรองรับ Device ได้ถึง 127 ชิ้น

ระบบ Universal Serial Bus (USB)

ระบบ USB นั้นนับว่าเป็นระบบที่ทันสมัย เนื่องจากรองรับอุปกรณ์ได้มากขึ้น และง่ายต่อการติดตั้ง มีความสามารถรองรับ Plug & Play ซึ่งมีคุณสมบัติดังนี้

• สามารถลดข้อจำกัดในการต่ออุปกรณ์พ่วงได้มากขึ้นถึง 127 ชิ้น

• ขยายอุปกรณ์มาตรฐานด้วยไดรเวอร์มาตรฐานได้

• สามารถจ่ายไฟฟ้าขนาด 5 Volt ให้แก่อุปกรณ์ที่ต่อพ่วงกับ USB

• "Hot Swapping" สนับสนุนการต่อ ถอดออก และรีเซต อุปกรณ์ที่ติดต่ออยู่โดยไม่ต้อง Reset เครื่อง Computer

• สามารถส่งถ่ายข้อมูลได้สูงสุดถึง 1.5 Mbit/Sec และ 12 Mbit สัญญาณเสียง และสัญญาณภาพ

• ลดจำนวนสายเคเบิล การเชื่อมต่อนั้นก็ง่ายเนื่องจากสายสัญญาณมีแค่ 4 สายสัญญาณ คือ V+ D+, D- และ V- โดยสายสัญญาณข้อมูล (D+ และ D-) นั้นจะเป็นแบบ Twist pair

• สายเคเบิลนั้นสามารถนั้นสามารถยาวได้ถึง 5 เมตร

• มีระบบ Suspend เพื่อช่วยในการประหยัดพลังงาน

• มีการกำหนดค่าตำแหน่งแอดเดรสของ อุปกรณ์ต่างๆ โดยอัตโนมัติ

โดยที่ว่าอุปกรณ์ต่างๆ ที่ต่อกับ USB Hub นั้นจะเรียกว่า โหนด หรือ Function จะมีอุปกรณ์พิเศษ ที่เรียกว่า Hub ช่วยในการเชื่อมต่อ โดยตัวนี้นี่เอง ที่ทำให้เมื่อเราทำการถอดอุปกรณ์ใดอุปกรณ์หนึ่งออกไปก็จะไม่มีผลกับตัวอื่น โดยการต่อนั้นจะต่อกันลงไปเป็นทอดๆ ดังนั้นจึงเกิดเป็นลักษณะคล้าย ต้นไม้ และ Hub ที่ไม่ใช่ Root Hub นั้นจะเรียกว่า embedded hub

การเชื่อมต่อทางกล

ในการเชื่อมต่อของ USB นั้นจะสายเคเบิลแบบ 4 คอร์ ซึ่งมีตำแหน่งขาดังนี้

• ขา 1 เป็น Voltage +                • ขา 2 เป็น DATA -

• ขา 3 เป็น DATA+                   • ขา 4 เป็น Voltage -

การเชื่อมต่อทางไฟฟ้า

สายส่งข้อมูลของระบบ USB มี 2 สาย สำหรับ สัญญาณ D+ และ D- ในการส่งสัญญาณ สัญญาณจะถูกส่งในลักษณะส่งสัญญาณความต่าง ซึ่งก็คือ

กรณีในการส่งสัญญาณ "0"

ถ้าเราจะเขียนโปรแกรมควบคุมอินเตอร์เฟสกับอุปกรณ์ผ่านพอร์ตUSBนั้นทำไง

ครับหลักการเหมือนพอร์ตขนานอนุกรมมัยครับ