U4: Computer-Schnittstellen

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Viel Erfolg beim Lernen.
Das Team der mediencommunity

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Computerschnittstellen

Computerschnittstellen

Schnittstellen (I/O- Schnittstellen) sind Anschlussmöglichkeiten externer Geräte auf der Hauptplatine.

Die Aufgaben sind eine Datenübertragung zwischen einzelnen peripheren Geräten und der Zentraleinheit zu ermöglichen, auf formale Richtigkeit der Daten wird ebenfalls geprüft.

Eine Schnittstelle wird durch folgende Charakteristiken definiert:

  • Busbreite (Anzahl der Leitungen über die Binärzahlen übertragen werden)

  • Busgeschwindigkeit (Geschwindigkeit des Datenflusses je Sekunde)

  • Busprotokoll (Codierung der Binärdaten)

Unterschieden wird zwischen seriellen und parallelen Schnittstellen.

Parallele Schnittstelle
8 Datenbit werden gleichzeitig mithilfe von acht prallelen Leitungen übertragen (Bsp.: Drucker).

Serielle Schnittstelle
Datenbit werden zeitlich nacheinander über eine einzige Leitung übertragen (Bsp.: Modem u. Maus).

heute spielen nur noch serielle Schnittstellen eine Rolle.

Auflistung der gängigsten Schnittstellen

RS 232 C o. V.24 (Maus und Modem)

Ist der Schnittstellenstandard mit 25- oder 9-poligen Verbindungen zur seriellen Übertragung und
bietet eine Anschlussmöglichkeit für Maus, Nullmodem-Kabel und Modem.

Centronics (Drucker, Scanner, Brenner u.a)
Prallele Schnittstelle (für 1 Gerät bis 2MBit/s) welche größtenteils für den Anschluss von Druckern benötigt wird.

PS2

Bevor sich USB als Allzweckschnittstelle durchsetzte, wurden Mäuse oder Tastaturen auch über PS2-Anschlüsse mit dem PC verbunden.
 

USB 1.x (“Universal Serial Bus” - Plug&Play-Anschluss)
Preiswerter, langsamer und serieller BUS mit bis zu 12 MitB/s und Anschlussmöglichkeiten für bis zu 127 Geräten.

USB 2.x
Bietet eine Schnittstelle für zahlreiche Geräte wie z.B. Tastatur, Lautsprecher, Drucker, ext. Laufwerke, etc.Gegenüber des langsamen USB1 verfügt man über 480 MBit/s und eine max. Anzahl von 127 Geräten, Abwärtskompatibilität ist gegeben.

USB 3.x
Die Datenrate wurde von 0,48 GBit/s (USB2) auf 4,8 GBit/s erhöht, wobei die Anzahl der anzuschließenden Geräte bei 127 geblieben ist.
Eine Master-/Slave-Architektur kommt zum Einsatz, d.h. dass der sogenannte Master-Controller steuert die Slaves (Endgeräte).
Die bisherige, regelmäßige Abfrage ob neue Geräte angeschlossen wurden, wurde mit einer Methode ausgetauscht, in der die Schnittstelle erst bei Signalen des Endgerätes anspringt (Reduzierung des Stromverbrauchs).

SCSI-1 (“Small Computer System Interface” - parallel, 5MB/s, 8 Geräte) 1986
Eine leistungsfähige Schnittstelle zwischen Gerät und  Bussystem mit relativ schneller Übertragungsrate, welche besonders für die Arbeit mit mehreren Peripheriegeräten geeignet ist(plattformunabhängig).

Chronologische Weiterentwicklung:

SCSI-2 (parallel, 10MBit/s, 8 Geräte) 1989
Ultra-SCSI (parallel, 20MBit/s - 40MB/s, 8 Geräte) 1992
SCSI-3 (Alternative Transfertechnik Apples FireWire-Standard und Fibre Channel hinzugrfügt) 1993
Ultra-2 SCSI (40MB/s - 80MBit/s) 1997
SCSI-160 (160 MBit/s) 1999
SCSI-320 (320 MBit/s - letzte Schnittstelle dieser Art, da hierfür keine weiteren Geräte gebaut wurden) 2002
SCA(16 Geräte, hat SCSI abgelöst) 1999

Firewire (Plug&Play-Anschluss)
Serieller Bus mit digitaler Schnittstelle mit bis zu 400MB/s für max. 63 Geräte.
Die patentierte Schnittstelle von Apple wird hauptsächlich in der Ton-/ und Videotechnik und bei beispielsweise DVD-Brennern und Festplatten eingesetzt.

Thunderbolt (bis zu 10 Gbit/s)
Schnittstelle zwischen Computern, Monitoren, Peripheriegeräten und Unterhaltungselektronik, die von Apple und Intel entwickelt wurden. Wegen der extrem hohen Datenübertragungsrate eine Schnittstelle mit Zukunft die USB3 die Stirn bieten soll..

Ethernet

Ethernet ist ein Datenübertragungsstandard für lokale Netzwerke und Internetzugang zwischen Netzwerkrouter und PC.  Anfänglich gab es Übertragungsraten von 10 Mbit/s, die von Fast Ethernet mit 100 Mbit/s abgelöst wurden(Gigabit Ethernet mit 10 000 MBit/s möglich).

 

DVI (“Digital Visual Interface”)

Ist eine elektronische Schnittstelle zur Übertragung von Videodaten. Im Computer-Bereich entwickelte sich DVI zu einem Standard für den Anschluss vonTFT-Monitoren an die Grafikkarte eines Computers.

HDMI (“High Definition Multimedia Interface“)
Eine ab Mitte 2003 entwickelte Schnittstelle für die volldigitale Übertragung von Audio- und Video-Daten in der Unterhaltungselektronik (+ moderne Grafikkarten) welche DVI abgelöst hat.
Datenübertragungsrate liegt versionsabhängig bei 3,96 GBit/s - 8,16 GBit/s und ab HDMI 2.0 bei 14,4 GBit/s.

IrDA (“Infrared Data Association”)
Die Infrarotschnittstelle spezifiziert Standards für die optische drahtlose Punkt-zu-Punkt Datenübertragung mittels infrarotem Licht (850 – 900 nm) auf max. 1m Entfernung.

Bluetooth
Ein Kurzstrecken-Funkstandard der kabellos eine Kommunikation mit verschiedenen Geräten ermöglicht (Bsp.: Tastatur und Maus).

Serial-ATA
Ermöglicht den Anschluss der Festplatte im PC

PCI (“Peripheral Component Interconnect”)
Ermöglicht den Anschluss für Steckkarten im PC

PCI-E
Nachfolger von PCI, ermöglicht den Anschluss von modernen Grafikkarten mit 3D-Beschleunigung und ist aktueller Standard.

Audioverbindung (Klinke)
Für die analoge Datenübertragung im Audiobereich wird bis heute diese Schnittstelle an der Soundkarte genutzt (Bsp.: Lautsprecher, Mikrofon).

 

QUELLE: ABC der Mediengestaltung, Wikipedia und https://www.lmz-bw.de/medienbildung/medienpraxis/computer-handy-tablet/computerschnittstellen.html

Weiterführende Links:
http://webmagazin.de/mobile/gaengigsten-schnittstellen-mobile-geraete-177636

 

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Externe Schnittstellen

Verschiedene Schnittstellen

USB verschiedenster Versionen ob nu 2.0 oder 3.0 oder sonst was

PS/2 alter Anschlüsse für Mäuse und Tastaturen

COM1 Serielle Schnittstelle (für Hardware)

VGA Grafikkarten Schnittstelle (Bildschirmanschluss)

LPT1 Parallele Schnittstelle (Druckeranschluss)

Game- /Midiport

- Kopfhörer (Speaker) und Mikrofon (Mic) Anschluss

Bei vor allem Mobilen Geräten gibt es noch Mini- oder Micro-USB anschlüsse. (Kann man nicht wirklich unter Version zusmamenfassen deshalb erwähne ich das nochmal.)

Eine sehr alte Schnittstelle ist noch Firewire, was den Vorteil hat, dass es insgesamt schneller ist als USB. Hat sich aber nie durchgesetzt.

Dann gibt es noch Schnittstellen für Externe Datenträger wie SD-Karten, Micro SD-Karten usw.

Video

VGA - Video Graphics Array (analog)
     - Übertragung von aus dem digitalen umgewandelte analoge Bilddaten
    - Qualitätsverluste durch initiale AD-Wandlung
DVI - Digital Visual Interface (digital, analog möglich)
     - Vorstufe von HDMI
     - gleichzeitige analoge und digitale Übertragung
HDMI - High Definition Multimedia Interface (digital, analog möglich)
    - abwärtskompatible, volldigitale Datenübertragung
    - integriertes Kopierschutzkonzept (DRM)
DisplayPort (digital)
    - geringer Platzbedarf
    - ursprünglich nur einseitiger Datenfluss

Geschwindigkeiten von externen Schnittstellen

USB 1.0 : 12 Mbit/s (1,5 MByte/s)  -  seit 1996
USB 2.0 : 480 Mbit/s (60 MByte/s)  -  seit 2000
USB 3.0 : 4000 Mbit/s (500 MByte/s)  -  seit 2008

Firewire S400 : 400 Mbit/s (50 MByte/s)  -  seit 1995
Firewire S800 : 800 Mbit/s (100 MByte/s)  -   seit 2003
Firewire S3200 : 3200 Mbit/s (400 MByte/s)  -  seit 2008

Thunderbolt : 10 Gbit/s (1,25 GByte/s)  -  seit 2011
Thunderbolt 2 : 20 Gbit/s (2,5 GByte/s)  -  seit 2013

Dies sind Brutto Angaben. Die Netto Geschwindigkeit der Schnittstellen ist von den verwendeten Protokollen und Modi abhängig, die den Datenpaketen einen gewissen Overhead hinzufügen, sowie von Parametern wie Dämpfung u.ä..

Vor der Entwicklung von USB 3.0/3.1 war FireWire die bevorzugte Methode zur Datenübertragung von Audio- und Videomaterial. Im privaten Gebrauch hat sich FireWire nicht durchgesetzt. Auf professioneller Ebene war es jedoch die bevorzugte Schnittstelle. Thunderbolt wird seit 2011 in Apple Rechner integriert und ist seit 2012 auch für Windows Systeme verfügbar. In Zukunft wird sich zeigen, ob Thunderbolt oder USB FireWire den Rang als bevorzugte Shnittstelle ablaufen werden. Im privaten Gebrauch wird es vermutlich wieder auf USB hinauslaufen.

Netzwerkarten und Geschwindigkeiten

Bluetooth : 700 Kbit/s

Ethernet : 10 Mbit/s
Fast-Ethernet : 100 Mbit/s
Gigabit-Ethernet : 1000 Mbit/s
(Anschluss über RJ45-Stecker)

WLAN - IEEE 802.11 : 2 Mbit/s
WLAN - IEEE 802.11h : 54 Mbit/s
WLAN - IEEE 802.11n: 600 Mbit/s

Die schnellste Verbindung ist zwar bisher LWL (Lichtwellenleiter), wird hier aber denke ich nicht von belangen sein, da es weniger in der Medienproduktion zum Einsatz kommt, als in der Netzwerktechnik. Es gibt dort etliche Übertragungsarten und Anschlüsse und sprengt denke ich deutlich den Rahmen der Prüfung. Grob zu wissen, welche Übertragungsarten es auf LAN- und WLAN-Basis gibt und wie schnell diese sind, ist denke ich nicht verkehrt.

Weiterführende Links:

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0310281.htm

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Hardwareschnittstellen

Die Hardwareschnittstellen dienen zur Übertragung zwischen dem Mikrocomputer und den externen Geräten. Heute haben sie einen geringen Stromverbrauch, längere Verbindungsleitungen und höhere Datenraten.

 

USB (eine universelle Schnittstelle)
Für USB wurden verschiedene Geräteklassen definiert. Das hat den Vorteil, dass das Betriebssystem die Geräte die über diese Schnittstelle laufen, erkennt, ohne dass ein Treiber installiert werden muss.

Hier werden generische Treiber verwendet (herstellerunabhängige).

USB hat die Möglichkeit Endgeräte mit Strom zu versorgen und sie sind "Hot-Plug-&-Play"-fähig (sie können bei laufendem PC angeschlossen oder entfernt werden.

Weitere Schnittstellen sind:

FireWire (überwiegend in der BIld-und Videobearbeitung zum Einsatz)

(e)SATA - External SATA (Festplatten oder Brenner können hier angeschlossen werden)

Steckplätze -Slots (Um einen Desktop-PC flexibel und erweiterbar zu machen, werden PCIe-Steckplätze zur Verfügung gestellt)

RAM (Speicherbänke die über die Steckplätze eingesteckt werden können)

Sockel - Socket (Steckplatz für den Mikroprozessor)

Chipsatz (ist für die Steuerung des Datenflusses auf der Hauptplatine zuständig. Er besteht aus der North- und Southbridge. Die Southbridge steuert den Datenfluss zu den verschiedenen Controllern der Schnitstellen und ermöglicht somit die Kommunikation mit der "Außenwelt" (Tastatur, Maus, Festplatte usw.).

 

Für weitere Info´s könnt ihr auch hier gucken: http://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0310281.htm

 

Zum PDF-Anhang: Quellen sind das Kompendium und Internet.

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Video-Schnittstellen

VGA (D-Sub)

VGA (Video Graphic Array) ist der analoge
Standardanschluss, der sich auch heute noch an vielen Rechnern und Beamern befindet.

unterstützt keine Audioübertragung
Maximale Auflösung: 2.048 x 1.536 bei 60Hz

DVI

Der digitale Nachfolger von VGA heißt DVI (Digital Visual Interface). DVI überträgt die Daten ohne Qualitätsverlust an den Monitor oder Beamer und liefert eine bessere Bildqualität als VGA. Um eine Kompatibilität zu VGA-Monitoren zu erzielen, gibt es DVI auch in einer Variante, die sowohl ein digitales als auch ein analoge Videosignal zur Verfügung stellt (DVD-I). Um ein VGA Kabel anschließen zu können, benötigen Sie einen Adapter.

Im Normalfall wird über DVI kein Audio übertragen
Einige Hersteller von DVB-Receivern (z. B. Dream Multimedia) und Grafikkarten (AMD Radeon HD) übertragen neben hochaufgelösten digitalen Videodaten auch digitale Audiodaten über die DVI-Buchse.

Arten von DVI Schnittstellen:

DVI-I (Integrated)

DVI-I-Kabel können digitale und analoge Signale übertragen

DVI-I Single Link (18+5 Kontakte)
Maximale Auflösung: 1920 x 1200 bei 60 Hz

DVI-I Dual Link (24+5 Kontakte)
Maximale Auflösung: 2560 × 1600 bei 60 Hz

DVI-D (Digital)

DVI-D-Kabel können nur digitale Signale
übertragen

DVI-D Single Link (18+1 Kontakte)
Maximale Auflösung: 1920 × 1200 bei 60 Hz

DVI-D Dual Link (24+1 Kontakte)
Maximale Auflösung: 2560 × 1600 bei 60 Hz
oder 1920 × 1080 bei 144 Hz

Bei DVI-D-Kabeln mit nur 12 + 1 Pins werden keine DDC-Daten übertragen, so dass das Betriebssystem den Bildschirm nicht mehr automatisch erkennen kann.

DVI-A (Analog)

DVI-A Kabel (12+5 Kontakte) können nur analoge Signale übertragen, sie werden in der Praxis nur bei DVI zu VGA Adaptern eingesetzt.

HDMI

HDMI (High Definition Multimedia Interface) ist eine digitale Schnittstelle für Video- und Audiosignale und kommt deshalb vorwiegend im Bereich der Unterhaltungselektronik zum Einsatz. Ein Unterschied zu DVI ist neben der zusätzlichen Übertragung des Tons, dass mit HDMI ein Kopierschutz (HDCP) möglich ist.

Audioübertragung möglich
Maximale Auflösung (ab HDMI 2.1):
10.328 x 7.760 (10K)

Displayport

DisplayPort, kurz DP, ist eine Schnittstelle zur Übertragung von Audio- und Videosignalen zwischen Computer und Bildschirm. DisplayPort soll die Anschlüsse VGA und DVI ablösen. Im Gegensatz zum HDMI Stecker ist hier eine mechanische Verriegelung vorgesehen. Ursprünglich wurde die Displayport entworfen, um den Umstieg auf digitale Schnittstellen für eine bessere Bildqualität zu beschleunigen.

Audioübertragung möglich
Maximale Auflösung: 5.120 x 2.880 (5K)

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