Connectors

Posted on 13 September 2011

0


To connect stuff (like external harddrives) to my laptops there are several options. The best will be to use Thunderbolt. It’s has bus power, is daisy chainable and it’s fast enough. I’m not entirely sure if it’s bus-power will power multiple daisy-chained disks, but apart from that it’s perfect. Other options are:

Wifi/Gigabit ethernet

wifi (wireless! but slow) and/or gigabit (locked connector, could be as fast as FW800). can use ftp, afp and smb instead of hfs or ntfs, so no hassle with hfs+ drivers etc. It gives us nice options for wireless automatic backup, sharing with other computers, user right management and maybe even media sharing to TV or HTTP/FTP server. The disadvantages are that it needs external power and the speed might be limited: because of 8/10 system the theoretical maximum speed is 100 MB/s if you use UDP protocol and a good switch. But because this is a maximum and not avarage transfer speed, in real life 75 MB/s is the absolute maximum, as the charts of this NAS show. The € 380 Raid5 Synology DiskStation DS410 (price is without 4 disks) with 40 MB/s write and 50 MB/s read speeds.

Firewire

FW800 is a good connector, it’s bus-powered (up to 30V, 45W [MBP: 12V, 7W: for up to five 2.5″ drives) and daisy chainable. This might be the best option for my MBP, apart from the speed limit at 800 mbps (which is about 80 MB/s for really good HDD’s). Because it has it’s own controller the speed is more stable then USB. The downside is that it’s not on all computers (it’s being replaced by Thunderbolt) and sometimes you only find the small FW400 plug, which is slow, unpowered and not very reliable.

USB

USB1.1, USB2.0 of USB3.0:

  • USB 1.1: 12Mbit/s
  • USB 2.0: 480Mbit/s (highspeed: file transfers about 30 MB/s – 5V/0.5A max power)
  • USB 3.0: 5 Gbit/s (superspeed: because of 8/10 encoding it’s 400 MB/s max – 5V/0.9A max bus power)

These are theoretical speed limits: about 20% is spent on overhead and the true speed of USB is very processor dependent (unlike FW which has it’s own controller: so with a fast SSD it’s not 6x as fast as FW800, but only 8%  -20% [mixed data]). The fun thing is that it’s backwards compatible: you can a 1.1 device with a 3.0 port, or the other way around, speed will be limited to the slowest standard.

Bus power

A standard downstream port delivers 5V/0.1 A until the need of the device is negotiated and then goes up to 2.5W (USB2) or 4.5 W (USB3 specs).  A charging downstream ports can deliver up to 1.5 (together with data transfer) without negotiation. A dedicated charging ports (no data transfer, the D+ and D- pins are shorted) can go up to 5 A (25 W). The new USB 3 spec of 18/7/12 even mentions 100 W. It’s safe to assume most USB 3 ports deliver at least 6 W.

Connectors

Since december 2010 there are three standard connectors:

  • USB typeA / typeB (the big ones)
  • USB miniB (7*3mm, found on most older equipment)
  • USB microB (7*1,8mm, found on most smartphones and the WD drives)

I’ve had a few WD’s with the micro-B connector. This connector fine for charging a mobile phone, but for connecting a drive its really not reliable!

I have not tested the the USB3 micro-B plug yet:

The new USB3 standard Type A has blue connectors to indicate that it has five extra pins on the inside:

As my MBP only has USB2 i tried this nice DeLock adapter. It  should work with OSX but unfortunately I don’t get it to work. I might have to buy the Caldigit card, but it’s too high!

UASP

The USB Attached SCSI Protocol is special for Harddrives. The Oyen Digital drives support it:

“Because of its use of the ASMedia 1053e chipset for USB 3.0 support, the enclosure supports both USB 3.0 normal mode transfer speeds and UASP (USB Attached SCSI Protocol) mode transfer speeds. UASP mode is a method of bulk transfer for USB 3.0 connections that increases transfer speeds through the use of parallel simultaneous packet transfers. Per our sources at ASUS, UASP can be explained as follows:
The adoption of the SCSI Protocol in USB 3.0 provides its users with the advantage of having better data throughput than traditional BOT (Bulk-Only Transfer) protocol, all thanks to its streaming architecture as well as the improved queuing (NCQ support) and task management, which eliminated much of the round trip time between USB commands, so more commands can be sent simultaneously. Moreover, thanks to the multi-tasking aware architecture, the performance is further enhanced when multiple transfers occur.

The downside of UASP is that the receiving device (Flash drive/external hard drive etc) must also be UASP enabled for the protocol to work. This requires checking your peripherals before purchase. However since UASP is an industry standard, the device support for ASUS UASP implementation is not restricted to a particular controller manufacturer or device type, so the overall number of peripherals available should undoubtedly grow.”

eSATA

eSATA is a direct link to the SATA port of  the drive, so it’s really fast (limited cable length of 2 meter):

SATA I: 1,5Gbit/s
SATA II:  3Gbit/s
SATA III: 6Gbit/s

The eSATA plug has the same seven pins as the SATA standard, but it’s more robust and has a snap connection. One thing to note is that eSATA can be used with a port multiplier, so you can connect up to 15 SATA drives to only one eSATA port, but this is not supported by all eSATA cards. So choose the eSATA card wisely.

The big disadvantage of eSATA is that it’s not bus-powered, so external power is needed. There is a solution for this which is called eSATAp (powered). This is a eSATA connector combined with a USB 2 connector, that’s why it’s also called eSATA+USB.  The USB connector provides 5V bus-power, since the USB 2 is limited to 0.5 A I guess there might be a 2.5W power limit, but I am not very sure about this (if it’s a dedicated charging port it might also be 5A = 25W).

eSATAp also features two optional small lids on the sides (for 12V power). The 12V version is also known als eSATApd (dual power) but most notebooks are not equipped with 12V power. Most laptops will not be able to power 3.5″ drives that need 12V. 

PCIe

PCI Express is a  desktop expension bus that replaces PCI, PCI-X and AGP. Speed depends on the number of ‘lanes’:
v1.x1: 2Gbit/s
v3.x16: 128Gbit/s
There are all speeds in between these.

With the ePCIe standard it’s possible to use cables  up to 10 meter. ePCIe has been replaced by Thunderbolt, which combines DisplayPort and PCIe protocols in a form factor compatible with Mini DisplayPort.

Thunderbold

Thunderbold is een nieuwe standaard: 2x10Gbit/s door één kabeltje, gebaseerd op de PCI Express en DisplayPort techniek. Door deze combinatie zijn al je oude randapparaten zoals DVI schermen, gigabit netwerk, USB2.0 harddisks en je oude PCIe / ExpressCard kaarten ook makkelijk aan te sluiten via deze poort (d.m.v.  een bridge natuurlijk).  Via dat ene kabeltje kan je zo zes apparaten aansluiten. Nadeel is dat het kabeltje maximaal 3 meter mag zijn, voordeel is dat er ook 10W power doorheen kan voor de randapparatuur.

Als het aan Apple en Intel ligt wordt Thunderbold de vervanging van ExpressCard, USB 3, FireWire/eSATA en HDMI/DVI/Displayport. Ze hebben dit indertijd al erg succesvol gedaan met de Displayport-mini (voor beeld) en de eSATA (voor harddisks) standaarden, dus ik ben benieuwd of het ze ook lukt met Thunderbold. Sonnet Echo already has a $ 170 connector to add your old expresscard 2.0 to your thunderbolt chain.

Expresscard

The expansion bus for laptop is a difficult story. There are a few different names and standards that are much alike but different.

PCMCIA / PCCARD / CARDBUS

Allereerst had je de PCMCIA kaart (creditcard formaat: 86*54mm, 1991-2003). Het was een kleine variant op het ouderwetse PCI slot van de desktop computers, waarin allerlei kaarten konden worden gestopt zoals modems, netwerkkaarten etc etc. De laptop-variant PCMCIA type I was daarnaast vooral ook bedoeld voor geheugenuitbereiding (flash, ram etc).

Omdat de naam zo ingewikkeld was werd vanaf PCMCIA type II de naam PC-CARD gebruikt. Dit type voegde naast de bestaande 16bit interface ook 32bit toe. Daarna kwam type III, die nog iets dikker was zodat er meer in/op paste.

Type 4 was nog dikker, maar is nooit gestandariseerd, in plaats daarvan kwam de CardBus (PCMCIA5+). Cardbus heeft hetzelfde formaat, maar is uitsluitend 32bit (33Mhz PCI). Het grote voordeel van cardbus is de busmastering optie: geen belasting voor de CPU. Cardbus kaarten zijn te herkennen aan de gouden band met 8 dopjes aan de bovenkant.

Compatibiliteit

PCMCIA / PC Card en Cardbus waren fysiek en electronisch redelijk uitwisselbaar. Belangrijk was het verschil tussen de uitsluitend 16bit (type I) en de uitsluitend 32bit (cardbus) kaarten, die dus niet uitwisselbaar zijn. De cardbus slots accepteren wel de 32bit type II tot IV kaarten (en zijn vaak ook compatible met de 16bit varianten, inclusief type I). Omdat alle kaarten hetzelfde formaat hebben is er een fysiek onderscheid aangebracht in de vorm van een randje naast de connectoren. Daarmee kunnen slots zo worden gemaakt dat alleen de compatibele kaarten erin passen. Zo ook voor het voltage (kaarten die alleen op 3.3v werken zullen niet in een slot passen dat alleen 5v kan leveren).

PCMCIA type I  (3,3mm dik, 16bit)
PC Card / PCMCIA type II (5,0mm dik, 16/32bit)
PC Card / PCMCIA typeIII (10,5mm dik, 16/32bit)
PC Card / PCMCIA type IV (16mm dik, 16/32bit)
CARDBUS (32bit, PCI 33Mhz, max 1,06 Gbit/s shared voor alle kaarten)
ExpressCard (PCIe + USB2.0, max 2,5 Gbit/s per slot)

ExpressCard

De PCMCIA / PC Card / Cardbus standaard wordt niet meer verder ontwikkeld omdat deze is vervangen door de ExpressCard standaard (deze zijn korter: 75*5mm, vanaf 2003). Deze werkt met PCI Express v1.x1 en/of USB2.0 waardoor de bandbreedte kan oplopen tot 2,5Gbit/s per kaart. De kaarten zijn fysiek en electrisch niet uitwisselbaar, maar door de aanschaf van een adapter is het is wel mogelijk om je oude kaarten in een nieuwe machine te steken (andersom werkt dat ook. Let wel: PCMCIA 5v kaarten zullen hier niet in passen, omdat  het ExpressCard slot alleen 1,5 en 3,3V levert [en 5V via de usb?]).

In het geval van ExpressCard staat naast de lengte (75mm) ook de hoogte vast (5mm), maar is juist de breedte variabel. Er is en variant van 34mm en één van 54mm breed. De 34mm kaarten passen ook in een 54mm slot. Voorzover ik heb begrepen is er alleen een fysiek verschil tussen de twee kaarten, de specs zijn verder hetzelfde.

ExpressCard 2.0 ondersteund ook USB3.0 en kan dus theoretisch snelheden halen tot 7Gbit/s. Mogelijk komt er een versie 3.0 met PCIe v3 die nog sneller is, maar waarschijnlijk zal ExpressCard worden vervangen door een standaard als ThunderBold (zie boven).

miniPCI and miniPCIe

Er zijn ook nog MiniPCI en PCI Express Mini Cards. Deze lijken qua technische specs erg op de bovengenoemde varianten, maar ze onderscheiden zich fysiek omdat ze moeten worden ingebouwd in de laptop (ze hebben geen eigen behuizing) en omdat het formaat anders is (30*51mm). Mini PCI has been superseded by the much narrower PCI Express Mini Card: miniPCIe.

Flash, CompactFlash, P2, SSD etc

Sommige geheugenkaarten hebben hun eigen slot (zoals de SD card), anderen passen in een PC Card slot. De CompactFlash (CF) bijvoorbeeld gebruikt 50 van de 68 pinnen van de PC Card interface en kan het behulp van een adapter in het cardbus slot worden gebruikt. De SxS card is compatible met de ExpressCard 34 standaard.

De solid state drives (SSD) kunnen data opslaan en leveren op hoge snelheid. Hiervoor is de snelheid van een SATA of PCIe aansluiting nodig, maar er zijn ook varianten leverbaar voor het (duurdere) SCSI of fibre-channel en het (goedkopere) USB3. Er zijn ook SSD ExpressCard34 varianten te koop voor bijvoorbeeld video-opname.

Advertisements
Posted in: Computers