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Schnittstellen: Was solltest du beachten?

Elektrischer Übergabepunkt zur Anpassung von Audio-, Video- oder Steuerdaten zwischen zwei oder mehr Geräten. Schnittstellen sind die Verbindungsmöglichkeiten des Rechners mit der „Außenwelt“. Oftmals werden sie als Interfaces bezeichnet. Über Schnittstellen wird die Peripherie des Rechners angeschlossen und somit verbunden. Die bekanntesten Schnittstellen dürften im PC Bereich jene für Keyboard, Mouse, Drucker usw. sein. Es gibt aber noch eine Menge anderer Schnittstellen. Alles dazu erfährst du hier.
Besonderheiten
  • Überblick über verschiedene Schnittstellen
  • Seriell & Parallel
  • Erklärungen

Schnittstellen – welche Arten gibt es?

Generell unterscheiden wir nach der Art der Datenübertragung zwei Arten von Schnittstellen:

Serielle Schnittstellen (RS-232 oder RS-232-C)

Wie der Name bereits aussagt erfolgt hier die Datenübertragung in Serie, also schön der Reihe nach, Stück für Stück und Byte für Byte. Diese Übertragungsart ist zwar relativ langsam, ermöglicht aber den Einsatz von Überprüfungs- und Überwachungssoftware (Prüfsummen, CRC … ). Daher sind serielle Schnittstellen für die externe Datenübertragung über Kabel, Leitungen, Funk und dergleichen prädestiniert.

Parallele Schnittstellen

Wie die Bezeichnung schon aussagt erfolgt hier die Übertragung nebeneinander also parallel und daher relativ schnell. Daher wurden diese Schnittstellen schon früh genutzt für die reinen Ausgabegeräte wie beispielsweise Drucker und Plotter.

Merkmale

Sehen wir uns nun einige technischen Merkmale etwas genauer an. Die serielle Schnittstelle wird oftmals als RS-232 (RS-232-C) oder auch als V.24-Schnittstelle bezeichnet. Diese Schnittstelle ist für gewöhnlich als 9-polige bzw. als 25-polige Ausführung verfügbar.

Neuere V.24 Schnittstellen sind als 25-polige ausgebildet. Daher werden Sie bei Ihren PC mittleren Alters sowohl den 9-poligen als auch den 25-poligen vorfinden. Lediglich bei den neueren ATX-Versionen hat man aus Platzgründen oftmals auf den Einbau der breiten 25-poligen Schnittstelle verzichtet.

Serielle Schnittstelle (COM)

Diese Schnittstellen sind bekannt als COM 1 und COM 2. Bezeichnung für die Serielle Schnittstellen eines PC unter den Betriebssystemen DOS, OS/2 und Windows.

Standardmäßig werden 4 COM Ports unterstützt. (COM 1,2,3,4) Da jedem Port eine eigene Adresse mit eigenem Interrupt zugeteilt werden soll wird es beim PC schnell eng mit den freien Ressourcen. Es wurden folgende Speicherbereiche, so genannte IO-Adressen für die COM Ports definiert:

SchnittstelleIO-AdresseInterrupt
COM 103F8-03FFIRQ 4
COM 202F8-02FFIRQ 3
COM 303E8-03EFIRQ 4
COM 402E8-02EFIRQ 3

Beim Einsatz von mehr als zwei COM Schnittstellen in einem PC ist zu beachten, dass sich die Interrupts (IRQ) nicht überlappen. Beim PC belegen COM1 und COM3 standardmäßig den gleichen Interrupt (IRQ 4). Ebenso besitzen COM2 und COM4 den gleichen Interrupt (IRQ 3).

Diese Doppelbelegung führt unweigerlich zu Konflikten, wenn beispielsweise Maus und Modem am gleichen Port stecken. Aber für alles gibt es Lösungen. Beispielsweise die so genannten Multiport Karten:

Einige Multiport Karten

Quelle:

  • http://www.visionsystems.de/
  • http://www.accelpower.com

Parallele Schnittstelle (LPT)

Die Bezeichnung LPT stammt noch aus der alten Zeit der EDV und bedeutet Line Printer. Die heutigen PC Rechner verfügen über mindesten eine parallele Schnittstelle vom aktuellen leistungsfähigen Standard IEEE-1284. Einige wenige Rechner verfügen (noch) über zwei parallele Schnittstellen. Der aktuelle Standard ermöglicht, sofern vom BIOS unterstützt, folgende Betriebsmodi:

AbkürzungBezeichnungBemerkung
SPPStandard Parallel Portherkömmlicher Printerport
Byte ModeBidirektionaler Centronix-Mode8 Bit Datenbreite
Nibble ModeStandard Parallel PortNibbleweise Datenübertragung (4 Bit-Breite)
EPPBidirektionaler Printer PortLeistungsfähiger Port mit dem Daten und Adressen übertragen werden können
ECPExtended Capability PortWie EPP aber mit Datenkomprimierung, Kommandozyklen und FIFO

Beim Rechnerkauf sollte man auf die EPP und ECP Funktionalität achten, am besten fragen Sie direkt nach einer parallelen Schnittstelle vom Typ IEEE-1284. Ob allerdings der liebenswerte „“Ich-bin-doch-nicht-blöd““ Verkäufer dann wissend nicht sei einmal dahingestellt.

SchnittstelleInterruptBemerkung
LPT 1IRQ 7 0FhStandard Interrupt für Drucker
LPT 2IRQ 5 0DhOft genutzt für Soundkarte, früher Festplattencontroller

Auch für die Druckerschnittstelle gilt: Wenn mehr als ein Drucker angeschlossen werden soll, wird es schnell eng mit dem Adressraum. Als Lösung stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung.

  • So kann man eine Multi Printer Karte verwendet werden. Solche Karten verwenden einen Interrupt, steuern allerdings mehrere Drucker ( 4 und 6 Drucker).
  • Eine andere Lösung besteht in der Verwendung von USB Drucker. Sollten die USB Anschlüsse am Rechner besetzt sein empfiehlt sich ein USB Hub mit mehreren Anschlüssen.
  • Serielle Drucklösungen sind heute eher selten für den Normalanwender anzutreffen, es gibt sie aber dennoch in vielerlei Anwendungen z.B. Kassensystemen oder Telefonanlagen.
  • Eine weitere Lösung sind Netzwerkdrucker mit eigener Netzwerkkarte oder Netzwerkfähigen Druckern, die an einem Print-Server angeschlossen werden.

Laut Hersteller werden Datendurchsatzraten von ca. 1,25 MB/sec erreicht bei einer durchschnittlichen Zugriffszeit von 29 ms. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist abhängig welche Version Sie einsetzen. Am schnellsten sind natürlich SCSI, FireWire und USB 2.0 mit ca. 50 bis 60 MB/min und die Parallel Ausführung erreicht immerhin noch ca. 20 MB/min.

Schnittstellen II

Wie bereits beschrieben, werden bei Personal Computern Interrupts und Adressen schnell eng, sobald mehrere Erweiterungskarten oder Schnittstellen eingesetzt werden. Da es sehr viele Anwendungen gibt, bei denen mehrere Schnittstellen erforderlich sind hat die Industrie rasch gehandelt und stellt seit Jahren Multi-Port-Karten und Geräte her für den Internen und externen Einsatz. Als Steckkarten werden neben dem alten ISA Bus selbstverständlich auch der aktuelle PCI Bus unterstützt. Industrie PC Lösungen und 19″“ Rackmount Geräte sind ebenso selbstverständlich wie die Unterstützung sämtlicher gängiger Betriebssysteme für PC Systeme. Dabei sind die gängigen Systeme aus der Microsoft Serie dabei (3.X, 98, ME, NT, 2000 …) als auch für Linux, OS/2 und last but not least Novell Netware. Nachfolgend werden einige Geräte und Erweiterungskarten kurz vorgestellt.

Quelle:

  • http://www.accelpower.com
  • http://www.visionsystems.de/start.php3
  • http://www.moxa.com/product/nport/nportpro.htm
  • 1) Diese Erweiterungskarte für den PCI-Bus namens Moxa 218T stellt eine sehr gute Lösung auch für anspruchsvolle Anwendungen da. Die Softwareunterstützung für DOS, Windows (WIN 3.X, 98, ME, NT sowie 2000) OS/2 Linux und Novell Netware ist gegeben.
  • 2) FlexPort 8s Multiportkarte für den ISA-Bus mit 16C654 UART, Quelle: http://www.accelpower.com
  • 3) Diese Lösung aus dem Hause Visionsystems stellt mit einer PCI Steuerkarte eine leistungsstarke Lösung da. Die Multiport-Box ist auf 128 Ports erweiterbar. Unterstützt werden die RS-232 und RS-422 Schnittstellen.
  • 4) Auch größere Lösungen sind erhältlich. Diese Version beispielsweise ist auf 256 Ports, also Rechner ausgelegt. Der Schnittstellenanschluss wird auf ein RJ-45 Kabel umgesetzt, das ermöglicht den Einsatz störungsfreier Netzwerkkabel.
  • 5) Diese Abbildung zeigt ein 8-fach Anschlusskabel für eine Multiport Karte.
  • 6) Mit 8 RS-422 Schnittstellen stellt dieser Multiport Repeater vom Typ Moxa C32065T eine flexible Lösung da. Mit dem Modell C32047 steht ein 8-fach Repeater für die RS-232 zur Verfügung.
  • 7) Mit 8 oder 16 RS-232 Ports ist diese Lösung komplett Netzwerktauglich. Über TCP/IP wird das System über das 10 oder 100 MBit/s Netzwerk gesteuert. Daher auch die Bezeichnung N-Port Server Pro. Eine starke Lösung für anspruchsvolle Anwendungen. Die Treiber umfassen Windows 2000, Windows XP, AT&T Unix SVR4.2, Linux 2.4.x (x86), MITUX SVR4.2, SCO Open Server, SCO UNIX, UnixWare 7 SVR5, UnixWare SVR4.2, Windows 2000, Windows 95/98/ME, Windows NT sowie Windows XP.

Weitere Schnittstellen

Sollten Sie der Ansicht sein, dass die RS-232 oder V.24 die einzigen seriellen Schnittstellen sein, so muss der Autor Sie leider enttäuschen. Es gibt deren viele, eine kleine Aufzählung erhalten Sie hier.

  • RS-232-C
  • IEEE 1394a und
  • IEEE 1394b (FireWire)
  • V.24
  • RS-422 (Macintosh)
  • RS-423 (Stromschnittstelle)
  • Mouse PS/2
  • Seriell Cisco Net
  • Seriell DEC Net

Gängige Schnittstellen

SchnitstelleErklärung
CentronixAlte standardisierte PC Schnittstelle für parallele Datenübertragung in eine Richtung mit asymmetrischer Leitungsführung und 36-poligen Centronix-Steckern oder 25-poligen D-Sub-Steckern. Wird meist für die Verbindung zwischen Computer und Drucker verwendet. Maximale Kabellänge 5m. Heutige Centronix Schnittstellenkabel erlauben auch die Kommunikation des Druckers mit dem Rechner beispielsweise für Wartungszwecke. Voraussetzung hierfür ist den Einsatz geeigneter Kabel sowie eine hardwaretechnische Unterstützung im BIOS des Rechners.
IEEE 1394 (FireWire)Universelle Computerschnittstelle. Zeitkritischen Signalen wie Video- oder Audiodaten können auf einer Übertragungsstrecke Priorität eingeräumt werden. Diese Schnittstelle ermöglicht Datenraten von 100 bis 400MBit/Sekunde. Wird von Computern (größtenteils Apple), DVD Systemen, und vielen anderen digitalen MAZ-Verfahren genutzt, so auch heute bereits im Bereich Rundfunk und Fernsehen. Bei uns wie den USA wird diese Schnittstelle auch FireWire genannt.
IEEE 448Bezeichnet eine vom IEEE genormte Schnittstelle des Typs RS-232 C mit einem 24-poligen Steckverbinder.
RS-232CSchnittstelle für serielle Datenübertragung bis zu 20 kBit/Sekunde in beiden Richtungen mit asymmetrischer Leitungsführung und 25-poligen D-Sub-Steckern. Wird meist für die Verbindung zwischen Computern und Studiogeräten oder Druckern verwendet. Maximale Kabellänge 15m.
RS-422ASchnittstelle für serielle Datenübertragung bis zu 10 MBit/s in beiden Richtungen mit symmetrischer Leitungsführung und 9-poligen D-Sub-Steckern. Wird meist für die Verbindung zwischen Computern und Studiogeräten oder Druckern verwendet. Maximale Kabellänge 1200m. Diese Schnittstelle wurde ursprünglich für Apple Computer definiert und auch eingesetzt. Heute werden diverse Ableger dieses Standards auch für Verkehrsleitsysteme eingesetzt (Ampelschaltungen usw.).

Erklärungen

BegriffErklärung
SCSIengl. Abk. für Small Computer Systems Interface. Standardisierte Computerschnittstelle mit einem 50- oder 68-adrigen Kabel, entstammt der mittleren Datentechnik. Mit SCSI Systemen kann man neben internen Geräten, so genannten Devices auch die unterschiedlichsten externen Devices ansteuern. Typisch für solche Systeme sind die enorme Vielfalt und Leistungsfähigkeit der Geräte. Anwendungsbeispiele: Scanner, Hochleistungskopierer, Digitaltechnik, Steuerungstechnik usw. Siehe das Kapitel über SCSI.
USB 1.1Über USB können derzeit max. 127 Peripheriegeräte mit einem PC verbunden werden. Eine Erweiterung auf 255 Geräte steht mit USB 2.0 zur Verfügung. USB ist derzeit die Schnittstelle mit der meisten Förderung solange es um den Bereich Endanwender und SOHO (Small Office – Home Office) geht.
USB 2.0USB 2.0 ist der schnellste zur Zeit verfügbare USB Standard, welcher Datenübertragungsraten von bis zu 480 Mbit/s unterstützt. Das ist knapp 40 Mal schneller als USB 1.1. Durch diese Übertragungsraten ist USB 2.0 die ideale Technologie für externe Speichergeräte, digitale Kameras, Web Kameras und vieles mehr. Damit sichergestellt ist, dass Ihre USB 2.0 Peripheriegeräte diese Vorteile wirklich nutzen können, ist im Lieferumfang sogar ein Kabel enthalten, mit dem diese unglaublichen Geschwindigkeiten verarbeitet werden können.
UARTDer Rechnerbaustein, der für die serielle Schnittstelle (COM) verantwortlich ist. Bei älteren PC findet sich ein einzelner Baustein für jede Schnittstelle, bei modernen Systemplatinen sind dagegen sämtliche Schnittstellen des PC (COM, LPT, IDE, usw) in einem hochintegrierten IC kombiniert.

Als Hochgeschwindigkeits-UART, der eine sichere Datenübertragung bei hohen Geschwindigkeiten (jenseits von 19200 Bit/s) gewährleistet, bezeichnet man den 16550. Er ist in verschiedenen Baureihen im Einsatz, welche mit einem Buchstaben gekennzeichnet sind. (16550A, 16550F usw)

DIEÜber die Standard IDE Schnittstelle werden die Festplatten angeschlossen. Bei den heutigen Mainboards sind in der Regel zwei oder mehr Anschlüsse für IDE vorhanden, näheres siehe Kapitel IDE und Festplatten.
IEEEengl. Abk. Institute of Electrical and Electronical Engineers. Das Normungsgremium in den USA für alles was irgendwie nach Strom riecht.
Mbyteengl. Abk. Mega-Byte, entspricht 2 hoch 20 Bytes = 1.048.576 Bytes.
Byteengl. Informationseinheit der Digitaltechnik, die aus einer Reihe von 8 Bit entsprechend 2 hoch 8 = 256 diskreten Werten besteht.
Asymmetrische LeitungEinadrige geschirmte Leitungen. Einstreuung von Fremdspannungen führen bei kurzen Leitungslängen zu Störungen. Die Abschirmung ist gleichzeitig die für den Stromkreis notwendige zweite Leitung. Bei der Übertragung von Audiosignalen liegt die Grenze bei wenigen Metern. Ein gängiger Vertreter ist beispielsweise das Antennenkabel für TV. Diese Kabel werden gerne eingesetzt, da sie sehr preiswert sind. Die Schutzeigenschaften sind allerdings nur als schwach zu bezeichnen. Siehe Netzwerkkabel RG-58-U.
Synchron und AsynchronBei einer synchronen Datenübertragung werden über eine getrennte Leitung zusätzlich noch ein oder mehrere Signale übertragen, die angeben, wann das nächste Bit auf der Leitung gültig ist. Dazu werden hier entsprechende Taktsignale eingesetzt. Auch werden oftmals so genannte „Handshake-Signale“ eingesetzt. Man spricht dann von „Request“ und „Acknowledge“. Der Vorteil bei dieser synchronen Übertragungsart ist, das mehrere Übertragungsprotokolle eingesetzt werden können mit deren Hilfe auch größere Dateien fehlerfrei übertragen werden können.

Symmetrische LeitungZweiadrige, geschirmte Leitungen, deren Adern miteinander verdrillt sind. Die beiden Adern führen Spannungen gleicher Größe, aber mit entgegengesetzten Vorzeichen. Eingestreute Fremdspannungen verursachen in den Ein- und Ausgangsübertragern also den Transformatoren der angeschlossenen Schaltungen keine Störung. Zusätzlich sind die beiden Adern mit einer unabhängigen Abschirmung versehen. Bei der Übertragung von Audiosignalen können mehrere 100 Meter überbrückt werden. Diese verdrillten Doppeladern werden häufig auch als „Twisted Pair“ bezeichnet.
D-Sub-SteckerMehrpoliger Steckverbinder. In der Ausführung als 25-poliger Stecker in zwei Reihen z.B. zum Anschluss paralleler digitaler Videosignale.
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