Referat

Der Monitor stellt die wichtigste Schnittstelle zwischen dem Computer und dem Nutzer dar. Die Grafikkarte und der Monitor bilden eine Einheit, wobei die schlechtere der beiden Komponenten über die Qualität des Gesamtsystems entscheidet.
Die wichtigsten Kriterien zur Einschätzung eines Monitors sind Auflösung, Farbwiedergabe und Bildqualität.

CRT-Monitore (cathode-ray-tube)

Bildschirmaufbau

Herkömmliche Monitore arbeiten prinzipiell wie Fernsehgeräte. Der Bildschirm besteht aus kleinen Punkten (Pixel), die in einem rechteckigen Raster angeordnet sind. Am häufigsten kommt hierbei das Prinzip der Kathodenstrahlröhre zum Einsatz (cathode-ray tube, CRT). Diese kann man sich als luftleerer Kolben wie folgt vorstellen:

Beim Aufbau des Bildes tastet der Elektronenstrahl zeilenweise jeden Punkt ab und bringt einen entsprechenden Phosphorpartikel zum Leuchten. Farbmonitore benötigen drei Elektronenstrahlen, die gleichzeitig den Bildschirm abtasten und drei Phosphorpartikel in den Grundfarben rot, grün und blau (RGB) zum Leuchten bringen. Durch Kombination der drei Farben und durch eine unterschiedliche Intensität lassen sich sehr viele Farben erzeugen. Eine Loch- oder Schlitzmaske (Trinitron) sorgt dafür, daß jeder Elektronenstrahl den richtigen Leuchtschichtbereich trifft.
Das Bild wird vor der Darstellung in der Grafikkarte zwischengespeichert. Je größer also der Speicher auf der Grafikkarte ist, desto farbiger und schneller geschieht der Bildaufbau.

Kennwerte

Maximale Auflösung
- Anzahl der Bildpunkte, die der Monitor maximal darstellen kann (BREITE * HÖHE)
Bildwiederholfrequenz (Vertikalfrequenz)
- gibt an, wie oft das Bild in einer Sekunde aufgebaut wird
- je höher die Bildwiederholfrequenz, desto ruhiger erscheint das Bild
- sollte mindestens 72 Hz betragen, aber 110 Hz nicht übersteigen
- "interlaced" bedeutet, daß abwechselnd die geraden und ungeraden Zeilen angezeigt werden
Zeilenfrequenz (Horizontalfrequenz)
- gibt an, wieviel Zeilen der Elektronenstrahl pro Sekunde schreiben kann
- ergibt sich aus Vertikalauflösung * Bildwiederholfrequenz
- obere Grenze eines Monitors sollte mindestens bei ca. 70 kHz liegen
Pixelfrequenz
- gibt an, wieviel Punkte der Elektronenstrahl in der Sekunde ansteuern kann
- ergibt sich aus Zeilenfrequenz * Horizontalauflösung
Bandbreite
- ist die Grenzfrequenz des Videoverstärkers des Monitors
- ein Maß für die Qualität des Bildes
- für ein möglichst scharfes, kontrastreiches Bild wird eine Bandbreite des 1.5- bis 2-fachen der Pixelfrequenz benötigt
Lochmaskenabstand (DOT-Pitch)
- Abstand zwischen zwei Öffnungen der Lochmaske
- je geringer, desto exakter die Auflösung
- liegt bei 0.25 - 0.31 mm

Festfrequenzmonitore arbeiten nur bei bestimmten Zeilenfrequenzen, wobei Multifrequenzmonitore (Multiscanmonitore) bei allen Frequenzen ihres angegebenen Bereiches arbeiten.
Einige Monitore sind mit Black Trinitron Bildröhren ausgestattet. Diese besitzen ein schwarz getöntes Glas, welches Fremdlicht absorbiert und dadurch den Kontrast steigert. Durch eine spezielle Ablenktechnik arbeiten diese flachen, rechteckigen Bildröhren sehr eckengenau. Sie besitzen statt einer herkömmlichen Lochmaske eine Schlitzmaske, bei der die Durchbrüche rechteckig sind und nebeneinander angeordnet sind.

Alternative Monitortechniken

Plasmabildschirme

Plasmabildschirme bestehen aus zwei Glasplatten, zwischen denen sich ein Mosaik aus 0,2 Millimeter kleinen, gasgefüllten Zellen befindet. Ein elektrisches Leitungsgitter hält die gesamte Fläche unter Spannung. Durch elektrische Entladungen in den einzeln adressierbaren Zellen emittiert das Gas ultraviolette Strahlen, die die Phosphorbeschichtung der Zellen zum Leuchten anregen.

Flüssigkristallbildschirme

Der Flüssigkristallbildschirm (engl. liquid crystal display, LCD) verwendet in Glasflächen eingeschlossene organische Substanzen, sogenannte Flüssigkristalle, deren molekulare Eigenschaften denen fester Kristalle ähneln. Bei Anlegen einer Spannung richten sich die Flüssigkristalle in Richtung des elektrischen Feldes aus und bekommen dadurch andere optische Eigenschaften.

Elektrolumineszenzbildschirme

Elektrolumineszenzbildschirme verwenden für die Anzeige ein Substrat, auf das mit fotolithografischen Methoden ganzflächig eine Folge von dünnsten Schichten mit Halbleiterschaltungen aufgebracht wurde. Die Beschichtung besteht aus Substanzen, die bei Anlegen einer ausreichenden elektrischen Spannung Licht abgeben. Das Ansteuern der Bildpunkte geschieht durch Transistorschaltungen.

LED-Bildschirme

Die Bildpunkte von LED-Bildschirme bestehen aus 3 farbigen LED's (RGB) und einer weißen LED zum Steuern der Helligkeit.

Drucker

Überblick:

Klassifizierung

Kriterien zur Druckerauswahl
- Anschaffungspreis
- Verbrauchsmaterial und dessen Kosten
- Ausgabetyp, -qualität und -geschwindigkeit
- Lautstärke, Leistungsfähigkeit, Betriebsdauer
Impact-Drucker
- mechanisch anschlagende Drucker (Durchschläge)
- z.B. Zeichendrucker (Typenrad-, Nadel-) und Zeilendrucker (Banddrucker)
Non-Impact-Drucker
- nicht mechanisch anschlagende Drucker
- z.B. Zeichendrucker (Tinte-, Thermo-) und Seitendrucker (Laser-, Magnet-)
Historische Drucker
- Typenraddrucker
- - Funktionsprinzip der Schreibmaschine
  - Type wird durch Anschlaghammer gegen Farbband und Papier gedrückt
- Banddrucker
- - Typen befinden sich auf rotierenden Stahlbändern (so breit wie das Papier)
  - hohe Geschwindigkeit, schlechte Qualität
  - früher als Schnelldrucker in DV-Anlagen im Einsatz
- Magnetdrucker
- - Schriftbild wird mittels Magnetköpfen auf eine magnetische Walze aufgebracht
  - diese wird mit magnetischem Trockentoner beschichtet
  - Toner wird unter hohem Druck auf Papier aufgebracht

Kennwerte

Auflösung
- Kennwert für Drucker, die das Bild aus einzelnen Punkten zusammensetzen
- wird in dpi (dots per inch) angegeben
- Maß für die max. mögliche Anzahl druckbarer Punkte pro Zoll
- 100 dpi entsprechen ca. 4 Punkten/mm
Druckgeschwindigkeit
- wird in Zeilen oder Seiten pro Minute bzw. Zeichen pro Sekunde angegeben
- Kennwert repräsentiert nur Verarbeitungszeit innerhalb des Druckers beim Ausdrucken von Kopien ein und derselben Seite
Kompatibilität
- es existiert kein einheitlicher Software-Standard für alle Drucker
- Quasistandards, z.B. HPCL (Hewlett Packard) oder PostScript
Speicher
- Puffer für die Druckausgabe
- je mehr Speicher ein Drucker besitzt, desto eher kann der Computer die Druckausgabe beenden
- Seitendrucker müssen erst die komplette Seite speichern, bevor sie sie ausdrucken können
- PostScript-Drucker brauchen wesentlich mehr Speicher als herkömmliche Drucker

Laserdrucker

Allgemein:
- Seitendrucker
- Non-Impact-Drucker
- benötigt Normalpapier und Toner
Wesentliche Teile des Laserdruckers:
- Bildtrommel (lichtempfindliche Beschichtung)
- Entwicklereinheit (Toner und Entwicklertrommel)
- Laser
- Prismenspiegel

Der Druckvorgang:
- die Oberfläche der Bildtrommel besteht aus einer lichtempfindlichen Schicht
- Bildtrommel wird beim Drucken über einen Korona-Draht negativ aufgeladen
- das Videosignal steuert die Intensität des Laserstrahls
- Laserstrahl wird über den rotierenden Prismenspiegel abgelenkt
- Laser entlädt die Bildtrommel am Auftreffpunkt (Druckbild entsteht)
- der Toner ist ebenfalls negativ geladen
- die Entwicklereinheit überträgt den Toner auf die Bildtrommel
- Toner haftet an den nicht geladenen Stellen der Bildtrommel
- unter dem Papier befindet sich die positiv geladene Korona
- Toner wird von der Bildtrommel auf das Blatt übertragen
  Toner liegt jetzt locker auf dem Blatt
- Papier wird zwischen Fixiertrommeln auf 150° C erhitzt und zusammengepreßt
- Harz im Toner schmilzt und verbindet sich fest mit dem Papier
- der Ausdruck ist fertig
- eine helle Lampe entlädt die Bildtrommel

Es existieren auch "Laser"-Drucker mit LED- bzw. LCD-Zeile statt Laser, dabei muß eine Zeile aus ca. 5000 LED bzw. LCD bestehen (600 dpi).
RET:
- RET = Resolution Enhancement Technology
- erreicht bessere Druckergebnisse bei gleicher Auflösung
- glättet z.B.Treppeneffekte bei schrägen Linien

Tintenstrahldrucker

Allgemein:
- Matrixdrucker
- Non-Impact-Drucker
- spritzt Tinte über Düsen auf das Papier
- ermöglicht hohe Auflösungen (1440 dpi und mehr)
- Verschiedene Druckverfahren:
- - Bubble-Jet-Verfahren
  - Piezo-Verfahren
  - Phase-Change-Verfahren

Bubble-Jet-Verfahren:
- Heizelement vor der Düse
- (1) Heizelement wird erhitzt, Blasenbildung setzt ein
- (2) Blase dehnt sich aus
- (3) durch den Druck beginnt Tinte auszutreten
- (4) Blase platzt, ein Tropfen verläßt die Düse
- (5) Sogwirkung zieht Tinte nach
Piezo-Verfahren:
- sehr hohe Lebensdauer der Düsen
- Piezo-Elemente (statt Heizelemente)
- Piezo-Elemente bestehen aus Piezo-Kristallen
- verformen sich bei Anlegen einer Spannung
- der Tintenkanal wird zusammengepreßt
- Tropfen tritt aus und trifft auf das Blatt
Phase-Change-Verfahren:
- Solid-Ink-Drucker (Festtintendrucker)
- feste Farbstifte statt flüssige Tinte
- Abschmelzen durch Heizelemente (flüssige Tinte entsteht)
- Aufbringen der Tinte durch die andere Verfahren (Bubble-Jet, Piezo)
- sehr gute Druckqualität auf Normalpapier (Tinte wird schnell fest)

Thermodrucker

Allgemein:
- Matrixdrucker
- Non-Impact-Drucker
- Druckkopf besteht aus Heizplättchen
- sehr klein und kompakt (für Notebook geeignet)
- Verschiedene Typen:
- - Thermoreaktionsdrucker
  - Thermotransferdrucker
  - Thermosublimationsdrucker

Thermoreaktionsdrucker:
- Anordnung der Heizplättchen wie bei Nadeldrucker
- benötigt wärmeempfindliches Spezialpapier
- Papier verfärbt sich an den erwärmten Stellen
- prinzipbedingt nur als Schwarz-Weiß-Drucker
Thermotransferdrucker:
- Zeile aus Heizelementen
- benötigt Thermotransferrolle (Farbfolien CMYK immer wieder hintereinander)
- Abschmelzen der Druckpunkte von der Thermotransferrolle (je einmal für CMYK)
- Farben können sich auf dem Blatt mischen
- hohe Druckkosten
Thermosublimationsdrucker:
- funktioniert größtenteils wie Thermotransferdrucker
- benötigt Spezialpapier und Thermotransferrollen
- Wachsbeschichtung der Transferrolle wird gasförmig
- Farbe diffundiert in das Papier
- ermöglicht fotorealistische Ausdrucke

Nadeldrucker

Beim Nadeldruck wird das Druckbild durch Aufschlag kleiner Nadeln auf Farbband und Papier erzeugt. Die Nadeln sind im Druckkopf in einer oder mehreren Reihen angeordnet. Jede Nadel ist von einer Magnetspule umgeben. Wird dieser Strom zugeführt, wird die Nadel nach vorn geschleudert
Für jedes Zeichen der im Drucker integrierten Zeichensätze existiert eine entsprechende Punktmatrix. Fettdruck wird durch leichte seitliche Verschiebung erzeugt. Grafik und nicht im Drucker gespeicherte Zeichensätze werden als Grafik gedruckt, d.h., jede Nadel wird einzeln angesteuert.

Scanner:

Überblick:

Kennwerte:

Auflösung
- in dpi angegeben (Punkte pro Zoll)
- Physische (Optische) Auflösung = maximale Anzahl der ermittelten Bildpunkte pro Zoll
- Interpolierte = max physische Auflösung + Hochrechnung per Software
Farbtiefe
- in Bit angegeben
- Anzahl der erfaßten Intensitätsstufen
- 1 Bit = Schwarz-Weiß (keine Graustufen)
- 8 Bit = 256 Intensitätsstufen
- 24 Bit = 16,7 Millionen Farben (8 Bit pro Grundfarbe)

Handscanner

100 dpi bis 700 dpi
10cm - 13cm Scannbreite
Scanner wird manuell über die vorlage gezogen
preiswert
relativ schlechte Scanergebnisse

Trommelscanner

Vorlagen größer als A3
sehr hohe Auflösunge (3000 dpi und mehr)
Vorlage wird über eine Trommel eingezogen
zeilenweise Abtastung

Flachbettscanner

Allgemeines:
- Vorlagengröße bis A3
- Gute Qualität
- Hohe Auflösung (2400 dpi)
Aufbau und Funktionsprinzip:
- Vorlage wird mit einer starken fokusierten Lichtzeile abgetestet
- Reflektiertes Licht trifft auf eine Zeile aus CCD-Halbleiter-Sensoren
- CCD-Sensoren wandeln Licht in elektrische Signale(Spannung) um
- CCD-Sensoren messen nur die Intensität des Lichtes
- CCD=charge coupled devices
- Farbinformation durch Spektralanalyse:
- - Mehrfach-Scan: unterschiedlichen Lichtfarben (Filter)
  - Einfach-Scan: Spektralzerlegung über Prisma (Scan mit mehreren CCD-Zeilen)
- Spannung wird von Analog-Digital-Konverter in digitale Information umgewandelt
- Übermittlung an den Rechner

Scannersoftware

Einstellungen:
- Scanbereich
- Auflösung
- Farbtiefe
- Farbkorrektur
- Moire-Effekte entfernen
TWAIN:
- Softwareschnittstellen-Standard
- TWAIN = Toolkit Without An Important Name
- TWAIN-Treiber für den Scanner ( = TWAIN-Kompatibilität)
- Vorteil: TWAIN unterstützende Software kann auf den Scanner zugreifen (z.B. Adobe Photoshop)

Texterkennungssoftware (OCR-Software)

OCR = Optical Character Recognition
wandelt Pixelgrafiken in Text (ASCII-Code) um
Zuordnung von Zeichen und Mustern durch lernfähige Software
Verschiedene Fonts sind der Software bereits bekannt
Besteht aus 3 zusammengefaßten Programmteilen:
- Scanprogramm
- Zeichenerkennungsprogramm
- Korrekturprogramm

Arbeitsgänge:
- Unterscheidung von Text und Grafik
- Erkennung von Spalten, Absätzen und Zeilen (logischer Zusammenhang)
- Erfassung des Musters der Buchstaben
- Umwandlung in den ASCII-Code
- Manuelle Korrektur, bei nicht sicher erkannten Zeichen
- Abspeichern in einem Textformat
Probleme:
- Verschiedene Schriftstile, Schriftgrößen und Schriftarten müssen erkannt werden
- Handschrift ist schwer zu erkennen

Schnittstellen

Allgemein

Das Problem der sogenannten Schnittstelle tritt insbesondere beim Anschluß eines Druckers an einen bereits vorhanden Computer auf. Schnittstellen (Nahtstellen) sind also immer dann zu beachten, wenn zwei unterschiedliche Gerte zusammenarbeiten sollen, z.B. Computer und Drucker. Damit diese peripheren Gerte auch mit dem Computer kommunizieren können, müssen sie in der Regel über ein Kabel, dem sogenannten Schnittstellenkabel, mit diesem verbunden werden. Da es zur Zeit für diese Verbindungen keine einheitliche Norm gibt, kommen zwangsläufig die unterschiedlichsten Methoden zur Anwendung. Daraus folgt dann, daß diese sogenannte Schnittstelle zwischen Computer und externem Gerät eine eminente Bedeutung hat; denn ein Drucker oder Bildschirm mit einer falschen Schnittstelle hat sich nicht an einen Computer anschließen.

Schnittstellen

parallel <=> seriell

Grundsätzlich lassen sich Schnittstellen in parallele und serielle Schnittstellen unterteilen. Diese Unterteilung ergibt sich aus der Form der Datenübertragung über die Schnittstelle. Die Begriffe Schnittstelle und Datenübertragung sind nicht voneinander zu trennen, denn nur dort, wo etwas übertragen wird, entsteht prinzipiell eine Schnittstelle. Insgesamt werden drei Möglichkeiten der Datenübertragung unterschieden: Simplex, Halb-Duplex, Voll-Duplex (Bild 1). Dabei kann eine Schnittstelle sowohl die Möglichkeit des Sendens als auch des Empfangens beinhalten.

Abb. 1 Datenübertragungsarten

Zeichen werden grundsätzlich im 8-Bit Format dargestellt (kodiert), d.h. für die Übertragung von Zeichen (Zeichenfolgen), was jede Datenübertragung letztlich darstellt, ergibt sich die einfache Möglichkeit, daß die notwendigen 9 Leitungen (8 Datenleitungen, 1 Masseleitung) einfach mit Hilfe einer entsprechenden Steckverbindung zum peripheren Gerät weitergeleitet werden. Es befinden sich also alle 8 Datenleitungen parallel nebeneinander, so daß man von einer parallelen Schnittstelle spricht (Bild 2).

Parallele Schnittstelle

Aus historischen Gründen bezeichnet man diese Schnittstelle auch als Centronic- Schnittstelle; die Firma Centronic hatte diese Form zuerst definiert und firmenintern normiert. Aufgrund dieser Entwicklung wird auch die entsprechende Steckverbindung mit dem Namen Centronic versehen. Bild 3 zeigt den typischen Centronic-Stecker mit den entsprechenden Anschlüssen. Es handelt sich um einen 36-poligen Stecker bzw. Buchse.

Abbildung 2 Parallele Datenübertragung

Aufgrund der fehlenden Normierung gibt es auch andere Steckverbindungen für die parallele Schnittstelle, so verwendet IBM für seine PC's eine 25-polige Canon- Steckverbindung, die sonst nur für die serielle Datenübertragung genutzt wird.

Centronics-Schnittstelle

Strobe: Datenübertragung beginnt

Acknlg: Quittungssignal des Empfängers

Slct: Drucker ist OnLine

Gnd: Masseleitung

Data 1..8: Datenleitungen

Busy: Empfänger nicht bereit

Pe: Kein Papier (Paper End)

Vorteile:

o Die Datenübertragung über eine parallele Schnittstelle ist äußerst schnell (bis zu 1MByte/s - 1 Megabyte pro Sekunde).

o Der technische Aufwand ist minimal; das Datenübertragungsformat entspricht der internen Darstellung von Zeichen, so daß keine besondere Umwandlung nötig ist.

Nachteile:

o Das entsprechende Verbindungskabel zwischen Computer und peripherem Gerät muß in der Minimalversion mindestens 12-polig sein (bei nur einer Masseleitung). In der Regel ist das Kapel 25-polig (jede Datenleitung hat eine eigene Masseleitung, zusätzlich Steuerleitungen).

o Kabellängen über 2m führen häufig zu Schwierigkeiten bei der Datenübertragung. Aufgrund der hohen Übertragungsrate beeinflussen sich die parallelen Datenleitungen gegenseitig (Transformatoreffekt), so daß es zu fehlerhaften Informationen kommen kann.

Serielle Schnittstelle

Eine typische serielle Schnittstelle ist die Verbindung zwischen dem alten Morsetelegraph und den beiden Telegraphenleitungen. Die Übermittlung der in lange und kurze Töne kodierten Zeichen erfolgte nicht spontan (parallel), sondern nacheinander (seriell) durch Vorgabe von "kurz" oder "lang". An der Empfangsstation steht das Zeichen somit erst nach einer gewissen Umwandlungszeit zur Verfügung; die seriell ankommende Information muß erst wieder in das richtige Format gebracht werden (Bild 4). Obige Ausführungen zeigen bereits, daß die serielle Schnittstelle bereits seit langem angewendet wird, denn für die Verbindung (Kabel) braucht man in der Minimalversion nur zwei Leitungen, eine Daten- und eine Masseleitung. Diese Anordnung findet man aber auch in jeder Telefonleitung. Die Anwendung der seriellen Schnittstelle bringt also hier enorme Möglichkeiten mit sich, so daß man den erhöhten technischen Aufwand der Umwandlung Parallel-Seriell-Parallel in Kauf nimmt.

Abb. 4 Serielle Datenübertragung

Serielle Schnittstellen werden häufig auch als V24- oder RS232C-Schnittstelle bezeichnet. Bild 5 zeigt die am häufigsten verwendete Steckerbelegung, die 25-polige Anordnung mit entsprechenden Canon-Steckern (Buchsen).

Im Gegensatz zur parallelen Schnittstelle läßt sich die serielle durch eine weitere Datenleitung, der Empfangsleitung, sowohl zum Senden als auch Empfangen verwenden, weshalb im Voll-Duplex-Betrieb (Bild 1) fast ausschließlich serielle Schnittstellen verwendet werden, insbesondere bei größeren Entfernungen.

Serielle Schnittstelle

Fgnd, Gnd: Masse

RTS: Anforderungsleitung (Ready To Send)

DTR: Empfänger betriebsbereit (Data Terminal Ready)

TXD: Sendeleitung (Transmitted Data)

RXD: Empfangsleitung (Recieved Data)

CTS: Sendebereitschaft (Clear To Send)

TC,RC: Synchronisationstakt

Vorteile:

o     Entsprechende Verbindungskabel brauchen prinzipiell nur aus wenigen Leitungen zu bestehen (Sende-, Empfangs-, Masse- und Steuerleitung).

o     Da keine Beeinflussung durch andere Kabel möglich ist, sind lange Übertragungsstrecken möglich.

o     Einfache Erweiterung zur Empfangsmöglichkeit.

o     Für bestimmte Anwendung kann auf das vorhandene Telefonnetz zurückgegriffen werden (Akustikkoppler).

Nachteile:

o Daten müssen erst aufbereitet werden, bevor sie übertragen werden können. Danach muß wieder eine Rückübertragung in das alte Format erfolgen.

o Die Übertragungsrate liegt weit unter der von parallelen Schnittstellen.

IEC-Bus

Diese Schnittstelle wird ausschließlich in der Meßtechnik angewendet, wenn z.B. ein automatischer Abgastest bei Kraftfahrzeugen oder Lesen eines kodierten Preisetiketts mit Hilfe eines Computers erfolgen soll. Ebenso wie bei der parallelen Schnittstelle werden die Daten parallel übertragen. Eingeführt wurde diese Schnittstelle von der amerikanischen Firma Hewlett Packard.

Anwendungen

Wie eingangs erwähnt wurde, tritt die Frage der Schnittstelle in erster Linie bei dem Anschluß eines Druckers an einen Computer auf. Der größte Teil der zur Zeit angebotenen Drucker verfügt ber eine parallele Schnittstelle (Centronic). Die Gründe hierfür sind schlichtweg bei den Kosten zu suchen; bei der parallelen Schnittstelle entfällt die ansonsten auf der Druckerseite nötige Umwandlung Seriell-Parallel. Außerdem ist die parallel Übertragung schneller.

Beim direkten Betrieb von Druckern an einen Computer müssen die Verbindungskabel mindestens über eine spezielle Steuerleitung verfügen, die die Empfangsbereitschaft des Druckers mitteilt, also bezogen auf den Drucker eine Sendeleitung ist.

Parallel:

Vor allen Dingen beim Betrieb von Druckern und Plottern an einen Computer.

Seriell:

Drucker, Plotter, Diskettenlaufwerk, Joystick, weiterer Computer (zum Datenaustausch).

IEC-Bus:

Jegliche Art von Meßgerät, Barcode-Leser, Bildschirme, Drucker, Plotter. Anschlußmöglichkeit für bis zu 14 Peripheriegeräten.

Asynchrone - Synchrone Übertragung

Obwohl die technische Realisation des Übertragungsverfahrens primär nicht zu dem Bereich der Schnittstelle gehören, sollen sie hier kurz erwähnt werden. Ein Problem bei jeder Datenübertragung (Kommunikation) besteht in der Mitteilung des Beginns und des Endes der Übertragung. Sender und Empfänger müssen also gleichgeschaltet, synchronisiert, werden. Diese Gleichschaltung kann mit jedem einzelnen zu übertragenen Zeichens auf neue erfolgen, z.B. beim Morsen durch Übertragen eines Tones bestimmter Dauer, so daß der Empfänger weiß, jetzt kommt ein Zeichen. Diese Methode bezeichnet man auch als asynchrone Übertragung, denn zwischen zwei Zeichen aus einem gesamten Block kann jeweils eine beliebig lange Zeitspanne liegen. Man spricht daher auch von einem Start- und einem Stopbit. Serielle Datenübertragung erfolgt fast ausschließlich asynchron; der technische Aufwand ist am geringsten.

Bei der synchronen Datenübertragung wird nur der einmalige Beginn des gesamten Sendevorgangs mitgeteilt. Danach werden die einzelnen Daten (Zeichen) in einem fest vorgegebenen Zeitverhältnis bermittelt, sie kommen in jeweils gleichen Zeitabständen an, sozusagen synchron. Diese Anwendung findet sich vielfach bei parallelen Schnittstellen.

Grundsätzlich kann jede Schnittstelle mit dem ansynchronen oder synchronen Übertragungsverfahren arbeiten.

Anmerkungen

Einige Herstellerfirmen von Computern haben ihre eigenen Schnittstellen, z.B. Commodore beim C64 oder Siemens beim PC-D. Eine Normung ist auf diesem Gebiet zumindest für die nächsten Jahre nicht zu erwarten.

USB - Universal Serial Bus

Die benutzerfreundliche Anschlußtechnik für PC-Peripherie

Schon seit einigen Jahren diskutiert die PC-Branche über eine neue Verkabelungstechnik zwischen PC und Peripheriegeräten, die den Kunden das Leben leichter machen soll: der Universal Serial Bus (USB). Die Idee ist bestechend: Mit einem einheitlichen Steckertyp lassen sich bis zu 126 Peripheriegeräte am PC anschließen und betreiben. Dies gilt nicht nur für klassische PC-Peripherie (Monitor, Tastatur, Maus, Drucker), sondern auch für z. B. Telefone, externe Fax- und Datenadapter oder Videokameras. Der heutige Kabelsalat mit unterschiedlichen Steckern hat mit USB ein Ende.

Die Unternehmen, die für dieses Thema Pate gestanden haben (Intel, Microsoft, DEC, IBM, NEC, Compaq und Northern Telecom), hatten neben dem Komfort für den Kunden natürlich auch ihr eigenes Geschäft mit Hardware, Software und Endgeräten im Fokus, denn für USB sind leistungsfähige PCs, geeignete USB-Controller und entsprechende Treiber erforderlich. Erste PCs mit USB-Schnittstellen sind bereits verfügbar. Ins Betriebssystem integrierte USB-Treiber wird es mit Windows 98 geben.

Kundennutzen

Ein wesentlicher Vorteil des USB liegt im echten Plug and Play, d. h. USB erkennt die angeschlossenen Peripheriegeräte automatisch und sorgt auch für eine automatische Konfiguration. Das An- und Umstecken von Peripheriegeräten kann bei laufendem PC auch während einer Anwendung erfolgen (Hot Plugging). Es müssen in der Regel keine geräteindividuellen Treiber installiert werden. Ein Neustart des PCs ist ebenfalls nicht erforderlich. Da lediglich der USB-Controller einen Interrupt im PC verwendet, entfällt die lästige Sucherei nach freien Interrupts, die ja bei herkömmlichen Einsteckkarten oft zu Problemen führt.
Für viele Schreibtische bietet USB einen weiteren Vorteil: Die Peripheriegeräte müssen nicht zwangsläufig an der PC-Rückseite angeschlossen werden. Von dort läuft lediglich ein USB-Kabel zu einem USB fähigen Peripheriegerät (z. B. einer USB-Tastatur), welches dann seinerseits den Anschluß weiterer Geräte erlaubt (z. B. einer Maus) = sog. Free Plugging. Insofern können bestimmte Geräte mit USB-Anschluß gleichzeitig als Multiplikator für weitere Geräte dienen. Diese Verteiler innerhalb des USB werden als Hubs bezeichnet.

· Bus-Topologie

Der USB ist, obwohl der Name dies suggeriert, kein Bus im klassischen Sinne. Die Topologie des USB wird am besten durch den Begriff Verteilter Stern beschrieben d. h. die einzelnen Peripheriegeräte (die sogenannten Devíces) werden sternförmig an verteilten Verbindungspunkten (den sogenannten Hubs) angeschlossen. Identifiziert werden diese Peripheriegeräte jedoch wie an einem Bus üblich, über linear verteilte Adressen, die unabhängig von der Existenz dieser Verbindungspunkte sind. Die Länge des Kabels zwischen einem Hub und einem Peripheriegerät darf maximal 5m betragen. Der PC, an dem die Hubs bzw. die USB-Geräte angeschlossen sind, ist verantwortlich für die Kommunikation zwischen den einzelnen Geräten. So können USB-Geräte untereinander nur über den PC (den sogenannten Host) als Initiator der Kommunikation Daten austauschen. Der eigenständige Datentransfer zwischen USB-Geräten ohne geeignete Host-Software ist nicht möglich.

· Pipe-Kommunikation

Die Treiber-Software im PC stellt zur Kommunikation mit den USB-Geräten die sogenannten Pipes zur Verfügung. Dies sind logische Übertragungskanäle, in denen die Daten vom Device zum Host und umgekehrt transportiert werden. So muß der Programmierer eines Host-Treibers nicht die Register eines Peripherie-Controllers direkt programmieren, sondern er hat die Möglichkeit, das externe USB-Gerät über einfache Pipe-Funktionen anzusteuern.

· Datentransferarten

Wie die herkömmlichen PC-Karten und Peripheriegeräte erfordern auch USB-Geräte unterschiedliche Steuerungs- und Datenübertragungsmöglichkeiten. So gibt es Geräte, die eine definierte Bandbreite des USB erfordern, damit kein Abriß des Datenstroms erfolgt (z. B. ISDN-Geräte, USB-Kameras). Andere erfordern sofortige Reaktionen innerhalb kürzester Zeit (z. B. Maus). Diese Anforderungen werden durch die Bereitstellung verschiedener Datentransferarten erfüllt: isochron, bulk, interrupt und control.

Der isochrone Transfer wird verwendet, wenn konstante Übertragungsraten erforderlich sind (z. B. Lautsprecher, USB-Kamera, ISDN-Modem).
Der Bulktransfer wird zur Übertragung großer Datenblöcke ohne garantiere Reaktionszeit eingesetzt (z. B. Drucker, Scanner.) Der Interrupttransfer wird immer dann verwendet, wenn das USB-Gerät wie ein typisches, interrupt-gesteuertes Gerät funktioniert (z. B. Maus, Joystick).
Der Control-Transfer wird von jedem USB-Gerät genutzt. Er dient zur Übertragung von Steuerungsinformationen, vor allem während der nach dem Einschalten des PCs erforderlichen Geräteinitialisierung (z.B. Adreßvergabe, Gerätekonfiguration). Hierzu stellt jedes USB-Gerät eine Default-Controlpipe zur Verfügung, über die der USB-Treiber auf dem Host mit dem Gerät kommuniziert. Interrupt, Bulk- und Controltransfer sind gesichert, d. h. es werden geeignete Error-Recovery-Mechanismen eingesetzt, um Übertragungsfehler zu vermeiden.
Der isochrone Transfer ist nicht gesichert, die Host- und Gerätesoftware müssen eigenständige Error-Recovery-Maßnahmen vorsehen, um Übertragungsfehler zu verhindern. Darüber hinaus sind Control- und Bulktransfer bidirektional, d. h. über eine Pipe können Daten vom und zum Device hin übertragen werden. Der Interrupttransfer ist nur vom Device zum Host möglich. Der isochrone Transfer ist ebenfalls unidirektional, allerdings in beliebiger Richtung.

Bandbreite
Der USB hat eine Bandbreite von 12 Mbit/s, d. h. er ist mit der Bandbreite des SCSI-1 (10 Mbit/s) vergleichbar. Er ist somit für langsame Peripheriegeräte wie Maus, Tastatur bis hin zu langsamen SCSI-Geräten (z. B. Scannern) oder komprimiertem Video einsetzbar. Weiterhin unterscheidet man zwischen Low-Speed und High-Speed USB-Controllern. High-Speed USB-Controller unterstützen die volle Bandbreite des USB (d.h. 12 Mbit/s). Low-Speed USB-Controller unterstützen lediglich 1,5 Mbit/s, sind aber kostengünstiger und daher z. B. für Tastaturen und Mäuse geeignet.
Vorteile:

Dank "Plug and Play" wir die Hardware automatisch erkannt und eingerichtet.
Geräte-Erweiterung bzw. -Entfernung auch bei laufenden Betrieb ("Hot Plug")
Übertragungsrate bis 12 MB/s
Ein Anschluß für alle Geräte Integration von Telefon
Größere Erweiterungsmöglichkeit (bis 127 Geräte, 5 Meter Kabel,...)
Hardware-Resourcen sparend: USB Controller benötigt nur einen IRQ

Datenübertragungsraten:

Schnittstelle	Übertragungsrate
seriell	115 KB/s
USB(low-speed)	1,5 Mb/s
parallel	8 MB/s
USB (high-speed)	12 Mb/s

Integrated Drive Electronics, IDE

Eine Standardschnittstelle für Festplattenlaufwerke. Die IDE integriert den Controller auf dem Laufwerk selbst. Der Controller wird an eine auf der Hauptplatine integrierte oder eine externe Karte angeschlossen. Diese Karte bildet dann den Bus zur CPU. Entwickelt von Western Digital

(E)IDE = (Enhanced) Integrated Drive Electronics:

- es lassen sich bis zu vier Festplatten(EIDE) oder 2 Festplatten(IDE) an einen Rechner anschließen

- billiger als SCSI

- Datenübertragungsraten zwischen 2,1 MB/s und 16,6 MB/s (Ultra DMA bis zu 33,3MB/s = Direct-Memory-Access-Modus zwischen Festplatte und Host-Adapter verdoppelt die Übertragungsgeschwindigkeiten)

Im Unterschied zum IDE-Laufwerk verfügt ein SCSI-Laufwerk über einen eigenen Host-Busadapter (HBA). Hier bildet der HBA die Schnittstelle zum Bus zur CPU. Ein IDE-Bus besitzt einen 40-Pin-Anschluß, ein SCSI-Bus einen 50-Pin-Anschluß.

SCSI (Small Computer System Interface)

- es lassen sich bis zu sieben bzw. bis zu fünfzehn Platten (bei Wide-SCSI) an einen Recher anschließen
- Datenübertragungsraten zwischen 5MB/s und 80 MB/s
- an einen SCSI-Controller lassen sich auch andere Geräte (Scanner, Bandlaufwerke) anschließen
- besser geeignet für Multitasking-Systeme

Einleitung

SCSI - eine Abkürzung für Small Computer System Interface - ist das Standardinterface bei Apple Macintosh Computern, aber es hatte lange Zeit in der IBM - Welt keine vorrangige Stellung. Warum? Im Laufe der Jahre erwarb sich SCSI den Ruf launisch und teuer zu sein.
Kompatibilität war ein sehr großes Problem der frühen SCSI Komponenten, was zur Ausprägung der Phrase "plug and pray" führte. Aber als wichtigster Grund, SCSI war sehr viel teurer als Alternativen: Zum Beispiel waren SCSI Festplatten teurer als IDE (integrated drive electronics) Festplatten. Die Entwicklungen der letzten Zeit ändern dies jedoch, die Kompatibilität ist gewährleistet und Geräte sind jetzt leicht installierbar und auch erschwinglich geworden.

Der derzeitige Rummel rund um SCSI hat mehrere Gründe: Erstens ist SCSI zu einem Industriestandard geworden, zweitens ist es sehr flexibel, da es sowohl Festplatten, Bandlaufwerke, CD-ROM Laufwerke, Flopticals & Opticals, Scanner, Drucker und mehr unterstützt. Drittens erlaubt es SCSI, mehrere Geräte anzuschließen: bis zu 7 pro Adapter und man kann mehrere Adapter installieren. Letztendlich die hohe Performance: bis zu 10 Megabyte pro Sekunde Datendurchsatz mit Fast-SCSI Geräten. Daraus folgt, daß die schnellsten Festplatten, Scanner, CD-ROM´s und Bandlaufwerke fast ausnahmslos SCSI Geräte sind.

Grundprinzipien

SCSI ist ein Bus-System, d.h. es können mehrere Geräte an einen Bus (eine Leitung zur Übertragung von Daten) gehängt (über einen Stecker an diese Leitung angekoppelt) werden. Es ist völlig autark zum Bussystem des Computers.
Die Ankopplung an das Computersystem erfolgt durch einen sogenannten Host-Adapter. Er übernimmt die Verwaltung der an ihm hängenden SCSI-Geräte und sorgt für den Informationsaustausch zwischen Computer und SCSI-Geräten. Wobei er gleichzeitig als gleichwertiges SCSI-Gerät fungiert. Im SCSI-Bussystem ist also, durch den Host-Adapter, der Computer selbst ein SCSI-Gerät geworden, das genauso wie jedes andere SCSI-Gerät am Bus angesprochen werden kann. Es ist so auch möglich mehrere Computer über diese Host-Adapter zu koppeln, da es dem SCSI-Bus egal ist, was für ein SCSI-Gerät am Bus ist. Denn jedes SCSI-Gerät verfügt über eine standardisierte Schnittstelle, sowohl von der Hardware als auch von der Software aus. Diese Standart-Schnittstelle nennt sich eben SCSI-Interface und kann mit den immer gleichen Kommandos über den SCSI-Bus angesprochen werden. Diese Kommandos sind genormt als CCS (Common Command Set).

Ein großer Vorteil dieses Systems ist das der Zugriff auf den Host-Adapter bzw. auf ein SCSI-Gerät in völlig identischer Weise erfolgt, so können völlig verschiedene Geräte völlig identisch angesprochen werden. Jedes SCSI-Gerät meldet sich beim Initialisieren des SCSI-Buses bzw. bei einem Reset mit einer bestimmten Anzahl logischer Blöcke, welche direkt angesprochen werden können. Ebenso meldet jedes SCSI-Gerät dabei seine Art und Kapazität automatisch. Sämtliche gerätespezifischen Einstellungen entfallen also gänzlich.
Es können maximal 7 (den Computer selbst nicht mitgezählt) solcher SCSI-Geräte am Bus hängen mit ID´s von 0 bis 7. Jede ID bzw. SCSI-Gerät kann noch bis zu 8 sog. LUN´s (Logical Unit Number) bzw. "Unter"-Geräte verwalten.

Jedes Gerät am SCSI-Bus kann auf ein anderes Gerät am SCSI-Bus zugreifen. Jedoch muß dazu erst einmal die Kontrolle über den Bus erlangt werden und dabei spielt die ID eine Rolle, denn je höher die ID (die an jedem SCSI-Gerät eingestellt werden muß), je höher ist die Priorität beim Zugriff auf den Bus. Die höchste ID erhält den Zugriff auf den Bus und wird INITIATOR. Ein SCSI-Gerät, welches nun INITIATOR wurde ruft nun ein anderes SCSI-Gerät über seine ID zur Interaktion auf, welches dadurch zum TARGET wird. INITIATOR und TARGET kommunizieren nun miteinander über den SCSI-Bus wobei der INITIATOR dem TARGET befiehlt. Das ganze nennt sich Multimaster-Fähigkeit, da jedes Gerät sowohl Master (INITIATOR) als auch Slave (TARGET) werden kann.

Dabei durchläuft der SCSI-Bus festgelegte Phasen:

In der BUS FREE Phase wartet ist der Bus frei und wartet auf Aktionen von den SCSI-Geräten.
In der ARBITRATION Phase konkurrieren mehrere SCSI-ID´s um den Bus (wer wird INITIATOR ?).
In der SELECTION Phase wählt der INITIATOR sein TARGET aus.
In der MESSAGE OUT Phase gehen messages (Mitteilungen) vom INITIATOR an den TARGET.
In der COMMAND Phase gehen die eigentlichen SCSI-Kommandos vom INITIATOR zum TARGET.
In der DATA IN bzw. DATA OUT Phase findet die Datenübertragung vom TARGET zum INITIATOR bzw. vom INITIATOR zum TARGET statt.
In der STATUS Phase werden Status-Informationen vom TARGET zurückgegeben (z.B. ob Fehler aufgetreten sind etc.).
In der MESSAGE IN Phase gehen messages (Mitteilungen) vom TARGET an den INITIATOR.
Der SCSI-Bus tritt in die RESELECTION Phase ein falls ein INITIATOR, nachdem er ein SCSI-Kommando abgesetzt hat, einen disconnect ausgelöst
hat und nun ein reconnect stattfindet. Dies kann der Fall sein, wenn der INITIATOR z.B. Zugriff auf einen Tape-Streamer (der dann TARGET ist)
wünscht und die Zeit bis der Tape-Streamer die gewünschte Stelle auf dem Band findet relativ lange ist. Denn dann kann der INITIATOR einen
disconnect veranlassen und damit den Bus wieder freigeben, bis zum reconnect, wenn der Tape-Streamer die gewünschte Stelle bzw. Datei gefunden hat.

Abbildung: Das Zusammenspiel und die Abfolge der verschiedenen Busphasen auf dem SCSI-Bus.

Zusammengefaßt gibt es folgende Vorteile von SCSI:

sehr flexibel, da es sowohl Festplatten, Bandlaufwerke, CD-ROM Laufwerke, Flopticals & Opticals, Scanner, Drucker und mehr unterstützt
man kann mehrere Geräte anschließen - bis zu 7 pro Adapter
hohe Datendurchsatzrate (10 MB/s und mehr)
völlig verschiedene Geräte können identisch angesprochen werden

Wer einen Fehler findet darf ihn behalten!

HIER DIE POWERPOINT PRÄSENTATION ZUM ANSCHAUEN
Für Verbesserungsvorschläge bitte mailen!!!!!!!!:-)

[Home]