Schnittstelle

Mit Hilfe von Schnittstellen können Geräte miteinander verbunden sowie Informationen ausgetauscht werden und deshalb sind sie aus der technisierten Welt nicht mehr wegzudenken.  Mittlerweile haben viele technische Geräte Schnittstellen, bei denen man es kaum vermuten würde. Zu ihnen zählen beispielsweise Fernseher, Kühlschränke,  Hexakopter und weitere technische Hardware,  auf die man wohl zunächst nicht kommen würde. Spielzeuge. Im Folgenden werden daher einige Arten von Schnittstellen erläutert. 

Software-Schnittstelle
Eine Software-Schnittstelle stellt anderen Programm-Modulen oder Anwendungen Datenformate zur Verfügung, über welche die Ergebnisse des Moduls oder der Anwendung zur Weiterverarbeitung übergeben werden können. 

Hardware-Schnittstelle
Eine Hardware-Schnittstelle ist eine Verbindung des Computers mit den Peripheriegeräten z. B. Drucker oder Modem. RS232 ist beispielsweise  ein Schnittstellenstandard für serielle Schnittstellen. Weitere bekannte Schnittstellen sind: Centronics für Drucker,  FireWire, USB (Universal Serial Bus), iLink, iSCSI (internet Small Computer System Interface) und eSATA (External Serial ATA) für den Anschluss externer Geräte an einen Rechner. 

Zudem gibt es für Computer Hard- und Software mindestens eine  Mensch-Maschine-Schnittstelle (Human Interface),  wie z.B. Tastatur, Maus, grafische Benutzerschnittstelle oder spezielle Medien- und Game-Schnittstellen (Fernsteuerung, Lenkrad, Gaspedal etc). 

API und Windows-API
Eine API-Schnittstelle (Application Programming Interface) ist eine genormte Schnittstelle über die der Programmierer auf Funktionen des Betriebssystems zugreifen kann.  Damit lassen sich häufig benutzte Funktionen, wie z. B. das Formatieren von Texten oder Darstellen von Fenstern, in einer zentralen API-Bibliothek, wie beispielsweise der Windows-API-Bibliothekssammlung DLL (Dynamic Link Library) unterbringen.  Die Windows API (WinAPI) ist eine Bibliothek mit C-Funktionen, die als integraler Bestandteil der Windows-Entwicklungsumgebung zur Verfügung steht.  Die Windows-API ist Teil des Windows-Kernels. Eine API-Schnittstelle für Anwendungen mit grafischer Benutzeroberfläche bieten die Microsoft Foundation Classes (MFC). Die MFC ist ein Sammlung objektorientierter Klassenbibliotheken. 

Thunderbolt-Schnittstelle 
Eine bedeutende Schnittstelle ist die von Intel und Apple gemeinsam entwickelte Thunderbolt Schnittstelle. Diese soll den schnellen Datenaustausch zwischen den wichtigsten Computer-Speicher- und Datenverarbeitungsgeräten sowie  Großteilen der Computer-Peripherie gewährleisten. Im bidirektionalen Modus erreicht Thunderbolt Datentransferraten von bis zu 10 GBit/s. Die Thunderbolt Schnittstelle bezieht ihre  Transfergeschwindigkeit aus parallelen bidirektionalen Kanälen. Dabei kommen Kupfer-basierte Kabel zum Einsatz, welche über rückwärtskompatible Endstücke zu Display-Port und Mini-Display-Port verfügen. Über den Thunderbolt-Controller  können sowohl Kuperleitungen als auch schnellere Vertical Cavity Surface Emitting (Halbleiter) Laser (VCSEL) angesteuert werden. Diese Halbleiterlaser  werden auch mit Bauteilen zur elektro-optischen Wandlung bestückt, wie z.B. Photodioden. Die Markteinführung von Thunderbolt (Light Peak) soll 2012 erfolgen.                 
Siehe auch:    API   Windows-API   Datei-Endung-DLL   FireWire   iLink   SCSI   S-ATA-II   Centronics   SLIP   


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  SCSI
SCSI Karte SCSI Karte
Small Computer System Interface, SCSI umgangssprachlich auch Skasi ('scuzzy') genannt. Small Computer System Interface ist wie IDE (Integrated Device Electronics) ein Standard für eine Schnittstelle, die hauptsächlich bei Festplatten  Verwendung findet, allerdings ein sichereres Übertragungsprotokoll bietet. Zudem erlaubt diese Schnittstelle auch den Anschluss anderer Geräte als Festplatten, z.B. Drucker, Bandgeräte, Scanner und optische Laufwerke.  Es lassen sich maximal 8 bzw. 16 Geräte ansteuern.

SCSI ist ähnlich 'intelligent' wie IDE (parallel ATA) sowie gepuffert und basiert auf einer Peer-to-Peer Schnittstelle. Die physische Datenschicht wird abstrahiert. Es werden Hand-Shake Signale  zwischen den SCSI-Einheiten verwendet, bei SCSI-1 und SCSI-2 besteht die Möglickeit einer Paritätsfehlerüberprüfung. Ab SCSI-160 erfolgt eine zyklische Redundanzprüfung mit CRC32 sowie eine Domain-Validierung. 
Im SCSI-Protokoll ist eine Host zu Host Kommunikation, Host zu Peripherie-Einheit Kommunikation und eine Peripherie-Einheit zu Peripherie-Einheit Kommunikation vorgesehen. Die meisten SCSI-Einheiten sind jedoch SCSI-Targets, welche nicht selber als  SCSI-Initiatoren handeln können und damit keine SCSI-Aktionen starten können. Grundsätzlich ist es möglich, daß ein SCSI-Peripherie Gerät als SCSI-Initiator handelt. 
SCSI verfügt über einen auf den Laufwerken integrierten Controller, ist jedoch nach einem anderen Konzept als IDE aufgebaut. SCSI wird über einen SCSI-Host-Adapter  an den Systembus angeschlossen. SCSI ist nicht auf einen PC-Systembus wie ISA, EISA oder PCI beschränkt, da es auch Host-Adapter für Apple (Nubus) oder Sun (SBus) gibt. SCSI verfügt ursprünglich über 8-Bit und ein SCSI-Protokoll, wobei der Host-Adapter  als SCSI-Einheit ein Bit belegt. Die Busbreite variiert von 8 Bit (SCSI-1, SCSI-2, Differential SCSI, Ultra SCSI und Ultra-2 SCSI) bis 16 Bit (Wide SCSI, Ultra Wide SCSI, Ultra2 Wide SCSI, Ultra-160 SCSI und Ultra-320 SCSI). 

Der Datenaustausch kann zwischen 2 SCSI-Einheiten ohne die CPU erfolgen, oder zwischen Host-Adapter und Festplatte. Einer SCSI-Einheit ist eine Adresse zugeordnet. Diese ist über einen Jumper oder einen DIP-Schalter  (Dual In-line Package) eingestellt. Der Host-Adapter belegt i.d.R. die Adresse Nr. 7 (einstellbar im SCSI-BIOS-Setup). Bei der 1-Byte-wertigen Adresse entspricht Bit 0 der Adresse SCSI ID 7 und Bit 7 der Adresse SCSI ID 0.  Die Konfiguration der SCSI-Einheiten beinhaltet neben der Identifikation durch die ID-Nummer auch die Priorität der SCSI-Geräte. 

Davon zu unterscheiden ist die LUN (Logical Unit Number). Eine LUN wird von einem SCSI-Controller angesteuert, z.B. bei Verwaltung mehrerer Laufwerke in einem RAID-System. Der RAID-Controller stellt dann die Verbindung  zum SCSI-Bus her. Da einem sochen RAID-Controller mehrere Laufwerke zugeordnet sind, werden diese durch die LUN unterschieden.  Die LUN ist zusätzlich zur ID-Nummer konfiguriert. Um die Konfiguration zu vereinfachen und automatisieren wird SCAM (SCSI Configured Automatically) eingesetzt, daß sich jedoch in der Praxis nicht hat durchsetzen können. Ein SCSI-Strang  muss mit exakt 2 Terminatoren (ein Terminator für jedes physikalische Leitungsende) abgeschlossen werden. Auf der Seite des HBA besteht meist die Möglichkeit, eine Seite des Busses mit einem Steckterminator zu terminieren.  Am besten verwendet man aktive Terminatoren statt passive. Aktive Terminatoren sind bei LVD-Bussen (Low Voltage Differential) notwendig. SCSI-Einheiten werden über ein 50-poliges Flachbandkabel mit 50-poligen Steckern angebunden  Ab Ultra Wide SCSI gibt es 68-polige Kabel (auch bei Ultra2 Wide SCSI, Ultra-160 SCSI und Ultra-320 SCSI). Grundsätzlich möglich ist auch ein Kabel mit 25 gedrillten Leitungspaaren. Dabei muss eine Masseleitung stets um die Signalleitung gewickelt sein. 

Der SCSI-Controller befindet sich auf der SCSI-Einheit, die über einen Host-Bus-Adapter (HBA) an den System-Bus angeschlossen ist. Der HBA befindet sich entweder auf dem Mainboard oder wird über eine SCSI-Karte eingesteckt. 

Parallele SCSI-Schnittstellen
SCSI-1 (narrow SCSI), Fast SCSI, Wide SCSI, Fast Wide SCSI, SCSI-2, Ultra-SCSI, SCSI-3, Ultra-2 SCSI, Ultra2 Wide SCSI, Ultra-160 SCSI (Ultra3 SCSI), Ultra-320 SCSI 

Serielle SCSI Schnittstellen
SAS (Serial Attached SCSI), SSA (Serial Storage Architecture), SSA 40, FC-AL 1 Gb (Fibre Channel Arbitrated Loop), FC-AL 2Gb, FC-AL 4Gb, iSCSI (internet SCSI, 'eye-scuzzy'):  die Netzwerklösung welche TCP als Übertragungsprotokoll verwendet.

SCSI-Standards
SCSI-1, SCSI-2, SCSI-3 SPI (SCSI Parallel Interface), SPI-2, SPI-3, SPI-4.   

SCSI-Protokoll
Das SCSI-Protokoll stellt eine parallele Schnittstelle zur Verfügung zwischen den angeschlossenen SCSI-Einheiten (Peripherie) und dem Bus. In der SCSI-Terminologie erfolgt die Kommunikation zwischen dem SCSI-Initiator und  dem SCSI-Target, wobei der SCSI-Initiator Befehle an das Target sendet, welches dann antwortet. Befehle werden über einen Command Descriptor Block (CDB) gesendet. Der CDB besteht aus einem 1-Byte Befehlscode sowie einigen Kommandozeilenparametern.  SCSI-Protokolle flossen in die umfassende SCSI-3 Spezifikation ein, und wurden weiterentwickelt zu SAS (Serial Attached SCSI). SAS bietet eine serielle Schnitstelle (serial SCSI) und damit Geschwindigkeitsvorteile, Hot-Swapping-Fähigkeit und bessere  Fehlerisolierung. SAS löste Ultra-320 SCSI ab, welches auch aus diesem Grund nicht mehr zu Ultra-640 weiterentwickelt wurde.  Das SCSI-Protokoll verfügt über eine große Anzahl, auch von der SCSI-Technologie grundsätzlich unabhängiger Spezifikationen, wie einen eigenen Befehlssatz oder physikalische Beschaffenheiten der Bustechnologie und der Signalsteuerung. SCSI-Kommandos  wurden daher auch von anderen Übertragungstechnologien wie Fibre Channel, InfiniBand, iSCSI, ATAPI, FireWire, Serial Storage Architecture, SAS oder USB adaptiert. 
Siehe auch:    SCSI-Standard   Alan-Shugart   SCSI-Geschichte   SCSI-3-Architektur   Serial-Attached-SCSI   S-ATA   Host-Bus-Adapter   RAID   Festplatte   Adaptive-Active-Filtering

  Centronics

Centronics ist eine parallele Schnittstelle für den Drucker. Der Name der Centronics-Schnittstelle stammt von der gleichnamigen US-amerikanischen Firma.  Es handelt sich um eine 36-polige, parallele Schnittstelle, welche bidirektionale Kommunikation zwischen Computer und PC  ermöglicht. Auch andere Geräte wie Festplatten oder CD-ROM Laufwerke können an die Centronics Schnittstelle angeschlossen werden.                                                     
Siehe auch:    Drucker   schnittstelle   Festplatte   CD-ROM   

  COMmunication

Hinter COMmunication verstecken sich serielle Schnittstellen, die von den meisten Betriebssystemen durch den COM-Port zur Verfügung gestellt werden. Vom BIOS werden meist die COM1- bis COM4-Schnittstellen verwaltet. Am COM-Port kann man  beispielsweise das Modem, eine externe ISDN-Karte bzw. ISDN-Anlage oder eine serielle Maus anschliessen.                                                       
Siehe auch:    schnittstelle   Formfaktor   ATX   BIOS   ISDN   betriebssysteme   Modem   

  ISDN
ISDN Fritz Karte ISDN Fritz Karte
Integrated Services Digital Network. Digitaler Standard der Telekom für das Telefonnetz. Es werden alle Funktionen integriert: Sprach- und Datenübertragung.  Über das Telefonnetz können also nicht nur Telefongespräche, sondern auch Video- und Datendienste (Teletex, Datex, Telefax, Telemetrie usw.) übertragen werden. ISDN wird auch zur Datenübertragung (Internet) genutzt. Die theoretische Geschwindigkeit liegt  bei 64 KBit /s. Durch die Digitalisierung sind auch weitere Dienste möglich wie: Anklopfen, Rufnummerweiterleitung, Konferenzschaltung usw. Die Sprachqualität und die Fehlerkorrektur sind besser.                                                     
Siehe auch:    ADSL   ADSL2   VDSL   VPN   internet   

  Socket

Ein Socket (dt.: Sockel, Steckverbindung) ist eine bi-direktionale Software-Schnittstelle für die Netzwerkkommunikation. Sockets bilden eine API-Schnittstelle (API= Application Programming Interface)  zwischen dem Netzwerkprotokoll des Betriebssystems und der Anwendersoftware. Ein bekanntes Socket ist Winsocks, das Windows Socket unter dem Betriebssystem Windows von Microsoft.                                                       
Siehe auch:    Winsock   API   windows   OLE   DDE   NetBEUI   

  DVI

Digital Visual Interface (DVI). Digital Visual Interface ist eine Schnittstelle zur Übertragung von digitalen und analogen Videodaten. Das Übertragungsverfahren arbeitet mit Parallel/Seriell-Wandlung und Spannungsdifferenzen. Die maximale Auflösung  beträgt 2048x1536 Pixel. Im PC-Bereich gilt DVI als Standardanschluss von TFT-Monitoren zur Grafikkarte. Auch TV-Geräte besitzen DVI-Anschlüsse für Eingangssignale von beispielsweise Computern oder DVD-Geräten. Um die Daten digital zu transportieren,  nutzt DVI den Standard TMDS (Transition Minimized Differential Signaling). TMDS mindert elektromagnetische Störungen und kann extrem hochauflösende Displays ansteuern. Wegen der Kupferbarriere  können die Daten nur mit maximal 165 MHz übertragen werden, was einer Auflösung von 1600 x 1200 Pixeln entspricht. Aus diesem Grund werden bei DVI-Kabeln  oft zwei getrennte TMDS-Leitungen (Dual-Link) verwendet. Damit erreicht man eine Auflösung von 2560 x 1600 Pixel (QXGA, Quad Extended Graphics Array). Bei einer Single-Link TMDS-Verbindung beträgt die maximale Auflösung  1600 × 1200 Pixel (UXGA, Ultra-XGA) oder 1920 × 1200 Pixel bei WXGA (Wide-XGA).  Es gibt  mehrere DVI-Typen: DVI-I (Integrated: Analog und Digital), DVI-D (Digital) und DVI-A (Analog). Nachfolger von DVI ist im Computer-Bereich DisplayPort und in der Unterhaltungselektronik HDMI (High Definition Multimedia Interface).  DVI ist voll aufwärtskompatibel zu HDMI.                                         
Siehe auch:    HDCP   HD-DVD   HDTV   XGA   SXGA   QXGA   DVB   IPTV   HDMI   Grafikkarte

  ATAPI

ATAPI (Advanced Technology Attachment Packet Interface) ist eine Aufrüstung des ATA-Standards. ATAPI fügt dem ATA-Standard Funktionen zum Betrieb eines CD-ROM Laufwerkes und anderer Speicher-Hardware  hinzu. Diese sind über das IDE-Interface verfügbar. Die Befehle hierzu, wie z.B. der Packet-Befehl, werden in ATA-Befehlen eingebunden und basieren auf SCSI-Befehlen. Hierzu wird der ATA-Standard um das ATAPI-Protokoll erweitert.  Diese Erweiterung bezeichnet man als Packet Feature Set. Mit ATAPI ist demnach auch der Anschluss eines CD-ROM-Laufwerkes an den IDE-Controller gemeint.                                                     
Siehe auch:    ATA   Festplatte   SCSI   CD-ROM   schnittstelle   

  S-ATA

S-ATA (Serial Advanced Technology Attachment) ist eine schnelle serielle Datenverbindung, für beispielsweise Massenspeicher. Bei S-ATA handelt es sich um eine Weiterentwicklung der ATA-Spezifikation.  Um die Übertragungsleistung zu verbessern, ging man von einem parallelen Busdesign (ATA) zu einem  Bit-seriellen Busdesign (S-ATA) über. Daten werden seriell übertragen, also Bit für Bit. Bei den alten ATA-Standards wurden sie in 16-Bit-Worten übertragen.  Ein Selektor an den Ports sorgt für einen mehrfach vorhandenen Datenpfad, so dass sich auch 2 Host Controller mit einem S-ATA Endgerät verbinden lassen. Jedoch erfolgt  der Zugriff der Host Controller in diesem Fall exklusiv, da die S-ATA Endgeräte nur über jeweils einen Port verfügen. 

Vorteile von S-ATA gegenüber ATA 
Die Vorteile von S-ATA gegenüber ATA sind neben der Performance-Steigerung eine vereinfachte  Kabelführung (dünnes Kabel, kleine Stecker, Kabellänge: bis 1 m statt 40 cm bei ATA) sowie eine höhere Datentransferrate von 150 MB/s.                                           
Siehe auch:    ATA   ATAPI   S-ATA-II   NCQ   SCSI   Fibre-Channel   Festplatte   NAS   NDAS