PRRV-Referat
Hardware -
Schnittstellen
Hardware - Schnittstellen
Das Problem der sogenannten Schnittstelle tritt insbesondere beim Anschluß eines Druckers an einen bereits vorhanden Computer auf. Schnittstellen (Interface) sind also immer dann zu beachten, wenn zwei unterschiedliche Geräte zusammenarbeiten sollen, z.B. Computer und Drucker. Damit diese peripheren Geräte auch mit dem Computer kommunizieren können, müssen sie in der Regel über ein Kabel, dem sogenannten Schnittstellenkabel, mit diesem verbunden werden.
Insgesamt werden drei Möglichkeiten der Datenübertragung unterschieden: Simplex, Halb-Duplex, Voll-Duplex (Bild 1). Dabei kann eine Schnittstelle sowohl die Möglichkeit des Sendens als auch des Empfangens beinhalten.
Abb. 1 Datenübertragungsarten
Zeichen werden grundsätzlich im 8-Bit Format dargestellt (kodiert), d.h. für die Übertragung von Zeichen (Zeichenfolgen), was jede Datenübertragung letztlich darstellt, ergibt sich die einfache Möglichkeit, daß die notwendigen 9 Leitungen (8 Datenleitungen, 1 Masseleitung) einfach mit Hilfe einer entsprechenden Steckverbindung zum peripheren Gerät weitergeleitet werden. Es befinden sich also alle 8 Datenleitungen parallel nebeneinander, so daß man von einer parallelen Schnittstelle spricht (Bild 2).
Obwohl die technische Realisation des Übertragungsverfahrens primär nicht zu dem Bereich der Schnittstelle gehören, sollen sie hier kurz erwähnt werden. Ein Problem bei jeder Datenübertragung (Kommunikation) besteht in der Mitteilung des Beginns und des Endes der Übertragung. Sender und Empfänger müssen also gleichgeschaltet, synchronisiert, werden. Diese Gleichschaltung kann mit jedem einzelnen zu übertragenen Zeichens auf neue erfolgen, z.B. beim Morsen durch Übertragen eines Tones bestimmter Dauer, so daß der Empfänger weiß, jetzt kommt ein Zeichen. Diese Methode bezeichnet man auch als asynchrone Übertragung, denn zwischen zwei Zeichen aus einem gesamten Block kann jeweils eine beliebig lange Zeitspanne liegen. Man spricht daher auch von einem Start- und einem Stopbit. Serielle Datenübertragung erfolgt fast ausschließlich asynchron; der technische Aufwand ist am geringsten.
Bei der synchronen Datenübertragung wird nur der einmalige Beginn des gesamten Sendevorgangs mitgeteilt. Danach werden die einzelnen Daten (Zeichen) in einem fest vorgegebenen Zeitverhältnis übermittelt, sie kommen in jeweils gleichen Zeitabständen an, sozusagen synchron. Diese Anwendung findet sich vielfach bei parallelen Schnittstellen.
Grundsätzlich kann jede Schnittstelle mit dem asynchronen oder synchronen Übertragungsverfahren arbeiten.
Aus historischen Gründen bezeichnet man diese Schnittstelle auch als Centronic- Schnittstelle; die Firma Centronic hatte diese Form zuerst definiert und firmenintern normiert. Aufgrund dieser Entwicklung wird auch die entsprechende Steckverbindung mit dem Namen Centronic versehen.
Abbildung 2 Parallele Datenübertragung
Aufgrund der fehlenden Normierung gibt es auch andere Steckverbindungen für die parallele Schnittstelle, so verwendet IBM für seine PC's eine 25-polige Canon- Steckverbindung, die sonst nur für die serielle Datenübertragung genutzt wird.
Vorteile:
Die Datenübertragung über eine parallele Schnittstelle ist äußerst schnell (bis zu 1MByte/s - 1 Megabyte pro Sekunde).
Der technische Aufwand ist minimal; das Datenübertragungsformat entspricht der internen Darstellung von Zeichen, so daß keine besondere Umwandlung nötig ist.
Nachteile:
Das entsprechende Verbindungskabel zwischen Computer und peripherem Gerät muß in der Minimalversion mindestens 12-polig sein (bei nur einer Masseleitung). In der Regel ist das Kabel 25-polig (jede Datenleitung hat eine eigene Masseleitung, zusätzlich Steuerleitungen).
Kabellängen über 2m führen häufig zu Schwierigkeiten bei der Datenübertragung. Aufgrund der hohen Übertragungsrate beeinflussen sich die parallelen Datenleitungen gegenseitig (Transformatoreffekt), so daß es zu fehlerhaften Informationen kommen kann.
Anwendungen der Parallelen Schnittstelle:
Vor allen Dingen beim Betrieb von Druckern und Plottern an einen Computer.
Hinweis: Mit welchem Übertragungsprotokoll die parallele Schnittstelle arbeitet kann im Bios-Setup eingestellt werden.
CHIPSET FEATURES SETUP -> Parallel Port Mode -> ECP+EPP (bei Award Bios)
Besonders beim Betrieb eines Zip-Laufwerkes empfiehlt sich die Umstellung in den ECP/EPP Mode. (->schnellere Übertragungsrate zwischen Computer und Zip-Laufwerk)
Spezifikationen:
4 Kontrolleitungen STROBE, AUTOFEED, SELECTIN, INIT (Ausgang)
5 Statusleitungen ACK, BUSY, PAPER EMPTY, SELECT, ERROR (Eingang)
8 Datenleitungen D0-D7 (Ausgang)
Der SPP stellt den Parallelport dar, wie ihn IBM 1981 für den PC ausgewiesen hat. Die Datenausgabe über die Datenleitungen D0-D7 sind unidirektional, also nur in eine Richtung definiert. Mit dem SPP sind nur folgende Betriebsarten (nach IEEE1284) möglich:
COMPATIBLE MODE:
Dieser Modus stellt die 8bit Parallelübertragung gemäß den Spezifikationen von IBM dar, der den Betrieb von reinen Ausgabegeräten wie z.B. Druckern oder Plottern erlaubt, die als Rückmeldung gerade mal die nötigsten Meldungen durch Signalleitungen zur Verfügung haben. Damit werden die wesentlichen Signale der CENTRONICS-Schnittstelle abgedeckt.
NIBBLE MODE:
Um wenigstens eine halbwegs schnelle Bidirektionalität des eigentlich unidirektionalen SPP herzustellen fielen Programmierer auf den Trick zurück, die 5 Statusleitungen (Eingang) der SPP zum Datenaustausch zweckzuentfremden. Vier Statusleitungen werden als Dateneingang verwendet. Daraus resultiert eine 4bit (=Nibble) Parallelübertragung von der Peripherie zum Host (Rückwärtskanal) und eine 8bit (=Byte) Parallelübertragung vom Host zur Peripherie (Vorwärtskanal).
BYTE MODE:
Bei späteren Ausführungen des SPP statteten einige Hersteller, angeführt
von IBM bei seinen PS/2-Modellen, die SPP mit bidirektionalen
Datenleitungen aus. Dadurch wurde auch auf dem derart erweiterten SPP
eine 8bit (=Byte) Parallelübertragung möglich. Hierfür werden keine
Steuerleitungen mehr als Datenleitungen benutzt.
Spezifikationen:
4 Kontrolleitungen WRITE, DATASTB, ADDRSTB, RESET (Ausgang)
5 Statusleitungen INTR, WAIT, USER DEF, USER DEF, USER DEF (Eingang)
8 Adress-/Datenleitungen D0-D7 (Ein+Aus)
Das EPP-Protokoll wurde von Intel, Xircom und Zenith Data Systems entwickelt und stellt eine Hochgeschwindigkeits-Parallelschnittstelle dar, welche sich aber noch mit SPP verträgt. Dieses Protokoll wurde von Intel in den 386SL (82360 I/O Chip) implementiert und schließlich zum IEEE1284-Standard erhoben. Bleibt anzumerken, daß es bei EPP leider zwei Versionen gibt: Eine ältere EPP V1.7 und die neuere EPP-1284. Eine Peripherie nach EPP-1284 arbeitet sauber an einem EPP V1.7 Host, leider aber eine EPP V1.7 Peripherie nicht am EPP-1284 Host !
Die zusätzlichen EPP-Register können durch BASE + 03h, +04h, +05h adressiert werden. (BASE= 3BCh, 378h oder 278h). Mittels EPP können Datenraten von 500KB/s bis zu 2MB/s erreicht werden.
Vorteile von EPP:
Handshake mit eigener Hardware. Nur ein Portzugriff pro übertragenem Byte. (Und nicht vier bis sechs 8-bittige Zugriffe wie sonst.)
Busy-Signal hat gleiche Funktion wie IOCHRDY am ISA-Bus und kann Waits direkt am Prozessor einleiten (Time-Out erforderlich).
Über Address-Strobe 256 verschiedene Geräte adressierbar.
32bittige Schreibzugriffe auf den Port möglich.
Schnelle Adressierung über Local Bus und CMOS-Pegel statt OpenCollector bei den Steuerleitungen.
Spezifikationen:
4 Kontrolleitungen HOSTCLK, HOSTACK, 1284ACTIVE, REVERSEREQUEST (Ausgang)
5 Statusleitungen PERIPHCLK, PERIPHACK, ACKREV, XFLAG, PERIRQ (Eingang)
8 Adress-/Datenleitungen D0-D7 (Ein+Aus)
Das ECP-Protokoll wurde von Hewlett Packard und Microsoft als modifizierte Kommunikation zwischen Druckern und Scannern ausgewiesen. Genau wie das EPP-Protokoll unterstützt ECP eine Hochgeschwindigkeits-Parallelübertragung zwischen Host-Adapter und Peripherie. Ferner sieht ECP einen eigenen DMA-Kanal vor, FIFO-Pufferung für Hin- und Rückkanal und Datenkompression nach dem Run_Lenght-Encoding (RLE) Verfahren. Die zusätzlich erforderlichen ECP-Register können durch aufaddieren von 400h auf die Basisadressen (3BCh, 378h oder 278h) adressiert werden.
Vorteile von ECP:
16-Byte-FIFO mit Interrupt und DMA-Möglichkeiten.
schnelles Hardware-Handshake.
mehrere Geräte adressierbar.
Daten-Komprimierung nach RLE-Verfahren unterstützt.
Eine typische serielle Schnittstelle ist die Verbindung zwischen dem alten Morsetelegraph und den beiden Telegraphenleitungen. Die Übermittlung der in lange und kurze Töne kodierten Zeichen erfolgte nicht spontan (parallel), sondern nacheinander (seriell) durch Vorgabe von "kurz" oder "lang". An der Empfangsstation steht das Zeichen somit erst nach einer gewissen Umwandlungszeit zur Verfügung; die seriell ankommende Information muß erst wieder in das richtige Format gebracht werden. Obige Ausführungen zeigen bereits, daß die serielle Schnittstelle bereits seit langem angewendet wird, denn für die Verbindung (Kabel) braucht man in der Minimalversion nur zwei Leitungen, eine Daten- und eine Masseleitung. Diese Anordnung findet man aber auch in jeder Telefonleitung. Die Anwendung der seriellen Schnittstelle bringt also hier enorme Möglichkeiten mit sich, so daß man den erhöhten technischen Aufwand der Umwandlung Parallel-Seriell-Parallel in Kauf nimmt.
Abb. 3 Serielle Datenübertragung
Serielle Schnittstellen werden häufig auch als V24- oder RS232C-Schnittstelle bezeichnet. Bild 5 zeigt die am häufigsten verwendete Steckerbelegung, die 25-polige Anordnung mit entsprechenden Canon-Steckern (Buchsen).
Im Gegensatz zur parallelen Schnittstelle läßt sich die serielle durch eine weitere Datenleitung, der Empfangsleitung, sowohl zum Senden als auch Empfangen verwenden, weshalb im Voll-Duplex-Betrieb (Bild 1) fast ausschließlich serielle Schnittstellen verwendet werden, insbesondere bei größeren Entfernungen.
Vorteile:
Entsprechende Verbindungskabel brauchen prinzipiell nur aus wenigen Leitungen zu bestehen (Sende-, Empfangs-, Masse- und Steuerleitung).
Da keine Beeinflussung durch andere Kabel möglich ist, sind lange Übertragungsstrecken möglich.
Einfache Erweiterung zur Empfangsmöglichkeit.
Für bestimmte Anwendung kann auf das vorhandene Telefonnetz zurückgegriffen werden (Modem).
Nachteile:
Daten müssen erst aufbereitet werden, bevor sie übertragen werden können. Danach muß wieder eine Rückübertragung in das alte Format erfolgen.
Die Übertragungsrate liegt weit unter der von parallelen Schnittstellen.
Anwendungen der Seriellen Schnittstelle:
Drucker, Plotter, Diskettenlaufwerk, Joystick, weiterer Computer (zum Datenaustausch).
Diese Schnittstelle wird ausschließlich in der Meßtechnik angewendet, wenn z.B. ein automatischer Abgastest bei Kraftfahrzeugen oder Lesen eines kodierten Preisetiketts mit Hilfe eines Computers erfolgen soll. Ebenso wie bei der parallelen Schnittstelle werden die Daten parallel übertragen. Eingeführt wurde diese Schnittstelle von der amerikanischen Firma Hewlett Packard.
Anwendungen des IEC-Bus:
Jegliche Art von Meßgerät, Barcode-Leser, Bildschirme, Drucker, Plotter.
Die benutzerfreundliche Anschlußtechnik für PC-Peripherie
Schon seit einigen Jahren diskutiert die PC-Branche über eine neue Verkabelungstechnik zwischen PC und Peripheriegeräten, die den Kunden das Leben leichter machen soll: der Universal Serial Bus (USB). Die Idee ist bestechend: Mit einem einheitlichen Steckertyp lassen sich bis zu 126 Peripheriegeräte am PC anschließen und betreiben. Dies gilt nicht nur für klassische PC-Peripherie (Monitor, Tastatur, Maus, Drucker), sondern auch für z. B. Telefone, externe Fax- und Datenadapter oder Videokameras. Der heutige Kabelsalat mit unterschiedlichen Steckern hat mit USB ein Ende.
Die Unternehmen, die für dieses Thema Pate gestanden haben (Intel, Microsoft, DEC, IBM, NEC, Compaq und Northern Telecom), hatten neben dem Komfort für den Kunden natürlich auch ihr eigenes Geschäft mit Hardware, Software und Endgeräten im Fokus, denn für USB sind leistungsfähige PCs, geeignete USB-Controller und entsprechende Treiber erforderlich. Erste PCs mit USB-Schnittstellen sind bereits verfügbar. Ins Betriebssystem integrierte
USB-Treiber wird es mit Windows 98 geben.
Ein wesentlicher Vorteil des USB liegt im echten Plug and Play, d. h. USB erkennt die angeschlossenen Peripheriegeräte automatisch und sorgt auch für eine automatische Konfiguration. Das An- und Umstecken von Peripheriegeräten kann bei laufendem PC auch während einer Anwendung erfolgen (Hot Plugging). Es müssen in der Regel keine geräteindividuellen Treiber installiert werden. Ein Neustart des PCs ist ebenfalls nicht erforderlich. Da lediglich der USB-Controller einen Interrupt im PC verwendet, entfällt die lästige Sucherei nach freien Interrupts, die ja bei herkömmlichen Einsteckkarten oft zu Problemen führt.
Für viele Schreibtische bietet USB einen weiteren Vorteil: Die Peripheriegeräte müssen nicht zwangsläufig an der PC-Rückseite angeschlossen werden. Von dort läuft lediglich ein USB-Kabel zu einem USB fähigen Peripheriegerät (z. B. einer USB-Tastatur), welches dann seinerseits den Anschluß weiterer Geräte erlaubt (z. B. einer Maus) = sog. Free Plugging. Insofern können bestimmte Geräte mit USB-Anschluß gleichzeitig als Multiplikator für weitere Geräte dienen. Diese Verteiler innerhalb des USB werden als Hubs bezeichnet.
Neben den bereits genannten Merkmalen sind noch einige technische Charakteristika des USB zu nennen: die Bus-Topologie, die Pipe-Kommunikation, die Datentransferarten sowie die Bandbreite des USB.
Bus-Topologie
Der USB ist, obwohl der Name dies suggeriert, kein Bus im klassischen Sinne. Die
Topologie des USB wird am besten durch den Begriff Verteilter Stern beschrieben d. h. die einzelnen Peripheriegeräte (die sogenannten Devíces) werden sternförmig an verteilten Verbindungspunkten (den sogenannten Hubs) angeschlossen. Identifiziert werden diese Peripheriegeräte jedoch wie an einem Bus üblich, über linear verteilte Adressen, die unabhängig von der Existenz dieser Verbindungspunkte sind. Die Länge des Kabels zwischen einem Hub und einem Peripheriegerät darf maximal 5m betragen. Der PC, an dem die Hubs bzw. die USB-Geräte angeschlossen sind, ist verantwortlich für die Kommunikation zwischen den einzelnen Geräten. So können USB-Geräte untereinander nur über den PC (den sogenannten Host) als Initiator der Kommunikation Daten austauschen. Der eigenständige Datentransfer zwischen USB-Geräten ohne geeignete Host-Software ist nicht möglich.
Pipe-Kommunikation
Die Treiber-Software im PC stellt zur Kommunikation mit den USB-Geräten die
sogenannten Pipes zur Verfügung. Dies sind logische Übertragungskanäle, in denen die Daten vom Device zum Host und umgekehrt transportiert werden. So muß der
Programmierer eines Host-Treibers nicht die Register eines Peripherie-Controllers direkt programmieren, sondern er hat die Möglichkeit, das externe USB-Gerät über einfache Pipe-Funktionen anzusteuern.
Datentransferarten
Wie die herkömmlichen PC-Karten und Peripheriegeräte erfordern auch USB-Geräte unterschiedliche Steuerungs- und Datenübertragungsmöglichkeiten. So gibt es Geräte, die eine definierte Bandbreite des USB erfordern, damit kein Abriß des Datenstroms erfolgt (z. B. ISDN-Geräte, USB-Kameras). Andere erfordern sofortige Reaktionen innerhalb kürzester Zeit (z. B. Maus). Diese Anforderungen werden durch die Bereitstellung verschiedener Datentransferarten erfüllt: isochron, bulk, interrupt und control.
Bandbreite
Der USB hat eine Bandbreite von 12 Mbit/s, d. h. er ist mit der Bandbreite des
SCSI-1 (10 Mbit/s) vergleichbar. Er ist somit für langsame Peripheriegeräte wie Maus, Tastatur bis hin zu langsamen SCSI-Geräten (z. B. Scannern) oder komprimiertem Video einsetzbar. Weiterhin unterscheidet man zwischen Low-Speed und High-Speed USB-Controllern. High-Speed USB-Controller unterstützen die volle Bandbreite des USB (d.h. 12 Mbit/s). Low-Speed USB-Controller unterstützen lediglich 1,5 Mbit/s, sind aber kostengünstiger und daher z. B. für Tastaturen und Mäuse geeignet.
Zusammengefaßt gibt es folgende Vorteile und Neuerungen von USB:
Dank "Plug and Play" wird die Hardware automatisch erkannt und eingerichtet.
Geräte-Erweiterung bzw. -Entfernung auch bei laufenden Betrieb ("Hot Plug")
Übertragungsrate bis 12 MB/s
Ein Anschluß für alle Geräte
Integration von Telefon
Größere Erweiterungsmöglichkeit (bis 127 Geräte, 5 Meter Kabel,)
Hardware-Resourcen sparend: USB Controller benötigt nur einen IRQ
Der Nachteil liegt darin, daß man alte Komponenten nicht weiter verwenden kann
|
Serielle Schnittstelle |
115 Kb/s |
|
USB (low speed) |
1,5 Mb/s |
|
Parallele Schnittstelle |
8 Mb/s |
|
USB (full speed) |
12 Mb/s |
SCSI - eine Abkürzung für Small Computer System Interface - ist das Standardinterface bei Apple Macintosh Computern, aber es hatte lange Zeit in der IBM - Welt keine vorrangige Stellung. Warum? Im Laufe der Jahre erwarb sich SCSI den Ruf launisch und teuer zu sein.
Kompatibilität war ein sehr großes Problem der frühen SCSI Komponenten, was zur Ausprägung der Phrase 'plug and pray' führte. Aber als wichtigster Grund, SCSI war sehr viel teurer als Alternativen: Zum Beispiel waren SCSI Festplatten teurer als IDE (integrated drive electronics) Festplatten. Die Entwicklungen der letzten Zeit ändern dies jedoch, die Kompatibilität ist gewährleistet und Geräte sind jetzt leicht installierbar und auch erschwinglich geworden.
Der derzeitige Rummel rund um SCSI hat mehrere Gründe: Erstens ist SCSI zu einem Industriestandard geworden, zweitens ist es sehr flexibel, da es sowohl Festplatten, Bandlaufwerke, CD-ROM Laufwerke, Flopticals & Opticals, Scanner, Drucker und mehr unterstützt. Drittens erlaubt es SCSI, mehrere Geräte anzuschließen: bis zu 7 pro Adapter und man kann mehrere Adapter installieren. Letztendlich die hohe Performance: bis zu
10 Megabyte pro Sekunde Datendurchsatz mit Fast-SCSI Geräten. Daraus folgt, daß die schnellsten Festplatten, Scanner, CD-ROM´s und Bandlaufwerke fast ausnahmslos SCSI Geräte sind.
SCSI ist ein Bus-System, d.h. es können mehrere Geräte an einen Bus (eine Leitung zur Übertragung von Daten) gehängt (über einen Stecker an diese Leitung angekoppelt) werden. Es ist völlig autark zum Bussystem des Computers.
Die Ankopplung an das Computersystem erfolgt durch einen sogenannten Host-Adapter. Er übernimmt die Verwaltung der an ihm hängenden SCSI-Geräte und sorgt für den Informationsaustausch zwischen Computer und SCSI-Geräten. Wobei er gleichzeitig als gleichwertiges SCSI-Gerät fungiert. Im SCSI-Bussystem ist also, durch den Host-Adapter, der Computer selbst ein SCSI-Gerät geworden, das genauso wie jedes andere SCSI-Gerät am Bus angesprochen werden kann. Es ist so auch möglich mehrere Computer über diese Host-Adapter zu koppeln, da es dem SCSI-Bus egal ist, was für ein SCSI-Gerät am Bus ist. Denn jedes SCSI-Gerät verfügt über eine standardisierte Schnittstelle, sowohl von der Hardware als auch von der Software aus. Diese Standart-Schnittstelle nennt sich eben SCSI-Interface und kann mit den immer gleichen Kommandos über den SCSI-Bus angesprochen werden. Diese Kommandos sind genormt als CCS (Common Command Set).
Ein großer Vorteil dieses Systems ist das der Zugriff auf den Host-Adapter bzw. auf ein SCSI-Gerät in völlig identischer Weise erfolgt, so können völlig verschiedene Geräte völlig identisch angesprochen werden. Jedes SCSI-Gerät meldet sich beim Initialisieren des SCSI-Buses bzw. bei einem Reset mit einer bestimmten Anzahl logischer Blöcke, welche direkt angesprochen werden können. Ebenso meldet jedes SCSI-Gerät dabei seine Art und Kapazität automatisch. Sämtliche gerätespezifischen Einstellungen entfallen also gänzlich.
Es können maximal 7 (den Computer selbst nicht mitgezählt) solcher SCSI-Geräte am Bus hängen mit ID´s von 0 bis 7. Jede ID bzw. SCSI-Gerät kann noch bis zu 8 sog. LUN´s (Logical Unit Number) bzw. 'Unter'-Geräte verwalten.
Jedes Gerät am SCSI-Bus kann auf ein anderes Gerät am SCSI-Bus zugreifen. Jedoch muß dazu erst einmal die Kontrolle über den Bus erlangt werden und dabei spielt die ID eine Rolle, denn je höher die ID (die an jedem SCSI-Gerät eingestellt werden muß), je höher ist die Priorität beim Zugriff auf den Bus. Die höchste ID erhält den Zugriff auf den Bus und wird INITIATOR. Ein SCSI-Gerät, welches nun INITIATOR wurde ruft nun ein anderes SCSI-Gerät über seine ID zur Interaktion auf, welches dadurch zum TARGET wird. INITIATOR und TARGET kommunizieren nun miteinander über den SCSI-Bus wobei der INITIATOR dem TARGET befiehlt. Das ganze nennt sich Multimaster-Fähigkeit, da jedes Gerät sowohl Master (INITIATOR) als auch Slave (TARGET) werden kann.
Zusammengefaßt gibt es folgende Vorteile von SCSI:
sehr flexibel, da es sowohl Festplatten, Bandlaufwerke, CD-ROM Laufwerke, Flopticals & Opticals, Scanner, Drucker und mehr unterstützt
man kann mehrere Geräte anschließen - bis zu 7 pro Adapter
hohe Datendurchsatzrate (10 MB/s und mehr)
völlig verschiedene Geräte können identisch angesprochen werden.
Zum Abschluß noch einiges Wissenswertes über eine sehr zukunftsweisende Technologie der Datenübertragung: die Infrarot-Übermittlung. Als Übertragungsmedium dient ein Lichtstrahl mit Frequenzen im Infrarotbereich. Dieser Lichtstrahl wird mit Informationen moduliert und über eine relativ kurze Distanz vom Sender zum Empfänger geschickt. Dieselbe Technologie wird bei der Fernbedienung eines TV-Gerätes verwendet.
Auch hierfür wurde ein Standard etabliert - durch die IrDA (Infrared Data Association), eine extra für diesen Zweck gegründete Organisation.
Zur Kommunikation via Infrarot müssen beide beteiligten Geräten sogenannte transceiver (eine Kombination von Sender (transmitter) und Empfänger (receiver)) besitzen. Spezielle Mikrochips weisen diese Fähigkeit auf. Die notwendige Synchronisierung wird durch die entsprechende Software gewährleistet. Nach dem Standard IrDA-1.1 beträgt die maximale Größe der übertragenen Daten 2048 Bytes und die größte Übertragungsrate liegt bei 4 Mbps.
Infrarot-Übertragung kann auch für etwas längere Verbindungen in LANs (Local Area Networks) genutzt werden. Die größte effektive Entfernung ist etwas unter 1,5 Meilen und die größte übertragbare Bandbreite ist 16 Megabits pro Sekunde. Weil Infrarot eine Übertragung auf der Sichtlinie ist, ist es empfindlich gegen Nebel und andere Außenbedingungen.
Eine Hauptnutzung der Infrarot-Übertragung liegt derzeit in der Kommunikation von und mit Notebook-Computern. Die kabellose Verbindung ist beispielsweise interessant, um Dokumente vom Notebook zum Drucker zu senden.
Infrarotstrahlung hat eine Lichtwelle mit einer Länge von 700 nm bis 1600 nm. Die Wellenausbreitung ist kontrollierter als Funkwellen und daher abhörsicherer. Die Reichweite dagegen ist wesentlich geringer. Infrarot beeinträchtigt keine anderen elektromagnetischen Geräte und ist demnach auch störungsunanfälliger gegen
elektromagnetische Störungen
Gewitter
Stromleitungen
andere Geräte
Dagegen anfällig ist eine IR-Übertragung von Licht und anderen IR-Sendern. IR-Technik ist kostengünstiger als Glasfaserverbindungen.
Nachfolgend eine kleine Tabelle zum Vergleich von Übertragungstechniken.
|
Kriterium |
Funk |
Infrarot |
Kupfer |
Glasfaser |
|
Reichweite |
groß (durch Wände) |
gering < 10m |
groß |
groß |
|
Ausbreitung |
kontrolliert |
kontrolliert abhörsicher |
kontrolliert |
kontrolliert |
|
Störungsanfällig gegen |
Gewitter, Stromleitungen, elek. Geräte |
Tageslicht |
Gewitter, Stromleitungen |
|
|
Kosten |
hoch |
gering |
mittel |
hoch |
Anwendungen der Infrarotschnittstelle:
Infrarot-Tastaturen, Infrarot-Mäuse, Infrarot-Joysticks, Verbindung von Handy mit Computer -> damit kann man z.B mit dem Computer über das Handy im Internet surfen, Faxen, E-Mails versenden.
IrDA steht für Infrared Data Association. IrDA ist eine Standardisierung der IR-Datenübertragung die 1993/1994 von Temic Telefunken und Hewlett Packard gegründet wurde. Das Konsortium hat schon über 100 Mitglieder weltweit. Man kann für $6000 executiv Member werden und für bereits $500 die Specifikation documents erlangen.
Der IrDA Standart teilt sich in zwei Teile:
SIR (Serial Infrared) IrDA V1.0
Diese Technik verwendet HP schon seit langen in ihren Geräten. Übertragungsgeschwindigkeiten der gängigen UART´s sind
möglich. (minimal 9600 bps und maximal 1150200 bps).
FIR (Fast Infrared) IrDA V1.1
Der etwas schnellere Standart mit Geschwindigkeiten bis zu 4 Mbit/s.
In Zukunft sollen sogar Übertragungsgeschwindigkeiten bis zu 10 Mbit/s möglich sein und eine Punkt zu Mehrpunktverbindung duch diffuse Ausstrahlung von IR.
Dieser Standard besteht grob aus folgenden Spezifikationen:
asynchrone Übertragung mit 10 Bits xon/soff
1 Startbit
8 Datenbits
1 Stopbit
Die Impulsdauer eines Bits wird auf ein 3/16 Takt von der Bitbreite am UART verkürzt. Mit diesem Verfahren wird Energie gespart. Der Vorteil ist ein besserer Betrieb der hochleistungs Sendedioden, ein Akkubetrieb ist somit denkbar.
Unterstützt alle gängigen Übertragungsgeschwindigkeiten der UARTs von 9600 bps bis 115200 bps.
Mindestgeschwindigkeit beträgt 9600 bps. Bei jeder Übertragung wird mit 9600 bps gestartet und sich auf eine evtl. höhere Übertragungsgeschwindigkeit geeinigt. Außerdem sinkt mit der höheren Geschwindigkeit die Energie, die für die Sendediode gebraucht wird,weil die Impulsbreite kleiner wird.
Übertragungen von <= 1m sind gesichert.
Die Bitfehlerwahrscheinlichkeit (BER=Bit Error Ratio) beträgt 10-8
Betrieb im Halb Duplex Modus.
Abstrahlwinkel der Sendedioden beträgt +- 15 Grad bis +- 30 Grad.
Dieser Standard besteht grob aus folgenden Spezifikationen:
synchrone Übertragung mit HDLC Protokoll
Bit Stuffing
CRC
Kodierung der Bits nach 4PPM (Puls Positions Modulation)
ISO / OSI Modell
physikalischer Layer
Aufbau, Erhalt und Abbau von Verbindungen (IrLAP)
Kommunikation der Applikationen durch Schnittstellen (IrLMP)
Transport Protokolle (IrTP)
Übertragungsgeschwindigkeiten
115200 KBits/s
4 Mbit/s
bidirektionaler Transfer (voll-duplex-Betrieb)
Haupt | Fügen Sie Referat | Kontakt | Impressum | Nutzungsbedingungen
