usporedba sučelja (usb, gpib, ethernet, pci, pci express, wireless)seminar sucelja miskicpletenac...

Sveuilite u RijeciTehniki fakultet

Raunalom podrana mjerenjamentor - Izv. prof. dr. sc. Saa Vlahini

akademska godina 2011./2012.

Seminarski radUsporedba suelja (USB, GPIB, Ethernet, PCI, PCI express, Wireless)

Nino Miki - Pletenac (0069052157)Mark Maras (0069052638)

Rijeka, srpanj 2012.

1

Sadraj1. Saetak..........................................................................................................................32. Uvod...............................................................................................................................43. Usporedba suelja.........................................................................................................5

3.1. USB........................................................................................................................53.1.1. Nain rada.......................................................................................................53.1.2. Konektori.........................................................................................................53.1.3. USB 1.x...........................................................................................................63.1.4. USB 2.0...........................................................................................................63.1.5. USB 3.0...........................................................................................................7

3.2. GPIB.......................................................................................................................73.3. Ethernet..................................................................................................................83.4. PCI..........................................................................................................................93.5. PCI Express............................................................................................................93.6. Wireless................................................................................................................10

4. Zakljuak......................................................................................................................105. Literatura......................................................................................................................11

2

1. SaetakTema ovog seminarskog rada je usporedba suelja USB, GPIB, Ethernet, PCI,

PCI Express i Wireless. Osnovna podjela suelja je na serijska i paralelna. Od

navedenih suelja samo su GPIB i PCI paralelna, dok su sva ostala navedena serijska.

USB je jedno od danas najkoritenijih suelja. Njegove prednosti su niska cijena,

relativno velika brzina, mogunost napajanja manjih ureaja te jednostavnost koritenja

koju omoguuju tehnologije Plug and Play te Hot swapping. Vjerojatno najvei njegovi

nedostaci su relativno kratka maksimalna duljina kabela (5 metara) te znaajan pad

performansi s porastom duljine koritenog kabela. GPIB je suelje specijalizirano za

mjeriteljsku opremu. Prednosti pred ostalim sueljima su mu robusnost i pouzdanost, a

glavni mu je nedostatak relativno visoka cijena u odnosu na druga suelja. Ethernet je

suelje koje se koristi za povezivanje raunala (i nekih drugih ureaja) u (lokalnu)

mreu. Prednosti su mu relativno niska cijena i visoka zastupljenost te mogunost da se

nekom (mjernom) ureaju pristupa s vie drugih ureaja od bilo kuda unutar lokalne

mree ili od bilo kuda iz svijeta preko interneta ako se koristi tehnologija poput VPN-a

(engl. Virtual Private Network). Najvei nedostatak kod uporabe Ethernet-a za prijenos

mjeriteljskih podataka je taj to tehnologije poput LXI-a (engl. LAN eXtensions for

Instrumentation) nisu jo u potpunosti prihvaene te zbog toga jo uvijek nisu svugdje

dostupne. PCI je interna raunalna sabirnica koja se koristi u IBM PC kompatibilnim

raunalima. Najvee prednosti su mu velika dostupnost i relativno velika brzina te Plug

and Play kompatibilnost. Jedan od nedostataka je smanjivanje njegove popularnosti

zato to ga polako zamjenjuje noviji PCI Express. PCI Express je takoer interna

raunalna sabirnica, ali je serijska za razliku od obinog PCI-a koji je paralelan.

Prednosti su velika brzina (vea od PCI-a; u prosjeku iznosi 2,5 Gbit/s) koja se kree od

250 MB/s za 1x inaicu do teoretskih 8000 MB/s za 32x inaicu, te sve vea (rastua)

popularnost, pa time i dostupnost. Za kraj, Wireless (WLAN ili Wi-Fi) suelje je jedino,

ovdje navedeno, beino suelje. To mu je ujedno i glavna prednost pred ostalim

konkurentima, to nije potrebno provlaiti kabele ve je dovoljno da se ureaj kojeg

elimo povezati nalazi u dometu pristupne toke beine mree (engl. (Wireless)

Access Point - AP). Nedostaci su smanjena brzina te vea podlonost smetnjama u

odnosu na ine konkurente.

3

2. UvodSuelja (engl. interfaces) su digitalni elektroniki sklopovi koji slue povezivanju

ureaja s ovjekom (korisnika suelja) ili jednog ureaja s drugima radi kontrole i/ili

razmjene podataka. U dananje vrijeme su nezaobilazni zato to u svakodnevnom

ivotu koristimo mnoge ureaje koji su meusobno povezani. Osnovna podjela suelja

je na serijska i paralelna. Kod serijskih suelja bitovi se prenose jedan po jedan po

istom kanalu, dok se kod paralelnih prenosi vie bitova odjednom (u jednom taktu) svaki

po svojem kanalu. Zbog toga to kod paralelne komunikacije postoji vie paralelnih

tokova podataka, a kod serijske samo jedan, paralelna je komunikacija, u pravilu, bra

od serijske. Najpoznatiji primjeri serijskih suelja (sabirnica) su RS-232C, USB, IEEE

1394 (FireWire), Serial ATA (SATA), PCI Express, Ethernet, itd., a paralelnih Centronics,

PCI, GPIB, itd.

Plug and Play (hrv. umetni i radi) je tehnologija koja omoguava automatsku

konfiguraciju hardvera nakon fizike ugradnje u raunalo. Microsoft ju je 1995. godine

prvi put ubacio u svoj Windows 95 kojeg je u to vrijeme razvijao. Hot swapping i Hot

plugging su tehnologije koje omoguuju prikljuenje i odspajanje vanjskih ureaja ili

zamjenu dijelova na ivo tj. bez gaenja i ponovnog pokretanja sustava.

Slika 2.1 - Usporedba paralelne i serijske komunikacije

4

3. Usporedba sueljaU nastavku je dana usporedba suelja USB, GPIB, Ethernet, PCI, PCI Express te

Wireless.

3.1. USB

USB (engl. Universal Serial Bus) je zasigurno jedno od najpoznatijih tehnolokih

rjeenja za komunikaciju raunala s vanjskim ureajima, pri emu se podaci razmjenjuju

serijski relativno velikom brzinom. Sastoji se od dvije parice: jedna upletena za podatke

i druga za napajanje preko koje se manji ureaji mogu napajati naponom od 5V kojeg

daje host. U zadnje je vrijeme sve ee prisutan kod opreme za mjerenje pa zbg toga

kaemo da omoguuje prikupljanje mjeriteljskih podataka odnosno DAQ (engl. data

acquisition). Standardom je definirano spajanje do 127 ureaja (ukljuujui

koncentratore) na kontroler. Od poetka razvoja (1996. godine) pa do danas razvijene

su tri (3) generacije USB-a - USB 1.0, USB 1.1, USB 2.0 i USB 3.0.

3.1.1. Nain radaCilj USB tehologije jest rastereivanje glavne sabirnice raunala od posebnih

kartica za proirenje, kao i olakavanje umetanja i odvajanja vanjskih ureaja (engl.

plug and play) bez potrebe za ponovno pokretanja raunala (engl. hot swapping).

3.1.2. KonektoriPo prvom USB standardu predviena su dva tipa konektora, nazvanih A i B. Tip A

namijenjen je da se koristi na ureajima koji su hostovi (najee raunalo) tj. ureaji na

koje se ostali ureaji mogu spajati (na primjer mi, tipkovnica, digitalni fotoaparat i

slino), dok je konektor tipa B namijenjen perifernim ureajima tj. onima koji se spajaju

na host, primjerice pisai, skeneri i slino. Kako su se dimenzije perifernih ureaja

smanjivale, standardizirani su manji konektori (miniUSB i microUSB tj. njihove A i B

podvrste) koje danas susreemo na mnogim ureajima poput digitalnih fotoaparata i

mobilnih telefona. Prema uredbi europske unije (EU) svi proizvoai mobilnih telefona

trebaju proizvoditi mobilne telefone koji na sebi imaju microUSB konektor koji slui i za

punjenje baterije telefona i povezivanje mobilnog telefona s raunalom.

5

Slika 3.1 - Tipovi USB konektora

3.1.3. USB 1.xOznakom USB 1.x oznaavamo standarde USB 1.0 i USB 1.1. Standardom USB

1.0 je zapoeo razvoj ove tehnologije. Taj je standard omoguavao brzinu od 1,5 Mbit/s

(oko 0,19 MB/s) i nije omoguavao kabele za produivanje. Proizvedeno je samo

nekoliko ureaja koii su radili na tom standardu. Noviji standard (USB 1.1) postie

brzinu prijenosa od 12 Mbit/s (1,5 MB/s), proiruje uporabu i na prijenos podataka, te

uvodi mogunost kabela za produivanje do maksimalno 3 m.

3.1.4. USB 2.0Najvea promjena u odnosu na prethodni standard je poveanje brzine s 1,5

Mbit/s na 480 Mbit/s (60 MB/s). Koristi se jednaki konektor, to znai da je tako

ostvarena kompatibilnost unatrag. Maksimalna duljina kabela poveana je na 5 m, a uz

koritenje maksimalno pet (5) koncentratora (engl. hub) dolazi se do brojke od 6 kabela

tj. 6 x 5m = 30 m maksimalne udaljenosti izmeu perifernog ureaja i raunala.

Slika 3.2 - Logotip USB 2.0 standarda

6

3.1.5. USB 3.0USB 3.0 standard poveava brzinu prijenosa time to koristi dodatne dvije bakrene

parice za prijenos podataka. Ovim standardom teoretski je omoguen prijenos od 4,8

Gbit/s, no kada se od toga oduzme signalizacija protokola, realno je za oekivati isti

prijenos podataka od 3,2 Gbit/s (409 MB/s). Novi kontakti smjeteni su dublje u stari

konektor USB tipa A tako da je standard USB 3.0 i dalje unatrag kompatibilan, tj. utika

tipa A za USB 2.0 moe se koristiti s utinicom tipa A za USB 3.0. USB 3.0 e zasigurno

nai masovnu uporabu najvie kod vanjskih ureaja koji e zahtijevati vei prijenos

podataka. Ureaji poput tipkovnice, mia, pisaa i drugih kojima je 60 MB/s i vie nego

dovoljno, zasigurno e ostati na tehnologiji USB 2.0.

Slika 3.3 - Logotip USB 3.0 standarda

3.2. GPIB

GPIB (engl. General Purpose Interface Bus) je specijalizirano paralelno suelje za

povezivanje mjeriteljske opreme, prvotno nazvano HP-IB (Hewlett-Packard Interface

Bus). Organizacija IEEE ga je 1975. godine standardizirao kao IEEE-488, pa se i u

dananje vrijeme ponekad naziva IEEE-488. Postie brzine od 1 MB/s do 1,5 MB/s.

GPIB sabirnica se sastoji od 24 pina, od kojih se 8 pinova koristi za podatke, 5 pinova

za upravljanje linijom (ATN, EOI, IFC, Ren, i SRQ), 3 za handshake, a 8 za uzemljenje

(engl. ground).

Slika 3.4 - Raspored pinova na konektoru

7

Pin 1 DIO1 Data input/output bit.




Pin 5 EOI End-or-identify.

Pin 6 DAV Data valid.

Pin 7 NRFD Not ready for data.

Pin 8 NDAC Not data accepted.

Pin 9 IFC Interface clear.

Pin 10 SRQ Service request.

Pin 11 ATN Attention.

Pin 12 SHIELD





Pin 17 REN Remote enable.

Pin 18 GND (wire twisted with DAV)

Pin 19 GND (wire twisted with NRFD)

Pin 20 GND (wire twisted with NDAC)

Pin 21 GND (wire twisted with IFC)

Pin 22 GND (wire twisted with SRQ)

Pin 23 GND (wire twisted with ATN)

Pin 24 Logic ground

Tablica 3.1 - Uloga pinova u GBIP konektoru

3.3. Ethernet

Ethernet suelje (standard IEEE 802.3) se koristi za lokalne raunalne mree

(LAN engl. Local Area Network). Razvijeno je 70-ih godina u Xerox-ovim

laboratorijima. Brzine prijenosa kreu se od 10 Mbit/s (10BASE-T) preko 100 Mbit/s

(100BASE-TX) do 1 Gbit/s (1000BASE-T) i 10 Gbit/s (10GBASE-T). Maksimalna duljina

kabela varira u ovisnosti o standardu. Primjerice za 10BASE2 najvea duljina kabela je

185 m, a za 100BASE-TX je 100 m.

8

3.4. PCI

PCI (engl. Peripheral Component Interconnect) je standardna paralelna sabirnica

(suelje) odnosno utor za konekciju (engl. slot) na matinoj ploi raunala u koji se

umeu (dodaju) dodatne elektronike komponente, tzv. kartice (ploice s elektronikom)

za pojedine specijalizirane namjene (zvune kartice, grafike kartice, TV tuner kartice,

firewire kontroleri i sl.), kojima se proiruje konfiguracija raunala. Podatkovni dio

sabirnice moe biti 32-bitni i 64-bitni, a sabirnica moe raditi na sljedee dvije

frekvencije radnog takta (engl. clock rate) 33 i 66 MHz, pa na kombinaciju ovih naina

omoguava prijenos podataka. Tako da se brzina prijenosa podataka kree se u

rasponu od 133 MB/s (32-bitna na 33,33 MHz) do 533 MB/s (64-bitna na 66 MHz).

Sabirnica omoguava propusnost u prosjeku veu od 132 MB/s, a postoje i vie DAQ

(engl. data acquisition) hardware mogunosti za PCI, sa multifunkcijske I/O ploe do 10

MS/s, do 80 kanala i do 18-bitne rezolucije. Najeu primjenu ima PCI 12-bitna DAQ

kartica, koja ima plug and play mogunost, kompatibilna je sa veinom raunala i

kartica je visoke preciznosti.

Slika 3.5 - Izgled PCI sabirnice (utora) na matinoj ploi raunala

9

3.5. PCI Express

PCI Express (engl. Peripheral Component Interconnect Express) (skraeno PCI-E

ili PCIe) je serijska interna raunalna sabirnica koja je zamiljena kao zamjena za

dotadanje PCI i AGP sabirnice. Namijenjena je svim karticama koje zahtijevaju veliki

prijenos podataka. U svom osnovnom izdanju (x1) najvea brzinu koju moe postii je

250 MB/s. Proirena izdanja su x2, x4, x8, x16 i x32. Izdanje x16, koje teoretski moe

postii brzinu prijenosa od 4000 MB/s, se koristi za dananje grafike kartice. Broj uz x

(1, 2, 4, 8, 16 i 32) oznaava koliko se paralelnih serijskih veza (tzv. lane-ova) koristi.

Slika 3.6 - Usporedba razliitih inaica PCI Express sabirnice

3.6. Wireless

Wireless LAN (WLAN ili Wi-Fi) je tehnologija beinog povezivanja ureaja na

lokalnu raunalnu mreu (LAN). Bazirana je na IEEE 802.11 standardu. Podaci se

prenose elektromagnetskim (EM) valovima frekvencije vala nosioca 2,4 GHz (standardi

IEEE 802.11b i IEEE 802.11g) ili 5 GHz (standard IEEE 802.11a). Meutim, mnogi drugi

ureaji (npr. mikrovalne penice, beini telefoni, beine kamere za video nadzor,

video senderi i sl.) za svoj rad koriste podruje EM spektra takoer oko 2,4 GHz tako da

takvi ureaji mogu uzrokovati smetnje te tako ometati rad beine mree. Domet

WLAN-a varira ovisno o preprekama, ali moemo rei da je domet u zatvorenom

prostoru oko 32 m, a na otvorenom oko 95 m.

Slika 3.7 - Logotip Wi-Fi-a

10

4. ZakljuakVeina navedenih suelja se koristi u svakodnevnom ivotu, tako da nam ovakvo (i

slino) istraivanje moe puno pomoi u naem buduem radu.

Idealno suelje ima malu cijenu (u krajnjem sluaju besplatno), veliku brzinu (u

krajnjem sluaju beskonano) te mogunost povezivanja ureaja koji se nalaze na

velikoj udaljenosti jedan od drugog (u krajnjem sluaju beskonano). Meutim, takvo

suelje nije mogue ostvariti zbog razliitih fizikih ogranienja (limita). Svako suelje

(sabirnica) ima svoje prednosti i nedostatke (mane), tako da je nemogue odrediti

najbolje. Zbog toga se ne koristi samo jedno suelje, nego se koriste mnoga suelja,

svako suelje u onoj primjeni gdje je najpogodnije tj. tamo gdje e prednosti suelja

najvie doi do izraaja, a nedostaci (mane) to manje (ili nita).

5. Literatura

5.1. Engleska Wikipedia (en.wikipedia.org)1. http://en.wikipedia.org/wiki/Plug_and_play 2. http://en.wikipedia.org/wiki/Hot_swapping 3. http://en.wikipedia.org/wiki/Universal_Serial_Bus 4. http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE-488 5. http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802 6. http://en.wikipedia.org/wiki/Ethernet 7. http://en.wikipedia.org/wiki/Fast_Ethernet 8. http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.3 9. http://en.wikipedia.org/wiki/LAN_eXtensions_for_Instrumentation 10. http://en.wikipedia.org/wiki/Conventional_PCI 11. http://en.wikipedia.org/wiki/PCI_Express 12. http://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_LAN 13. http://en.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi 14. http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11

5.2. Hrvatska Wikipedia (hr.wikipedia.org)15. http://hr.wikipedia.org/wiki/USB 16. http://hr.wikipedia.org/wiki/GPIB 17. http://hr.wikipedia.org/wiki/Ethernet 18. http://hr.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.3 19. http://hr.wikipedia.org/wiki/PCI 20. http://hr.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11

5.3. Ostali izvori21. http://bs.wikipedia.org/wiki/PCI_Express

11

1. Saetak2. Uvod3. Usporedba suelja3.1. USB3.1.1. Nain rada3.1.2. Konektori3.1.3. USB 1.x3.1.4. USB 2.03.1.5. USB 3.0

3.2. GPIB3.3. Ethernet3.4. PCI3.5. PCI Express3.6. Wireless

4. Zakljuak5. Literatura5.1. Engleska Wikipedia (en.wikipedia.org)5.2. Hrvatska Wikipedia (hr.wikipedia.org)5.3. Ostali izvori

usporedba sučelja (usb, gpib, ethernet, pci, pci express, wireless)seminar sucelja miskicpletenac...

Documents