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 Paderborn ETA 61 IT

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

1.0 Was ist FireWire? 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

1.1 Architektur 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)

1.2 Entwicklung 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 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

1.3 Übertragungsrate 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)

1.4 Einsatzgebiete 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

1.5 Hauptmerkmale 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)

1.5.2 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)

1.6 Sicherheitsprobleme 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

1.7 Pinbelegung 4pol. 1394a-Stecker 6pol. 1394a-Stecker 9pol. 1394b-Stecker Bezeichnung - 1 8 pos. Versorgungsspannung, meist +12 V 2 6 GND 3 TPB− 4 TPB+ 5 TPA− TPA+ Schirm A−, A+ 9 Schirm B−, B+ 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 RvWBk Paderborn ETA 61 IT

Inhaltsverzeichnis 2.0 Vorteile gegenüber USB 2.0 2.1 Datenraten 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 © 2008 A. Fast

2.0 Vorteile gegenüber USB 2.0 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

2.0.1 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

2.0.2 Lichtleiter 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.

2.1 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

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 Standardstecker USB 2.0 Zusätzliche Pins USB 3.0

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 1 Kabellänge pro Gerät 5m 4,5m 100m 1m

Optische Medien RvWBk Paderborn ETA 61 IT

Inhaltsverzeichnis 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

3.0 Arten der optischen Medien 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).

3.1.1 Technische Daten Speicherkapazität – 700MB Datenrate *1 = 1,23MBit/s CD Arten (CD-R, CD-RW)

3.1.2 Aufbau Label Lackschicht Aluminiumschicht Polycarbonatschicht

3.1.3 Lese,- und Schreibvorgang Lesevorgang

3.2.1 DVD- und DVD+ DVD-R (W) DVD+R (W)

3.2.2 Unterschiede zur CD Speicherkapazität – 4700MB Datenrate *1 = 11.08MBit/s Abstand der Datenschicht zur Oberfläche Feinerer Laserpunkt Kürzere Wellenlänge

3.3.1 Konkurrenzkampf zwischen Blu-Ray und HD-DVD Panasonic, Pioneer, Philips, Sony, Thomson, LG Electronics, Hitachi, Sharp, Samsung, Dell und Apple NEC, Microsoft, Toshiba, Intel, IBM und Hewlett Packard

3.3.2 Neuerungen gegenüber DVD Kapazität – 25GB Datenrate – 36MBit/s Abstand der Datenschicht zur Oberfläche Feinerer Laserpunkt Kürzere Wellenlänge

3.4 Darstellung

eSATA RvWBk Paderborn ETA 61 IT © Oliver Bührmann

Inhaltsverzeichnis 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

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 Übertragungsrate (bis zu) 1,5Gbit/s = 1500Mbit/s 480Mbit/s 400Mbit/s 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 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)

4.3 eSATA im Vergleich mit 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