I.T.I.S. Santhià – Dipartimento di Informatica
Interconnessioni e
interfacce
Modulo didattico
“Hardware del P.C.”
Ultima revisione 17 febbraio 2005
Autore M. Lanino
USB 2
L’introduzione delle specifiche 2.0 del protocollo USB (Universal serial Bus) il cui
nuovo logo appare nella figura a destra, ha comportato alcune evoluzioni tecniche per
garantire pieno supporto al nuovo standard, capace di trasferire ben 480 Mbps (mega
bit al secondo).
Nel contempo resta garantita la compatibilità verso il basso con lo standard USB di
prima generazione.
Il protocollo di comunicazione seriale denominato USB può gestire collegamenti multipli
ed in cascata per un massimo di 127 dispositivi per host (il controller sulla scheda
madre del PC), con la possibilità di inserzione e disinserzione a caldo.
Come funziona …
Per quanto riguarda la condivisione del canale, USB utilizza un protocollo di tipo
TOKEN: in ogni situazione è l’host ad iniziare una comunicazione, inviando un pacchetto
che, come un gettone, autorizza i terminali a comunicare. A questo punto, se la
periferica è pronta, risponde all’invito e da ciò deriva la vera e propria instaurazione
della transizione di dati tramite la procedura di handshaking.
I dispositivi USB possono essere di 2 Tipi: TERMINALI e HUB.
Gli HUB sono sostanzialmente dei multiplatori di segnali dotati di una porta di Upstream
verso l’host e di una o più porte di Downstream che possono essere indirizzate verso
altri hub o verso dispositivi periferici.
I Terminali sono i periferici che supportano lo standard connessi attraverso il
cablaggio.
Dal punto di vista elettrico il segnale USB è trasportato da cavi a 4 fili: la terra (GND),
due linee per il segnale ed un filo per il trasporto dell’alimentazione ai
dispositivi periferici, generalmente di valore 5 V rispetto a GND. Ricordiamo che lo
standard USB prevede la possibilità di alimentare piccole periferiche direttamente
dall’host.
Le prestazioni
Le nuove specifiche Hi-Speed USB 2.0 prevedono tre ampiezze di banda:
modalità Low-Speed (1,5 Mbps)
modalità Full-Speed (12 Mbps)
modalità High-Speed (480 Mbps)
Le prime due derivano direttamente dalle specifiche 1.1, mentre la terza è nuova.
Per garantire la compatibilità piena con il vecchio standard deve essere possibile far
coesistere sul canale comunicazioni a velocità diverse.
USB prevede un sistema di rilevazione degli errori a libello di bit con tecnica CRC (Cyclic
Redundancy Check) che garantisce protezione da errori su singolo o doppio bit: in caso
di errore viene richiesta la ritrasmissione del pacchetto fino a tre volte prima di passare
il controllo a livello software.
Dal punto di vista meccanico nulla è cambiato nei connettori rispetto allo standard 1.1.
Resta quindi la limitazione della lunghezza dei cavi che, fra due dispositivi, non può
essere maggiore di 5 metri.
FireWire - IEEE1394
Lo standard FireWire 1394 è stato inventato da APPLE e si è affermato in questi anni
come la connessione di riferimento per i dispositivi digitali (specie video camere)
dell’elettronica di consumo. In figura due tipi di connessioni 1394: Firewire e i-link
Caratteristiche:
•Cablaggi di dimensioni ridotte
•Non necessita di identificazione dei dispositivi connessi
•Supporta gli inserimenti a caldo (plug & play)
•E’ scalabile, supportando dispositivi con velocità di trasferimento differenti :S100
(100 Mbps), S200 (200 Mbps) e S400 (400 Mbps)
•L’evoluzione dello standard prevede velocità da 800 a 3200 Mbps
•Supporta collegamenti sia in catena che in parallelo
•Consente operazioni in modalità Peer to Peer, cioè non necessita della presenza
di un computer supervisore per il controllo dei flussi informativi.
•Fornisce banda garantita e assicura la consegna dei dati in tempo utile
(trasferimenti in Real Time)
Come funziona …
Cablaggi
Un cavetto FireWire è formato da 2 coppie schermate per il passaggio dei dati, più due
fili per le alimentazioni. Tali alimentazioni possono variare da 8 a 40 volts con corrente
fino a 1,5 A. In questo modo il cavo FireWire può essere l’unico cavo che collega due
dispositivi.
La versione del cavo priva di alimentazioni è detta i-Link (marchio Sony) ed è utilizzata
per alcuni componenti audio-video.
La lunghezza di un cavo FireWire può arrivare fino a 4,5 metri (tratte più lunghe
richiedono ripetitori), a tale distanza è dato il nome di hop e ve ne possono essere fino
a 16 fra due periferiche (tratta pari a 72 metri).
Modalità di funzionamento
FireWire può funzionare in modalità sia Asincrona che Isocrona.
La modalità asincrona è usata per piccoli e semplici trasferimenti di dati; essa non è
adatta per il trasferimento in real time.
La modalità Isocrona è a banda garantita e l’80% della banda di canale è riservata al
trasferimento con questa modalità. I nodi che desiderano comunicare richiedono una
prenotazione di banda proporzionale ai dati da inviare. Questa modalità è utilizzata per
l’audio/video.
DVI – Interfaccia video digitale
Perché un nuovo standard per il video?
La tecnologia VGA nasce nel 1987 e, nella sua prima versione,
gestisce una risoluzione massima di 640x480 pixel con profondità
di colore di 8 bit (256 colori). Nonostante la rapida evoluzione
dello standard abbia permesso di raggiungere risoluzioni di
2048x1536 pixel e colori a 32 bit (circa 4 miliardi di
combinazioni di colori), il limite della tecnologia sta nella
natura stessa del segnale che essa pilota, che è di tipo
ANALOGICO.
Nasce così l’esigenza di implementare un’interfaccia di
collegamento numerica a larga banda per collegare
dispositivi di riproduzione video digitale alla sorgente del
segnale.
Cos’è DVI ?
Lo standard DVI (Digital Visual Interface) è un’interfaccia seriale ad alta
velocità specificatamente progettata per il video che punta alla sostituzione
dell’interfaccia VGA.
DVI veicola dati in formato numerico rimovendo il dispendioso ed inutile
passaggio all’analogico; supporta risoluzioni fino a 2048x1536 punti con una banda
passante massima di 3,3 Gbit/sec, utilizzando un metodo di trasmissione denominato
TMDS (Transiting Minimized Differential Signaling) che garantisce una trasmissione più
efficiente sia su rame che su fibra ottica.
Prevede inoltre funzionalità di protezione contro le copie non autorizzate dei contenuti e
gestisce anche il segnale analogico per favorire una transizione omogenea dal vecchio al
nuovo standard.
La tecnologia DVI
In figura è riportato un collegamento DVI.
Per raggiungere una banda passante di 3,3
Gbit/s, indispensabile per supportare standard
ad alta definizione come ad es. HDTV (High
Definition
Tele
Vision),
DVI,
che
normalmente lavora con un solo link Tmds,
può attivare un secondo link che consente di
raggiungere risoluzioni più elevate (2048x1536
o maggiori) con profondità di colore di 32 bit.
Ogni link è in grado di trasmettere 1,65 Gbps e comprende tre canali di codifica
(RGB) Esso condivide il segnale di clock del trasmettitore, in questo modo la
banda può essere divisa fra i link. Il trasmettitore riceve in ingresso sia i dati
relativi all’immagine sia, durante il Blanking Time, alcuni segnali di controllo. Per
sapere se i dati da inviare sono relativi ai dati immagine o alle informazioni di
controllo si usa una variabile booleana detta DE (data enable).
Compatibilità e connettori
Per mantenere la compatibilità col passato i
dispositivi DVI possono supportare sia
un’interfaccia puramente numerica, sia
un’interfaccia ibrida analogico/digitale. Queste
due versioni sono denominate rispettivamente
Dvi-D (prima detto Dvi-V) e Dvi-I.
Le caratteristiche meccaniche dei connettori sono simili, ma mentre il sistema Dvi-D
prevede 24 piedini (di cui solo 12 attivi se viene utilizzato un solo link Tmds), la versione
Dvi-I presenta 4 pin aggiuntivi per veicolare il segnale RGB analogico. E’ poi presente
sul connettore anche la massa analogica.
Bluetooth
Cos’è Bluetooth?
Si tratta di uno standard per TLC a corto raggio fra dispositivi elettronici che si è posto
ormai da qualche anno l’obiettivo ambizioso di mandare in soffitta i cavi di connessione.
Gli attuali trend di sviluppo del mercato lasciano presagire che Wi-Fi diventerà lo
standard per le Wireless LAN, mentre Bluetooth diventerà il riferimento per la
creazione delle PAN (Personal Area Network). Un esempio di PAN è costituito ad
esempio dal gruppo Telefono cellulare Sony Ericsson T68i + auricolare dedicato.
Bluetooth è uno standard che, grazie al basso consumo, si adatta bene all’ambiente
cellulare, all’elettronica portatile (PDA e lap top) e alla gestione degli elettrodomestici.
Ciò che resta da fare è ridurre i costi di produzione:
solo così lo standard potrà diffondersi in modo capillare.
Tecnica usata in trasmissione
La frequenza portante assegnata allo standard appartiene alla banda ISM (Industrial,
Scientifical and Medical), non impiegata per comunicazioni a lungo raggio quali la
telefonia cellulare o i ponti radio.
Più precisamente si tratta della porzione di spettro che va dai 2,4 ai 2,48 GHz e che
consente una banda di 79 Mhz per la trasmissione Bluetooth. Il modello di trasmissione
scelto è di tipo Spread Spectrum (spettro espanso): i dati sono inviati non su di
un’unica frequenza, bensì distribuiti su più portanti al fine di ridurre le interferenze con
gli altri dispositivi operanti sullo stesso spettro.
La tecnica usata è poi quella dei salti di frequenza che garantisce discreta protezione
dagli errori ed ottima sicurezza nelle trasmissioni. I 79 MHz dello spettro disponibile
vengono suddivisi in 79 intervalli (canali) di 1 MHz ciascuno, mentre la sequenza binaria
dei dati viene suddivisa in pacchetti che vengono trasmessi su diversi canali, saltando da
una frequenza ad un’altra secondo uno schema prestabilito da un algoritmo
pseudocasuale e con una frequenza che può raggiungere i 1600 salti al secondo. La
perdita di un pacchetto di dati con può essere corretta, ma è possibile richiederne la
ritrasmissione.
Tecniche di trasmissione digitale
La trasmissione in banda base (tipica dei
modem) in cui il canale di trasmissione risulta
tutto occupato da una sola trasmissione.
La trasmissione in Banda Larga suddivide la
banda in più canali e trasmette su ciascun
canale una trasmissione mediante la traslazione
in frequenza.
La trasmissione a salto di frequenza
(frequency hopping) utilizza la canalizzazione
della banda per operare salti continui da un
canale all’altro al fine di rendere la trasmissione
immune da disturbi e non decodificabile da parte
di altri ricevitori eventualmente presenti.
La trasmissione a sequenza diretta (direct sequence) è simile alla precedente, ma
qui i canali vengono utilizzati secondo un ordine fisso e noto, di solito in sequenza. E’
ovviamente meno sicura della trasmissione a salto.
Wireless LAN
Si tratta di reti locali senza fili, in cui i cablaggi sono sostituiti
da apparecchi ricetrasmittenti che inviano e ricevono pacchetti di
dati a corto raggio utilizzando tecniche di trasferimento protetto
delle informazioni. La Wireless Lan in breve sostituisce gli ultimi
metri del cavo Ethernet tra il portatile e la presa a muro.
I componenti principali di una Wireless Lan sono due:
•I punti di accesso (AP, Access Point)
•Le schede PC card da inserire negli appositi slot di espansione dei
portatili
Entrambi agiscono sia da trasmettitori che da ricevitori sulla banda radio ISM posta a
2,4 GHz (come Bluetooth), con raggi di azione compresi fra 25 e 100 metri.
Altre caratteristiche
Come già accennato nel paragrafo precedente è stato lo standard 802.11b (Wi-Fi) a
decretare il successo commerciale delle reti WL: esso prevede un transfer rate di 11
Mbit al secondo con installazione e configurazione semplici. Esiste un secondo
protocollo (802.11g) commercializzato da qualche mese che prevede un transfer rate a
22 Mbit/s e cifratura WEP fino a 256 bit.
Anche i prezzi sono andati scendendo nel corso dei mesi ed ora un AP costa meno di
150€, mentre una scheda non supera gli 70€.
Inoltre i più recenti computer portatili (es. molti Intel Centrino) integrano al loro interno
(ai lati del display) l’antenna di trasmissione/ricezione e la scheda 802.11b/g, in questo
modo si rende più robusto il sistema e soprattutto si libera uno slot di espansione.
Il futuro delle Wireless Lan sembra indirizzato verso una migrazione sulla banda dei 5
GHz, come lasciano intravedere recenti accordi commerciali e di collaborazione siglati da
Intel, Compaq e Microsoft.
Troverai informazioni ulteriori e approfondimenti nel folder “tp-LAN su cavo e Wireless 05” di Tutorial PC
