Schnittstellen, Anschlüsse und Optische Medien

Von Alexander Fast, Dimitri Pauls, Oliver Bührmann, Sven Gaida

Inhaltsverzeichnis 1.0 Was ist FireWire? 1.1 Architektur 1.2 Entwicklung 1.3 Übertragungsrate 1.4 Einsatzgebiete 1.5.0 Hauptmerkmale

◦ 1.5.1 IEEE 1394a (Apple-Bezeichnung „FireWire 400“)

◦ 1.5.2 IEEE 1394b (Apple-Bezeichnung „FireWire 800“)

1.6 Sicherheitsprobleme 1.7 Pinbelegung 2.0 Vorteile gegenüber USB 2.0

◦ 2.0.1 IEEE◦ 2.0.2 Lichtleiter◦ 2.0.3 Lichtleiter Schaubild

2.1 Datenraten 2.2 Logo und Firmen 2.3 Pinbelegung 2.4 Vergleich

3.0 Arten der optischen Medien 3.1 CD (Compact Disc)

◦ 3.1.1 Technische Daten◦ 3.1.2 Aufbau◦ 3.1.3 Lese,- und

Schreibvorgang 3.2 DVD (Digital Versatile Disc)

◦ 3.2.1 DVD- und DVD+◦ 3.3.2 Unterschiede zur CD

3.3 Blu-Ray Disc◦ 3.3.1 Konkurrenzkampf

zwischen Blu-Ray und HD-DVD◦ 3.3.2 Neuerungen gegenüber

DVD 3.4 Darstellung 4.0 Was ist eSATA? 4.1 Spezifikation 4.2 eSATA im Vergleich mit USB

und Firewire 4.3 eSATA im Vergleich mit SATA 4.4 Nachrüstbarkeit

FireWire

RvWBk PaderbornETA 61IT

1.0 Was ist FireWire? 1.1 Architektur 1.2 Entwicklung 1.3 Übertragungsrate 1.4 Einsatzgebiete 1.5.0 Hauptmerkmale

◦ 1.5.1 IEEE 1394a (Apple-Bezeichnung „FireWire 400“)◦ 1.5.2 IEEE 1394b (Apple-Bezeichnung „FireWire 800“)

1.6 Sicherheitsprobleme 1.7 Pinbelegung

Inhaltsverzeichnis

FireWire (auch bekannt als i.Link oder IEEE 1394) ist eine von Apple entwickelte serielle Schnittstelle

ursprünglich nur auf den Macintosh-Computern von Apple zu findende Markenname FireWire („Feuerdraht“)

Sony verwendet seit April 1997 die Bezeichnung i.LINK für die FireWire-Schnittstelle

wird überwiegend für den schnellen Datenaustausch zwischen Computer und Multimedia- oder anderen Peripheriegeräten, jedoch auch in Industrie- und Automobilelektronik eingesetzt

Ursprünglich als Nachfolger für SCSI entwickelt, lässt sich FireWire aber dank der hohen Übertragungsrate auch als Alternative zu Ethernet nutzen (IP over FireWire)

FireWire steht in Konkurrenz zum verbreiteten USB-System

1.0 Was ist FireWire?

maximal sind 63 Geräte pro Bus möglich FireWire IEEE 1394b unterstützt Ringtopologie

◦ bis zu 1.023 Busse können mit Brücken verbunden werden, so dass insgesamt (63·1023=) 64.449 Geräte verbunden werden können

Anders als der Universal Serial Bus (USB) erlaubt FireWire die direkte Kommunikation aller Geräte untereinander (Peer-to-Peer) ohne einen Host(-Rechner)

1.1 Architektur

zugrundeliegende Idee für FireWire geht bei Apple bis 1986 zurück; es dauerte jedoch fast ein Jahrzehnt, bis ein Standard verabschiedet wurde

Ursprünglich (1995) gab es die drei Geschwindigkeitsklassen S100, S200 und S400 für Kabel-Verbindungen mit den bekannten sechspoligen Steckern

im Jahre 2000 kam mit IEEE 1394a der von Sony i.Link genannte vierpolige Stecker hinzu

1.2 Entwicklung

seit 2002 gibt es den Nachfolger IEEE 1394b mit S800, S1600 und S3200 er führt eine neue Art der Signalisierung und neue Kabel mit neunpoligen

Steckern ein

seit 2003 ist S800-Hardware verfügbar, die in der Regel als „FireWire 800“ vermarktet wird

aktuell steht gerade die Einführung von S3200 mit einer Übertragungsrate von 3,2 Gb/s an

die Zahlen hinter dem S bzw. „FireWire“ geben jeweils die ungefähre Transferrate in Mbit/s wieder

tatsächlich überträgt die Basisversion exakt 98.304.000 Bits pro Sekunde (12.288.000 B/s)

mit den bei Transferraten üblichen SI-Präfixen sind das exakt 98.304 kbit/s, während es mit Binärpräfix exakt 96.000 Kibit/s sind

um auf den runden Wert 96 Mbit/s zu kommen, müssten also zwei verschiedene Präfixsysteme kombiniert werden, wie bspw. auch bei 3,5″-Disketten (1,44 MB = 1440 · 1024 Byte)

dies wird in der Nomenklatur aber dadurch umgangen, dass gleich der aufgerundete Hunderterwert angegeben wird

S3200 überträgt also nicht genau 3.200 Mbit/s und auch nicht 3.200 Mibit/s, sondern 3.145,728 Mbit/s bzw. 3.000 Mibit/s (~2,93 Gibit/s)

1.3 Übertragungsrate

eingesetzt wird FireWire heute vor allem zur Übertragung von digitalen Bildern (z. B. Industriekamera, FireWire-Kamera) oder Videos (z. B. DV-Camcorder) in einen PC, aber auch zum Anschluss externer Massenspeicher wie DVD-Brenner, Festplatten etc. oder zur Verbindung von Unterhaltungselektronikkomponenten, beispielsweise bei Sony unter dem Namen i.LINK und Yamaha mit „mLAN“

Um die Datentransferrate moderner Festplatten (über 70 MB/s bei modernen 300-GB-Modellen) auch in externen Gehäusen nutzen zu können, ist der Einsatz des neuen neunpoligen FireWire 800 (1394b) notwendig, da das herkömmliche FireWire 400 (1394a) auf 400 Mbit/s beschränkt ist, d. h. maximal 50 MB/s übertragen werden können

im Gegensatz zu USB mit lediglich 0,5 A ist die Stromversorgung über FireWire mit 1,5 A spezifiziert. 2,5″-Festplatten benötigen zum Anlaufen knapp über 1 A, weshalb vom sogenannten „bus-powered“-Betrieb von USB-Festplatten abgeraten wird

Bei FireWire ist es möglich, externe Festplatten ohne eigenes Netzteil an einem sechs- oder neunpoligen FireWire-Port zu betreiben

1.4 Einsatzgebiete

1.5.1 IEEE 1394a (Apple-Bezeichnung „FireWire 400“)

100, 200 oder 400 Mbit/s Übertragungsbandbreite (12, 25 oder 50 Megabyte pro Sekunde) Geräte können bei laufendem Betrieb angeschlossen werden und werden automatisch

erkannt: „hot plug“ und „hot unplug“ integrierte Stromversorgung für Geräte (8 bis 33 V DC, 1,5 A, max. 48 W) Anschluss über Shielded Twisted Pair (STP)

◦ dünnes und damit flexibles 6-adriges Kabel (4 Adern für Datentransfer, 2 für Stromversorgung) oder

◦ 4-adriges Kabel (4 Adern für Datentransfer, keine Stromversorgungsleitungen) keine Terminatoren an den Kabelenden erforderlich Datenübertragung in beide Richtungen (bidirektional) 4,5 m max. Entfernung zwischen zwei Geräten (bei 400 Mbit/s) Gesamtlänge eines „daisy chain“-Stranges max. 72 m bis 63 Geräte anschließbar je Bus (max. 16 an einem „daisy chain“-Strang) bis zu 1023 Busse über Brücken zusammenschließbar paketorientierte Datenübertragung schneller isochroner Modus Geräteadressierung automatisch (keine Jumpereinstellungen an den Geräten oder ID-

Schalter notwendig)

1.5 Hauptmerkmale

1.5.2 IEEE 1394b (Apple-Bezeichnung „FireWire 800“)

Merkmale wie 1394a mit folgenden Erweiterungen und Änderungen: 800 Mbit/s Übertragungsbandbreite (100 Megabyte pro Sekunde) neues, 9-adriges Kabel und neue Stecker neues Arbitrierungsverfahren (Protokoll) BOSS (Bus Ownership / Supervisor

/ Selector) andere Signalkodierung und Signalpegel, „beta-Mode“ Abwärtskompatibilität zu 1394a durch bilinguale Chips (auch Betrieb

ausschließlich im neuen „beta-Mode“ möglich, dadurch allerdings keine Abwärtskompatibilität mehr)

erlaubt den Einsatz verschiedener Kabelmaterialien (zum Beispiel Glasfaser, UTP)

erlaubt längere Kabelverbindungen (in Abhängigkeit vom Kabelmedium, zum Beispiel 100 m bei Verwendung von UTP-Kabeln bis S100)

Die OHCI-Spezifikation (Open Host Controller Interface) beinhaltet eine Betriebsart für FireWire-Controller, in welcher FireWire-Geräte den Hauptspeicher eines Rechners auslesen oder überschreiben können, ohne dass es durch die Software auf diesem Rechner unterstützt werden muss

Dies ermöglicht theoretisch weitgehende Kontrolle des Rechners durch andere am FireWire-Bus angeschlossene Teilnehmer

Zumindest in der voreingestellten Konfiguration sind unter anderem Linux, FreeBSD und Windows anfällig

Durch die Notwendigkeit eines physischen Zugangs zu diesem Rechner ist die Praxisrelevanz aber eher gering

1.6 Sicherheitsprobleme

4pol. 1394a-Stecker

6pol. 1394a-Stecker

9pol. 1394b-Stecker

Bezeichnung

- 1 8pos. Versorgungsspannung, meist +12 V

- 2 6 GND

1 3 1 TPB−

2 4 2 TPB+

3 5 3 TPA−

4 6 4 TPA+

- 2 5 Schirm A−, A+

- 2 9 Schirm B−, B+

-

1.7 Pinbelegung

die Pin-Belegung von IEEE-1394-Pfostensteckern auf Hauptplatinen ist nicht herstellerübergreifend standardisiert und daher in der Regel abweichend von dieser Tabelle. Üblich sind sowohl 2×5-Pin- und 2×8-Pin-Pfostenstecker

USB 3.0

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2.0 Vorteile gegenüber USB 2.0◦ 2.0.1 IEEE◦ 2.0.2 Lichtleiter◦ 2.0.3 Lichtleiter Schaubild

2.1 Datenraten 2.2 Logo und Firmen 2.3 Pinbelegung 2.4 Vergleich

Inhaltsverzeichnis

© 2008 A. Fast

Laut IEEE soll die Geschwindigkeit bis zu einer Kabellänge von 3 Metern bei rund 4,8 GB/s liegen

10 mal schneller -> somit können 27 GB in 70 Sekunden kopiert werden

Geschwindigkeit nur mit neuen Kabeln möglich, bei denen Lichtleiter zum Einsatz kommen.

Senden und Empfangen möglich Geringer Energieverbrauch, besonders gut für Laptop User

(Stromsparmodus) Statt 100 mA stehen nun 150 mA pro Gerät zur Verfügung Auf Anforderung können statt 500 mA nun 900 mA

bereitgestellt werden Form des Steckers ist Abwärtskompatibel zu USB 2.0 usw Ältere Treiber sollen weiterverwendbar bleiben

2.0 Vorteile gegenüber USB 2.0

Institute of Electrical and Eletronics Engineers ist ein weltweiter Berufsverband von Ingenieuren aus den Bereichen Elektrotechnik und Informatik in New York

Veranstalter von Fachtagungen, Herausgeber diverser Fachzeitschriften und bildet Germien für die Normung von Techniken, Hard- und Software

Mit mehr als 380.000 Mitgliedern in über 150 Ländern größter technischer Berufsverband der Welt

2.0.1

Es handelt sich hierbei in der Regel um transparente, flexible Materialien relativ hoher optischer Dichte, in die Licht eingekoppelt und durch Totalreflexion weitergeleitet wird.

Licht wird so ein gestrahlt, dass es stets an der Grenzfläche zwischen dem optisch dichteren und optisch dünneren Material totalreflektiert wird.

2.0.2 Lichtleiter

2.1 Datenraten

Geschwindigkeit Toleranz USB 2.0 Toleranz USB 1.0 / 1.1

Low-Speed (1,5MBit/s) 0,75kbit/s 22,5kbit/s

Full-Speed (12MBit/s) 6kbit/s 30kbit/s

High-Speed (480Mbit/s) 240kbit/s 30kbit/s

2.2 Logo und Firmen

USB 3.0 Promoter Group entwickelt USB 3.0 Dazu gehören Unternehmen wie Intel, NEC,

Hewlett Packard, NXP Semiconductors, Microsoft und Texas Instruments

Neues Logo: Altes Logo:

Die ersten Kompatiblen Produkte kommen 2009 /2010 auf den Markt

2.3 Pinbelegung

Standardstecker USB 2.0

Zusätzliche Pins USB 3.0

Pin Name Farbe Detail

1 VCC Rot +5V

2 D- Weiß Data-

3 D+ Grün Data +

4 GND Schwarz

Masse

Name Beschreibung

SSTX+

Datenübertragung vom Host zum Gerät

SSTX- Mit SSTX+ verdrillt

GND Masse

SSRX+

Datenübertragung vom Gerät zum Host

SSRX- Mit SSRX+ verdrillt

2.4 Vergleich

Schnittstelle

USB 2.0 Fire Wire 400

Fire Wire 800

Gigabit Ethernet

eSATA

Transferrate(theoretisch)

Bis 60MByte/s

Bis 50MByte/s

Bis 100 MByte/s

Bis 125 MByte/s

Bis 300 MByte/s

Geräte-anzahl(maximal)

127 63 63 1 1

Kabellänge pro Gerät

5m 4,5m 4,5m 100m 1m

Optische Medien

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3.0 Arten der optischen Medien 3.1 CD (Compact Disc)

◦ 3.1.1 Technische Daten◦ 3.1.2 Aufbau◦ 3.1.3 Lese,- und Schreibvorgang

3.2 DVD (Digital Versatile Disc)◦ 3.2.1 DVD- und DVD+◦ 3.3.2 Unterschiede zur CD

3.3 Blu-Ray Disc◦ 3.3.1 Konkurrenzkampf zwischen Blu-Ray und HD-DVD◦ 3.3.2 Neuerungen gegenüber DVD

3.4 Darstellung

Inhaltsverzeichnis

Blu-Ray Disc (BD) Compact Disc (CD) Digital Multilayer Disk (en) Digital Versatile Disc (DVD) Enhanced Versatile Disc (EVD) Finalized Versatile Disc (FVD) Fluorescent Multilayer Disc (en) High Density DVD (HD DVD) Holographic Versatile Disc (HVD) Laserdisc (LD) Magneto Optical Disk (MOD) MiniDisc (MD) Phasewriter Dual (PD) Professional Disc for Data (PDD) Protein-coated Disc (PCD) TeraDisc Ultra Density Optical (UDO) Universal Media Disc (UMD) Versatile Multilayer Disc (VMD).

3.0 Arten der optischen Medien

Speicherkapazität – 700MB

Datenrate *1 = 1,23MBit/s

CD Arten (CD-R, CD-RW)

3.1.1 Technische Daten

Label Lackschicht Aluminiumschicht Polycarbonatschicht

3.1.2 Aufbau

Schreibvorgang

Lesevorgang

3.1.3 Lese,- und Schreibvorgang

DVD-R (W)

DVD+R (W)

3.2.1 DVD- und DVD+

Speicherkapazität – 4700MB

Datenrate *1 = 11.08MBit/s

Abstand der Datenschicht zur Oberfläche

Feinerer Laserpunkt

Kürzere Wellenlänge

3.2.2 Unterschiede zur CD

Panasonic, Pioneer, Philips, Sony, Thomson, LG Electronics, Hitachi, Sharp, Samsung, Dell und Apple

NEC, Microsoft, Toshiba, Intel, IBM und Hewlett Packard

3.3.1 Konkurrenzkampf zwischen Blu-Ray und HD-DVD

Kapazität – 25GB

Datenrate – 36MBit/s

Abstand der Datenschicht zur Oberfläche

Feinerer Laserpunkt

Kürzere Wellenlänge

3.3.2 Neuerungen gegenüber DVD

3.4 Darstellung

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eSATA

© Oliver Bührmann

4.0 Was ist eSATA? 4.1 Spezifikation 4.2 eSATA im Vergleich mit USB und Firewire 4.3 eSATA im Vergleich mit SATA 4.4 Nachrüstbarkeit

Inhaltsverzeichnis

4.0 Was ist eSATA? eSATA steht für external Serial ATA Basiert auf der SATA-Technologie Nach Durchsetzung von internen SATA-

Anschlüssen, wollte man die Vorteile des SATA auch für externe Laufwerke nutzen, somit entstand eSATA

eSATA eignet sich besonders gut für externe Laufwerke, die hohe Übertragungsraten erfordern (Festplatten, Blu-Ray Laufwerke)

4.1 Spezifikation Die Übertragungsrate beträgt bis zu 1,5Gbit/s Die Übertragungsspannung beträgt 500-600mV Anschluss der Geräte erfolgt über ein spezielles

eSATA Kabel Die Kabellänge kann bis zu 2m betragen Abgeschirmte Kabel, sodass keine Störungen

auftreten können HotSwap-Fähigkeit (ausstöpseln des Datenträgers im

laufenden Betrieb) RAID-Fähig (Verbund mehrerer Festplatten) Plug And Play („Anschließen und Loslegen“)

4.2 eSATA im Vergleich mit USB & Firewire

Vorteile des eSATA gegenüber USB und Firewire:◦ höhere Geschwindigkeit beim

Datentransfer◦ benötigt weniger Elektronik◦ Keine Umwandlung des

Datensignals vom USB/Firewire Anschluss zurück auf den IDE Anschluss

◦ Unterstützung diverser RAID Modi (Geschwindigkeitsvorteil bzw. Datenredundanz)

Nachteile des eSATA gegenüber USB und Firewire:◦ Es können nur Laufwerke

angeschlossen werden, während USB und Firewire zahlreiche andere Geräte wie zum Beispiel Tastaturen, Gamepads, Mäuse und Soundkarten unterstützen

◦ Nicht jeder Rechner besitzt einen eSATA Anschluss

eSATA USB Firewire

Übertragungsrate(bis zu)

1,5Gbit/s =1500Mbit/s

480Mbit/s 400Mbit/s

4.3 eSATA im Vergleich mit SATA

eSATA SATA

Anschluss / Stecker

Kleine Haltenasen für besseren Halt; Verpolungssicher

Verpolungssicher durch „L“-Form

Kabelabschirmung

Kabellänge Bis zu 2m Max. 1m

Übertragungsspannung 500-600mV 400-500mV

Steckzyklen 5000 50

4.4 Nachrüstbarkeit eSATA lässt sich bei

vorhandenem internen SATA leicht nachrüsten. Benötigt wir dazu ein Slotblech◦ Siehe Bild 1 & Bild 2

Bei nichtvorhandenem SATA, genügt es einen SATA-Controller mit eSATA Buchse einzubauen◦ Siehe Bild 3

Bild 1: Slotblech zum Nachrüsten einer eSATA Buchse

Bild 2: Herstellen einer Verbindung zum internen SATA-Anschluss

Bild 3: SATA Controllerkarte mit eSATA Buchse

ENDE