USB. Gliederung Allgemeines U nivesal S erial B us Intel Industriestandard Schnittstelle an...
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USB
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Allgemeines
Univesal Serial Bus Intel Industriestandard Schnittstelle an Geräten für Peripherie-Geräte Vereinheitlichung diverser serieller Anschlüsse Verschiedenste Einsatzgebiete
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Mechanischer Aufbau
Stecker-Buchse-Prinzip Nur eine Position des Steckers in Buchse möglich Verschiedene Typen je nach Anwendungsgebiet Standard zum Anschluss an PC:
Buchse(n) vom Typ A
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Verkabelungsprinzip
USB-H
ost-Controller
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Stromversorgung
Standardstecker
Pin Name Beschreibung1 VCC +5 V ±5 %2 D- Data -3 D+ Data +4 GND Masse
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Stromversorgung
Mini-Stecker
Pin Name Beschreibung1 VCC +5 V ±5 %2 D- Data -3 D+ Data +
4 ID Typ A: Masse, Typ B: keine Belegung
5 GND Masse
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Signalübertragung
Series1
-1
0
1
Series1
-1
0
1
L1
L2
Series1
-2
-1
0
1
2
GES
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Der USB-Host-Controller
Steuert Kommunikation zwischen Geräten Kommunikation durch Polling
Anfrage vom Controller Senden der Daten vom Gerät
Besteht im Normalfall aus mehreren Controllern
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Der USB-Host-ControllerAnmeldevorgang Reset, beide Datenleitungen auf Massepotential
Gerät bekommt Adresse 0 Zuweisung einer eindeutigen Adresse durch Host-
Controller Initial-Poll
Hersteller- und Produkt-ID Alternative Konfigurationen + Geräteklasse Control-Transfer-Modus, beidseitige Kontrolle der Daten
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Der USB-Host-ControllerAnmeldevorgang Konfiguration kann mehrere Schnittstellen besitzen Schnittstelle kann mehrere Endpunkte besitzen Unterschiedlicher Strombedarf Unterschiedliche Datenraten über “Alternate Settings“
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Endpunkt-Betriebsmodi
Endpunkte == Unteradressen USB SIE (Serial Interface Engine) Unabhängige Datenströme 1 Endpunkt (Adresse 0) für Erkennung Maximal 31 Endpunkte pro Gerät
15 In- und Out 1 für Erkennung
Bei Low-Speed Geräten: Max 3 Endpunkte
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Endpunkt-Betriebsmodi
Bei Low-Speed Geräten: Max 3 Endpunkte
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Standards
USB 1.0 nur auf dem Papier, nie im Handel
USB 1.1 Low-Speed ( 1,5 Mbit/s = 187,5 kByte/s ) Full-Speed ( 12 Mbit/s = 1,5 MByte/s )
USB 2.0 Hi-Speed ( 480 Mbit/s = 60 MByte/s)
USB 3.0 SuperSpeed ( 5 Gbit/s = 625 MByte/s )
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Überblick USB 1.1 Low Speed USB 1.1 Full SpeedUSB 2.0 Full Speed FireWire
Übertragungsrate 1,5 MBit/sec 12 MBit/sec 480 MBit/sec 400 MBit/sec
Endgeräte 2 31 127 63
Kabelläng zwischen Geräten 1 m 1 m 5 m 4,50 m
Maximale Kabellänge 30 m 72 m
PC notwendig Ja Ja Ja Nein
Plug & Play bedingt Ja Ja Ja
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0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
1.5 12
480
5000
USB-Bruttodatenübertragungsraten
Low Speed Full Speed Hi-Speed SuperSpeed
Mbit/S
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Perspektiven
USB 3.1 Developers Days, Singapore
19-20 November 2014 10 Gbit/s USB Verbindungstyp C
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Perspektiven
WUSB (Wireless Universel Serial Bus Drahtlose Übertragung von Daten Angepeilt
480Mb/s auf 3 Meter 110Mb/s auf10 Meter
Eventuell native Implementation, nicht über Transmitter/Empfänger
Alternativen NAS Jede andere Art von Speicher im Netzwerk/auf Servern
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Allgemeines
Industriestandard 1990, Bluetooth Special Interest Group (SIG) Datenübertragung durch Funktechnik Ersetzen von Kabelverbindungen Name:
Dänischer König Harald Blauzahn Vereinte verfeindete Teile Dänemarks
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Allgemeines
Frequence Hopping / Spread Spectrum (Freuquenzsprungverfahren) Verringert Störungen 79 Stufen, je 1 MHz Abstand Bis zu 1600 Mal / Sekunde
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Verkabelungsprinzip
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Verbindungsaufbau
Passiver Modus Inquisitionsphase : Entdecken von Zugangsknoten Synchronisierung mit dem Zugangsknoten (paging) Entdeckung der Dienste des Zugangsknotens Aufbau eines Kanals mit dem Zugangspunkt Paarung mittels PIN-Code (Sicherheitscode) Benützung des Netzwerks
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Übertragungsgeschwindigkeiten
1.0, 1.0B, 1.1 (Juli 1999, Februar 2001) 732,2 kbit/s, vergleichbar mit DSL-Anschluss (1st Gen.)
1.2 (November 2003) 1 Mbit/s
2.0 + EDR und 2.1 + EDR (November 2004) EDR == Enhanced Data Rate
3.0 + HS HS == High Speed (24 Mbit/s) UWB und WiMedia MAC: 480 Mbit/s, jedoch aufgegeben
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Energiesparmodi
HOLD-Modus SNIFF-Modus PARK-Modus Protokollerweiterungen
Bluetooth low energy (ab Version 4.0) Smart (Ready)
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Sicherheit
Freuquenzsprungverfahren1. Non-Secure Mode
keine Sicherheitsmechanismen, nur Frequence Hopping2. Service-Level Enforced Security
dienstspezifisch3. Link-Level Enforced Security
beim Verbindungsaufbau auf Link Layer Verschlüsselung optional
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GeräteklassenKlassen Max. Leistung Max. Leistung Reichweite allgemein
Reichweite im Freien
Klasse 1 100 mW 20 dBm ca. 100 m ca. 100 m
Klasse 2 2,5 mW 4 dBm ca. 10 m ca. 50 m
Klasse 3 1 mW 0 dBm ca. 1 m ca. 10 m
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Quellenhttp://www.usb-infos.de/http://de.wikipedia.org/wiki/Universal_Serial_Bushttp://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0312021.htmhttp://netzmafia.de/skripten/hardware/USB/http://www.computerbild.de/artikel/cb-Ratgeber-PC-Hardware-USB-4400946.htmlhttp://www.computerbild.de/artikel/cb-Ratgeber-PC-Hardware-USB-4401693.htmlhttp://www.hardwaregrundlagen.de/oben07-003.htmhttp://www.usb.org/developers/events/USB31DevDaysSingaporehttp://www.usb.org/developers/wusb/
http://de.wikipedia.org/wiki/Bluetoothhttp://de.wikipedia.org/wiki/Bluetooth_Low_Energyhttp://de.kioskea.net/contents/605-funktionsweise-von-bluetoothhttp://www.computerbild.de/artikel/cb-Ratgeber-Handy-Bluetooth-3176998.htmlhttp://karguti.de/Arbeiten/Vertiefung/4_VT_Bluetooth_Stumpp.pdfhttp://www.spiegel.de/netzwelt/gadgets/was-ist-bluetooth-a-860378.html
Bildquellenhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6b/USB-Steckerformen.jpghttp://netzmafia.de/skripten/hardware/USB/USB-Stecker-Buchsen.gifhttp://netzmafia.de/skripten/hardware/USB/USB_AB.gifhttp://netzmafia.de/skripten/hardware/USB/USB_MINI_AB.gif
http://www.pcgameshardware.de/screenshots/original/2009/04/Bluetooth_LOGO.gifhttp://karguti.de/Arbeiten/Vertiefung/4_VT_Bluetooth_Stumpp.pdf (Seite 16, 2.4 Überblick, Abbildung 3)
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Firewire IEEE 1394
Von der IEEEP 1394 Working Group entwickelt Serieller Bus, IEEE 1394b unterstützt Ringtopologie Große Verbreitung in Ton- und Videotechnik
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Firewire IEEE 1394
Stromversorgung: max. 30 V max. 1,5 A Kabellängen: bis 4,5 m Gerätezahl: bis zu 63 pro Bus
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Firewire 400 (IEEE 1394 - 1995)
bis zu 400 Mbit/s Vollduplex Datenübertragung Kabellängen bis 4,5 Meter (Unterstützung bis zu 72
Meter) 7-8 Watt, 25 Volt 6-Pin Alpha-Stecker
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Verbesserungen (IEEE 1394 - 2000)
Unterstützung für asynchrones streamen schnelleres Bus-Rekonfigurieren energiesparender Suspend-Modus Bus kann Arbitration beschleunigen kompakter 4-Pin Stecker, ohne Stromkontakte
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Firewire 800 (IEEE 1394 - 2002)
Bis zu 800 Mbit/s Vollduplex Abwärtskompatibel zu IEEE 1394b Standard Neuer 9-Pin Beta-Stecker
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Firewire S1600 und S3200
Mit 1,6 bzw. 3,2 Gbit/s Übertragungsraten Nutzt Beta-Modus von Firewire 800 vollständig aus
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Zukunft
Projekt IEEE 1394d soll optisches Kabel hinzufügen 6,4 Gbit/s werden erwartet Neuer Stecker
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Thunderbolt
Von Intel und Apple entwickelt Kombiniert PCIe und Displayport „Blitz“schnelle Datenübertragung
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Thunderbolt 1
10 Gbit/s pro Kanal, 20 Gbit/s gesamt Stromversorgung: max. 18 V max. 550 mA Kabellänge: Kupfer 3 m, Optisch 100 m Gerätezahl: bis zu 6
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Thunderbolt 2
Codename Falcon Ridge 20 Gbit/s aggregierte Kanäle Unterstützt
PCIe 2.0 Displayport 1.2
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Thunderbolt 3
Codename Alpine Ridge 40 Gbit/s und 50% weniger Stromverbrauch Unterstützt PCIe 3.0, HDMI 2.0 und Displayport 1.2
oder 1.3 Versorgt Endgeräte mit bis zu 100 W
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IrDA
Verschiedene Protokolle zur Drahtlosübertragung Sendet Daten via Infrarot Oft für Fernbedinungen verwendet
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IrDA
Übertragungsgeschwindigkeit je nach Protokoll mit Giga-IR bis zu 1 Gbit/s
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IrDA