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PrfungsvorbereitungInformatiker Systemintegration

PDF erstellt mit Hilfe des OpenSource-Werkzeugs mwlib. Fr weitere Informationen siehe http://code.pediapress.com/ PDF generated at: Mon, 11 Jul 2011 08:34:05 UTC

InhaltArtikelHardwareSmall Computer System Interface Universal Serial Bus Serial ATA 1 1 7 28 36 36 37 45 46 46 49 49 52 70 75 75 80 80 84 87 92 92 123 123

SicherheitIntegritt (Informationssicherheit) Datensicherung Vertraulichkeit

Storages & FestplattenNetwork Attached Storage Direct Attached Storage Storage Area Network Solid-State-Drive Hexadezimalsystem

Subnetze - SubnettingSubnetz

ProtokolleProtokoll (IP) Spanning Tree Protocol Simple Mail Transfer Protocol

RAID (Redundant Array of Independent Disks)RAID

USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung)Unterbrechungsfreie Stromversorgung

ReferenzenQuelle(n) und Bearbeiter des/der Artikel(s) Quelle(n), Lizenz(en) und Autor(en) des Bildes 127 129

ArtikellizenzenLizenz 132

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HardwareSmall Computer System InterfaceDas Small Computer System Interface (SCSI, gesprochen [skzi][1] ) ist ursprnglich als eine standardisierte parallele Schnittstelle fr die Verbindung und Datenbertragung zwischen Peripheriegerten und dem Computer-Bus entstanden. Im Vergleich zu ATA/ATAPI ist ein wesentliches Merkmal der historischen parallelen Schnittstelle von SCSI die Mglichkeit, mehr als zwei Gerte anschlieen zu knnen. Seit dem SCSI-3 Standard ist SCSI jedoch als Protokoll definiert, das sich verschiedener Transportmechanismen bedienen kann. So gibt es heute z.B. unter Verwendung der gleichen Kabel wie bei Serial ATA (SATA) das Serial Attached SCSI (SAS). Die von Alan Shugart nach seinem Ausstieg aus Shugart Associates gegrndete Firma Shugart Technology fhrte SCSI 1979 unter der Bezeichnung SASI (Shugart Associates System Interface) ein. Nachdem sich 1981 andere Unternehmen insbesondere NCR dafr entschieden hatten, SASI zu untersttzen, wurde SASI in SCSI umbenannt. NCR initiierte auch den im folgenden Jahr beginnenden Standardisierungsprozess, und 1986 wurde die SCSI-Spezifikation als X3.131-1986 von der ANSI standardisiert. Seitdem hat sich SCSI zum Industriestandard entwickelt, der in beinahe jedem Computer-System verwendet werden konnte (es gibt sogar SCSI-Implementationen fr den Commodore-64-Heimcomputer).

VerwendungUm an einen Computer SCSI-Gerte anschlieen zu knnen, wird ein SCSI-Host-Bus-Adapter (kurz HBA) bentigt, der den Datentransfer auf dem SCSI-Bus kontrolliert. Das anzuschlieende SCSI-Gert besitzt einen SCSI-Controller, um die Daten ber den Bus zu bertragen und mit dem Host-Bus-Adapter zu kommunizieren. Der SCSI-Host-Bus-Adapter kann auf der Hauptplatine integriert sein, wird aber in der Regel als Steckkarte nachgerstet. SCSI wird meist zur Anbindung von Festplatten und Bandlaufwerken genutzt, wird jedoch auch mit einer Reihe von weiteren Gerten verwendet, wie zum Beispiel Scannern und optischen Laufwerken. Der SCSI-Standard ist gerteunabhngig ausgelegt, so dass theoretisch jedes Peripheriegert SCSI benutzen kann. Vereinzelt werden SCSI und VHDCI- (vonVery High Density Cable Interconnect, eine miniaturisierte Bauform) Steckverbinder auch in der industriellen Steuerungstechnik und an Ein-/Ausgabeports von Gerten zur analogen und digitalen Datenerfassung und -ausgabe verwendet, zum Beispiel an PXI-Baugruppen.

Die verschiedenen SCSI-StandardsSCSI wurde ber die Jahre weiterentwickelt. Folgende Standards (in chronologischer Reihenfolge) sind definiert:

SCSI-1 (1986)Der ursprngliche von SASI (Shugart Associates Systems Interface) abgeleitete und von der ANSI herausgegebene Standard von 1986. SCSI-1, auch Narrow SCSI genannt, bietet einen Bus mit 8-Bit-Breite und Parittsprfung, der asynchron mit 3,5MB/s oder synchron mit 5MB/s luft, die maximale Kabellnge betrgt dabei 6Meter (das konkurrierende ATA-Interface war damals auf 1,5m beschrnkt). Eine Variation des SCSI-1-Standards (Differential-SCSI) verwendete eine auf differentiellen Signalpegeln basierende bertragungstechnik und ermglichte so eine Kabellnge von 25m. Zur Unterscheidung gegenber der modernen Low-Voltage-Differential-Schnittstelle (LVD) nennt man die alte Technik heute High-Voltage-Differential (HVD). HVD war teuer, elektrisch nicht kompatibel und wurde vor allem im professionellen Umfeld bis hin zum Aufbau

Small Computer System Interface lokaler, kombinierter Speicher-Computer-Netzwerke genutzt.

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SCSI-2 (1989)Dieser Standard wurde 1989 verabschiedet und bildete die Basis fr die Varianten Fast SCSI und Wide SCSI. Fast SCSI (8 Bit, F) verdoppelte den Bustakt, was eine Transferrate von bis zu 10MB/s bedeutete. Wegen des hohen Bustaktes durfte die Verkabelung nur noch hchstens 3Meter lang sein. Weil Fast SCSI dieselben Kabel wie SCSI-1 verwendete, verbreitete es sich sehr schnell. Vorhandene Installation waren problemlos Gert fr Gert aufrstbar, der Mischbetrieb war mglich. Einen anderen Weg ging man mit Wide SCSI: Hier wurde der Bustakt (und damit die erlaubte Kabellnge) beibehalten, aber die Busbreite auf 16 Bit verdoppelt. Das fhrte ebenfalls zu 10MB/s, allerdings waren neue, 68-polige Kabel ntig. Reines Wide SCSI hatte keine Marktbedeutung. SCSI-2 spezifizierte auerdem eine 32-bit-Version von Wide SCSI, die zwei 16-bit-Kabel pro Bus verwendete. Auch diese Technik wurde von SCSI-Gerteherstellern grtenteils ignoriert, und daher mit SCSI-3 wieder abgeschafft. Um auf 20MB/s zu kommen, kombinierte man Fast SCSI (hoher Bustakt) und Wide SCSI (doppelte Busbreite) miteinander. Diese Variante war sehr verbreitet und wird oft Fast Wide SCSI genannt. Wenn heute von Wide SCSI gesprochen wird, ist praktisch immer Fast Wide gemeint, da reines Wide keine Bedeutung hat.

Ultra-SCSI (1992)Ultra SCSI wurde 1992 als Teil der umfassenden SCSI-3-Norm eingefhrt. Die Busgeschwindigkeit wurde erneut verdoppelt auf 20MB/s fr schmale (8Bit, U) Systeme und 40MB/s fr die Wide-Variante (16Bit, UW). Die maximale Kabellnge blieb bei 3m, was SCSI den unverdienten Ruf einbrachte, sehr empfindlich auf Kabellnge und Umweltbedingungen zu reagieren (meist waren minderwertige Kabel, Stecker und Terminatoren an diesen Problemen schuld). Grere Kabellngen waren weiterhin mit HVD-Gerten mglich (z.B. Adaptec 2944 UW differential controller).

Host-Bus-Adapter mit 50 Pin-Kabel

SCSI-3 (1993)SCSI-3 ist erstmalig ein Bndel von eigenstndigen Normdokumenten, das auch Protokolle fr alternative Transfertechniken wie IEEE-1394 (Apples FireWire-Standard) und Fibre-Channel enthlt. Enthalten ist auch VHDCI (von Very High Density Cable Interconnect), ein 68poliges Stecksystem mit 0,8mm pitch, welches auch unter der Marke CHAMP[2] auftritt.

Ultra-2 SCSI (1997)

Small Computer System Interface

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Dieser Standard wurde 1997 eingefhrt, und brachte einen neuen Bus mit niedrigem Signalpegel mit sich (Low Voltage Differential, LVD). Daher wird Ultra-2 auch manchmal als LVD SCSI bezeichnet. Die herkmmliche bertragungstechnik wird im Gegensatz dazu als SE SCSI (Single Ended SCSI) bezeichnet. Durch die LVD-Technik wurde es mglich, die Kabellnge auf 12Meter zu erhhen, bei wesentlich besserer Rauschimmunitt. Gleichzeitig wurde die Transferrate auf 40MB/s (narrow, 8Bit, U2) beziehungsweise 80MB/s (wide, 16Bit, U2W) gesteigert. Ultra-2 SCSI hatte nur ein kurzes Leben, da es bald von Ultra-3 (Ultra-160) SCSI abgelst wurde.

Ultra-2-Wide SCSI Host-Bus-Adapter

Ultra-160 (1999)Diese Version wurde gegen Ende 1999 eingefhrt und wird von einigen Herstellern auch als Ultra-3 SCSI bezeichnet, abgekrzt U160 oder U3. Prinzipiell handelte es sich um eine Verbesserung des Ultra-2-Standards, indem die Transferrate durch Einfhrung des Doppelflankentakts (Double-Edge-Clock) auf nun 160MB/s verdoppelt wurde. Bei diesem Verfahren wird sowohl bei der ansteigenden wie bei der abfallenden Flanke des Taktsignals ein Datenwort bertragen. Ultra-160 SCSI bietet auerdem neue Funktionen wie eine Zyklische Redundanzprfung (ZRP, engl. CRC) und Domain-Validierung. Bei letzterem werden bei der Initialisierung des Busses Testdaten an die Gerte und von denen zurck geschickt. Sollten Fehler auftreten, wird die Geschwindigkeit solange verringert, bis die bertragung fehlerfrei funktioniert. Ab Ultra-160 SCSI gab es nur noch 16Bit breite Busse.

Ultra-320 (2002)Ultra-320 ist ein Ultra-160 mit einer auf 320MB/s verdoppelten Transferrate und stellt den Abschluss der Entwicklung der parallelen SCSI-Datenbertragung dar. Die Entwicklung von Ultra-640 (Fast-320) htte die Geschwindigkeit noch einmal auf 640MB/s verdoppelt, wird aber nicht mehr weiterverfolgt. Statt dessen setzt die Industrie auf Serial Attached SCSI (SAS).

SCASCA (Single Connector Attachment) ist kein eigenstndiger SCSI-Standard, sondern ein 80-poliger Anschluss, der hufig bei Hotplug-Wechselrahmen verwendet wird. Dieses Anschlussformat gibt es sowohl fr das SE-, LVD-, als auch fr das HVD-bertragungsformat. Im Gegensatz zu den anderen SCSI-Anschlssen beinhaltet SCA auch die Stromversorgung (+5 und +12 Volt) sowie die Steuerleitungen fr die SCSI-ID und die LED Anzeigen.

Allgemeine Informationen zu den SCSI-StandardsKompatibilittUltra-2, Ultra-160 und Ultra-320-Gerte knnen auf dem LVD-Bus ohne Performance-Verluste gemischt werden, da der Host-Bus-Adapter die Geschwindigkeit und sonstigen Management-Entscheidungen mit jedem Gert einzeln abspricht. Single-Ended-Gerte sollten nicht an den LVD-Bus angeschlossen werden, da das den gesamten Bus in die Betriebsart single-ended zwingen wrde mit den bekannten Einschrnkungen der Geschwindigkeit (40MB/s) und der Kabellnge (3m). Generell sind SCSI-Gerte abwrtskompatibel, das heit, es ist mglich, eine Ultra-3-Festplatte an einem Ultra-2-Host-Bus-Adapter zu benutzen (allerdings mit reduzierter Geschwindigkeit und ohne spezifische Ultra-3-Befehle).

Small Computer System Interface HVD-SCSI-Gerte (einschlielich der Abschlusswiderstnde) sind prinzipiell nicht vertrglich mit SE- oder LVD-SCSI-Gerten.

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InstallationJedes SCSI-Gert (einschlielich des Host-Bus-Adapters) muss mit einer eindeutigen ID-Nummer konfiguriert werden. Dem Host-Bus-Adapter bzw. Controller wurde die ID=7 generell zugeordnet. So werden die einzelnen Gerte auf dem SCSI-Bus eindeutig identifiziert und die Prioritt der Gerte festgelegt. Die Prioritt der IDs lautet in absteigender Reihenfolge 6 bis 0 und dann 15 bis 8. Eventuell bestehen Einschrnkungen seitens BIOS oder Betriebssystem bei der Vergabe der ID-Nummern. Jedes Gert mit Ein SCSI-Terminator, hier in einer ID hat darunter zustzlich mindestens eine LUN (Logical Unit Centronics-Ausfhrung Number) konfiguriert. Mit SCAM (SCSI Configured Automatically) gab es Bemhungen, diese mitunter aufwendige Konfiguration zu vereinfachen. So ermglicht SCAM eine weitgehend automatische Konfiguration. Fr neu angeschlossene Gerte muss zum Beispiel nicht mehr manuell eine SCSI-ID eingegeben werden; SCAM erledigt das selbstttig. Jedoch hat SCAM niemals praktische Bedeutung erlangt. Jeder SCSI-Strang muss mit genau zwei Terminatoren abgeschlossen werden an jedem physikalischen Leitungsende einen. Meist bieten die Host-Bus-Adapter die Mglichkeit, eine Seite des Busses zu terminieren, so dass in der Regel nur ein Steckterminator erforderlich ist. Es gibt sowohl aktive als auch passive Terminatoren, wobei dem aktiven Typ der Vorzug gegeben werden sollte (auf LVD-Bussen ist er zwingend notwendig). Unsachgeme Terminierung ist eines der hufigsten Probleme bei SCSI-Installationen. Es ist mglich, aus einem Wide-Bus einen schmalen zu machen, wenn die Wide-Gerte direkt hinter dem Host-Bus-Adapter angeschlossen sind und die Schmalband-Gerte am Ende des Busses. Dazu wird ein Kabel bentigt, das den weiten Teil des Busses terminiert und den schmalen durchschleift. Man spricht auch von High-9-Terminierung. Spezielle Kommandos erlauben es dem Host-Bus-Adapter festzustellen, welche Breite der Bus zu einem Gert hat.

Weitere EntwicklungenIn der Vergangenheit war SCSI auf allen Arten von Computern weit verbreitet. Fr Hochleistungs-Workstations, Server und High-End-Peripherie gilt das auch heute noch. Desktop-Computer und Notebooks nutzen allerdings berwiegend die langsamere ATA- bzw. (seit etwa 2004) Serial ATA-Schnittstelle fr ihre Laufwerke und USB (USB nutzt SCSI-hnliche Kommandos fr einige Operationen) fr andere Gerte, da diese Schnittstellen, obwohl sie weniger allgemein verwendbar sind, in der Implementierung weniger kosten. Die ursprnglichen SCSI-Standards spezifizierten die physikalischen Eigenschaften der Busse und die elektrische Signalisierung sowie einen Befehlssatz, der die unterschiedlichen Kommandos definierte, die die SCSI-Gerte ausfhren konnten. Dieser Befehlssatz ist auch unabhngig vom SCSI-Bus sehr ntzlich, da er ausgereift ist und es eine groe Zahl von damit vertrauten Benutzern und Entwicklern gibt. Daher tauchen Teile des SCSI-Befehlssatzes auch in anderen Standards wie ATAPI, Fibre Channel, Serial Storage Architecture, InfiniBand, iSCSI, USB, IEEE 1394 und Serial Attached SCSI auf. Einige Beobachter erwarten, dass der iSCSI-Standard, eine Einbettung von SCSI-3 ber TCP/IP, auf lange Sicht Fibre Channel ersetzen wird, da gegenwrtig die mit Ethernet erreichten Datenraten schneller anwachsen als die mit Fibre Channel oder anderen Anschlusstechnologien erreichbaren Raten. iSCSI kann daher sowohl den Low-Cost- als auch den High-End-Markt mit einer kostengnstigen Lsung bedienen. iSCSI behlt die grundlegenden

Small Computer System Interface SCSI-Paradigmen, vor allem den Befehlssatz, fast unverndert bei.

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Die wichtigsten Daten im berblickInterface bertragungsgeschwindigkeit (MBytes/sec) Busbreite (Bits) Bustakt (MHz) max. Kabellnge (m) max. Anzahl an Gerten Kabeltyp

SCSI (SCSI-1) Differential SCSI

5 510

8 8

5 510

6 1225

8 8

50-polig 50-polig, paarweise verdrilltes Kabel, andere Pinbelegung 68-polig

Wide SCSI (SCSI-2) Fast SCSI (SCSI-2)

10

16

5

1,53

16

10

8

10

1,53

8

50-polig

Fast Wide SCSI 20 (SCSI-2) Ultra SCSI (SCSI-3) Ultra Wide SCSI (SCSI-3) Ultra2 SCSI Ultra2 Wide SCSI Ultra-160 SCSI Ultra-320 SCSI Serial Attached SCSI iSCSI 20

16

10

1,53 (1225 HVD) 1,53 (1225 HVD) 1.53 (1225 HVD) 12 12

16

68-polig

8

20

58

50-polig

40

16

20

58

68-polig

40 80

8 16

40 40

8 16

50-polig 68-polig

160 320 375 (Single-Channel) / 750 (Dual-Channel) nur durch das IP-Netzwerk begrenzt

16 16 (Seriell)

40 80 - seriell -

12 12 25

16 16 16.384

68-polig 68-polig SFF 8484/8482 (typisch) nicht zutreffend

nicht zutreffend

nicht zutreffend

nicht zutreffend

nicht zutreffend

Es stehen zwar 16 Adressen zur Verfgung, durch die geringe zulssige Kabellnge und den spezifizierten Mindestabstand zwischen zwei Gerten ist jedoch nur eine entsprechend kleinere Anzahl Gerte anschliebar.

Steckverbinder fr externe SCSI-Gerte

Apple-Stecker, 8 Bit Busbreite, es fehlen zahlreiche Masseleitungen

50-poliger Centronics-Stecker, 8 Bit Busbreite

High Density, 8 und 16 Bit Busbreite

VHDCI-Stecker

Small Computer System Interface

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Stecker und Kabel fr interne SCSI-Gerte

50-pol Standardkabel, 8 Bit Busbreite

68-pol Standardkabel, 16 Bit Busbreite

68-pol LVD-Kabel mit verdrillten Leitungen und Terminator, 16 Bit Busbreite

SCSI-Gerte

EISA-SCSI Host-Bus-Adapter

SCSI-Festplatte

SCSI-CD-Brenner

SCSI-Detailfotos

Konfigurationsjumper einer LVD-SCSI-Festplatte

SCA-Adapter

Small Computer System Interface

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Einzelnachweise[1] " SCSI (http:/ / www. bartleby. com/ 61/ 56/ S0175650. html)." American Heritage Dictionary [2] Marke von Tyco Electronics

Weblinks SCSI-Spezifikationen (http://www.t10.org/) (englisch) SCSI-Belegungen, -Kabel und -Adapter auf hardware-bastelkiste.de (http://www.hardware-bastelkiste.de/ index.html?scsi.html)

Universal Serial BusDer Universal Serial Bus (USB) [junvsl sil bs] ist ein serielles Bussystem zur Verbindung eines Computers mit externen Gerten. Mit USB ausgestattete Gerte oder Speichermedien knnen im laufenden Betrieb miteinander verbunden (Hot-Plugging) und angeschlossene Gerte sowie deren Eigenschaften automatisch erkannt werden.

berblickUSB ist ein serieller Bus, d.h. die einzelnen Bits eines Datenpaketes werden nacheinander bertragen. Die Datenbertragung erfolgt symmetrisch ber zwei verdrillte Leitungen, die eine bertrgt das Datensignal, die andere das dazu invertierte Signal. Der Signalempfnger bildet die Differenzspannung beider Signale; der Spannungsunterschied zwischen 1- und 0-Pegeln ist dadurch doppelt so gro, eingestrahlte Strungen werden weitgehend eliminiert. Das erhht die bertragungssicherheit, unterdrckt Gleichtaktstrungen und verbessert damit die elektromagnetische Vertrglichkeit. Zwei weitere Leitungen dienen zur Stromversorgung der angeschlossenen Gerte. Durch die Verwendung von nur vier Adern in einer Leitung knnen diese dnner und billiger ausgefhrt werden als bei parallelen Schnittstellen. Eine hohe Datenbertragungsrate ist mit relativ geringem Aufwand zu erreichen, da nicht mehrere Signale mit identischem elektrischen und zeitlichen Verhalten bertragen werden mssen.

USB-Symbol (Zertifizierung nicht notwendig)

Die Bus-Spezifikation sieht einen zentralen Host-Controller (Master) Altes USB-Logo, das nicht mehr verwendet vor, der die Koordination der angeschlossenen Peripherie-Gerte (den werden soll sog. Slave-Clients) bernimmt. Daran knnen theoretisch bis zu 127 verschiedene Gerte angeschlossen werden. An einem USB-Port kann immer nur ein USB-Gert angeschlossen werden. Sollen an einem Host mehrere Gerte angeschlossen werden, muss deshalb ein Verteiler (Hub) fr deren Kopplung sorgen. Durch den Einsatz von Hubs entstehen Baumstrukturen, die alle im Host-Controller enden.

Universal Serial Bus

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Einsatzgebiete von USBUSB eignet sich fr viele Gerte wie Massenspeicher (etwa Festplatte, Diskette, DVD-Laufwerk), Drucker, Scanner, Webcams, Maus, Tastatur, aber auch Dongles und sogar Grafikkarten und Monitore.[1] Einige Gerte, zum Beispiel USB-Speichersticks, sind berhaupt erst mit USB entstanden. USB kann fr Gerte mit geringem Stromverbrauch wie Muse, Telefone, Tastaturen, aber auch einige CIS-Scanner oder manche 2,5-Zoll-Festplatten die Stromversorgung bernehmen. USB soll viele ltere externe PC-Schnittstellen ersetzen, sowohl serielle (RS-232, PS/2-Schnittstelle fr Tastatur und Maus, Apple Desktop Bus), parallele (Centronics-Schnittstelle) als auch analoge (Gameport). Die alten Schnittstellen wurden dabei teilweise noch sehr lange an Rechner-Hauptplatinen und Notebooks angeboten, selbst als entsprechende Gerte schon nicht mehr im Handel erhltlich waren. Im industriellen Bereich wird noch oft RS-232 ber ltere PCs oder Adapterkarten eingesetzt, da entsprechende USB-Adapter nicht echtzeitfhig sind und Peripheriegerte in diesem Umfeld wesentlich langlebiger sind. Mittlerweile hat USB auch PCMCIA-Slots und externe SCSI-Schnittstellen weitgehend verdrngt. Im Vergleich zu den frheren Lsungen bietet USB deutlich hhere Datenbertragungsraten. Die Daten werden jedoch in Paketen bertragen, fr manche zeitkritische Anwendungen ist es deshalb weniger geeignet etwa bei mit nur wenigen Bytes belegten Paketen, die die bertragungsrate senken, oder wenn das Sammeln von Bytes zum Fllen eines Pakets die bertragung verzgern wrde. Seit der Einfhrung der USB-2.0-Spezifikation sind relativ hohe Datenbertragungsraten mglich, dadurch ist USB zum Anschluss weiterer Gertearten wie Festplatten, TV-Schnittstellen und Foto-Kameras geeignet. Bei externen Massenspeicherlsungen steht USB heute in Konkurrenz zu FireWire und eSATA.

Geschichte und EntwicklungDer universelle serielle Bus (USB1.0) wurde vom Hersteller Intel entwickelt und 1996 im Markt eingefhrt. Er war zum Anschluss von Peripheriegerten an PCs konzipiert und sollte die Nachfolge einer ganzen Reihe damals verwendeter PC-Schnittstellen antreten und diese vereinheitlichen. Deshalb war die USB-Spezifikation nicht auf Tastatur und Maus begrenzt, sondern schloss auch andere Peripheriegerte wie Drucker und Scanner mit ein. Massenspeicher wie etwa Festplatten wurden zwar von USB1.0 untersttzt, wegen der maximalen Datenrate von 12Mbit/s waren sie dafr aber nur sehr eingeschrnkt zu gebrauchen.

USB-2.0-PCI-Erweiterungskarte

Als einer der ersten Chipstze untersttzte 1996 der ursprnglich fr den Pentium Pro entwickelte und spter fr den Pentium II verwendete 440FX das USB-Protokoll, was vor Einfhrung der ATX-Mainboards jedoch kaum bis gar nicht beworben wurde. Die Hauptursache dafr drfte zum einen in der mangelhaften beziehungsweise fehlenden Untersttzung von USB durch die damals verbreiteten Betriebssysteme Windows 95 und Windows NT 4.0 gelegen haben, zum anderen waren in der Anfangszeit auch kaum USB-Gerte verfgbar. Dieser zhe Start brachte ihm den Spitznamen Useless Serial Bus ein. Ende 1998 folgte die berarbeitete Spezifikation USB1.1, die in erster Linie Fehler und Unklarheiten in der 1.0-Spezifikation behob und den Interrupt Out Transfer hinzufgte. Die Geschwindigkeit erhhte sich nicht. USB1.x war deshalb keine Konkurrenz zu Apples FireWire-Standard (IEEE 1394), der von Anfang an (1995) eine Datenrate von bis zu 400Mbit/s hatte und im April 2003 auf bis zu 800Mbit/s beschleunigt wurde. Dennoch setzte Apple die Schnittstelle in der Revision USB 1.1 mit der Entwicklung des iMac ein. Mit diesem beginnend, ersetzte Apple damit den hauseigenen ADB.

Universal Serial Bus Im Jahr 2000 wurde USB2.0 spezifiziert, was vor allem eine weitere Datenrate von 480Mbit/s hinzufgte und so den Anschluss von Festplatten oder Videogerten ermglichte. Produkte dafr erschienen jedoch erst ab 2002 am Markt. 2008 wurden die neuen Spezifikationen fr USB3.0 SuperSpeed vorgestellt, die Datentransferraten von mindestens 4,8Gbit/s erreichen. Mit dieser Spezifikation werden auch neue Stecker, Kabel und Buchsen eingefhrt, die grtenteils mit den alten kompatibel sein sollen.[2]

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StromversorgungZu beachten ist, dass pro Anschluss lediglich maximal 500mA (High Power) oder 100mA (Low Power) bei 5 Volt als Stromversorgung am USB-Port zugesichert werden mssen. Externe 3,5"-Festplatten lassen sich nicht ohne externe Stromquelle anschlieen, da diese 12 V als Betriebsspannung bentigen und damit durch das Umwandeln der zur Verfgung stehenden Spannung auf die notwendige Betriebsspannung zustzlicher Strombedarf entstnde und der durchschnittliche Gesamtenergiebedarf whrend des Betriebs daher weit ber die spezifizierten 500mA hinausgehen (blicherweise 800 bis ber 1000mA) wrde. Externe 2,5"-Festplatten haben Anlaufstrme von 600 mA bis 1100 mA, im Betrieb begngen sie sich mit 250 mA bis 400 mA (Stand: 2010). Die kurzzeitige berlastung des USB-Ports wird von fast allen Gerten geduldet, nur wenige Gerte (meist Festplattenrecorder) haben mit besonders stromhungrigen Festplatten Probleme. Die frher hufig zu findenden Doppel-USB-Anschlsse (die laut USB-Spezifikation nicht zulssig sind) oder zustzliche Betriebsspannungseingnge an Festplatten sind verschwunden (Stand: 2010). Externe 1,8"-Festplatten liegen mit Anlaufstrmen um die 400 mA und Betriebsstrmen um die 150 mA weit innerhalb der USB-Spezifikation und bereiten nie Probleme. Mit USB3.0, dessen Spezifikation 2008 vorgestellt wurde und das seit 2010 erhltlich ist, wird auch die Stromversorgung auf 900mA erhht. Damit ist die Stromversorgung vieler, aber nicht aller, im Handel erhltlichen externen 2,5"-Festplatten unter Einhaltung der USB-Spezifikationen gesichert. In der EU-Initiative fr einheitliche Mobiltelefon-Lade/Netzgerte,[3] [4] welche sich im Wesentlichen an die 2009 in Version 1.1 erschienene USB Battery Charging Specification[5] anlehnt, ist auch ein USB Lademodus mit einem Ladestrom zwischen 500 und 1500 mA spezifiziert; dieser Lademodus wird mittels Kennung (EU-Spezifiziert) in der Datenleitung aktiviert.

bertragungstechnik/SpezifikationDie verschiedenen Host-ControllerDie USB-Controller-Chips in den PCs halten sich an einen von drei etablierten Standards. Diese unterscheiden sich in ihrer Leistungsfhigkeit und der Implementierung von bestimmten Funktionen. Fr ein USB-Gert sind die verwendeten Controller (fast) vollstndig transparent, allerdings ist es fr den Benutzer des PC mitunter wichtig, feststellen zu knnen, welche Art Chip der Rechner verwendet, um den korrekten Treiber auswhlen zu knnen. Universal Host Controller Interface (UHCI) wurde im November 1995 von Intel spezifiziert. Die aktuelle Version des Dokuments trgt die Revisionsnummer 1.1. UHCI-Chips bieten Untersttzung fr USB-Gerte mit 1,5 oder 12Mbit/s Datenrate im Low- oder Full-Speed-Modus. Sie werden ausschlielich von den Herstellern Intel und VIA Technologies gebaut. Open Host Controller Interface (OHCI) ist eine Spezifikation, die gemeinsam von Compaq, Microsoft und National Semiconductor entwickelt wurde. Version 1.0 des Standards wurde im Dezember 1995 verffentlicht, die aktuelle Fassung trgt die Versionsnummer 1.0a und stammt von September 1999. Ein OHCI-Controller hat prinzipiell die gleichen Fhigkeiten wie seine UHCI-Pendants, erledigt aber mehr Aufgaben in Hardware und ist dadurch marginal schneller als ein UHCI-Controller. Dieser Unterschied bewegt sich meistens in Bereichen, die

Universal Serial Bus gerade noch messbar sind, daher kann man ihn in der Benutzung vernachlssigen; Gerteentwickler mssen es jedoch bercksichtigen. Bei USB-Controllern auf Hauptplatinen mit Chipstzen, die nicht von Intel oder VIA stammen, und auf USB-PCI-Steckkarten mit Nicht-VIA-Chipstzen handelt es sich mit hoher Wahrscheinlichkeit um OHCI-Controller. Das Enhanced Host Controller Interface (EHCI) stellt USB-2.0-Funktionen bereit. Es wickelt dabei nur die bertragungen im High-Speed-Modus (480Mbit/s) ab. Wenn man USB-1.1-Gerte an einen Port mit EHCI-Chip steckt, reicht der EHCI-Controller den Datenverkehr an einen hinter ihm liegenden UHCI- oder OHCI-Controller weiter (alle Controller sind typischerweise auf demselben Chip). Wenn kein EHCI-Treiber verfgbar ist, werden High-Speed-Gerte ebenfalls an den USB-1.1-Controller durchgereicht und arbeiten dann soweit mglich mit langsamerer Geschwindigkeit.

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Einstellungen und SchnittstellenIntern adressiert der USB-Controller die angeschlossenen Gerte mit einer sieben Bit langen Kennung, wodurch sich die 127 maximal anschliebaren Gerte ergeben. Wenn an einem oder mehreren Ports neue Gerte detektiert werden, so schaltet der Host-Controller einen dieser Ports ein, sendet dem dort angeschlossenen Gert einen Reset, indem die beiden Datenleitungen fr mindesten 10 ms auf das Massepotential gelegt werden.[6] Dadurch belegt das Gert zunchst die Adresse 0 und bekommt dann vom Host eine eindeutige Adresse zugeteilt. Da immer nur ein Port mit noch nicht konfiguriertem Gert aktiviert wird, kommt es zu keinen Adresskollisionen. Der Host-Controller fragt meist zuerst nach einem Device-Deskriptor, der unter anderem die Hersteller- und Produkt-ID enthlt. Mit weiteren Deskriptoren teilt das Gert mit, welche alternativen Konfigurationen es besitzt, in die es von seinem Gertetreiber geschaltet werden kann. Bei einer Webcam knnten diese Alternativen etwa darin bestehen, ob die Kamera eingeschaltet ist oder ob nur das Mikrofon luft. Fr den Controller ist dabei relevant, dass die unterschiedlichen Konfigurationen auch einen unterschiedlichen Strombedarf mit sich bringen. Ohne besondere Freigabe durch das Betriebssystem darf ein Gert nicht mehr als 100mA Strom bentigen. Innerhalb einer Konfiguration kann das Gert verschiedene Schnittstellen definieren, die jeweils ber einen oder mehrere Endpunkte verfgen. Unterschiedlicher Bedarf an reservierter Datenrate wird ber sogenannte Alternate Settings signalisiert. Ein Beispiel dafr ist eine Kamera (etwa eine Webcam), die Bilder in zwei verschiedenen Auflsungen senden kann. Das Alternate Setting 0 wird aktiviert, wenn ein Gert keine Daten bertragen mchte und somit pausiert.

GerteklassenDamit nicht fr jedes Gert ein eigener Treiber ntig ist, definiert der USB-Standard verschiedene Gerteklassen, die sich durch generische Treiber steuern lassen. Auf diese Weise sind USB-Tastaturen, -Muse, USB-Massenspeicher, Kommunikations- (Communications Device Class, kurz: CDC) und andere Gerte mit ihren grundlegenden Funktionen sofort verwendbar, ohne dass zuvor die Installation eines spezifischen Treibers notwendig ist. Herstellerspezifische Erweiterungen (die dann einen eigenen Treiber erfordern) sind mglich. Die Information, zu welchen Gerteklassen sich ein Gert zhlt, kann im Device-Deskriptor (wenn das Gert nur einer Klasse angehrt) oder in einem Interface-Deskriptor (bei Gerten, die zu mehreren Klassen gehren) untergebracht werden.

Universal Serial Bus

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USB-Gerteklassen[7]Klasse 00h 01h 02h 03h 05h 06h 07h 08h 09h 0Ah 0Bh 0Dh 0Eh 0Fh DCh E0h EFh FEh FFh Verwendung Gert Interface Beides Interface Interface Interface Interface Interface Gert Interface Interface Interface Interface Interface Beides Interface Beides Interface Beides Beschreibung Composite Device Audio Beispiele Die Klasse wird auf Ebene der Interface-Deskriptoren definiert Lautsprecher, Mikrofon, Soundkarte, MIDI

Kommunikation und CDC-Steuerung Modem, Netzwerkkarte, Wi-Fi-Adapter HID PID Bilder Drucker Massenspeicher USB-Hub CDC-Daten Chipkarte Content Security Video Personal Healthcare Diagnosegert kabelloser Controller Diverses softwarespezifisch herstellerspezifisch Tastatur, Maus, Joystick etc. Physikalisches Feedback, etwa fr Force-Feedback-Joysticks Digitalkamera Laserdrucker, Tintenstrahldrucker USB-Stick, Memory-Card-Lesegert, MP3-Player Full-Speed Hub, High-Speed Hub diese Klasse wird zusammen mit Klasse 02h verwendet Chipkarten-Lesegert Finger-Print-Reader Webcam Pulsuhr USB-Compliance-Testgert Bluetooth-Adapter, Microsoft RNDIS ActiveSync-Gert IrDA-Brcke der Hersteller liefert einen Treiber mit

bertragungsmodiDer USB bietet den angeschlossenen Gerten verschiedene bertragungsmodi an, die diese fr jeden einzelnen Endpunkt festlegen knnen. Endpunkte USB-Gerte verfgen ber eine Anzahl von durchnummerierten Endpunkten, gewissermaen Unteradressen des Gertes. Die Endpunkte sind in den Gerten hardwareseitig vorhanden und werden von der USB SIE (Serial Interface Engine) bedient. ber diese Endpunkte knnen voneinander unabhngige Datenstrme laufen. Gerte mit mehreren getrennten Funktionen (z.B. Webcams, die Video und Audio bertragen) haben mehrere Endpunkte. Die bertragungen von und zu den Endpunkten erfolgen meist unidirektional, fr bidirektionale bertragungen ist deshalb ein IN- und ein OUT-Endpunkt erforderlich (IN und OUT beziehen sich jeweils auf die Sicht des Hostcontrollers). Eine Ausnahme davon sind Endpunkte, die den sogenannten Control Transfer Mode verwenden. In jedem USB-Gert muss ein Endpunkt mit Adresse 0 vorhanden sein, ber den die Erkennung und Konfiguration des Gertes luft, darber hinaus kann er auch noch weitere Funktionen bernehmen. Endpunkt 0 verwendet immer den Control Transfer Mode. Ein USB-Gert darf maximal 31 Endpunkte haben: Den Control-Endpunkt (der eigentlich zwei Endpunkte zusammenfasst) und je 15 In- und 15 Out-Endpunkte. Low-Speed-Gerte sind auf Endpunkt 0 plus maximal zwei weitere Endpunkte im Interrupt Transfer Mode mit maximal 8 Bytes pro Transfer beschrnkt.

Universal Serial Bus Isochroner Transfer Der isochrone Transfer ist fr Daten geeignet, die eine garantierte Datenrate bentigen. Diese Transferart steht fr Full-Speed- und High-Speed-Gerte zur Verfgung. Definiert das sogenannte Alternate Setting einen Endpunkt mit isochronem Transfer, so reserviert der Host-Controller-Treiber die erforderliche Datenrate. Steht diese Datenrate nicht zur Verfgung, so schlgt die Aktivierung des genannten Alternate Settings fehl, und es kann mit diesem Gert keine isochrone Kommunikation aufgebaut werden. Die erforderliche Datenrate ergibt sich aus dem Produkt des Abfrageintervalls und der Gre des Datenpuffers. Full-Speed-Gerte knnen jede ms bis zu 1023Bytes je isochronem Endpunkt bertragen (1023kbyte/s), High-Speed-Gerte knnen bis zu drei bertragungen je Micro-Frame (125s) mit bis zu 1024kbytes ausfhren (24Mbyte/s). Stehen in einem Gert mehrere isochrone Endpunkte zur Verfgung, erhht sich die Datenrate entsprechend. Die bertragung ist mit einer Prfnummer (CRC16) gesichert, wird aber bei einem bertragungsfehler durch die Hardware nicht wiederholt. Der Empfnger kann erkennen, ob die Daten korrekt bertragen wurden. Isochrone bertragungen werden zum Beispiel von der USB-Audio-Class benutzt, die bei externen USB-Soundkarten Verwendung findet. Interrupt-Transfer Interrupt-Transfers dienen zur bertragung von kleinen Datenmengen, die zu nicht genau bestimmbaren Zeitpunkten verfgbar sind. Im Endpoint Descriptor teilt das Gert mit, in welchen maximalen Zeitabstnden es nach neuen Daten gefragt werden mchte. Das kleinstmgliche Abfrageintervall betrgt bei Low-Speed 10ms, bei Full-Speed 1ms und bei High-Speed bis zu drei Abfragen in 125s. Bei Low-Speed knnen pro Abfrage bis zu 8Byte, bei Full-Speed bis zu 64Byte und bei High-Speed bis zu 1024Byte bertragen werden. Daraus ergeben sich maximale Datenraten von 800byte/s bei Low-Speed, 64kbyte/s bei Full-Speed und bis zu 24Mbyte/s bei High-Speed. Die Daten sind mit einer Prfnummer (CRC16) gesichert und werden bei bertragungsfehlern bis zu dreimal durch die Hardware wiederholt. Gerte der HID-Klasse (Human Interface Device), zum Beispiel Tastaturen, Muse und Joysticks, bertragen die Daten ber den Interrupt-Transfer. Bulk-Transfer Bulk-Transfers sind fr groe Datenmengen gedacht, die jedoch nicht zeitkritisch sind. Diese Transfers sind niedrig priorisiert und werden vom Controller durchgefhrt, wenn alle isochronen und Interrupt-Transfers abgeschlossen sind und noch Datenrate brig ist. Bulk-Transfers sind durch eine Prfnummer (CRC16) gesichert und werden durch die Hardware bis zu dreimal wiederholt. Low-Speed-Gerte knnen diese Transferart nicht benutzen. Full-Speed-Gerte benutzen Puffer-Gren von 8, 16, 32 oder 64Bytes. High-Speed-Gerte verwenden immer einen 512Byte groen Puffer. Control-Transfer Control-Transfers sind eine besondere Art von Datentransfers, die einen Endpunkt erfordern, der sowohl In- als auch Out-Operationen durchfhren kann. Control-Transfers werden generell in beide Richtungen besttigt, so dass Sender und Empfnger immer sicher sein knnen, dass die Daten auch angekommen sind. Daher wird der Endpunkt 0 im Control-Transfer-Modus verwendet. Control-Transfers sind zum Beispiel nach dem Detektieren des USB-Gerts und zum Austausch der ersten Kommunikation elementar wichtig.

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USB-Maus fr Notebooks

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USB On-the-goDurch USB On-the-go (OTG) knnen entsprechend ausgerstete Gerte miteinander kommunizieren, indem eines der beiden eine eingeschrnkte Host-Funktionalitt bernimmt. Dadurch kann auf einen Computer, der die Host-Funktion bernimmt, verzichtet werden. Mgliche Einsatzgebiete sind beispielsweise die Verbindung von Digitalkamera und Drucker oder der Austausch von Musikdateien zwischen zwei MP3-Spielern. Gekennzeichnet werden USB-OTG-Produkte durch das USB-Logo mit zustzlichem grnem Pfeil auf der Unterseite und weiem On-The-Go-Schriftzug. Die USB-OTG-Spezifikation wurde am 18.Dezember 2001 verabschiedet. OTG-Gerte sind zum Beispiel die seit November 2007 erhltlichen Telefone Nokia 6500c, Nokia N810 und auch das fr Mai 2011 angekndigte Samsung Galaxy S II[8] , aber auch einige externe Festplatten zum direkten Anschluss an Digitalkameras.Logo fr USB-HighSpeed-OTG-Gerte

Logo fr USB-OTG-Gerte

Wireless USBMomentan besetzen zwei Initiativen den Begriff Wireless USB. Die ltere der beiden wurde von dem Unternehmen Cypress initiiert, mittlerweile ist Atmel als zweiter Chiphersteller auf den Zug aufgesprungen. Das Cypress-WirelessUSB-System ist eigentlich kein drahtloses USB, sondern eine Technik, um drahtlose Endgerte zu bauen, die dann ber einen am USB angeschlossenen Empfnger/Sender (Transceiver) mit dem Computer verbunden sind. Logo fr die zertifizierten Gerte aus dem Dazu wird eine bertragungstechnik im lizenzfreien 2,4-GHz-Band Intel-Wireless-USB-Projekt benutzt, die Datenrate betrgt bis zu 62,5kbit/s (neuere Chips von Cypress erreichen 1Mbit/s) und ist damit fr Eingabegerte vllig ausreichend, fr andere Anwendungen aber oft zu knapp bemessen. Das zweite Wireless-USB-Projekt wird von der USB-IF vorangetrieben und ist wesentlich anspruchsvoller, neben Intel ist auch NEC dabei, entsprechende Chips zu entwickeln. Ziel ist es, eine Technik zu schaffen, mit der die vollen 480Mbit/s des High-Speed-bertragungsmodus drahtlos bertragen werden knnen. Dabei ist eine kurze Reichweite unter 10m vorgesehen; die bertragung soll auf einer Ultrabreitband-Technik basieren. Am 16.Januar 2008 gab die Bundesnetzagentur fr die Ultrabreitband-Technik Frequenzbereiche frei.[9] Der dabei fr USB vorgesehene Bereich von 6 bis 8,5GHz ist jedoch nicht so breit wie von USB-IF spezifiziert, so dass Gerte aus anderen Lndern eventuell in Deutschland nicht verwendet werden drfen.[10]

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DatenratenUSB erlaubt es einem Gert, Daten mit 1,5Mbit/s, 12Mbit/s oder mit 480Mbit/s zu bertragen. Diese Raten basieren auf dem Systemtakt der jeweiligen USB-Geschwindigkeit und stellen die physikalische Datenbertragungsrate dar. Die Toleranzen werden fr USB2.0-Gerte und fr die lteren USB-1.0-/1.1-Gerte getrennt Logo fr USB-LowSpeed- oder behandelt. Der tatschliche Datendurchsatz liegt durch -FullSpeed-zertifizierte Gerte Protokoll-Overhead darunter. Im USB-Standard ist eine maximale theoretische Datenlast bei High-Speed unter idealen Bedingungen von 49.152.000Byte/s (Isochronous Mode)[11] beziehungsweise 53.248.000Byte/s (Bulk-Mode)[12] angegeben. Dazu kommt die Verwaltung der Gerte, so dass bei aktuellen Systemen eine nutzbare Datenrate in der Grenordnung von 320Mbit/s (40MB/s) bleibt. Bei lteren Systemen wurde diese durch eine unzureichende Anbindung des USB-Chips an den Systembus zustzlich reduziert.Geschwindigkeit Toleranz USB 3.0 Toleranz USB 2.0 0,75kbit/s 6kbit/s 240kbit/s Toleranz USB 1.0/1.1 22,5kbit/s 30kbit/s

Low-Speed, 1,5Mbit/s (187,5KB/s) Full-Speed, 12Mbit/s (1,5MB/s) High-Speed, 480Mbit/s (60MB/s) Super-Speed, 5Gbit/s (625MB/s)

Wird die Schnittstelle eines Gerts mit USB2.0 angegeben, heit das nicht unbedingt, dass dieses Gert auch die hohe Datenrate von 480Mbit/s anbietet. Standpunkt der Anbieter ist dabei, dass ein USB-2.0-kompatibles Gert grundstzlich jede der drei Geschwindigkeiten benutzen kann und die 2.0-Kompatibilitt in erster Linie bedeutet, dass die neueste Fassung der Spezifikation eingehalten wird. 480Mbit/s drfen also nur erwartet werden, wenn ein Gert mit dem Logo Certified USB Hi-Speed ausgezeichnet ist.

Logo fr USB-HighSpeed-zertifizierte Gerte

Die Kommunikation bei USB wird vom Hostcontroller gesteuert, der heutzutage in der Regel auf dem Motherboard eines Computers verbaut ist. Nur dieser kann Daten von einem Gert lesen oder zu einem Gert senden. Ein Gert darf nur dann Daten zum Hostcontroller senden, wenn es von diesem abgefragt wird. Bei zeitkritischen Datenstrmen, wie etwa bei Mausbewegungen, muss der Hostcontroller von sich aus hufig genug beim Gert anfragen (Polling), ob es Daten senden will, um ein Ruckeln zu verhindern. Eine direkte Kommunikation zwischen USB-Gerten ist gem dem USB-Standard eigentlich nicht mglich; das wurde erst durch die Erweiterung USB On-the-go eingeschrnkt ermglicht (die Gerte knnen hier wahlweise Host oder Endgert sein, ein echter bidirektionaler Austausch ist aber trotzdem nicht mglich). Der FireWire-Standard, der fr hnliche Einsatzzwecke wie USB geschaffen wurde und mit diesem in Konkurrenz steht, bietet im Gegensatz dazu die Mglichkeit einer Peer-to-Peer-Kommunikation zwischen Gerten, ohne dass die Steuerung durch einen Host erforderlich ist. Somit ist mit FireWire etwa der Aufbau eines Netzwerks mglich.

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USB 3.0Im November 2008 stellte das USB Implementers Forum, dem unter anderem die Unternehmen HP, Microsoft und Intel angehren, die Spezifikation fr USB 3.0 vor. Es sollen Datenraten von bis zu 5Gbit/s (625MB/s) im SuperSpeed-Modus erreicht werden.[13] [14] Die hheren Datenraten werden durch eine bertragungstechnik hnlich PCI-Express beziehungsweise Serial ATA ermglicht, die allerdings zustzlich zum bisherigen Datenleitungspaar (D+/D-) im Kabel noch zwei weitere Aderpaare erfordert (plus einen weiteren Masseanschluss). Da in den Steckern somit fnf weitere Kontakte erforderlich sind, wurden mit USB 3.0 neue Steckverbinder und Kabel eingefhrt.

zustzliche Pins bei USB 3.0Name SSTX+ Beschreibung Datenbertragung vom Host zum Gert

SSTX mit SSTX+ verdrillt GND SSRX+ Masse Datenbertragung vom Gert zum Host

SSRX mit SSRX+ verdrillt

Diese neuen Verbinder vom Typ A sind mit den bisherigen abwrtskompatibel. Bisherige USB-Gerte lassen sich auch weiterhin mit USB3.0-, neue 3.0-Gerte auch an alten 2.0- beziehungsweise 1.0/1.1-Hosts betreiben. Eine Ausnahme stellen B-, Mini-B-, Micro-B- und Mini-A-Verbinder dar. Durch die hier notwendigen Anbauten lassen sich zwar alte Stecker in neuen Buchsen (also nach USB 3.0 spezifizierte Gerte mit Kabeln fr USB 2.0/1.1/1.0 natrlich dann "nur" im USB-2.0/1.1/1.0-Modus und nicht im USB-3.0-Modus), nicht jedoch neue Stecker in alten Buchsen verwenden. Dafr sind dann Adapter erforderlich (die aber nur bei Nichtvorhandensein bisheriger USB-2.0/1.1/1.0-Kabel notwendig werden). Mit dem Linux-Kernel Version 2.6.31 ist Linux das erste Betriebssystem, das USB3.0 untersttzt.[15] Weitere Besonderheiten: Die bei den bisherigen USB-Standards bliche Reihumabfrage der Gerte (Polling) entfllt. Durch solche Abfragen knnen Gerte in verschiedene Stromsparmodi (U0 bis U3) geschaltet werden. Mglich wird das durch zustzliche Befehle. Statt 100 stehen nun 150 mA Stromstrke pro Gert zur Verfgung. Auf Anforderung knnen statt bisher 500 nun 900mA bereitgestellt werden. Zu Hubs siehe USB 3.0 und Hubs ltere Treiber sollen weiterverwendbar bleiben. Neuere Versionen sind aber unter Umstnden vorteilhaft, etwa um die neuen Stromsparmodi zu nutzen. Fr einen spteren Zeitpunkt ist auch eine Erweiterung des Standards mit Lichtwellenleitern geplant. Anders als noch bei USB2.0 drfen sich Gerte nur USB-3.0-kompatibel nennen, wenn sie tatschlich die schnellstmgliche Geschwindigkeit (hier Super-Speed-Modus) anbieten.[16]

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HardwareUSB-Stecker und -KabelUSB-Stecker Die Stecker eines USB-Kabels vertauschungssicher gestaltet. sind verpolungsund

In Richtung des Hostcontrollers (Upstream) werden flache Stecker (Typ A DIN IEC 61076-3-107) verwendet. Zum angeschlossenen Gert hin (Downstream) werden die Kabel entweder fix montiert oder ber annhernd quadratische Steckverbinder (Typ B DIN IEC 61076-3-108) angeschlossen (vereinzelt und nicht standardkonform auch mit Typ A-Steckverbindern). Entsprechend den USB 1.02.0 Standards besitzen USB Typ A- und Typ B-Verbinder vier Leitungen plus Schirm. Beide Steckverbinder sollen in einer der drei Farben grau, natur (elfenbeinfarben/wei) oder schwarz ausgefhrt werden. Mit USB 3.0 kommen neue Varianten der Typ A- und Typ B-Verbinder auf den Markt (siehe unten). Seit einiger Zeit sind auch Stecker und Buchsen vom Typ A und B mit Rndelschrauben erhltlich, die ein Herausrutschen verhindern. Allerdings muss das empfangende Gert dies auch untersttzen. Verschiedene Hersteller brachten mechanisch inkompatible Ausfhrungen von USB-Verbindern heraus, die sich jedoch elektrisch nicht von USB 1.x oder 2.0 unterschieden. So etwa waren einige IBM Thinkpads mit einem sog. UltraPort ausgestattet, APC fhrt USB an ihren USVs ber 10-polige Modular-Buchsen (10P10C/RJ50), die Microsoft Xbox benutzt ebenfalls proprietre USB-Verbinder oder Apple fhrt USB beim iPod Shuffle ber einen Klinkenstecker, der gleichzeitig als Audioverbinder dient. Diese nicht standardisierten Varianten haben jedoch bisher keine weitere Verbreitung erlangt.

USB-Stecker Typ A

USB-Stecker Typ A; deutlich zu erkennen sind die voreilenden ueren Pins fr die Versorgungsspannung

Fr den industriellen Einsatz gibt es mehrere nicht vom USB-Konsortium standardisierte USB-5-V(olt)-, USB-12V-, USB-19-V- und USB-24-V-Varianten mit deutlich hheren Strombelastbarkeiten von bis zu 6A (3A pro Kontakt) ber insgesamt vier zustzliche Leitungen, die um 1999 im Rahmen der PoweredUSBund PlusPower-Spezifikationen von Firmen wie IBM, Microsoft, NCR und Berg/FCI definiert wurden und zum Teil lizenzpflichtig sind. Diese Varianten werden insbesondere bei POS-Anwendungen von verschiedenen Herstellern eingesetzt. Die Steckverbinder fhren dabei neben dem USB-Typ-A-Stecker eine unabhngige hochstromfhige vierpolige Spannungsversorgung. Diese Stecker sind nicht rechteckig, USB-Stecker Typ B sondern mehr quadratisch (wie zwei Stecker in einem gemeinsamen Gehuse, der USB-Teil selbst entspricht mechanisch und elektrisch unverndert USB Typ A). Mittels einer mechanischen Kodierung wird

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verhindert, dass zum Beispiel USB-12-V-Stecker versehentlich in USB-24-V-Buchsen gesteckt werden knnen. Eine mechanische Arretierung der Stecker in den Buchsen ist ebenfalls vorgesehen. Zustzlich wird fr diese Stecker eine Farbkodierung empfohlen, naturfarben (z.T. auch gelb) fr 5V (30W), blaugrn (Pantone Teal 3262C) fr 12V (72W), rot (Pantone Red 032C) fr 24/25V (144W) und seltener violett fr 19V. Kommt keine Farbkodierung zum Einsatz, sollen die Stecker fr alle Spannungen grer 5V schwarz ausgefhrt werden, wohingegen grau als alternative Farbe fr 5V in Frage kommt. Fr die B-Seite ist kein spezieller Stecker definiert, es gibt jedoch verschiedene Empfehlungen, teilweise mit unterschiedlichen HotPlug-Fhigkeiten. Die Bezeichnung fr diese industriellen USB-Varianten lautet Retail USB, PoweredUSB, USB PlusPower oder USB +Power.[17] Micro- und Mini-USB Insbesondere fr Gerte mit geringerem Platzangebot (z.B. digitale Kameras, Mobiltelefone, MP3-Player und andere mobile Gerte) existieren auch verschiedene kompaktere USB-Steckverbinder. Im USB-2.0-Standard verankert sind dabei lediglich fnfpolige Mini- und Micro-Varianten (plus Schirm) (z.T. auf dem Foto in der Mitte abgebildet), die gegenber den normalen USB-Steckverbindern ber einen zustzlichen ID-Pin verfgen: Zunchst wurde im Jahr 2000 ein trapezfrmiger Mini-B-Steckverbinder fr die Downstream-Seite definiert, der in der Farbe Schwarz ausgefhrt werden sollte. Bei zuknftigen Gerten sollen Gertehersteller jedoch auf die Micro-USB-Verbinder (siehe unten) ausweichen.[18] Auch Mini-A- (in weier Farbe) und Mini-AB-Steckverbinder (in Grau) waren fr eine gewisse Zeit Teil des Standards und sollten insbesondere in Verbindung mit USB On-the-Go (OTG) eine Rolle spielen, wurden jedoch im Mai 2007 offiziell zurckgezogen.[19]

USB-Stecker 3.0 des Typs B

Verschiedene USB-Stecker; von links nach rechts: Typ A, Typ B, Typ Mini-B 5-polig (Standard), Typ Miniatur-B 4-polig (Mitsumi), Typ Miniatur-B 4-polig (Aiptek)

Micro-B USB-Stecker (Kabel des Nokia 5130 XpressMusic/N96)

Im Januar 2007 wurden mit der Standarderweiterung Micro-USB fr USB 2.0 noch kleinere Steckverbinder vorgestellt, die eine besonders kompakte Bauform der Gerte ermglichen. Die USB-Stecker mit Ferritkerndrossel als Micro-USB-Spezifikation kann USB On-the-Go (OTG) untersttzen, Mantelwellenfilter was Verkabelung und Kommunikation auch ohne PC als Host ermglicht.[20] Micro-USB-Steckverbinder sollen bei neueren Gerten in naher Zukunft den Mini-Verbinder komplett ersetzen, lediglich der relativ weit verbreitete Mini-B-Verbinder wird derzeit noch geduldet. Die Micro-USB-Verbinder sind elektrisch gleichwertig, mechanisch allerdings nicht steckkompatibel, dafr jedoch dank der im Standard geforderten Edelstahlkrampe deutlich stabiler ausgefhrt. Gem USB-2.0-Standard gibt es drei Varianten, die genau wie bei Mini-USB

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allesamt fnfpolig ausgefhrt sind: Micro-A (rechteckige Bauform, fr die Host-Seite, Farbe Wei), Micro-AB (rechteckige Bauform, fr USB-On-the-Go-Gerte, Farbe Grau) und Micro-B (Trapez-Bauform, fr die Gerteseite, Farbe Schwarz). Die Open Mobile Terminal Platform OMTP hat Micro-USB 2007 als Standardverbinder fr den Datentransfer und die Energieversorgung von Mobilfunkgerten bernommen, in China mssen Mobiltelefone seitdem mit dieser Schnittstelle ausgestattet werden, um eine Zulassung zu bekommen.[21] Mit USB 3.0 kommen neue Varianten der Micro-A-, AB- und -B-Steckverbinder auf den Markt (siehe unten).

MicroUSB als

Standard-Mobiltelefon-Ladestecker Daneben gibt es noch eine ganze Reihe proprietrer, das heit gerteherstellerspezifische Miniaturbauformen der Steckverbinder (siehe auch Bild), die zwar in der Regel elektrisch mit USB2.0 kompatibel sind, jedoch nur ber z.T. schwer erhltliche Adapterkabel mit USB-Komponenten gem dem USB-Standard verbunden werden knnen. Flschlicherweise werden jedoch auch diese Steckverbinder hufig als Mini-USB bezeichnet, was immer wieder zu Missverstndnissen fhrt und vermieden werden sollte. Nicht zuletzt deshalb soll der Micro-USB-Standard hier den Wildwuchs beenden. Verbreitet sind unterschiedlichste Ausfhrungen mit vier Pins (insbesondere Varianten von Mitsumi, Aiptek, Hirose) sowie eine groe Zahl von Varianten mit acht Pins (darunter mehrere USB-Buchse des Typs A inkompatible Varianten, die sich bei Digitalkameras in begrenztem Rahmen auch ber Herstellergrenzen hinweg verbreitet haben), elf Pins (ExtUSB fr HTC-Mobiltelefone; kompatibel zu Mini-USB), zwlf Pins (fr verschiedene Olympus-Digitalkameras) und 14 Pins (zwei Varianten fr verschiedene Fuji-Finepix-Digitalkameras und als Nokias Pop-Port fr manche Mobiltelefone), die auch noch andere, nicht-USB-spezifische Signale im gleichen Konnektor vereinen.[22]

Im Rahmen des im Jahr 2008 verabschiedeten USB-3.0-Standards wurden weitere sechs Steckverbindertypen mit zustzlichen Kontakten definiert: Diese unterteilen sich in je drei Steckverbinder, die als weitestgehend rckwrtskompatible Erweiterungen der bisherigen Typ A- und Typ B-Steckverbinder angesehen werden knnen (genannt: USB 3.0 Standard-A, USB 3.0 Standard-B und USB 3.0 Powered-B) sowie drei kleinere Verbinder, die sich an die bisherigen Micro-USB-Verbinder anlehnen (genannt: USB 3.0 Micro-A, USB 3.0 Micro-AB und USB 3.0 Micro-B). Zur eindeutigen Kennzeichnung werden die bisherigen Steckverbinder nun als USB 2.0 Standard-A, USB 2.0 Standard-B, USB 2.0 Micro-A, USB 2.0 Micro-AB und USB 2.0 Micro-B bezeichnet. Zur besseren Unterscheidung sollen die USB-3.0-Standard-A-Verbinder in der Farbe Blau (Pantone 300C) ausgefhrt und gegebenenfalls mit einem doppelten S-Symbol gekennzeichnet werden.

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Die folgenden Steckkombinationen werden dabei mechanisch untersttzt:Aufnahmetyp USB 3.0 Standard-A USB 2.0 Standard-A USB 3.0 Powered-B USB 3.0 Standard-B USB 2.0 Standard-B (USB 2.0 Mini-AB) USB 2.0 Mini-B USB 3.0 Micro-AB USB 2.0 Micro-AB USB 3.0 Micro-B USB 2.0 Micro-B Steckertyp USB 3.0 Standard-A, USB 2.0 Standard-A USB 2.0 Standard-A, USB 3.0 Standard-A USB 3.0 Powered-B, USB 3.0 Standard-B, USB 2.0 Standard-B USB 3.0 Standard-B, USB 2.0 Standard-B USB 2.0 Standard-B (USB 2.0 Mini-A, USB 2.0 Mini-B) USB 2.0 Mini-B USB 3.0 Micro-A, USB 3.0 Micro-B, USB 2.0 Micro-A, USB 2.0 Micro-B USB 2.0 Micro-A, USB 2.0 Micro-B USB 3.0 Micro-B, USB 2.0 Micro-B USB 2.0 Micro-B

Die Steckertypen wurden fr folgende Anzahl Steckzyklen spezifiziert:Anschlusstyp USB (USB 1.03.0) Mini-USB (USB 2.0) Micro-USB (USB 2.03.0) eSATA (zum Vergleich) Firewire/IEEE 1394 (zum Vergleich) Anzahl der Steckzyklen min. 500x, spter min. 1500x (USB 3.0 Standard Class: min. 1500x, High Durability Class: min. 5000x) min. 5000x min. 10000x min. 5000x min. 1500x

Stecker A

Steckerabmessungen

passende Buchsen A

erlaubte Kabeltypen Stecker B Stecker Mini-B Stecker Micro-B Stecker A

B

B

Mini-B

Mini-B

Stecker A

Micro-A

Micro-AB

Stecker Micro-B Buchse A (als Adapter)

Micro-B

Micro-B Micro-AB

Stecker A Stecker Micro-A

Verbreitet haben sich weiterhin 14-, 15- und 22-polige Varianten von Stiftleisten im Rasterma 2,54 Millimeter auf PC-Mainboards, ebenso wie Doppel-USB-Verbinder mit 24 oder 25 Polen im Rasterma 2,54mm. Gab es zunchst mehrere zueinander inkompatible Belegungsvarianten, hat sich im Zuge neuerer

Universal Serial Bus Mainboard-Spezifikationen von Intel inzwischen eine bestimmte 25-polige Belegung etabliert, die auch mit uDOC-Flashmodulen kompatibel ist. USB-Kabel In einem USB-Kabel werden vier Adern bentigt. Zwei Adern bertragen dabei die Daten, die anderen beiden versorgen das angeschlossene Gert mit einer Spannung von 5V. Der USB-Spezifikation entsprechende Gerte drfen bis zu 100mA oder 500mA aus dem Bus beziehen, abhngig davon, wie viel der Port liefern kann, an den sie angeschlossen werden. Gerte mit einer Leistung von bis zu 2,5W knnen also ber den Bus versorgt werden. Je nach Kabellnge muss der Querschnitt der beiden Stromversorgungsadern angepasst sein, um den zulssigen Spannungsabfall einzuhalten; auch daher sind Verlngerungsleitungen nicht standardgem. Die Kabel mssen je nach Geschwindigkeit unterschiedlich abgeschirmt werden. Kabel, die lediglich der Spezifikation low speed entsprechen, drfen ber keinen B-Stecker verfgen, sondern mssen fix am Gert montiert sein oder einen herstellerspezifischen Stecker verwenden. Sie sind weniger stark abgeschirmt, kommen ohne verdrillte Adern aus und sind dadurch flexibler als Full/High-Speed Kabel. Sie sind daher gut fr zum Beispiel Muse und Tastaturen geeignet. Die geringe Abschirmung des Kabels kann zu Problemen bei Gerten mit hheren Geschwindigkeiten fhren. Die Lngen von Full-/High-Speed- und Low-Speed-Kabeln vom Hub zum Gert sind auf fnf beziehungsweise drei Meter begrenzt. Lngere Strecken kann man berwinden, indem USB-Hubs zwischengeschaltet werden. Sogenannte USB-Repeaterkabel entsprechen in ihren Funktionen einem Bus-Powered Hub (s.u.) mit einem einzigen Downstream-Port und einem fest angeschlossenen Kabel am Upstream-Port. Da die elektrischen Auswirkungen dieser Kabel im USB-Bus denen eines Bus-Powered-USB-Hubs mit fnf Meter Kabel entsprechen, sollten bei ihrer Verwendung zustzlich die Beschrnkungen beim Verschachteln von USB-Hubs beachtet werden. USB arbeitet mit einem Wellenwiderstand von 90 , direkte

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USB-Verlngerungskabel (nicht in der USB-Spezifikation)

Adernkodierung von USB-Kabeln, keines [23] entspricht dem USB-2.0-Standard

USB-3.0-Kabel und Kontaktbelegung

Verbindungskabel sollten daher auch in diesem Wellenwiderstandswert ausgefhrt sein. Fr die berbrckung von Lngen ber 30 Metern werden USB-Line-Extender angeboten. Diese bestehen aus zwei Komponenten: Einem Base-Modul, das an den Computer angeschlossen wird, und einem Remote-Modul fr den Anschluss des USB-Gertes. Zur Distanzberbrckung zwischen diesen beiden Komponenten werden meist Ethernetkabel oder Lichtleiter eingesetzt. Da sich diese Line-Extender jedoch immer auf bestimmte, nicht vom Standard vorgeschriebene Verhaltensdetails der angeschlossenen Gerte verlassen und zudem bei langen Kabelstrecken die Signallaufzeit zu Protokollverletzungen fhrt, ist der Einsatz dieser Gerte oft mit Problemen verbunden. Eine andere Mglichkeit, USB-Gerte weiter entfernt vom Rechner anzuschlieen, sind Lsungen, die einen remote host verwenden, also einen USB-Hostcontroller, der auerhalb des PCs liegt. Dabei geschieht die Kommunikation

Universal Serial Bus zwischen PC und Hostcontroller zum Beispiel ber Ethernet. Das Ethernet ersetzt dabei den lokalen Bus, an dem sonst der Hostcontroller angeschlossen wre. Auf dem PC muss also nur ein entsprechender Treiber installiert werden, der die Kommunikation mit dem Hostcontroller bernimmt. Alle Treiber fr die USB-Gerte erkennen dann keinen Unterschied zu einem lokal angeschlossenen Gert. Ein Beispiel fr ein solches Gert ist der USB-Server von Keyspan. Farbkodierung und Pinouts Der USB-Standard legt neben der Belegung der Schnittstelle auch die Namen der einzelnen Stecker-Pins und die Aderfarbe fest. Die Nummer eines Stecker-Pins kann in den oben angefhrten Schemazeichnungen abgelesen werden.

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USB-Standardstecker Typ A und B. Nicht mastabsgetreu, mit Pinnummern, Draufsicht

USB-Ministecker Typ A und B. Nicht mastabsgetreu, mit Pinnummern, Draufsicht. Es gibt noch Mini-AB-Buchsen, die sich automatisch umschalten. Mini-AB-Buchsen und Mini-A-Stecker sind aus der Spezifikation entfernt worden.

Kabelbelegung USB-Standardstecker

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StandardsteckerPin 1 2 3 4 Name VCC DD+ GND Farbe Rot Wei Grn Beschreibung +5V Data Data +

Schwarz Masse

Ministecker/MicrosteckerPin 1 2 3 4 Name VCC DD+ ID Farbe Rot Wei Grn keine +5V Data Data + erlaubt Unterscheidung von Micro-A- und Micro-B-Stecker Typ A: Masse Typ B: nicht verbunden 5 GND Schwarz Masse Beschreibung

USB-HubsAllgemeines Ein USB-Hub ist ein USB-Gert, das das USB-Signal an mehrere Ports verteilt. Handelsblich sind USB-Hubs mit bis zu sieben Downstream-Ports. Hubs knnen ihren Strom aus dem Bus selbst beziehen (als Bus-Powered oder passiver Hub bezeichnet) oder ber eine eigene Stromversorgung verfgen (als Self-Powered oder aktiver Hub bezeichnet). Die meisten Self-Powered-Hubs werden ber ein Steckernetzteil mit Strom versorgt. Manche Monitore haben auch einen 4-Port-USB-Hub mit eigener Stromversorgung USB-Hub eingebaut, der ber die Stromversorgung des Monitors (selfpowered, Netzteilbuchse rechts) mitgespeist wird. Self-Powered-Hubs haben den Vorteil, dass jedes an sie angeschlossene Gert bis zu 500mA Strom beziehen kann. Bei Bus-Powered-Hubs drfen der Hub und alle an ihn angeschlossenen Gerte gemeinsam maximal 500mA beziehen. Hybride Self- und Bus-Powered-Hubs sind mglich der Hub ist dann Self-Powered, wenn ein Netzteil an ihn angeschlossen ist, und ansonsten Bus-Powered. Manchmal werden Bus-Powered-Hubs auch als passiv und Self-Powered-Hubs als aktiv bezeichnet; technisch ist das jedoch falsch. Bei der Verschachtelung von Hubs werden die Grenzen durch die maximal 127 mglichen USB-Gerte pro root-hub und durch die

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Signallaufzeit festgelegt jeder Hub erhht die Laufzeit, die Verschachtelungstiefe ist auf maximal fnf (Hub-)Ebenen unterhalb des Hostcontrollers beziehungsweise des Root-Hubs begrenzt. Die maximale Distanz zwischen zwei mit USB verbundenen Gerten liegt wegen der Beschrnkung von 5m pro USB-Kabel bei 30m sechs Kabel mit je fnf Meter Lnge und dazwischen fnf Hubs.

4-Port-USB-Hub mit Stromversorgung aus dem Bus (bus powered)

USB 2.0 und Hubs Low-, Full- und High-Speed-Gerte lassen sich an einem USB-2.0-Host fast beliebig mischen, ohne dass Geschwindigkeitsnachteile entstehen. Hubs nach dem USB-1.x-Standard knnen an USB-2.0-Hosts verwendet werden. Gerte, die direkt oder indirekt an einen solchen Hub angeschlossen werden, knnen allerdings lediglich die Geschwindigkeit Full Speed erreichen, also 12Mbit/s. Ein USB-2.0-Host und ein USB-2.0-Hub kommunizieren immer mit High Speed, selbst wenn an dem Hub Lowoder Full-Speed-Gerte angeschlossen sind. Es ist Aufgabe des Hubs, die Daten dieser Gerte in das High-Speed-Protokoll zu verpacken, dazu hat er einen oder mehrere sogenannte Transaction Translators eingebaut. Die Anzahl der Transaction Translators bestimmt, wie viele langsame Gerte an einen USB-2.0-Hub angeschlossen werden knnen, ohne sich gegenseitig auszubremsen. Wird diese Zahl berschritten, so bricht die Datenrate aller an diesen Host angeschlossenen Low-Speed- und Full-Speed-Gerte auf Geschwindigkeiten deutlich unter denen eines USB-1.1-Hosts ein; der Durchsatz von High-Speed-Gerten am selben Hub bleibt jedoch unbeeinflusst. An der Spezifikation des Stromverbrauchs hat sich bei USB 2.0 im Vergleich zu USB 1.1 nichts gendert. USB 3.0 und Hubs Unter USB 3.0 gibt es ein neues Hub-Konzept. Hubs bestehen aus zwei Unter-Hubs. Der eine ist speziell fr den neuen Super-Speed-Modus zustndig, der andere fr die bisherigen Geschwindigkeitsmodi (Low-Speed, Full-Speed, High-Speed). Erst an den Ports werden beide Teile zusammengefhrt. Im Dezember 2009 hat das Unternehmen VIA die ersten Chips fr USB-3.0-Hubs vorgestellt. Der VL810 genannte Chip ist mit allen Geschwindigkeitsmodi kompatibel.[24]

USB-Card-BusDer Cardbus-Standard[25] (PC Card Standard 5.0) wurde ursprnglich fr PCMCIA-Karten als Datenspeichermedium entwickelt, unterscheidet sich aber vom eigentlichen PCMCIA-Standard durch eine vllig andere Architektur. Es sind auch Steckkarten mit CardBus-Controller am Markt erhltlich, die USB in CardBus umsetzen, so dass USB-Stecker beispielsweise auch an Mobilgerten ohne integrierte USB-Schnittstelle verwendet werden knnen sie

USB2.0 CardBus Controller

Universal Serial Bus sind aber auf den 32 Bit breiten CardBus beschrnkt. Ein Nachrsten bei Computern mit 16-Bit-Bus ist daher nicht mglich.[26] CardBus wurde vom neueren und leistungsfhigeren ExpressCard-Standard abgelst.

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Software-ArchitekturAlle USB-Transaktionen werden durch die USB-Software auf dem Host-Computer realisiert. Das geschieht durch den jeweiligen USB-Gertetreiber, der mit seinem Gert kommunizieren will. Der USB-Bustreiber ist die Schnittstelle zwischen dem USB-Gertetreiber und dem USB-Host-Controller.

USB-GertetreiberDie Aufgabe des USB-Gertetreibers (USB device driver) ist die Erzeugung von Anfragen (Requests) an den USB-Bustreiber. Fr eine Anfrage werden I/O-Request-Packets (IRP) verwendet. Diese IRPs initiieren einen Transfer von oder zu USB-Gerten (z.B. Interrupt-Transfer der Tastatur durch Erzeugung eines entsprechenden IRP auslsen).

USB-BustreiberDer USB-Bustreiber (USB-Driver) kennt die spezifischen Kommunikationseigenschaften der einzelnen USB-Gerte, zum Beispiel die Datenmenge pro Frame oder Abstnde zwischen den periodischen Zugriffen. Er erkennt diese Eigenschaften beim Analysieren der Gerte-Deskriptoren whrend der Konfigurationsphase. Wenn der USB-Bustreiber ein IRP von einem USB-Gertetreiber erhlt, erzeugt er entsprechend diesem Request einzelne Transaktionen, die innerhalb des bertragungsrahmens (Frame) von einer Millisekunde ausfhrbar sind.

USB-Host-Controller-TreiberDer Universal-Serial-Bus-Host-Controller-Treiber (host controller driver) organisiert die zeitliche Abfolge der einzelnen Transaktionen (Scheduling). Dazu baut er eine Folge von Transaktionslisten auf. Jede dieser Listen besteht aus den noch nicht abgearbeiteten Transaktionen in Richtung eines Gertes, das am Bus angeschlossen ist. Sie definiert die Reihenfolge der Transaktionen innerhalb des 1-ms-Zeitrahmens. Der USB-Bustreiber kann eine einzelne Anfrage fr einen Datentransfer in mehrere Transaktionen zerlegen. Das Scheduling hngt von einer Reihe von Einflussfaktoren wie Transferart, Gerteeigenschaften und Busbelastung ab. Der USB-Host-Controller-Treiber lst die Transaktionen dann ber den Root-Hub aus. Dieser setzt der Reihe nach alle Transaktionen um, die in der aktuellen Liste enthalten sind.

Untersttzung in Betriebssystemen Amiga OS3.x untersttzt standardmig kein USB. Lediglich mit Hard- und Software anderer Anbieter (Poseidon, Sirion, Anaiis) ist eine Anbindung von USB-1.1- und USB-2.0-Gerten mglich (mit breiter Untersttzung verschiedenster Gerteklassen bei Poseidon). Bei Poseidon kann in Zusammenarbeit mit einer Flash-Rom-Karte sogar von USB-Massenspeichern gebootet werden. Ab Amiga OS4 wird, je nach Hardware, USB 1.1 und 2.0 untersttzt (kein USB 2.0 Highspeed, da der EHCI-Treiber noch fehlt). Unter AmigaOS 4 Classic kann jedoch alternativ auch Poseidon eingesetzt werden. AROS enthlt seit August 2009 eine quelloffene Portierung von Poseidon, der die alte Implementierung ersetzt. Es untersttzt OHCI/UHCI (USB 1.1) und EHCI (USB 2.0 Highspeed) sowie die meisten der in Poseidon fr AmigaOS vorhandenen Gertetreiber. Der Stack liegt (teilweise) im Kernel und es kann damit von USB-Massenspeichern gebootet werden. Atari MiNT untersttzt standardmig kein USB, es sind jedoch fr MiNT verschiedene Treiber in Entwicklung, die Add-on-Karten (wie z.B. EtherNAT, eine Kombination aus USB- und Ethernet Erweiterung fr den Atari Falcon) untersttzen. eComStation als Nachfolger von OS/2 bringt ebenfalls Untersttzung fr USB 2.0 mit.

Universal Serial Bus Der Linux-Kernel untersttzt seit Version 2.2 USB-Controller. Seit der Kernelversion 2.4 sind Treiber fr UHCI-, OHCI- und EHCI-Controller sowie Untersttzung fr gngige USB-Endgerte integriert. Die Untersttzung fr EHCI-Controller in der Kernelversion 2.4 gilt jedoch als fehleranfllig und luft erst seit Version 2.6 stabil. Weiterhin existieren sogenannte Gadget-Treiber, damit kann ein Linux-basiertes System, das an einem USB-Host angeschlossen wird, selbst als USB-Gert erscheinen, zum Beispiel als Massenspeicher, Netzwerkkarte oder serielle Schnittstelle. Seit der Version 2.6.31 wird auch USB 3.0 vom Linux-Kernel untersttzt.[27] Mac OS untersttzt USB 1.1 ab Mac OS 8.1. Mit der Zeit wurde der Umfang an Gerten, die mit Klassentreibern untersttzt werden, deutlich erweitert; seit Mac OS 8.5 werden die meisten blichen Gerteklassen untersttzt. Mac OS X untersttzt in allen Versionen USB 1.1 und ab Version 10.2.8 auch USB 2.0. Microsoft DOS und kompatible untersttzen USB standardmig nicht. USB-Tastaturen und USB-Massenspeicher sind ber die Legacy-Emulation vieler moderner PC-BIOSe dennoch verwendbar, aber meist nicht Hotplug-fhig. Auch USB-"Muse" funktionieren meist mit fr PS/2-Muse gedachten Treibern, wenn der Legacy-Mode aktiviert ist. Fr Free-DOS gibt es den "motto hairu" Treiber, der USB 2.0 zur Verfgung stellt. Andere Hersteller bieten Spezialtreiber an, die aber viel konventionellen Speicher belegen und deshalb mit vielen DOS-Programmen nicht kompatibel sind. Microsoft Windows 95 hat ab OEM Service Release 2.1 eine rudimentre Untersttzung von USB 1.0, die jedoch als fehleranfllig gilt. Microsoft Windows 98 untersttzt USB 1.0, ab Windows 98 SE auch USB 1.1. USB 2.0 ist nur mit Treibern von Chipsatzherstellern mglich. Microsoft Windows Me untersttzt USB 1.1. und verfgt als einziges System der 9x-Serie ber einen generischen Gertetreiber fr Massenspeicher. USB 2.0 ist nur mit Treibern von Chipsatzherstellern mglich. Im Gegensatz zu Windows 98 und 95 ist nach der Installation gertespezifischer USB-Treiber kein Neustart erforderlich. Microsoft Windows NT 4.0 hat keinerlei USB-Untersttzung, von anderen Herstellern sind jedoch Systemerweiterungen dafr erhltlich. Gertehersteller testen ihre Produkte selten mit derartigen Erweiterungen, deshalb gelten diese Systemerweiterungen nur fr Spezialflle als tauglich. Microsoft Windows 2000 (SP4), Microsoft Windows XP (ab SP1), Microsoft Windows Server 2003, Microsoft Windows Vista, Microsoft Windows Server 2008, Microsoft Windows 7 und Microsoft Windows Server 2008 R2 untersttzen USB 1.1 und USB 2.0. und untersttzen generisch von Anfang an Massenspeicher. Der USB-Hostcontroller wird allerdings manchmal fehlerhaft erkannt, die meisten Hersteller raten dazu, die Treiber des Chipsatzherstellers zu installieren. MorphOS wird mit dem Poseidon-USB-Stack ausgeliefert mit voller Untersttzung von UHCI, OHCI und EHCI. NetBSD, FreeBSD und OpenBSD untersttzen UHCI, OHCI und EHCI sowie gngige Endgerte. NetBSD war 1998 das erste freie Betriebssystem mit USB-Untersttzung. OS/2 Warp4 untersttzt erst ber den Aufrstpack Warp 4.51 Convenience Pak 1 (vom Dezember 2000) USB 1.1. Dieser ist kostenpflichtig. Treiber-Aktualisierungen auf USB 2.0 sind ebenfalls verfgbar. Palm OS untersttzt ab Version 3.2 USB als Kommunikationsplattform fr HotSync, ab Palm OS 5 knnen (teilweise mit Zusatzprogrammen) auch Modemfunktionen ber USB genutzt werden. Bestimmte PDAs (u. a. Sony Cli) knnen mit der USB-Schnittstelle einen Massenspeicher emulieren. QNX untersttzt ab der Version 6 UHCI, OHCI und EHCI, mit separat erhltlichen Treibern ist USB-Support auch in QNX4 nachrstbar. Die mitgelieferten Treiber beschrnken sich auf den HID-Bootmode, einige RS232und Ethernet-Adapter sowie Massenspeicher. Bei Betriebssystemen ohne USB-Untersttzung kann das BIOS nach Aktivieren von USB Legacy Support (engl. etwa USB-Untersttzung fr Altlasten) in seinen Einstellungen Abhilfe schaffen, dadurch erscheinen USB-Eingabegerte wie "Muse" und Tastaturen dem Betriebssystem gegenber als PS/2-Gerte. Je nach BIOS wird meist genau ein USB-Laufwerk (wie USB-Stick, USB-Kartenleser, USB-Festplatte, USB-Floppy) eingebunden. USB-CD/DVD-Laufwerke werden nur dann eingebunden, wenn von ihnen gebootet wird.

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Universal Serial Bus

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KuriosesEine Gruppe evangelikaler Christen in Brasilien soll seinen Anhngern die Nutzung von USB verbieten. Das typische Symbol wrde an den Dreizack des Teufels erinnern.[28] Inzwischen sind auch ausgefallene Gerte auf den Markt gekommen, wie beispielsweise USB-Heizplatten, mit denen etwa eine Kaffeetasse ber die USB-Schnittstelle warmgehalten werden kann. Eine weitere Erfindung ist ein USB-Raketenwerfer, der auf Befehl kleine Schaumstoffraketen abfeuert. Daneben gibt es auch mehr oder weniger sinnvolle Hardware, wie USB-Lampen fr "Dreizack des Teufels" ? Notebooks, um die Tastatur zu beleuchten, USB-Tastatur-Staubsauger, USB-Ventilatoren oder beheizbare USB-Handschuhe bzw. -Pantoffeln. Des Weiteren ist ein Trend zu beobachten, USB als standardisierte Spanungsquelle einzusetzen. Namhafte Mobiltelefonhersteller haben sich darauf geeinigt, Micro-USB als Standard-Gertebuchse fr den Ladekontakt einzusetzen.[29] Der USB-Standard sieht vor, dass sich Gerte zunchst im Low-Power (100mA) Mode am Bus anmelden und erst mit Erlaubnis des Host in den High-Power Mode (500mA) umschalten. Die meisten der vorgenannten Spielzeuge verwenden den USB-Anschluss jedoch nur als Spanungsquelle und verstoen gegen den USB-Standard, indem sie ohne Erlaubnis des Hosts mehr als 100mA Strom beziehen. Das knnte im Extremfall den USB-Anschluss des Hosts beschdigen oder das Energiemanagement des Rechners durcheinanderbringen, was zu instabilem Verhalten fhren kann. Ajay Bhatt wurde aus der Gruppe der Entwickler des USB-Standards besonders hervorgehoben, als er in dem Werbespot Ajay Bhatt - The Real USB Rock Star! [30] des Unternehmens Intel als Rockstar portrtiert wurde.[31]

Einzelnachweise[1] DVI-Ausgang per USB nachrsten. (http:/ / www. heise. de/ newsticker/ meldung/ DVI-Ausgang-per-USB-nachruesten-135535. html) Im: heise online. 5. Juni 2007. [2] Sven Hesse: USB 3.0 kommt 2009 mit 4,8 Gbit/s angerast. (http:/ / www. allround-pc. com/ news/ hardware/ 2008/ november/ usb-30-kommt-2009-mit-48-gbits-angerast) In: Allround-PC.com. 21. November 2008. [3] Industrie stellt einheitliches Handyladegert vor http:/ / derstandard. at/ 1296696631540/ Universell-Industrie-stellt-einheitliches-Handyladegeraet-vor derstandard.at Abgerufen am 08. Februar 2011 [4] Stecker rein! Ein Ladegert fr alle. (http:/ / www. onechargerforall. eu/ de/ ) [5] Approved Class Specification Documents Battery Charging http:/ / www. usb. org/ developers/ devclass_docs Engl. [6] USB-Spezifikation 2.0 Seite 153 [7] USB Class Codes (http:/ / www. usb. org/ developers/ defined_class). usb.org. 17. November 2009 (englisch). [8] Samsung Galaxy S II bei samsungmobile.com (http:/ / galaxys2. samsungmobile. com/ html/ specification. html) [9] Bundesnetzagentur (Hrsg.): Allgemeinzuteilung von Frequenzen fr die Nutzung durch Anwendungen geringer Leistung der Ultra-Wideband (UWB) Technologie. (http:/ / www. bundesnetzagentur. de/ cae/ servlet/ contentblob/ 38210/ publicationFile/ 6675/ UltraWidebandVfg1AendrgVfg17_2008pdf. pdf) 2010. [10] Matthias Kremp: Kappt die Kabel lieber noch nicht. (http:/ / www. spiegel. de/ netzwelt/ tech/ 0,1518,529416,00. html) In: Spiegel Online. 18. Januar 2008. [11] USB-Spezifikation 2.0 Seite 46 [12] USB Spezifikation 2.0 Seite 55 [13] Von USB 1.0 bis USB 3.0: Der Siegeszug des Universal Serial Bus. (http:/ / www. player. de/ 2009/ 09/ 25/ von-usb-1-0-bis-usb-3-0-der-siegeszug-des-universal-serial-bus/ ) In: player.de. 25. September 2009. [14] USB 3.0 ist fertig. (http:/ / www. itespresso. de/ 2008/ 11/ 18/ usb-30-ist-fertig-pcpro/ ) In: PC Professionell. 18. November 2008. [15] Anika Kehrer: Linux untersttzt USB 3.0. (http:/ / www. linux-community. de/ Internal/ Nachrichten/ Kernel-2. 6. 31-wird-Support-fuer-USB-3. 0-bringen) In: Linux Community. 8. Juni 2009. [16] Benjamin Benz: Pfeilschnell Die dritte USB-Generation liefert Transferraten von 300 MByte/s. In: ct. Nr.22, 2008, S.212. [17] PowerdUSB.org (http:/ / www. usbpluspower. org) (englisch [18] Mobile phones to adopt new, smaller USB connector. (http:/ / www. usb. org/ press/ pressroom/ 2007_01_04_usbif. pdf) In: USB Implementers Forum. 4. Januar 2007 (englisch, PDF). [19] Mini-A und Mini-AB-Verbinder zurckgezogen. (http:/ / www. usb. org/ developers/ Deprecation_Announcement_052507. pdf) Mai 2007 (Presseerklrung des USB-IF), PDF.

Universal Serial Bus[20] Kleinere USB-Steckverbindung fr Mobilgerte. (http:/ / www. heise. de/ newsticker/ meldung/ 83237) In: heise online. 5. Januar 2007. [21] OMTP Local Connectivity Recommendations. Common Charging and Local Data Connectivity. (http:/ / internal. omtp. org/ Lists/ ReqPublications/ Attachments/ 59/ OMTP CCLDC V1. 1 Final. pdf) In: omtp.org. 8. Juni 2010. [22] bersicht ber verschiedene Nicht-Standard-Miniatur-USB-Steckverbinder (http:/ / www. pccables. com/ usbcameracable. html) (englisch, Informationsseite eines Adapterkabelherstellers) [23] USB-Spezifikation 2.0, Seite 102 [24] Andreas Link: USB 3.0: Alle Infos zum neuen Technologie-Standard. (http:/ / www. pcgameshardware. de/ aid,676309/ USB-30-Alle-Infos-zum-neuen-Technologie-Standard-Update-Verfuegbare-USB-30-Hardware/ Technologie/ Wissen/ ) In: PC Games Hardware. 25. Januar 2010. [25] Christoph Windeck: PC-Card und USB (Praxis/Hotline). In: ct. Nr. 14, 2003, S.204. [26] Alexander von Obert: Kann ich eine USB-Schnittstelle nachrsten? (http:/ / www. techwriter. de/ thema/ usb-mem0. htm#nachruesten) In: USB-Memory-Stick (USB-Speichermodul) FAQ Teil1: Hardware. 21.Dezember 2007, abgerufen am 27.Mrz 2008. [27] Linux-Kernel 2.6.31 untersttzt USB 3.0. (http:/ / www. golem. de/ 0909/ 69610. html) In: golem.de. 10. September 2009. [28] Evangelikale Christen USB ist Teufelswerk: USB-Symbol wrde an den Dreizack des Teufels erinnern. (http:/ / derstandard. at/ 1289608100207/ Evangelikale-Christen-USB-ist-Teufelswerk) In: DerStandard.at 17. November 2010. [29] Kommission begrt Einigung der Industrie auf ein universelles Ladegert fr Mobiltelefone. (http:/ / europa. eu/ rapid/ pressReleasesAction. do?reference=IP/ 09/ 1049& format=HTML& aged=0& language=DE) Presseverffentlichung der Europischen Union, 29. Juni 2009. [30] http:/ / www. everythingusb. com/ intel-usb-rock-star-16620. html [31] Mike Magee: Intel turns USB man into rock star. (http:/ / www. tgdaily. com/ hardware-features/ 42354-intel-turns-usb-man-into-rock-star) In: TG Daily. 7. Mai 2009.

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Literatur Hans-Joachim Kelm: USB 2.0. Franzis, Poing 2006, ISBN 3-7723-7965-6. Jan Axelson: USB Complete. Everything You Need to Develop Custom USB Peripherals. Lakeview Research, Madison 2009, ISBN 978-1931448086. Bernhard Redemann: Steuern und Messen mit USB, Hard- und Softwareentwicklung mit dem FT232, 245 und 2232. Eigenverlag, Berlin 2006, ISBN 3-00-017884-8.

Weblinks Der Universal Serial Bus im Detail(Spezifikationen, Technik (http://chaosradio.ccc.de/cre086.html) USB verstndlich erklrt (http://www.sprut.de/electronic/interfaces/usb/usb.htm) Tipps zur Nutzung von USB (http://www.usb-infos.de) USB und seine Kabel (http://www.hardware-bastelkiste.de/usb.html) Linux USB (http://www.linux-usb.org) Technische Dokumentation, USB-ID-Listen, Kompatibilittsfragen zu USB1.x und 2.0 (englisch) USB 3.0-Geschwindigkeit getestet (http://www.tweakpc.de/hardware/infos/sonst/usb_30/s01.php)

Serial ATA

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Serial ATASerial ATA (SATA, auch S-ATA/Serial Advanced Technology Attachment) ist eine hauptschlich fr den Datenaustausch zwischen Prozessor und Festplatte entwickelte Verbindungsmglichkeit.

GeschichteSerial ATA wurde im Jahr 2000 von Intel aus dem lteren ATA-Standard entwickelt. Dabei wurde entschieden, von einem parallelen Busdesign zu einer bit-seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindung berzugehen, das heit, die Daten werden seriell bertragen (Bit fr Bit) und nicht, wie bei den alten ATA-Standards, in 16-Bit-Wrtern. Gegenber seinem Vorgnger besitzt SATA drei weitere Hauptvorteile: hhere Datentransferrate, vereinfachte Kabelfhrung und die Fhigkeit zum Austausch von Datentrgern im laufenden Betrieb (Hot-Plug). Seit der Einfhrung von Serial ATA wird der ltere ATA-Standard umgangssprachlich hufig als Parallel ATA (PATA) bezeichnet, um Verwechslungen zu vermeiden. Auf neueren Hauptplatinen findet man zu den blichen (P)ATA-Steckpltzen zustzlich zwei bis zehn SATA-Anschlsse. SATA nutzt auf der Link-Layer-Schicht (Kabel) eine Punkt-zu-Punkt Verbindung. Jedes Gert hat also seinen eigenen Anschluss. Serial ATA ist nicht auf Festplatten beschrnkt, mittlerweile gibt es zum Beispiel auch SATA-Bandlaufwerke, DVD-Laufwerke und -Brenner, Speicherkartenlesegerte sowie eine externe Schnittstelle (siehe Abschnitt eSATA), womit SATA einen konkurrierenden Standard zu USB und Firewire darstellt.

Serial-ATA-Logo

DatenbertragungsratenBei parallelen Bussen wird es bei hheren bertragungsraten immer schwieriger, den Datenfluss auf allen Leitungen synchron zu halten bzw. das bersprechen zwischen den einzelnen Leitungen in den Griff SATA-Anschluss auf einem Mainboard zu bekommen. Der beim ATA-Bus (IDE-Bus) nicht spezifizierte Busabschluss und die massebezogenen Signale schrnken zudem die verwendbare Kabellnge stark ein. Serial ATA nutzt das LVDS (Low voltage differential signaling) fr die Signalgebung, hnlich der seit langem bei SCSI bewhrten LVD-Technik. Die erste Serial-ATA-Generation ist mit einer bertragungsrate von 150 Megabytes pro Sekunde spezifiziert und damit nur unwesentlich schneller als die aktuell schnellste parallele ATA-Schnittstelle (ATA/133). Die aktuelle Version Serial ATA Revision 2 verdoppelt den Durchsatz auf 300MB/s. Im Jahr 2007 ist eine Serial-ATA-Version mit 600MB/s verffentlicht worden.

Serial ATA

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Die nutzbare Transferrate liegt wegen der 8B/10B-Kodierung bei nur 80 % der realen Bitrate auf dem Kabel. Ein Daten-Byte entspricht also 10 Transfer-Bits, die Datenrate in Byte betrgt somit genau 1/10 der Transferrate in Bit. Eine Transferrate von 1,5 Gbit/s ergibt also eine Brutto-Datenrate von 187 MByte/s (1 Byte = 8 Bit) und eine nutzbare Netto-Datenrate von 150MByte/s.

Unterseite einer Serial-ATA-Festplatte mit Datenkabel (links) und Stromkabel (rechts)

Bei den meisten Einzelplatz-PCs ist es in der Praxis fr die Geschwindigkeit derzeit irrelevant, ob die interne Festplatte mit (P)ATA- oder SATA-Schnittstelle ausgerstet sind, da die Geschwindigkeit von der Mechanik der Festplatten begrenzt wird und nicht von der Datenrate der Schnittstelle das gilt allerdings nicht fr SSD-Festplatten. Ebenso gilt das fr den Vergleich zwischen Festplatten mit SATA-150- und SATA-300-Anschluss. Bei zwei schnellen Festplatten 100 MB/s beim sequentiellen Lesen und Schreiben sind keine Seltenheit mehr kann es aber bereits zu Engpssen kommen, bei (P)ATA unvermeidlich, wenn diese am selben Kabel hngen, aber auch bei SATA-150, wenn der Controller nicht Transfers ber beide Ports gleichzeitig abwickeln kann. Wichtiger als die Busgeschwindigkeit ist in den meisten Fllen dennoch die Leistungsfhigkeit der Festplatte, die anhand von Zugriffszeit, Latenz (Drehwartezeit) und Datenrate beim sequenziellen Lesen und Schreiben festgestellt werden kann. Es gibt auch so genannte Hybridfestplatten. Diese haben, zustzlich zu den Magnetscheiben einen Flashspeicher. Dieser ist beim wahlfreien Lesen im Verhltnis zu herkmmlichen Festplatten erheblich schneller. Dafr sind Schreibvorgnge auf Flash-Speicher meist erheblich langsamer als bei normalen Festplatten und fhren zudem zur Abnutzung der Flash-Zellen. Bei SSD-Festplatten ist eine SATA-Schnittstelle (vorteilhafterweise SATA-600) notwendig, um die Leistung der Festplatte voll ausnutzen zu knnen, da hier heute schon Datenraten bis zu 500 MB/s mglich sind.

TechnikDatenbusWhrend beim ATA-Standard 16 parallele Datenleitungen zum Einsatz kamen, wird bei SATA nur eine einzelne Datenleitung (fr jede Richtung) verwendet. Um bei ATA eine bertragungsrate von 100MB/s zu erreichen, war aufgrund der 16 Signalleitungen, der 16-Bit-Rahmen und der Double Data Rate nur ein Takt von 25MHz ntig das vereinfachte den Entwurf der elektronischen Bauteile, da die maximale Schaltzeit bei 20ns (50MHz) lag. Die synchrone Abtastung der 16 parallelen Bits stellte jedoch zunehmend eine Herausforderung dar: Je hher die Taktrate, desto schwieriger ist der Zeitpunkt auszumachen, an dem alle Bits zugleich stabil anliegen. Ungenauigkeiten beim Crimpen der parallelen Stecker verstrken diesen Effekt.

Serial ATA Bei SATA wird dagegen pro Richtung nur ein Leitungspaar fr den Datentransport und eines fr Besttigungspakete vom Empfnger verwendet. Dabei kommt eine 8b/10b-Kodierung zum Einsatz und es wird pro Takt jeweils nur 1 Bit bertragen. Dadurch wird bei einer Datenrate von 150MB/s ein Takt von 1500MHz bentigt die Zeit fr den Datenempfang und die Quittierung betrgt damit gerade einmal 0,667ns. Die Schaltzeit liegt damit im Bereich von 0,273ns also wesentlich niedriger als die 10ns bei ATA.[1]

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DatenkabelPin 1 2 3 4 5 6 7 Masse A+ (Senderichtung) A (Senderichtung) Masse B (Empfangsrichtung) B+ (Empfangsrichtung) Masse Verdrehsicherung Funktion

Innerer Aufbau eines SATA-Datenkabels

Aus physikalischer Sicht sind die verwendeten Kabel die grte nderung zu (P)ATA. Die Daten werden mittels eines leichten, flexiblen Kabels durch sieben Leiter mit flachen, acht Millimeter breiten Steckern auf jeder Seite bertragen. Das Kabel kann bis zu einem Meter lang sein, eSATA-Kabel bis zu zwei Meter und xSATA bis zu 8 Meter. Im Vergleich zu dem kurzen (45cm) 40- oder 80-adrigen bertragungskabel des parallelen ATA wird dadurch die Konstruktion von Komplettsystemen vereinfacht, da die Luftzirkulation innerhalb des Gehuses nicht durch breite Kabel behindert wird. Das Konzept von Master/Slave-Beziehungen zwischen den Gerten wie beim P-ATA-Standard wurde abgeschafft. Serial ATA hat nur ein Gert pro Kabel, daher sind auch keine Jumper-Einstellungen an den Gerten ntig. Die Stecker sind kodiert, dadurch knnen die Kabel nicht verkehrt aufgesteckt werden. Ein Kritikpunkt am SATA-Stecker war die fehlende Verriegelung; das wurde mit Erscheinen der zweiten Revision korrigiert. Unabhngig von der Revision knnen jedoch die gleichen Kabel verwendet werden.

Serial ATA

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StromkabelPin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Bezeichnung V33 V33 V33pc GND GND GND V5pc V5 V5 3,3 V 3,3 V 3,3 V pre-charge Masse Masse Masse 5 V pre-charge 5V 5V Masse Staggered Spin-up / Activity LED Masse 12 V pre-charge 12 V 12 V Funktion

10 GND 11 12 GND 13 V12pc 14 V12 15 V12

15-poliger SATA-Stromstecker.

Der Standard sieht fr SATA-Festplatten auch fr die Spannungsversorgung spezielle Stecker vor. Sie sind ebenfalls flach, aber breiter als das SATA-Datenkabel. Anders als bei IDE-Festplatten werden fr 2,5-Notebook- und 3,5-Festplatten die gleichen Stecker verwendet. Auf 15 Pins verteilt werden 3,3V, 5V und 12V auf je drei nebeneinander liegenden Pins angelegt und ber fnf Masse-Pins zurckgefhrt. Zugunsten der Kompatibilitt mit lteren Netzteilen, die keine 3,3 V-Strnge fr den Anschluss von Festplatten bereitstellen, nutzen 3,5-SATA-Festplatten zunchst nur 5 V und 12 V. 2,5-Platten verzichten blicherweise auf die Nutzung von 12 V, oft auch auf 3,3 V. Beim Hotplugging ist es erforderlich, Spannungseinbrche des Netzteils durch eine pltzliche hohe Stromaufnahme des neu angeschlossenen Gertes zu verhindern. Die Buchse ist so konstruiert, dass zuerst Pin 4 und 12 den Massekontakt herstellen. Anschlieend findet zum strombegrenzten Pre-Charge der Elektronik zusammen mit den restlichen Masseleitungen je ein Pin pro Versorgungsspannung (3, 7, 13) Kontakt. Erst dann schlieen die restlichen Pins, und die Platte geht in Betrieb. Pin 11 des SATA-Stromsteckers kommt eine Doppelrolle zu. ber ihn kann von der Platte ein Staggered Spin-up gefordert werden (Eingang) und die Platte kann ber ihn eine LED zur Anzeige von Plattenaktivitt ansteuern (Ausgang). Er ist nicht dafr ausgelegt, eine LED direkt zu betreiben. Beim Anschluss an gewhnliche Netzteile liegt Pin 11 im Stecker an Masse. Dann luft die angeschlossene Platte beim Einschalten des Netzteils an. Eine LED kann dann nicht angesteuert werden. In SATA-Backplanes wird Pin 11 nicht oder nur hochohmig beschaltet. Dann

Serial ATA luft eine Platte mit Staggered-Spin-up-Feature erst dann an, wenn der Host-Controller es anfordert. Anschlieend kann die Platte ber denselben Pin und einen Verstrker in der Backplane eine LED ansteuern. Der Anlaufstrom von Festplatten ist erheblich hher als der Betriebsstrom. Indem der Controller die einzelnen Platten nacheinander anlaufen lsst, kann der Einschaltstrom von greren Plattenarrays begrenzt werden. Das erlaubt eine effizientere Dimensionierung des Netzteils.

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Serial-ATA-Kabel

SATA-Stecker, links SATA mit Verriegelungsclip

Die ATA-Kabeltypen im Vergleich

Versionen des Serial-ATA-StandardsSerial ATA 1.5 Gbit/sDiese Spezifikation wird hufig SATA I genannt, allerdings ist das keine gltige Bezeichnung fr die Schnittstelle. Serial ATA wurde 2002 von den Firmen APT, Dell, IBM, Intel, Seagate und Maxtor entwickelt (Serial ATA International Organization). Der Datendurchsatz von SATA 1.5Gbit/s liegt bei theoretischen 150MByte/s pro Richtung. Durch Serial ATA soll die Verbindung zwischen Laufwerken und das Austauschen von Komponenten unter anderem im laufenden Betrieb vereinfacht werden.

Serial ATA 3.0Gbit/sDiese Spezifikation wird meistens SATA II genannt, zum Teil auch SATA-300, allerdings sind das keine gltige Bezeichnung fr die Schnittstelle. Stattdessen empfiehlt die Serial ATA International Organization SATA Revision 2.x oder SATA 3Gb/s.[2] SATA 3.0Gbit/s wurde Anfang 2005 eingefhrt. Firmen wie Western Digital, Samsung und Hitachi sowie Seagate vertreiben SATA-3.0-Gbit/s-Festplatten bis zu einer Gre von 2TB (2000 GB). Der Datendurchsatz von SATA 3.0Gbit/s liegt bei theoretischen 300MByte/s, also doppelt so hoch wie bei der ersten SATA-Generation. Optionale Fhigkeiten: NCQ: Native Command Queuing. Mit diesem Standard wird die Verwaltung der Schreib- und Lesevorgnge optimiert und beschleunigt. NCQ muss von Festplatte, Controller und Treiber untersttzt werden. eSATA: External SATA, fr externe Laufwerke, maximale Kabellnge zwei Meter Datenrate von 300MByte/s HotSwap: Austausch des Laufwerks im laufenden Betrieb, ohne dass das System heruntergefahren werden muss Staggered Spinup: Zeitverzgertes Einschalten mehrerer Laufwerke, um zum Beispiel das Netzteil nicht zu berlasten Port Multiplier: Der Port-Multiplier wird mit einem SATA-Port des Rechners verbunden und bietet bis zu 15 Anschlsse fr SATA-Laufwerke. Die Laufwerke teilen sich die verfgbare bertragungsbandbreite. Wollen zum Beispiel drei Laufwerke gleichzeitig mit 60MByte/s je Laufwerk bertragen, knnen diese eine 1,5-Gbit/s-Strecke (150MByte/s) auslasten. Port Selector: Mit einem Port-Selector kann zwischen zwei redundanten bertragungsstrecken umgeschaltet werden. So kann man das Problem Single-Point-of-Failure (SPoF) umgehen: Zwei Rechner knnen auf dasselbe Laufwerk zugreifen. Die beiden Rechner mssen allerdings selbst festlegen, wer jeweils aktiv ist (immer nur

Serial ATA einer). Diese Auswahl bzw. Umschaltung kann durch nicht-spezifizierte Mechanismen erfolgen. xSATA: Mit xSATA knnen die Laufwerke weiter entfernt (maximal acht Meter, wie bei Serial Attached SCSI) vom Rechner platziert sein als mit eSATA. Dazu bentigt man allerdings andere Kabel und Steckverbinder. Diese Fhigkeiten sind nicht auf SATA 3.0Gbit/s-Festplatten beschrnkt, sie knnen auch von SATA-Festplatten der ersten Generation angeboten werden.[3] External Serial ATA (eSATA) SATA wurde fr den Anschluss von Gerten innerhalb eines Rechners geschaffen. Deswegen verfgen die Kabel und Stecker nicht ber die ntige Abschirmung gegen elektromagnetische Strungen und die Stecker nicht ber eine ausreichende mechanische Belastbarkeit fr den Betrieb auerhalb eines (abgeschirmten) Gehuses. Sehr bald kam der Wunsch auf, zum Beispiel auch externe Festplatten mittels des schnellen SATA anschlieen zu knnen und so wurden mit SATA Revision 2 auch Kabel und Stecker fr den externen Betrieb standardisiert: External Serial ATA, kurz eSATA.SATA- und eSATA-Stecker im Vergleich

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eSATA definiert abgeschirmte Kabel mit bis zu zwei Metern Lnge und neue Stecker/Buchsen mit folgenden Eigenschaften: Neue, inkompatible, Stecker/Buchsengeometrie ohne die L-Form der SATA-Stecker/Buchsen, was verhindern soll, dass versehentlich Kabel fr den internen Betrieb extern verwendet werden. Stecker und Buchse sind wie d