Das 1×1 der Anschlüsse: SATA, USB, HDMI & Co

Damit ein Computer mit der Außenwelt kommunizieren kann, benötigt er Schnittstellen. Der Begriff beschreibt in der Informationstechnik unterschiedliche Verbindungsarten. Es gibt beispielsweise die Software-Schnittstelle, über die Programme untereinander Daten austauschen, oder die Benutzerschnittstelle, die einem Menschen den Kontakt zum Computer ermöglicht. Ein Beispiel dafür sind die grafische Benutzeroberfläche oder eine Sprachsteuerung. In diesem Artikel aber geht es um Hardware- Schnittstellen. Damit sind alle Buchsen und Steckverbinder gemeint, die sich auf der Hauptplatine des PCs oder einer Erweiterungskarte befinden.

PCI-Steckplätze auf der Hauptplatine

Auf fast allen Hauptplatinen gibt es mehrere Steckplätze für Erweiterungskarten. Bei aktuellen Geräten kommt fast nur noch PCI-Express (PCIe, Peripheral Component Interconnect Express) zum Einsatz. In älteren PCs gibt es auch noch die langsameren PCI-Slots. Die Stecksockel sind zur besseren Unterscheidung meist unterschiedlich eingefärbt. Da es hier jedoch keinen verbindlichen Standard gibt, müssen Sie über die Beschriftung auf der Hauptplatine oder das Handbuch herausfinden, was in welchen Slot gehört. Die Steckplätze für die Grafikkarten (PCIe 3.0 x16/x8) sind am einfachsten zu erkennen, denn sie besitzen am Ende eine Lasche oder einen Hebel, um die Steckkarte zu arretieren. Der Steg befindet sich auf der linken Seite in Richtung Slotblech. Leicht auszumachen sind auch die mit 25 Millimetern sehr kurzen PCIe-x1-Slots, die Geräte wie SATA/RAIDoder USB-Controller aufnehmen. Die anderen Steckplätze mit dem Steg nach rechts sind für PCI-Karten mit 32 Bit gedacht, beispielsweise eine TV-Karte oder eine USB-Schnittstellenkarte. Auf älteren Hauptplatinen finden sich auch PCI-Slots mit zwei Stegen für 3,3- oder 5-Volt-Karten mit 64 Bit. Die unterschiedlichen Standards bieten unterschiedliche Geschwindigkeiten. Bei PCIe 3.0 x16 sind es bis zu knapp 16 GB pro Sekunde. Steckt ein Verbund (SLI oder CrossfireX) von zwei Grafikkarten im PC, halbiert sich die Geschwindigkeit für jede Karte auf PCIe-x8 mit gut 8 GB pro Sekunde. PCIe 3.0 x1 bringt es auf 985 MB, bei PCI-2.x sind es maximal 533 MB pro Sekunde. Blick in die Zukunft: Bei PCI-Express gibt es noch Luft nach oben. Bisher ist nicht einmal das schon standardisierte PCIe-x32 mit mehr als 30 GB pro Sekunde bei Desktop-Hauptplatinen in die Praxis umgesetzt. Trotzdem geht die Entwicklung mit PCI-Express 4.0 weiter. Das soll circa 2 GB pro Leitung und Sekunde transportieren können, was bei PCIe 4.0 x16 also insgesamt bis zu 32 GB pro Sekunde wären. Vor 2016 ist mit dem neuen Standard aber nicht zu rechen.

Der große PC-WELT Kabel-Führer

SATA: Anschluss für Festplatten und SSDs

Serial-ATA oder kurz SATA (Serial Advanced Technology Attachment) ist die aktuelle Schnittstelle für Massenspeicher wie Festplatten, SSDs und DVD-Laufwerke. Die erste Version des Standards bot Transferraten von bis zu 150 MB pro Sekunde. Bei neueren PCs leistet SATA II 300 MB pro Sekunde oder SATA III 600 MB pro Sekunde. SATA ist aber abwärtskompatibel. Sie können also auch Geräte mit einem älteren SATA-Standard anschließen. Dabei sinkt allerdings die Datenrate entsprechend der Leistungsfähigkeit der Festplatte. Die Buchsen für SATA-Anschlüsse sitzen auf der Hauptplatine und für externe Laufwerke (eSATA) im rückwärtigen Panel. Viele Geräte bieten mehrere SATA-Controller mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Sie erkennen das an verschieden gefärbten Buchsen, der Beschriftung oder der Beschreibung im Handbuch. Schließen Sie die Systemfestplatte und vor allem SSDs immer an die SATA-III-Buchsen an. Da selbst sehr schnelle Festplatten kaum Transferraten von mehr als 200 MB pro Sekunde erreichen, ist SATA III hier unterbeschäftigt. SSDs kommen jedoch schon fast an das 600-MB-Limit heran oder überschreiten es sogar bereits. Bei SATA werden die Daten seriell übertragen, also Bit für Bit. Deshalb genügt auch ein schmales Kabel mit sieben Leitungen, das bei interner Verwendung bis zu einem Meter lang sein darf, bei eSATA sogar zwei Meter. Die Kabel sind eine deutliche Verbesserung gegenüber den breiten Flachbandkabeln der älteren ATA-Festplatten, denn Sie lassen sich einfacher anschließen und im PC verlegen. Die SATA-Stecker der ersten Generation saßen jedoch ziemlich locker und konnten beim Transport des PCs leicht herausrutschen. Inzwischen gibt es aber auch Stecker mit Verriegelungsclips, um solche Pannen zu vermeiden. Blick in die Zukunft: Bei magnetischen Festplatten ist in den nächsten Jahren keine wesentliche Steigerung der Transferrate zu erwarten, jedoch dürften SSDs noch einmal deutlich zulegen. Deshalb wurde 2013 der Standard SATA Revision 3.2 mit dem Namen „SATA Express“ verabschiedet. Die neue Schnittstelle bietet eine Übertragungsleistung von bis zu 1,6 GB pro Sekunde und sollte daher auch für die schnellsten SSDs reichen. Erste SATA-3.2-Geräte sind für 2014 angekündigt.

USB 2.0/3.0 und Thunderbolt

Mit zum Erfolg des PCs hat von Anfang an die Erweiterbarkeit beigetragen. Dazu musste man den PC aufschrauben und eine Steckkarte einbauen. Dank USB (Universal Serial Bus) ist das heute kaum noch nötig. USB 1.0 kam 1996 auf den Markt, bot aber nur eine Datenrate von bis zu 1,5 MB pro Sekunde (Full Speed). Für Mäuse, Drucker oder Scanner war das jedoch ausreichend. Es folgten USB 2.0 mit 60 MB (Hi-Speed) und USB 3.0 mit 500 MB pro Sekunde (Super Speed). Die tatsächlich erreichbaren Datenraten liegen aber deutlich darunter. So kommen beispielsweise externe USB-3.0-Festplatten kaum über 100 MB pro Sekunde. USB 3.0 ist abwärtskompatibel. Sie können daher schnelle USB-3.0-Geräte auch an einem älteren USB- 2.0-Port betreiben und umgekehrt. USB-Kabel besitzen an einem Ende den flachen Stecker Typ A, der zum PC führt. Am anderen Ende kann ein eckiger Stecker von Typ B sitzen, den Sie etwa an Drucker oder Scanner anschließen. Der Typ-B-Stecker für USB-3.0-Geräte ist zweigeteilt. Dann gibt es noch die kleinen Mini-B-Stecker, die oft bei externen 2,5-Zoll-Festplatten verwendet werden. Der Micro-B-Stecker ist etwas flacher, die zugehörige Buchse steckt meist in Smartphones oder anderen kleinen Geräten. Die USB-3.0-Ausführung von Micro B ist etwas breiter und besitzt eine Kerbe im Führungsblech. USB-3.0-Stecker und Buchsen sind im Innenteil in der Regel blau gefärbt, bei USB 2.0 ist es schwarz oder weiß. Die Kabellänge bei USB 2.0 ist auf fünf Meter begrenzt. In der USB-3.0-Spezifikation sind statt der Länge elektrische Parameter festgelegt, die die Kabel erfüllen müssen. Drei Meter sind möglich, bei besonders guter Abschirmung auch mehr. Es werden jedoch auch Kabel verkauft, die den Anforderungen nicht genügen. Bei Verbindungsabbrüchen sollten Sie daher probeweise einmal ein anderes Kabel verwenden. Eine häufigere Quelle von Problemen ist auch die Stromversorgung über USB. Am USB-2.0-Port dürfen Geräte maximal 500 Milliampere Strom beziehen, bei USB 3.0 sind es 900 Milliampere. Der Anlaufstrom, aber auch der Strombedarf während des Betriebs kann bei einigen USB-Festplatten jedoch über 500 Milliampere liegen. Diese werden dann gar nicht erst vom Betriebssystem erkannt oder später wieder ausgehängt. In diesem Fall sollten Sie die Platte – wenn vorhanden – mit einen USB-3.0-Anschluss verbinden oder ein zusätzliches Netzteil über ein USB-Zwillingskabel anschließen. Letzteres ist aber nach dem offiziellen USB-Standard eigentlich nicht zulässig, es funktioniert aber meistens trotzdem. Eine Verbesserung kann auch ein USB-Hub mit eigener Spannungsversorgung bieten, der außerdem den Anschluss mehrere Geräte erlaubt.

Alternativen zu USB: In älteren PCs gibt es oft noch eine Firewire-Schnittstelle mit 50 MB oder 100 MB pro Sekunde Transferleistung. Auch in Videokameras oder in externen Festplatten ist manchmal ein Firewire- Anschluss zu finden. Mit zunehmender Verbreitung von USB 3.0 kamen jedoch immer weniger Firewire-Geräte auf den Markt. Die schnellere Alternative wäre das von Intel und Apple entwickelte Thunderbolt. Es bietet eine Datenrate von 10 (Thunderbolt 1) oder 20 Gigabit (Thunderbolt 2), das wären theoretisch 1250 oder 2500 MB pro Sekunde. In der Praxis bleibt davon aber meist nur weniger als ein Viertel übrig. PCs und Geräte mit Thunderbolt sind jedoch Mangelware. Eine gewisse Verbreitung gibt es nur bei Apple- Geräten. Blick in die Zukunft: Das Ende 2013 spezifizierte USB 3.1 wird künftig nochmal deutlich schnellere Datenübertragungen ermöglichen. Die verbesserte Schnittstelle von Superspeed-USB sieht Transferraten von bis zu 10 Gigabit pro Sekunde vor (1250 MB pro Sekunde). Bisher ist aber noch nicht bekannt, ab wann es Geräte mit diesem Standard zu kaufen geben wird.

Kabel finden und bändigen

VGA, DVI, HDMI und Display Port

Aktuelle Prozessoren enthalten meist schon einen Chip für die Grafikeinheit. Der Monitor lässt sich in diesem Fall direkt an das rückwärtige Panel der Hauptplatine anschließen. Wer mehr Leistung benötigt, baut eine zusätzliche Grafikkarte in den PC ein. Die Verbindung zwischen PC und Monitor erfolgt in der Regel über ein DVI-Kabel (Digital Visual Interface). Die Signalübertragung erfolgt dabei digital und somit ohne Verlust und in hoher Qualität. Besitzt der PC nur einen VGA-Anschluss (Video Graphics Array), erfolgt die Übertragung analog. Das ist bei einem Röhrenmonitor kein Problem, und es sind hier Auflösungen bis etwa 2560 x 1440 Bildpunkten möglich. LCD-Displays müssen das analoge Signal jedoch redigitalisieren, was zu einer schlechteren Bildqualität führt. Außerdem muss das VGA-Kabel bei hohen Auflösungen gut abgeschirmt sein, damit es nicht zu Störungen kommt. Zwei Arten von DVI-Buchsen beziehungsweise Stecker sind verbreitet: DVI-I überträgt gleichzeitig analoge und digitale Signale. Über einen passiven Adapter lässt sich daher auch ein Monitor mit VGA-Buchse anschließen. DVI-D besitzt dagegen nur digitale Signalleitungen. Relativ selten sind DVI-A-Stecker und Buchsen, die nur an den Pins für die analogen Signale beschaltet sind. Sie dienen zum Anschluss analoger Monitore über ein DVIA- Kabel oder als Adapter von DVI auf VGA. Bei DVI-I und DVD-D gibt es jeweils Dual- Link-Kabel und Buchsen mit 24+5 beziehungsweise 18+1 oder 24+1 Kontakten. Das ermöglicht maximal 2560 x 1600 Bildpunkte bei 60 Hz. Bei Single Link sind nur bis zu 1920 x 1200 Pixel möglich. Alternativ zu DVI besitzen viele Grafikkarten und Monitore auch eine HDMI-Schnittstelle. Der Standard ist vor allem in der Unterhaltungselektronik bei TV-Geräten und DVD-Playern verbreitet. Deshalb werden bei HDMI in der Regel auch die Audiosignale mit übertragen. Qualität und maximale Bildpunkte entsprechen dem DVI-Standard. Mit dem verbreiteten HDMI 1.3 sind bis zu 2560 x 1600 Pixel bei 60 Hz und 30 Bit Farbtiefe erreichbar. DVI-D und DVI-I sind aufwärtskompatibel zu HDMI, deshalb genügt ein passiver Adapter. Umgekehrt lässt sich ein HDMI-Signal nicht immer nach DVI-D wandeln, weil DVI den Kopierschutz HDCP (High-Bandwidth Digital Content Protection) nicht unterstützt. Eine weitere alternative Anschlussmöglichkeit für Monitore und TV-Geräte ist Display Port. Die Schnittstelle bietet zurzeit ähnlich Leistungsdaten wie DVI und HDMI und soll DVI künftig im PC-Bereich ablösen. Einen Vorteil bietet der kleine arretierbare Stecker, der in flachen Notebooks weniger Platz in Anspruch nimmt. Blick in die Zukunft: HDMI und Display Port werden aktiv weiterentwickelt, um noch größere Auflösungen zu ermöglichen. Das 2013 vorgestellte HDMI 2.0 beispielsweise ermöglicht 4096 x 2160 Pixel bei 60 Hz und 30 Bit Farbtiefe.

Anschlüsse für Mikrofon und Lautsprecher

Seit mehr als zehn Jahren gehört ein Sound-Chip auf der Hauptplatine zur PC-Standardausstattung. Die Klinkenstecker-Buchsen für Mikrofon und meist mehrere Lautsprecher sind am rückseitigen Panel untergebracht und farblich gekennzeichnet. An die rosafarbene Buchse gehört das Mikrofon und an die grüne der Lautsprecher. Wer ein 5.1- oder 7.1-Audio-System betreiben möchte, schließt weitere Lautsprecher an. Auf der Hauptplatine sitzt noch ein Pfostenstecker, an den sich ein Front-Panel mit Buchsen für Mikrofon und Lautsprecher anschließen lässt. Dazu gibt es meist noch eine S/PDIF-Schnittstelle (Sony/Philips Digital Interface Format) für eine digitale Audioverbindung zum Lautsprecher oder zur HiFi-Anlage. Die Qualität aktueller Sound-Chips ist für die Audiowiedergabe ausreichend. Wer höhere Ansprüche hat, kann aber auch eine Sound-Karte in den PC einbauen oder über USB anschließen. Der Mikrofoneingang ist allerdings für hochwertige Aufnahmen kaum zu gebrauchen. Hier empfiehlt sich ein USBMikrofon. Blick in die Zukunft: Bei Sound-Karten stagniert die Entwicklung bereits seit längerer Zeit. Für den durchschnittlichen PC-Benutzer ist hier kaum etwas Neues zu erwarten. Innovative Entwicklungen gibt es jedoch bei Kopfhörern, kleinen USB- und Bluetooth-Boxen und bei der Software. In PC-Spielen beispielsweise wird der Raumklang per Software simuliert, was schon jetzt zu beeindruckenden Ergebnissen führt, sich aber sicher noch verbessern lässt.

Anschluss für kabelgebundene Netzwerke

Auf älteren Hauptplatinen (vor 2000) sind nur selten Netzwerkadapter zu finden; sie müssen daher mit einer Netzwerkkarte nachgerüstet werden. Seit der Ethernet-Controller mit im Chipsatz (etwa Intel-82801-Chip, Southbridge) der Hauptplatine untergebracht ist, gehört er aber zur Standardausstattung des PCs. Verbreitet sind Adapter für 100 MBit (Fast Ethernet) und 1000 MBit (Gigabit-Ethernet) pro Sekunde. In der Praxis sind damit Transferraten von 12 MB beziehungsweise gut 100 MB pro Sekunde möglich. Damit Gigabit-Ethernet diese Geschwindigkeit erreicht, sollten Sie bei Distanzen ab zehn Metern zu Kabeln mit der Bezeichnung CAT5e greifen. An den Kabeln sitzen 8-polige RJ-45-Stecker, die sich nur in eine Richtung einsetzen lassen und mit einer Plastiklasche gesichert sind. Blick in die Zukunft: Auch beim Ethernet geht die Entwicklung in Richtung mehr Geschwindigkeit. Der 10-GBit/s-Ethernet- Standard leistet jetzt schon knapp 500 MB in der Sekunde. Die dafür nötige Hardware ist jedoch noch recht teuer und lohnt sich kaum für den privaten Nutzer. Die Verkabelung kann über Lichtleiter oder Kupferdraht erfolgen. Auch bei der Entwicklung von 400-GBit/s- und 1-Terabit/s-Ethernet denken die Techniker eher an Rechenzentren als an das heimische Netzwerk.