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Schnittstellen und Standards - Allgemein und für Peripherie

Kompatibilitätstabelle
Ziel
Quelle VGA DVI-I DVI-D HDMI Displayport Mini DisplayPort (Mac)
VGA ok 1) ok 2) - - - -
DVI-D nein - ok 3) ok ok
HDMI - - ok ok 4) ok
Displayport - - ok 5) ok 6)
Mini DisplayPort (Mac) - - ok 7)

Autor: Indrek Lizenz: CC BY-SA 3.0 Quelle: Wikipedia

Merkmale:

  • ExpressCard an internen PCI-Expressbus x1 oder USB 2.0; i.d.R. wird nur eine von beiden genutzt
  • Cardbus (auch als PCMCIA-Karte bekannt) wird per Cardbus-Controller an den internen PCI-Bus angebunden

Kompatiblität:

  • Karten in ExpressCard/34-Bauweise passen in beide Steckplätze (34 mm und 54 mm)
  • Cardbus, PCMCIA und Expresscard sind untereinander nicht kompatibel

FireWire [ˈfaɪəˌwaɪə] (auch bekannt als i.Link oder IEEE 1394) ist ein von Apple entwickeltes serielles Bussystem.

  • IEEE 1394a (Apple-Bezeichnung „FireWire 400“) - 6 oder 4-poliger Stecker
  • IEEE 1394b (Apple-Bezeichnung „FireWire 800“) - 9 poliger Stecker

links: 6-Pin 1394a-Stecker, rechts: 4-poliger 1394a-Stecker.

Abbildung Firewire Stecker Lizenz: Public Domain Quelle: Wikimedia Abbildung Firewire Stecker Quelle als SVG

Anmerkung: Durch die Multi-Master-Architektur von Firewire lässt sich unbemerkt auf Arbeitsspeicher und Festplatte zugreifen, da hilft nur abschalten im BIOS oder Virtualisierungstechniken.

Thunderbolt ist die Bezeichnung für die von Intel zunächst unter dem Codenamen Light Peak entwickelte Schnittstelle zwischen Computern, Monitoren, Peripheriegeräten und Unterhaltungselektronik, wie beispielsweise Videokameras oder Festplatten.

Bisher nur wenig (vor allem in Apple Computern und highend-Systemen wie Ultrabooks) verbreitet. Daher geringe Stückzahlen.

Vorteile:

  1. Schnell, quasi PCI-Express heraus geführt
  2. kleiner, platzsparender Stecker
  3. bis 6 Geräte kaskadierbar (Kette/daisy-chain)
  4. Monitor kann Docking-station integriert haben
  5. Geräte dürfen 10W aufnehmen

Nachteile:

  1. teure aktive Kabel und extra Chips nötig (PCI zu PCI Bridges)
  2. wenig verfügbare Mainboards, Steckkarten zum Nachrüsten schwierig realisierbar (Displayport per externem Kabel)
  3. Es müssen Treiber für alle Komponenten installiert werden, es sind quasi weitere Steckkarten per Bridge. D.h. jeder Massenspeicher braucht eigene Treiber es reicht keine Standardtreiber, wobei die meisten Geräte mit AHCI-Treibern laufen (ab Vista bzw- in Linux enthalten)
  4. hot-plugging funktioniert mindestens unter Windows oft nicht, da die externen Massenspeichern wie interne Festplatten angesprochene werden
  5. per DMA-Zugriff kann Arbeitsspeicher ausgelesen werden
  6. Spezifikation nur gegen NDA erhältlich
  7. Bandbreite reicht nicht für zukünftige 4k-Displays

Der Universal Serial Bus (USB) [ˌjuːnɪˈvɜːsl ˈsɪɹiəl bʌs] ist ein serielles Bussystem zur Verbindung eines Computers mit externen Geräten. Mit USB ausgestattete Geräte oder Speichermedien können im laufenden Betrieb miteinander verbunden (Hot-Plugging) und angeschlossene Geräte sowie deren Eigenschaften automatisch erkannt werden.

USB ist in den Versionen 1.1 (an alten Rechnern) und 2.0 (alle aktuellen Rechnern) stark verbreitet, die Version 3.0 ist aktuell noch wenig anzutreffen ist aber an den blauen Buchsen zu erkennen.

Von links nach rechts: Typ A, Typ B, Typ B Mini 5-polig (Standard), Typ Mini 4-polig (Mitsumi), Typ Mini-B 4-polig (besser unter der Bezeichnung Hirose bekannt)

Abbildung MiniPCI and MiniPCI Express cards Lizenz: cc-by-sa V3 oder GNU FDL 1.2 Quelle: Wikimedia

USBDeview unter Windows USB-Geräte mit Name, Typ und Seriennummer auflisten (abmelden oder deinstallieren möglich) Tips zu USB-Sticks

Noch ein Hinweis: Bei einer USB 3.0 Controller Karte kam in schneller Folge die Fehlermeldung „USB Device Over Current Detected“, das lies sich nur durch Anschluss des Stromsteckers beheben, die Meldung weist ja darauf hin das mehr Strom gezogen wird als erlaubt.

Random-Access-Memory (das; engl.: random[-]access memory, zu Deutsch: „Speicher mit wahlfreiem/direktem Zugriff“ = Direktzugriffsspeicher), abgekürzt RAM, ist ein Informations-Speicher, der besonders bei Computern als Arbeitsspeicher Verwendung findet.

Ein Speichermodul oder Speicherriegel ist eine kleine Leiterplatte, auf der mehrere Speicherbausteine (Dynamisches RAM in Form von integrierten Schaltkreisen) aufgelötet sind. Die Hersteller tragen in Speichermodule nach JEDEC standard (alle verbreiteten Module) tragen in einem speziellen Baustein (ein Register namens „SPD“ =Serial Presence Detect) die (Timing-) Parameter Speichermoduls ein. In manchen Fällen sind „Heatspreader“ auf den Speichermodulen montiert, diese sollen die Wärme ableiten und werden oft auch für grafische Effekte genutzt.

  • DDR Geschwindigkeiten8): 200, 266, 333, 400 MhZ
  • DDR2 Geschwindigkeiten9): 667, 800 (1066, 1333) MhZ
  • DDR3 Geschwindigkeiten10): 800, 1066, 1333 (1600, 1866, 2133) MhZ

Grafik Vergleich DDR, DDR2, DDR3-Module Quelle: Wikimedia

Besonderheiten bei der Belegung:

  • DDR2: Belegung mit 2 gleichen Modulen günstig (Dual-Channel)
  • DDR3:
    • Speichertakt bei Intel Nehalem-Architektur: Die optimale Performance (1333 Mhz) erreicht man, wenn je ein Speicherriegel pro Channel bestückt ist, bei 2 sinkt der Speichertakt auf 1066 Mhz, bei 3 Riegeln sinkt er ein weiteres Mal auf 800 Mhz.
    • Intel Nehalem: Jede CPU kann maximal 8 sogenannte „Ranks“ pro Channel verwalten. Je nach Bauart haben Speicherriegel 1, 2 oder 4 Ranks.

Ausführungen und Varianten

  • ECC (Error Correction Code) Speichermodule mit ECC-Fähigkeite kann 1 Bit-Fehler korrigieren und 2 Bit-Fehler erkennen. Sehr empfehlenswert in Systemen bei denen es auf die Integrität der Daten ankommt (workstations, server). oft funktionieren ECC-Module in normalen Desktop-Hauptplatinen überhaupt nicht weil vorrangig bei Intel-Prozessoren und Chipsätzen diese Funktionalität den teureren Server-modulen (Intel Xeon) vorbehalten ist.
  • Ranks (s.o.) bestimmen den maximalen Ausbau pro Kanal (Channel)

Module sind als „Registered“ ODER FB („fully buffered“) ausgeführt und mechanisch nicht kompatibel:

  • „Registered“ Module (auch deutsch „Registermodul“ bzw. R-DIMM, RDIMM, Registered-Speicher oder Registered-RAM genannt) verbessern die Signalintegrität (plus indirekt Taktraten und den maximalen Ausbau) indem das Signal ein Takt lang gepuffert wird. Das kostet diesen einen Takt Latenz. Dagegen haben non-registered (a.k.a. „unbuffered“) RAMs diese Funktionalität nicht. :!: Module die Registered und non-registered sind können nicht innerhalb einer Bank gemischt werden
  • FB (fully buffered)-DIMM haben ähnlich wie Registered-Module einen Puffer, sind aber aber der Nachfolger der Registered-Module.
Standard Gerät mit dieser Schnittstelle ist kompatibel zu …
Serial ATA (SATA, auch S-ATA/Serial Advanced Technology Attachment)
SATA 1 (auch: SATA-150) 150 MB/s 1.5 Gbit/s
SATA 2 (auch: SATA-300) 300 MB/s 3.0 Gbit/s SATA 1
SATA 3 (auch: SATA-600) 600 MB/s 6.0 Gbit/s SATA 1,2
SAS / SAS2 11)
SAS 3Gb/s Backplanes und Kabel für diese Schnittstelle können mit SATA-Datenträgern verwendet werden
SAS2 6Gb/s SAS 3Gb/s; Backplanes und Kabel für diese Schnittstelle können mit SATA-Datenträgern verwendet werden
in Planung: SATA Express 8 Gbit/s und 16 Gbit/s
Teil Abbildung
Adapter SATA-Buchse auf mPCIe-Buchse (man sieht hier den fehlenden Steg im Vergleich zu SAS) Adapter SATA mPCIe Quelle Wikimedia
SAS-Buchse SAS-Buchse an den Festplatten Quelle Wikimedia
SAS-Backplane als Gegenstück zu SAS-Datenträgern SAS-Backplane als Gegenstück zu SAS-Datenträgern Quelle Wikimedia
SATA-Stromstecker SATA-Stromstecker Quelle Wikimedia
SATA- und eSATA-Stecker SATA- und eSATA-Stecker Quelle Wikimedia
SFF 8087 mini-SAS-Stecker (4 Geräte intern) SFF 8087 Stecker Quelle Wikimedia
SFF 8088 mini-SAS-Stecker (4 Geräte extern) SFF 8088 Stecker Quelle Wikimedia

Verwandte Begriffe und Techniken:

  • NCQ: Native Command Queuing. Mit diesem Standard wird die Verwaltung der Schreib- und Lesevorgänge optimiert und beschleunigt. NCQ muss von Festplatte, Controller und Treiber unterstützt werden.
  • eSATA: External SATA, für externe Laufwerke, maximale Kabellänge zwei Meter
  • HotSwap: Austausch des Laufwerks im laufenden Betrieb, ohne dass das System heruntergefahren werden muss
  • Staggered Spinup: Zeitverzögertes Einschalten mehrerer Laufwerke, um zum Beispiel das Netzteil nicht zu überlasten
  • Port Multiplier: Der Port-Multiplier wird mit einem SATA-Port des Rechners verbunden und bietet bis zu 15 Anschlüsse für SATA-Laufwerke. Die Laufwerke teilen sich die verfügbare Übertragungsbandbreite. Wollen zum Beispiel drei Laufwerke gleichzeitig mit 60 MByte/s je Laufwerk übertragen, können diese eine 1,5-Gbit/s-Strecke (150 MByte/s) auslasten.
  • Port Selector: Mit einem Port-Selector kann zwischen zwei redundanten Übertragungsstrecken umgeschaltet werden. So kann man das Problem Single-Point-of-Failure (SPoF) umgehen: Zwei Rechner können auf dasselbe Laufwerk zugreifen. Die beiden Rechner müssen allerdings selbst festlegen, wer jeweils aktiv ist (immer nur einer). Diese Auswahl bzw. Umschaltung kann durch nicht-spezifizierte Mechanismen erfolgen.
  • xSATA: Mit xSATA können die Laufwerke weiter entfernt (maximal acht Meter, wie bei Serial Attached SCSI) vom Rechner platziert sein als mit eSATA. Dazu benötigt man allerdings andere Kabel und Steckverbinder.

ältere Schnittstellen:

  • (E)IDE

PCI / PCI-X

PCI: abgekündigt aber noch lange nicht tot

Kompatibilitätstabelle
Steckplatz
Karte 3.3V 32 Bit PCI Slot 5V 32 Bit PCI Slot 3.3V 64 Bit PCI Slot 5V 64 Bit PCI Slot
3.3V 32 Bit PCI Karte ok - ok -
5V 32 Bit PCI Karte - ok - ok
Universal (3.3V & 5V) 32 Bit PCI Karte - - ok ok
3.3V 64 Bit PCI-X Karte - - ok -
5V 64 Bit PCI-X Karte - - - ok
Universal (3.3V & 5V) 32 Bit PCI-X Karte - - ok ok

PCI Belegung GNU-FDL 1.2 Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/File:PCI_Keying.png

PCI-Express

PCI-Express ist ein relativ moderner Steckplatz, die Angabe x1, x4, … bezieht sich auf die Anzahl der seriellen „Lanes“ die zur Datenüberteagung benutzt werden können. Die Bandbreite einer Lane beträgt maximal 250 MByte/s pro Richtung beziehungsweise 500 MB/s in beide Richtungen zusammen.

3 Aspekte sind zu beachten:

  1. passt die Karte mechanisch in den Steckplatz (x16 Steckplatz kann x1, x4, x8, x16-Karten aufnehmen, x1 Steckplatz nur x1 Karten)
  2. ist der Steckplatz ausreichend schnell (mit Lanes) angebunden bzw. sind alle Kontakte tatsächlich belegt (es ist durchaus üblich im 2. Grafikkartenslot x16 mechanisch zu haben aber nur x8 anzubinden).
  3. ist es ein „echter“ PCIe-Slot (Stromaufnahme max. 25 W) oder die PEG-Variante die primär für Grafikkarten gedacht ist (Stromaufnahme max. 75 W möglich; es laufen u.U. nicht alle normalen Karten, insbesondere Grabber sollte man testen)

Abbildung PCI und PCI Express im Vergleich Lizenz: GNU-FDL 1.2  bzw. Creative Commons-Lizenz Namensnennung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 2.0 Deutschland  Quelle: Wikimedia Abbildung PCI und PCI Express im Vergleich Quelle als jpg

Steckplatz
Karte PCIe x1 PCIe x4 PCIe x8 PCIe x16
x1 ok ok ok ok
x4 - ok ? 13) ? 14)
x8 - - ok ? 15)
x16 * 16) * 17) * 18) ok
Datenraten (theoretisch)
PCIe 1.0 PCIe 2.0 PCIe 3.0
x1 250 MB/s 500 MB/s 1000 MB/s
x1 duplex 500 MB/s 1000 MB/s 2000 MB/s
x4 1000 MB/s 2000 MB/s 4000 MB/s
x8 2000 MB/s 4000 MB/s 8000 MB/s
x16 4000 MB/s 8000 MB/s 16000 MB/s

miniPCI / miniPCI-Express

Mini PCI / Mini PCI Express werden vorrangig in mobilen und embedded-Systemen eingesetzt (wo der Platz knapp ist).

weitere Informationen bei Wikipedia.

Abbildung MiniPCI and MiniPCI Express cards Lizenz: Public Domain Quelle: Wikimedia Abbildung MiniPCI and MiniPCI Express cards Quelle als SVG


1) , 3) , 4) , 6) , 7)
mit Verlängerungskabel
2)
mit Adapter
5)
ab Displayport Revision 1.1: Grafikkarte schaltet auf HDMI-Ausgabe um, Adapter hebt Pegel an, siehe DisplayPort: Trickreich zur HDMI-Kompatibilität
8) , 9) , 10)
Effektiver Takt
11)
:!: SAS übernimmt die S-ATA-Steckverbindungen in leicht abgeänderter Form: Die Buchsen sind mit einem Steg zwischen Daten- und Stromanschluss versehen, die Stecker entsprechend mit einem Keil. Dadurch können keine S-ATA-Kabel in SAS-Geräte gesteckt werden, wohl aber SAS-Kabel in S-ATA-Geräte. Diese Eigenschaft wurde aufgrund der geplanten Abwärtskompatibilität zu S-ATA bewusst entwickelt.
12)
veraltet nur noch vereinzelt in Industrieanwendungen
13) , 14) , 15) , 16) , 17) , 18)
nicht vorgeschrieben, aber möglich