Schnittstellen

1 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 lat sich nicht an einen Computer anschließen.

Schnittstellen
parallel Ü ß Þ 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).

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.



Abb. 3 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.}

3 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.



Abb. 5 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 Ãœbertragungsrate liegt weit unter der von parallelen Schnittstellen.

4 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.}

5 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.

<sup>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).</sup>

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

6 Asynchrone - Synchrone Ãœbertragung

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.

<sup>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.</sup>

7 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.}

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