Datendurchsatz und Leistung von USB 2.0/3.0 und Firewire in Theorie und Praxis
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| Name des Autors / der Autoren: | Torsten Büning |
| Titel der Arbeit: | "Bearbeiten von Datendurchsatz und Leistung von USB 2.0/3.0 und FireWire in Theorie und Praxis" |
| Hochschule und Studienort: | FOM Essen |
Inhaltsverzeichnis |
1 Einführung in die Seminararbeit
1.1 Problemstellung
Diese Seminararbeit beschäftigt sich mit den unterschiedlichen Datendurchsatzraten und den Leistungspotenzialen von USB 2.0 / 3.0 und FireWire sowohl in der Theorie, als auch in der Praxis.
1.2 Aufbau der Arbeit
Zu Beginn werden Grundlagen vermittelt. Hierzu zählt die Definition der in der Seminararbeit verwendeten Begriffen, so wie eine kurze Einführung in die geschichtliche Entwicklung der unterschiedlichen Techniken. Des Weiteren gehen werden die unterschiedlichen Anschlussarten in Theorie und Praxis ausführlich analysiert. Die für die Analyse benötigten Ergebnisse werden durch Datendurchsatzstest ermittelt. Diese wiederum bilden die Basis für eine anschließende Auswertung. Nachfolgend werden die spezifischen Vorteile und Nachteile der jeweiligen Technologie vorgestellt. Im Anschluss werden die Analogien und Divergenzen dargelegt. Zu Schluss werden im Fazit die erworbenen Erkenntnisse formuliert.
1.3 Abgrenzung des Themengebietes
In der Seminararbeit werden in der Theorie USB 2.0 / 3.0 und die gängigen FireWire Arten 400 und 800 behandelt. Auf Anschlusstechnologien, die zu diesen beiden Techniken zählen, jedoch veraltet oder noch nicht am Markt zu finden sind, wird falls erwähnenswert, in dieser Arbeit kurz eingegangen. Der praktische Teil beschränkt sich auf den Test von USB 2.0, FireWire 400 und FireWire 800. Eine Ermittlung der Geschwindigkeit für USB 3.0, ist auf Grund von am Markt nicht zur Verfügung stehender Hardware, nicht möglich.
1.4 Zielsetzung
Das Ziel dieser Seminararbeit ist es, die oben genannten Bussysteme in Theorie und Praxis zu vergleichen. Dies geschieht in Hinblick auf das Leistungspotenzial, Datenraten und das Anwendungsgebiet.
2 Grundlagen
Dieser Teil der Seminararbeit beinhaltet Definitionen und eine kurze Zusammenfassung der geschichtlichen Entwicklung von USB und FireWire.
2.1 Definition von Begriffen
In diesem Kapitel werden ausschließlich Begriffe erklärt, die in der Seminararbeit verwendet wurden.
- Peripherie
"Peripheriegeräte sind alle an die CPU angeschlossenen Ein- und Ausgabegeräte, externer Speicher und sonstige Datenendeinrichtungen die ganz oder zeitweise online mit der Datenverarbeitungsanlage verbunden sind.
Heute wird oftmals auch der Begriff Zubehör genutzt, obwohl dieser Begriff sachlich nicht korrekt ist. Damit es keine Probleme gibt sind hier auch Zubehörteile aufgelistet. Üblicherweise versteht man unter dem Sammelbegriff Peripherie Geräte die extern an den Rechner angeschlossen werden."[1]
- Peer-to-Peer
"Peer-to-Peer Netzwerke (Kurzform P2P) sind Netzwerksysteme ohne zentrale Zugriffskontrolle, in denen alle Rechner gleichberechtigt agieren. Eine Datenverbindung besteht dabei immer direkt von einem Teilnehmer zum anderen, ohne Zwischenschaltung eines Netzwerk-Servers. Beispiel:
Kopplung zweier PCs, um Daten zu kopieren oder abzugleichen. Beliebtes Einsatzgebiet sind auch Tauschbörsen (wie eDonkey, Morpheus oder KaZaA) für Musik und Videos, sehr zum Ärgernis der Musik- und Filmindustrie.l." [2]
- Datendurchsatzrate
"Eine Größe, welche die Anzahl an verarbeiteten oder übertragenen Daten in einer bestimmten Zeitspanne (Bit/s) beschreibt. Sie ist ein Maß für die Leistung eines Netzes. Der Datendurchsatz eines Netzes ist von vielen Einflussgrößen abhängig, u.a:"
- verwendete Hardware
- Umfang der Protokoll Stacks (Software)
- Zugriffsverfahren
- Verkabelungsart, Netzbelastung
- Topologie u.v.a.m
- verwendete Hardware
- Performance
"Könnte man mit "Leistungsfähigkeit" übersetzen. Die "Performance" eines PC hängt zunächst von der Taktgeschwindigkeit des Prozessors ab. Je mehr Operationen innerhalb einer bestimmten Zeit durchgeführt werden können, desto zügiger läuft auch die Anwendung. Natürlich sind andere Komponenten wie Bussystem, Festplatte oder Grafikkarte auch mitentscheidend. Zwischen der objektiv messbaren Performance und der empfundenen Leistung eines Rechners muss kein direkter Zusammenhang bestehen. Wer lange Zeit mit einem Modem "online" und dabei eigentlich zufrieden war, könnte sehr frustiert sein, wenn er z.B. bei einem Bekannten einmal zig-fach schnellere, "performantere" DSL-Verbindung selbst erlebt hat."[2]
- Liestungsmerkmal
"Leistungsmerkmale sind Funktionalitäten von Endgeräten und Telekommunikationseinrichtungen. Sie bieten Zusatzfunktionen an, die dienstunabhängig sein können oder auf Dienstmerkmalen aufbauen. Beim Telefon sind Freisprechen, Wahlwiederholung, automatischer Rückruf, Anrufweiterleitung und Blockwahl Beispiele für Leistungsmerkmale."[4]
- Hot-Plug
"Bei Hot-Plug-fähigen ("hot-pluggable") Systemen können während des Betriebs Komponenten an- und abstöpselt werden. Ein Beispiel wäre die serielle FireWire-Schnittstelle für die unterschiedlichsten Peripheriegeräte."[5]
- Plug anf Play
"Englisch für "einstecken und loslegen". Produkte mit Plug&Play-Eigenschaften funktionieren direkt nach Anschluss an das Stromnetz bzw. nach dem Einstecken bzw. Anschließen an einen PC. Mühsames Initialisieren oder Konfigurieren, z.B. von PC-Erweiterungskarten oder Geräten mit USB-Schnittstelle, entfällt bzw. erfolgt automatisch. Sollte es nicht klappen, spricht man auch von "Plug&Pray", also "einbauen und beten". [2]
2.2 Geschichtliche Entwicklung
In diesem Teil der Seminararbeit wird die geschichtlichen Entwicklung der unterschiedlichen Technologien in kürze zusammengefasst.
2.2.1 USB
USB (Universal Serial Bus) wird zur Anbindung von externen Geräten an den Computer genutzt. Dies wird über einen Hot-Plug fähigen seriellen Bus realisiert. Geräte und deren Eigenschaften werden automatisch vom jeweiligen Betriebssystem erkannt. In den meisten Fällen sind die zum Betrieb des Gerätes benötigten Treiber dem Betriebssystem bereits bekannt.
USB wurde von Intel in Zusammenarbeit mit anderen Firmen entwickelt. Ziel war es bestehende Schnittstellen für Peripheriegeräte abzulösen und zu vereinheitlichen. 1995 wurde der Standard USB 1.0 mit einer Datendurchsatzrate von theoretisch bis zu 12 MBit/s eingeführt. Diese Schnittstelle war für den Anschluss von Geräten wie Maus, Tastatur und ähnliche konzipiert, jedoch nicht für den Austausch von großen Datenmengen.
Der USB Standard 2.0 sollte ermöglichen, dass Daten in einer akzeptablen Geschwinigkeit auf externe Datenträge, zum Beispiel USB Stick, externe Festplatten oder ähnliches übertragen werden können. Mit dem Standard USB 2.0 sind theoretische Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 480 MBit/s pro Sekunde möglich. [1]
1996 kam das erste Mainboard mit USB Schnittstelle auf dem Markt. Auf Grund der fehlenden Unterstützung von Windows 95 und Windows NT, sowie der geringen Anzahl am Markt verfügbarer USB Geräte ging die Einführung des neuen Standrads nur sehr schleppend voran. Den Durchbruch schaffte1998 der Nachfolger USB 1.1 und 2000 schließlich USB 2.0. Diese boten eine Fülle an Peripherie Geräten.
2008 wurde der neue Standard USB3.0 vorgestellt. Dieser soll in Zukunft eine Geschwindigkeit von bis zu 5000 MBit/s erreichen.
Heute sind Rechner ohne USB Anschlüsse im Alltag, auf Grund der Vielzahl an USB Peripheriegeräten, nur noch sehr selten zu finden. Moderne Rechner bieten von haus aus eine große Anzahl an USB Anschlüssen. Die Zielgruppe für USB Geräte, ist auf Grund der Vielfalt und der Anzahl am Markt verfügbaren Geräten breit gefächert. Diese reicht vom Heimanwender bis hin zum professionellen Computernutzer. Viele Geräte können heute per USB mit dem Rechner verbunden werden, von der einfachen USB Maus bis hin zur hochwerten Fotokamera.
[6][7][8][9][10]
2.2.2 FireWire
Der Standard FireWire, bedeutet frei übersetzt „FeuerDraht“. Diese Technik war kurz nach der Einführung nur bei Macintosch Computern zu finden. Heute ist dies bei einigen modernen Computern Standard. Dieser wird auch als IEEE-1394 oder i.Link bezeichnet.
Verwendet wird diese Art der Anbindung für Speicher, Multimedia- oder andere Peripheriegeräte. Diese Technologie ermöglicht es, dass mehrere Geräte in Reihe hintereinander geschaltet werden, zwischen den Geräten muss eine Peer-to-Peer Verbindung etabliert werden. Fast alle über FireWire anschließbaren Geräten werden automatisch vom Betriebssystem erkannt. Somit ist in den meisten Fällen keine manuelle Installation von Treibern mehr nötig.
1986 wurde mit der Entwicklung dieser Anschlusstechnologie begonnen. Erst im Jahr 1995 wurde der Standard „FireWire“ in seiner Ursprünglichen Form verabschiedet. Eine Überarbeitung wurde im Jahr 2002 vorgenommen.Im Rahmen dieser Überarbeitung wurden die Übertragungsgeschwindigkeiten erhöht und Fehler, die im Ursprünglichen Standard vorhanden waren, beseitigt.
In der ursprünglichen Version gab es unterschiedliche Geschwindigkeiten S100, S200 und S400. Die Datenübertragung erfolge über sechspolige Stecker. Der aktuelle Standard, der im Jahr 2002 verabschiedet wurde, beinhaltet die Geschwindigleiten S800, S1600 und S3200., die über die neuentwickelten neunpoligen Stecker abgebildet wird.
Moderne Rechner bieten meist einen FireWire 400 oder FireWire 800 Port. Am häufigsten Anzutreffen ist diese Technik jedoch bei Rechnern der Firma Apple und im professionellen Bereich. Häufig werden FireWire Anschlüsse verwendet im Mediensektor verwendet. Hier dienen diese meist zur Übertragung von digitalen Fotodate, Videodaten oder zur Sicherung auf externen Medien.
[7][11][12][13]
3 Datendurchsatz
In diesem Abschnitt werden sowohl die theoretischen, als auch die praktisch zu erreichenden Datendurchsatzraten dargestellt oder ermittelt.
3.1 Theoretisch
Im theoretische Teil des Kapitels Datendurchsatz werden die vom Hersteller angegebenen Geschwindigkeiten beider Technologien dargestellt.
3.1.1 USB
Die Technologie USB kann in drei unterschiedliche Geschwindigkeitsstufen unterteilt werden. Diese spiegeln jeweils den Entwicklungsstand von USB wieder (siehe USB). Die theoretisch zu erzielenden Geschwindigkeiten entnehmen Sie bitte der nachfolgenden Tabelle.
Tabellarische Übersicht theoretische UBS Geschwindigkeiten:
| Standrad | Bandbreite | Speed |
|---|---|---|
| USB1.0 / USB1.1 | 1,5MBit/s | Low |
| USB1.0 / USB1.1 | 12,0MBit/s | Full |
| USB2.0 | 480,0MBit/s | Hi |
| USB3.0 | 5000,0MBit/s | Super |
USB Übertragungsgeschwindigkeiten:
Die grafische Auswertung der Tabelle verdeutlicht die starken Geschwindigkeitsunterschiede zwischen den einzelnen USB Standards. Die Entwicklung findet nicht kontinuierlich, sondern sehr sprunghaft statt.
3.1.2 FireWire
Die Festlegung der FireWire Standrads fand in zwei Schritten statt. Diese Technologie kann in sechs unterschiedliche Geschwindigkeitsstufen eingeteilt werden. Genauere geschichtliche Daten entnehmen Sie bitte Kapitel 2.2.2. (siehe FireWire). Nachfolgend erhalten Sie Informationen über die theoretisch zu erreichenden Bandbreiten.
Tabellarische Übersicht theoretische FireWire Geschwindigkeiten:
| Standrad | Bandbreite |
|---|---|
| S100 | 100,0MBit/s |
| S200 | 200,0MBit/s |
| S400 | 400,0MBit/s |
| S800 | 800,0MBit/s |
| S1600 | 1600,0MBit/s |
| S3200 | 3200,0MBit/s |
FireWire Übertragungsgeschwindigkeiten:
Die Entwicklung der Bandbreite der FireWire Technologie ist im Gegensatz zu USB kontinuierlich und nicht sprunghaft. Dies verdeutlicht die grafische Auswertung.
3.2 Praktisch
Im praktischen Teil der Seminararbeit werden die Geschwindigkeiten von USB 2.0, FireWire 400 und FireWire 800 ermittelt.
3.2.1 Testaufbau
Ein MAC PRO wird in der Testumgebung als Rechner eingesetzt. Als externer Datenträger dient die Festplatte „UltraMax Desktop“ der Firma Iomega mit 1 Terra Byte Speicher. Diese Festplatte kann sowohl über USB 2.0, FireWire 400 und FireWire 800 angeschlossen werden. Zur Verbindung des Rechners mit der Festplatte wurden die bei der Festplatte beiliegenden Kabel verwendet.Nähere technische Daten über den eingesetzten Rechner, als auch über die Festplatte, finden Sie unter den folgenden Links.
Rechner:
Festplatte:
- Abbild externe Festplatte [16]
- Festplatteninformationen MAC OS
- Festplatteninformationen des Herstellers 1[17]
- Festplatteninformationen des Herstellers 2[17]
- Festplatteninformationen des Herstellers 3[17]
- Festplatteninformationen des Herstellers 4[17]
Die praktische Ermittlung der Übertragungsgeschwindigkeit erfolgt unter zu Hilfenahme des Programms MBBech. Diese Programm wird von der Internetseite heise.de wie folgt beschrieben:
„MBBench: Zeigt die Geschwindigkeiten der Festplatte sowie aller Aufnahmegeräte an; für letztere werden die Geschwindigkeiten mit dem "Burn Test" ermittelt, der einen Brennprozess auf CD oder DVD (nur DVD-R) simuliert beziehungsweise die Übertragungsrate von Festplatte auf das gewählte Gerät misst; unterstützt alle Geräte, die mit iTunes kompatibel sind“[18]
3.2.2 Testablauf
Zu Beginn des Test wird die externe Platte mit dem jeweils zu testenden Rechneranschluss verbunden, danach wird das Programm MBBench gestartet und mit der Aufzeichnung begonnen. Es werden 2 aufeinander folgende Kopiervorgänge vorgenommen.
Zur Sicherheit werden jeweils zwei unterschiedliche Kopiervorgänge durchgeführt. Beim ersten Kopiervorgang wird eine Datei von 4,0 GB Gesamtgröße auf die externe Platte kopiert. Kopiervorgang zwei beinhaltet mehrere Ordner,Unterordner und Dateien mit unterschiedlicher Größe. Zusammen ergeben diese ebenfalls den Speicherwert 4,0 GB. Hierbei handelt es sich um 250 Objekte, die auf 45 Ordner verteilt sind.
Die Ermittlung des Datendurchsatz erfolgt in MB/s. Um einen repräsentativen Durchschnittswert zu erhalten wurde jeder Kopiervorgang zehn mal unter den gleichen Bedingungen durchgeführt. Die einzelnen Messpunkte werden anschließend addiert und durch deren Anzahl dividiert. Zum Abschluss werden die Ergebnisse der einzelnen gleichartigen Kopiervorgänge addiert und durch die Anzahl der Kopiervorgänge dividiert. Diese Vorgehensweise soll ein verfälschen des Ergebnisses durch außergewöhnliche Ereignisse verhindern. So werden zum Beispiel starke Schwankungen bei der Übertragung relativieren.
Die angefügten Bilder der Kopiervorgänge sind exemplarisch.
3.2.3 Testergebnisse
Nach Auswertung der ermittelten Testergebnisse ergeben sich für die jeweiligen Anschlussarten, beim kopieren einer Datei 4GB, die folgenden sich dem Durchschnittswert annähernden Ergebnisse:
USB2.0 liefert in diesem Test das schlechteste Ergebnis der drei getesteten Anschlussarten. Im Mittel wurde bei der Übertragung per USB2.0 ein Wert von 28,5 MB/s erreicht. Im Vergleich zu den beiden anderen Übertragungstechniken kann eine deutliche Performanceeinbusse festgestellt werden.
USB2.0 Kopiervorgang 1
FireWire 400 bietet mit einer ∅ Bandbreite von 34 MB/s eine 18% schnelle Übertragungsmöglichkeit als USB2.0. Dies kann am unterschiedlichen Grundkonzept der beiden Techniken festgemacht werden, welche Sie dem Kapitel 4 (siehe Leistungsspektrum) entnehmen können.
FireWire400 Kopiervorgang 1
Die schnellste der getesteten Übertragungswerte ist FireWire 800. Diese Technik mit meiner Bandbreite von ∅ 52,5 MB/s besitzt 84% größere Bandbreite als USB2.0. Im Vergleich mit FireWire 400 ist diese Art der Datenübermittelung um 54% schneller.
FireWire800 Kopiervorgang 1
Je größer die erzielte Datenbandbreite desto geringer die aufzuwendende Zeit eines Kopiervorganges für die gleiche Datenmenge und Anzahl.
Die Ermittelung der druchschnittlichen Datenrate für das Kopieren mehrer unterschiedlich großer Dateien mit einer Gesamtgröße von 4GB führte zu folgendem Ergebnis:
Die Übertragungstechnik USB2.0 hat eine durchschnittliche Datendruchsatzrate von 24,3 MB/s erreicht. Im Vergleich du den beiden anderen Techniken wird deutlich wie stark USB2.0 bei diesem Kopiervorgang benachteiligt ist.
USB2.0 Kopiervorgang 2
FireWire400 bietet mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 30,0 MB/s eine um 19% bessere Performance als USB2.0.
FireWire400 Kopiervorgang 2
Das beste Ergebnis wurde mit der Technik FireWire800 erreicht. Diese leiferte eine Bandbreite von durchschnittlich 49,2 MB/s. Die Datenübertragung ist im Gegensatz zu USB2.0 um fast 51% und gegenüber FireWire400 um 39% schneller.
FireWire800 Kopiervorgang 2
Bei allen dargestellten Anschlussarten sinkt die Bandbreite der Übertragung, wenn eine Große Menge an kleineren Daten kopiert werden muss. Dies verursacht einen sogenannten Overhead. Dieser beinhaltet das anlegen der Datei, das kopieren der enthaltenen Informationen und das prüfen der kopierten Datei auf Korrektheit. Bei diesem Vorgang werden die Hashwerte der beiden Dateien auf Gleichheit überprüft.
Die grafische Gegenüberstellung der Ergebnisse beider Kopiervorgänge verdeutlicht, dass bei FireWire der Performanceverlust beim Schreiben mehreren kleiner Dateien das Ergebnis nicht so stark beeinflusst, wie USB2.0.
Die FireWire Technologie weist einen Abfall der Bandbreite um 12% bei FireWire400 und um 6% bei FireWire800 auf. USB2.0 verliert bei dem gleichen Kopiervorgang 15% an Bandbreite im Vergleich zum Ergebnis des Testes 1, das mit dem Kopieren nur einer großen Datei erzielt worden ist.
4 Leistungsspektrum
In diesem Kapitel der Seminararbeit werden die Vorteile und Nachteile der jeweiligen Technik näher beschrieben. Die Beschreibung diese Charakteristika beschränkt sich auf die speziellen Vorteile und Nachteile der jeweiligen Technik. Übereinstimmende Merkmale werden in den folgenden Kapiteln beschrieben.
4.1 USB
Der größte Vorteil den USB gegenüber FireWire bietet, ist die Vielfalt an auf dem Markt vorhandenen Peripheriegeräten. Beispiele für diese Vielfalt sind Mäuse, Tastaturen, Fotokameras, Massenspeicher oder Scherzartikel wie zum Beispiel ein beleuchteter Tannenbaum. Nicht nur die Palette an zur Verfügung stehenden Geräten ist groß, USB zeichnet sich auch durch eine Große Produktvielfalt aus.[19][20][21]
Dem Vorteil gegenüber, stehen aber auch einige Nachteile. Die Geringe Datendurchsatzrate von USB kann das Kopieren oder Verschieben von großen Datenmengen auf entsprechende Endgeräte zu einem zeitaufwendigen Vorgang werden lassen. Nach dem heutigen Stand der Speichertechnik sind Datenträger mit einer Größe > 1TB keine Seltenheit mehr.[14]
4.2 FireWire
Die Übertragungsgeschwindigkeit von FireWire ist der größte Vorteil gegenüber anderen am Markt verfügbaren Übertragungstechniken wie zum Beispiel USB. Die hohe und konstante Geschwindigkeit ermöglicht es auch größere Datenmengen in einem vergleichbar kurzen Zeitraum auf externe Medien zu übertragen. [22]
Ein weiterer Vorteil dieser Technologie ist die Möglichkeit einer Ringbildung. Diese ermöglicht dem FireWire Geräten eine geordnetere Kommunikation. Im Gegensatz besitzt USB eine Baumstruktur, jedes angeschlossene Gerät hat theoretisch die Möglichkeit, einen USB-Anschluss in mehrere aufzuteilen. Dies kann jedoch zu einer Verschlechterung der Datenrate führen.[23]
Der Größte Nachteil der FireWire Technologie ist, im Vergleich mit anderen Techniken, wie zum Beispiel USB, der höhere Anschaffungswert. Beim Erwerb von Geräten mit vergleichbaren technischen Merkmalen, sind meist die mit FireWire ausgestatteten Geräte teuerer. Ebenso ist das am Markt angebotene Produktportfolio von FireWire Komponenten meist kleiner und nicht so stark ausgeprägt wie bei USB. [19][20]
5 Analogien der Techniken
Dieses Kapitel der Seminararbeit zeigt Parallelen zwischen FireWire und USB auf.
Beide Techniken, sowohl USB als auch FireWire, stellen den angeschlossenen Geräten Strom über den Port zur Verfügung. Ein USB Port stellt in der Regel 5V und 500mA an Strom für ein angeschlossenes Endgerät bereit. Bei Peripheriegeräten mit hohem Strombedarf müssen externe Stromquellen zur Hilfe genommen werden. Diese werden häufig für den Betrieb von 3,5" Festplatten oder externen Laufwerken, zum Beispiel DVD-Brennern, verwendet.[24]
Bei der FireWire Technologie werden zwei Pole des Stecker genutzt um Strom an das Endgerät zu übertragen. Im Gegensatz zu USB ist die Stärkte des abgegebenen Stromes jedoch deutlich höher. FireWire stellt 8-40V und 1500mA den angeschlossenen Endgerät zur Verfügung. Dies ist im Gegensatz zu USB eine deutliche Steigerung, und ermöglicht es FireWire Stromintensivere Geräte auch ohne die Verwendung von externen Stromquellen zu betreiben.[11]
Ein weitere Gemeinsamkeit ist die Hot-Plug Fähigkeit. Bei beiden Technologien ist es möglich, Geräte im laufenden Betrieb an den Rechner anzuschließen oder zu trennen. Dies ist möglich ohne das Programme, den Dienst oder den Rechner neu zu starten. So besteht bietet die Möglichkeit zwischen verschiednen Peripheriegeräten zu wechseln ohne große Wartezeiten inkauf nehmen zu müssen.[25][11]
FireWire wie auch USB sind in der Lage, über ein Port mehrere Geräte anzusteuern. Die Technik die die hierzu verwendet wird, ist jedoch grundlegend verschieden.
Bei USB handelt es sich um eine Baumstruktur, bei FireWire ist es eine Ringarchitektur. Mehrere dieser unterschiedlichen Ansätzen finden Sie im Kapitel 6 (siehe Divergenz der Techniken).
6 Divergenz der Techniken
Dieses Kapitel der Seminararbeit befasst sich mit den Unterschieden der beiden zugrundeliegenden Technologien.
Ein Unterschied der beiden Technologien besteht im Umgang mit sendeberechtigten Geräten. USB nutzt hierzu das Round-Robin-Verfahren. Dieses spricht jedem Gerät (Prozess) ein kurzes Zeitfenster, auch Zeitschlitz genannt, zu. Innerhalb dieses Zeitschlitzes ist das Gerät berechtigt, Daten an die Controller zu senden. Der Controller steuert die Vergabe dieser Zeitschlitze und verarbeitet die empfangenen Daten. Da diese steuernde Inteligentz nicht bei den USB Geräte vorhanden ist, wird zum Betrieb dieser Geräte zwinged eine Steuereinhaeit (Rechner) benötigt.[26][27]
Round-Robin-Verfahren:
FireWire setzt im Gegensatz zum Round-Robin-Verfahren auf die Verwendung eines Peer-to-Peer Netzwerkes. Grundlage der Peer-to-Peer Technologie ist das Prinzip der Gleichstellung aller Geräte untereinander. Die Inteligenz der Peer-to-Peer Technologie ist, wie vorhergehende beschrieben, auf einem zentralen Controller zu finden. Bei FireWire liegt die Inteligenz im Netzwerk selbst, der sendende Knoten (Gerät) wird zum BOOS (Root Node) erklärt. Dieser steuert die Kommunikation der Knoten. Sendewillige Knoten schicken dem BOOS über einen freien Rückkanal einen Request. Der BOOS entscheidet welcher Knoten, nach Abschluss der Übertragung, das Senderecht erhält, und teilt dies allen andern Knoten in Netzwerk mit. Auf Grund dieser Vorgehensweise ist es möglich zwei oder mehrere FireWire Geräte zu verbinden ohne einen Rechner zu nutzen.[28]
Peer-to-Peer Verfahren:
Diese Strucktur wird aktualisiert und die ID`s der Knoten werden neuvergeben wenn Knoten dem Netzwerk hinzugefügt oder entfernt werden.[28]
Beide Technologien ermöglichen den Anschluss von mehreren Geräten an ein Port. USB erlaubt bis zu fünf Ebenen bei USB1.1 und bis zu sieben Ebenen bei USB2.0 inkulsive des Root-Hub.
Als Root-Hub wird der USB Anschluss am Rechner bezeichnet. Die letzte Ebene muss von einem Endgerät, zum Beispiel einer Maus oder Festplatte, belegt sein.
Maximal können 127 Geräte pro USB Anschluss angeschloßen werden.[29]
Logischer Aufbau von UAB:
Physikalischer Aufbau von USB:
Fire Wire bietet die Möglichkeit bei FireWire400 bis zu 63 Geräte und bei FireWire800 bis zu 1023 Geräte an einem Controller anzuschließen. Ein Controller kann mehr als einen FireWire Anschluss besitzen. Beschränkt wird die Anzahl der Clients durch die zu Verfügung stehenden Adressen. Der Adressraum für FireWire400 ist auf 6Bit und bei FireWire800 auf 10Bit festgelegt. [11][30]
7 Fazit
Ziel dieses Kapitels ist es, die während der Seminararbeit gewonnenen Ergebnisse zusammenzufassen und zu bewerten, eine begründete Stellungnahme zu formulieren und mit Erkenntnissen zu stützen. Es ist nicht möglichlich alle Punkte aufzugreifen, deshalb wird versucht die Auswahl auf praxisrelevante Punkte oder stark von einnander abweichenden Punkte zu beschränken.
Beim Einsatz von Technologien zeigen sich oft große Unterschiede zwischenTheorie und Praxis. Eigenschaften einer Technologie erscheinen in der Theorie oftmals nützlich und wirken beeindruckend. In der Praxis stellt sich oftmals heraus das die ermittelten Werte nicht erreicht werden können, oder Eigenschaften nicht zum tragen kommen.
Ein großer Unterschied besteht zwischen theoretischen Bandbreiten und der in der Praxis ermittelten Bandbreiten. Diese können um mehr als 50% von einander abweichen. Um dies zu veranschaulichen wurden nachfolgend die in der Praxis ermittelten Werte mit den Angaben der Hersteller verglichen (siehe Datendurchsatz).
Die grafische Gegenüberstellung der Werte verdeutlicht die großen Unterschiede zwischen Theorie (grün) und der Praxis (blau). Das folgende Balkendiagramm zeigt den Unterschied in Prozent an. Die prozentuale Abweichung wird durch die Formel: "1 - Theorie / Praxis = Abweichung in %" ermittelt.
Die Abweichung ist mit 52,5% bei USB2.0 am größten. Dieser ist zum Teil der zu grundeliegenden Technik geschuldet. Der Controller verwaltet alle angeschlossenen Geräte und befragt diese in regelmäßigen Zeitabständen nach ihrem aktuellen Status. Bei der FirWire-Technologie hingegen liegt die Intelligenz bei den Geräten selbst. Dies führt zu einer geringeren Prozentualenabweichung von Theorie und Praxis. Bei FireWire fällt diese mit 32-47,5%, im Vergleich mit USB teilweise deutlich geringer aus. Nähere Informationen zum technischen Hintergrund erhalten Sie im Kapiel 6.
FireWire ist trotz der Abweichungen von > 30% näher an den in er Praxis zu erzielenden Werte, als UBS mit einer Abweichung > 50%. Auf Grund dieser Tatsache und der höheren Übertragsgeschwindigkeit, sehe ich in diesem Punkt FireWire im Vorteil
Der Anschluss von mehreren Geräten an einen Port ist in der Praxis durchaus üblich (siehe Analogien der Techniken). Oft reichen bei älternen Rechner die Anzahl der USB Ports nicht aus. Diese müssen dann mit Hilfe eines extern Hub´s erhöht werden. Dies ist nötig da die Anzahl an USB fähigen Geräten, die im Alltag verwendet werden, in den letzten Jahren stark gestiegen ist. Moderne Rechner verfügen über ca. acht USB Port. Die Anzahl kann sowohl nach oben als auch nach unten abweichen.[31][32]
600px|USB Anschlüsse Opiplex780 [31]
Es besteht die Möglichkeit 127 Geräte bei USB, 63 Geräte bei FireWire400 und bis zu 1023 Geräte bei FireWire800 anzuschließen (siehe Divergenz der Techniken).
Ich nehme an, das diese Größenordnung in der Praxis kaum oder gar nicht erreicht werden. Nach meiner Meinung kann dieser Punkt bei der Entscheidungsfindung vernachlässigt werden.
Auf Grund der in der Seminararbeit dargestellten Erkenntnisse würde ich für leistungsintensive Prozesse, falls möglich, zum jetzigen Zeitpunkt zu einem per FireFire verbundenen Gerät greifen. Schwankungen, die bei USB entstehen können, wenn mehrere Geräte an einem Root-Hub angeschlossen sind, gibt es bei FireWire nicht. Die Bandbreite des Datenstrom´s ist im Vergleich mit USB weit aus konstanter. Dies begünstigt die Ermittlung des zu erwartenden zeitlichen Aufwandes für einen Kopiervorgang. Weiterhin ist es möglich, zum Beispiel bei der Übertragung von Live Bildern, sicherzustellen, dass die benötigte Bildwiederholungsfrequenz eingehalten werden kann.
Für nicht zeitkritische oder performancearme Prozesse würde ich USB Geräte bevorzugen. USB bietet weiterhin eine größere Produktauswahl und ist preislich attraktiver. Im Moment ist es nicht möglich einen Speicherstick, der vergleichbar mit einem USB-Stick ist, zu erwerben der via FireWire angeschlossen ist. Günstige Werbegeschenke oder Scherzartikel, wie zum Beispiel leuchtende Tannenbäume oder Kaffeewärmer, die immer öfters verschenkt oder erworben werden, sind über den im Vergleich zu FireWire günstigeren USB Port angeschlossen.
8 Fussnoten
- ↑ http://www.hardwaregrundlagen.de/oben07.htm
- ↑ 2,0 2,1 2,2 http://www.www-kurs.de/gloss_p.htm
- ↑ http://www.it-administrator.de/lexikon/datendurchsatz.html
- ↑ http://www.it-administrator.de/lexikon/leistungsmerkmal.html
- ↑ http://www.www-kurs.de/gloss_h.htm
- ↑ Vgl. http://www.intel.com/technology/usb/
- ↑ 7,0 7,1 Vgl. USB und FireWire - Funktionalitäten und Anwendungen, 1. Auflage, GRIN Verlag, Seite 3 ff
- ↑ Vgl. IT-Systemkaufmann/-frau Informatikkaufmann/-frau, 3. Auflage, Westermann Schulbuchverlag, Seite 124
- ↑ Vgl. http://www.tecchannel.de/storage/komponenten/401533/usb_20_highspeed_mit_480_mbit_s/index.html
- ↑ 10,0 10,1 Vgl. http://www.allround-pc.com/news/hardware/2008/november/usb-30-kommt-2009-mit-48-gbits-angerast
- ↑ 11,0 11,1 11,2 11,3 11,4 Vgl. http://www.firewire-infos.de/
- ↑ Vgl. http://developer.apple.com/hardwaredrivers/
- ↑ http://www.heise.de/newsticker/meldung/FireWire-S3200-mit-3-2-GBit-s-Update-171179.html
- ↑ 14,0 14,1 Vgl. USB 2.0 Handbuch für Entwickler, 3. Auflage, Readline GmbH, Seite 22
- ↑ http://ontechnology.files.wordpress.com/2008/05/macpro_hero.jpg
- ↑ http://ecx.images-amazon.com/images/I/51sq4SQAnbL.jpg
- ↑ 17,0 17,1 17,2 17,3 https://iomega-eu-de.custhelp.com/cgi-bin/iomega_eu_de.cfg/php/enduser/std_adp.php?p_faqid=19633
- ↑ http://www.heise.de/software/download/mbbench/51347
- ↑ 19,0 19,1 http://www.cyberport.de/
- ↑ 20,0 20,1 http://www.alternate.de/html/index.html
- ↑ Vgl. http://www.goldmann.de/usb-grundlagen_tipp_58.html
- ↑ Vgl. PC-Werkstatt II, Markt+Technik Verlag, Seite 105 ff
- ↑ Vgl. USB und FireWire - Funktionalitäten und Anwendungen, 1. Auflage, GRIN Verlag, Seite 4 ff
- ↑ USB 2.0 Handbuch für Entwickler, 3. Auflage, Readline GmbH, Seite 43
- ↑ USB 2.0 Handbuch für Entwickler, 3. Auflage, Readline GmbH, Seite 24
- ↑ http://www.it-academy.cc/article/1284/SchedulingVerfahren.html
- ↑ http://www.itwissen.info/definition/lexikon/Round-Robin-Verfahren-round-robin-approach.html
- ↑ 28,0 28,1 USB und FireWire - Funktionalitäten und Anwendungen, 1. Auflage, GRIN Verlag, Seite 8
- ↑ Vgl. USB 2.0 Handbuch für Entwickler, 3. Auflage, Readline GmbH, Seite 39
- ↑ Vgl. PC-Werkstatt II, Markt+Technik Verlag, Seite 112
- ↑ 31,0 31,1 http://www1.euro.dell.com/content/products/productdetails.aspx/optiplex-780?c=de&l=de&s=bsd&cs=debsdt1
- ↑ http://de.msi.com/index.php?func=prodpage1&maincat_no=1&PHPSESSID=cddfe833e504dd8b960c40b61059b294
9 Abbildungsverzeichnis
| Abb.-Nr. | Abbildung |
|---|---|
| 1 | Aktuelles USB Logo Bild Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Universal_Serial_Bus) |
| 2 | Aktuelles FireWire Logo (Bild Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Firewire) |
| 3 | Theoretische Geschwindigkeit USB |
| 4 | Theoretische Geschwindigkeit FireWire |
| 5 | Abbild MacPro (Bild Quelle: http://www.apple.com/de/) |
| 6 | Systeminformationen |
| 7 | Abbild exteren Festplatte (Bild Quelle: http://go.iomega.com/de/) |
| 8 | Festplatteninformationen MAC OS |
| 9 | Festplatteninformationen des Herstellers 1 (Bild Quelle: http://go.iomega.com/de/) |
| 10 | Festplatteninformationen des Herstellers 2 (Bild Quelle: http://go.iomega.com/de/) |
| 11 | Festplatteninformationen des Herstellers 3 (Bild Quelle: http://go.iomega.com/de/) |
| 12 | Festplatteninformationen des Herstellers 4 (Bild Quelle: http://go.iomega.com/de/) |
| 13 | Auswertung der Ergebnisse Kopiervorgang 1 |
| 14 | USB2.0 Kopiervorgang 1 |
| 15 | FireWire400 Kopiervorgang 1 |
| 16 | FireWire800 Kopiervorgang 1 |
| 17 | Auswertung der Ergebnisse Kopiervorgang 2 |
| 18 | USB2.0 Kopiervorgang 2 |
| 19 | FireWire400 Kopiervorgang 3 |
| 20 | FireWire800 Kopiervorgang 4 |
| 21 | Gegenüberstellung Kopiervorgang 1 und 2 |
| 22 | RoundRobin |
| 23 | Peer-to-Peer |
| 24 | USB: Logischer Aufbau |
| 25 | USB: Physikalischer Aufbau |
| 26 | Abweichung der Bandbreiten in MB |
| 27 | Abweichung der Bandbreiten in % |
| 27 | USB Anschlüsse Opiplex780 (Bild Quelle: http://www.dell.de/) |
10 Tabellenverzeichnis
| Tabelle Nr. | Quelle |
|---|---|
| 1 | Tabellarische Übersicht theoretische UBS Geschwindigkeiten |
| 2 | Tabellarische Übersicht theoretische FireWire Geschwindigkeiten |
11 Literaturverzeichnis
Literatur Quellen:
| Manuela Greinwald (2002) | USB und FireWire - Funktionalitäten und Anwendungen, 1. Auflage, GRIN Verlag, ISBN 978-3-640-46663-4 |
| IT-Handbuch (2004) | IT-Systemkaufmann/-frau Informatikkaufmann/-frau, 3. Auflage, Westermann Schulbuchverlag, ISBN 3-14-225043-3 |
| USB 2.0 (2007) | USB 2.0 Handbuch für Entwickler, 3. Auflage, Readline GmbH, ISBN 3-8266-1690-1 |
| PC-Werkstatt II (2004) | PC-Werkstatt II, Markt+Technik Verlag, ISBN 3-8272-6546-0 |
Internet Quellen:
