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Universal serial bus - usb


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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.

2.5.1 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.


2.5.2 Technische Details

Neben den bereits genannten Merkmalen sind noch einige technische Charakteristika des USB zu nennen: die Bus-Topologie, die Pipe-Kommunikation, die Datentransferarten sowie die Bandbreite des USB.


. 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.


. 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.



Zusammengefaßt gibt es folgende Vorteile und Neuerungen von USB:

. 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

Der Nachteil liegt darin, daß man alte Komponenten nicht weiter verwenden kann.


Serielle Schnittstelle 115 Kb/s

USB (low speed) 1,5 Mb /s
Parallele Schnittstelle 8 Mb/s

USB (full speed) 12 Mb/s






Einsatzbereiche der USB-Schnittstelle:

Überall dort wo die serielle und parallele Schnittstelle eingesetzt wird.

 
 




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