Connettori

Le nuove porte del PC
HDMI, ExpressCard e connettori eSata. Vediamo le caratteristiche e le novità dei nuovi tipi di collegamenti. Con l'evoluzione tecnica che interessa a tutti i livelli le componenti interne dei nostri PC e portatili, dalla CPU alla RAM, dal masterizzatore all'hard disk, dal display alla scheda grafica, non ci si deve stupire quando si fa strada qualche novità anche sul pannello posteriore o fra i connettori della macchina. Ormai tecnicamente superate, e generalmente assenti soprattutto nei laptop non professionali, le porte seriali e parallele sono prossime al pensionamento, sostituite dall'universale USB (con il suo percorso evolutivo, dalla 1.1 da 12 Mbps alla 2.0 da 48 Mbps).  Anche la porta a infrarossi è sempre più rara, sostituita dal Bluetooth per l'interconnessione universale a breve raggio. Nelle porte video, la VGA è sempre più spesso affiancata da un connettore DVI, che nella variante DVI-I può di fatto sostituirla incorporandone i segnali (analogici) accanto a quelli digitali. Sui portatili il bus d'espansione più diffuso è una PCMCIA. Questa situazione ormai tradizionale e ben assestata è oggetto ultimamente di qualche fenomeno di evoluzione. In particolare, per le connessioni video esclusivamente digitali si sta facendo strada l'HDMI; il bus di espansione per i portatili sta migrando verso il nuovo formato ExpressCard; sui sistemi desktop spuntano speciali porte per il collegamento di dischi SATA esterni.
Vediamo le caratteristiche e le novità di ognuno di questi nuovi tipi di connessione.

Il connettore HDMI

A differenza del consueto connettore VGA e al pari del connettore DVI-D, l'HDMI è un connettore destinato al trasporto di segnali video completamente digitali. A differenza del DVI-D, inoltre, HDMI può trasportare sullo stesso connettore anche l'audio digitale multicanale (fino a 8 canali a 192 KHz e campionamento a 24 bit), ed è quindi una soluzione completa per le esigenze di connessione del video digitale ad alta definizione. Il campo applicativo principale è infatti in ambito home video ed entertainment (la nuova PlayStation 3 ne sarà dotata), tuttavia questa connessione inizia ad essere presente, molto opportunamente, anche su monitor multi-ingresso e su alcune schede grafiche di fascia alta. Il vantaggio della sua adozione sta nella versatilità (nessun bisogno di adattatori per collegare le nuove fonti video HD) e nella compattezza, che consente di occupare meno spazio sul pannello posteriore oppure di installare più connettori nello stesso spazio (il connettore HDMI è più piccolo del DVI).

Sono previsti due tipi principali di connettore HDMI: il tipo A, l'unico attualmente diffuso, è dotato di 19 pin e, nell'ultima revisione dello standard (1.3), supporta una banda fino a 340 MHz, sufficienti per trasferire 10.2 Gbit/s. È stato definito poi un connettore denominato tipo B, con 29 pin e la capacità di supportare una banda doppia. Lo scopo di questo connettore è quello di consentire in futuro di gestire risoluzioni estremamente elevate, fino a ben 3.200x2.048 pixel. Non è da escludere, però, che evoluzioni del connettore tipo A consentano, col tempo, di raggiungere le stesse prestazioni senza la necessità di introdurre sul mercato un secondo tipo di connettore. Senza contare che i monitor per computer a risoluzione più elevata oggi in vendita sul mercato (escluso il mercato specifico della computer graphics professionale) arrivano a “soli” 2.560x1.600 (WQXGA) su alcuni modelli da 30”, e i monitor da 24” supportano risoluzioni di 1.920x1.200 pixel, ampiamente alla portata dell'HDMI type A. Da segnalare inoltre la recentissima presentazione del connettore HDMI mini, che con filosofia simile al mini USB è simile a un type A in scala ridotta: è adatto per la connessione di camcorder e fotocamere digitali, sui quali lo spazio per ospitare i connettori è ovviamente sempre molto scarso. HDMI ha attraversato diverse revisioni dello standard. La prima versione, 1.0, è uscita nel 2002 e supportava al massimo 4.9 Gbps (con una banda di 165 MHz), rendendo possibile il trasferimento del video digitale 1080p (1920x1080 non interlacciato) a 60 Hz di frequenza di quadro, oltre a 8 canali audio a 192KHz e 24 bit. Le versioni 1.1 e 1.2 hanno apportato varianti per il supporto della protezione dei contenuti, per l'impiego in ambito PC (basso voltaggio e modello dei colori RGB anziché YCbCr) e per l'audio con campionamento a 1 bit compatibile con il formato dei SACD. Le revisioni 1.3 e 1.3a, del 2006, hanno fra l'altro aumentato la banda (e quindi la massima risoluzione raggiungibile) ed aumentato la profondità di colore massima (da 24 a 48 bit); è stato poi definito, come già accennato, il connettore mini. La PlayStation 3 sarà fra i primi apparecchi ad adottare la revisione 1.3 dello standard. È importante sottolineare che, dal punto di vista video, l'HDMI type A trasporta segnali elettricamente identici a quelli del DVI-D: tutto quello che serve per far interoperare i due standard è, quindi, un semplice adattatore “meccanico” con collegamenti puramente elettrici fra i pin, oppure un cavo con i connettori opportuni. A differenza del DVI, che fino a tempi recenti non era abbinato a tecniche crittografiche di protezione del segnale, nell'HDMI il flusso di dati digitale è sempre trattato con speciali algoritmi che consentono di verificare che l'intero percorso video sia digitale e originale, dal supporto dei contenuti fino al display. Questa tecnologia è denominata HDCP (High-bandwidth Digital Content Protection), concessa in uso su licenza da una sussidiaria di Intel, e ha lo scopo di impedire la copia non autorizzata del video digitale ad alta definizione e di limitare la risoluzione del video digitale a livelli non superiori a quelli del normale DVD se il display non supporta HDCP. Anche l'audio trasportato dall'HDMI subisce restrizioni se il terminale non è HDCP compliant.
In alcuni modelli recenti di monitor anche le porte DVI supportano l'HDCP e sono quindi del tutto equivalenti a quelle HDMI, fatta eccezione per l'audio che può essere però riprodotto in modo più appropriato collegandolo, anche in analogico, a un amplificatore audio/video separato con un proprio sistema di diffusori.

Il nuovo bus ExpressCard per portatili

Il vecchio slot PCMCIA (detto anche CardBus) usato come unica porta d'espansione per i portatili era basato su un bus interno PCI bus mastering a 33 MHz, che ne limitava piuttosto severamente la banda disponibile (133 Mbyte/s). Era quindi possibile implementare delle schede PCMCIA con funzionalità modem, Ethernet, acquisizione video e Wi-Fi, ma il vecchio bus non avrebbe permesso di realizzare, per esempio, degli acceleratori grafici 3D.
Con il nuovo standard ExpressCard sono rese disponibili due distinte modalità di attestazione della scheda sul bus: il connettore espone sia una porta
USB 2.0 (480 Mbps), sia un bus PCI-Express (fino a 2.5 Gbyte/s in questa implementazione). Il bus PCI Express è strutturato su un certo numero di linee, ognuna delle quali ha da sola una banda di 250 Mbyte/s, quasi il doppio della banda di un intero bus PCI. Con un bus PCI-E a 8 linee si raggiunge o supera la banda delle varianti più veloci di PCI-X e AGP, aprendo di fatto una nuova classe di applicazioni ad alte prestazioni per il nuovo slot ExpressCard.

Due sono i formati previsti per le schede ExpressCard. In entrambi i casi la scheda è lunga 75 mm e il connettore ha sempre 26 pin, ma mentre le schede in formato ExpressCard/34 hanno forma rettangolare e una larghezza di 34 mm, quelle ExpressCard/54 hanno una forma a L con una larghezza massima di 54 mm, pari a quella di una scheda PCMCIA. Se lo slot supporta soltanto il formato ExpressCard/34, si consegue una preziosa riduzione di ingombri sulla motherboard del portatile. Inoltre, il connettore a 26 contatti è più piccolo e più economico da fabbricare del classico tipo a 68 pin impiegato da PCMCIA, il che permetterà una semplificazione costruttiva e, in ultima analisi, una riduzione dei prezzi finali. Da notare anche che i segnali scambiati all'interfaccia ExpressCard, essendo normali segnali USB 2.0 o PCI Express, sono generabili direttamente dal south bridge della motherboard, senza bisogno di uno specifico controller “mediatore” come era richiesto dallo standard CardBus. La semplificazione circuitale che ne consegue migliora le prestazioni, riduce i consumi elettrici e gli ingombri e, ancora una volta, abbatte i costi. Molto importante il supporto, da parte di ExpressCard, di tensioni di lavoro più basse di quelle PCMCIA. Ora è possibile realizzare schede di espansione operanti a 1.5V, il che permette di abbassare i consumi elettrici e prolungare la durata della batteria. Un inconveniente del nuovo standard è la sua non compatibilità con le vecchie schede CardBus: chi acquista un portatile oggi deve quindi essere preparato a rimpiazzare le espansioni già in suo possesso con versioni ExpressCard. Va osservato che nei laptop le schede che più comunemente trovavano posto nello slot erano soprattutto schede Wi-Fi e schede Firewire/USB 2.0 (per i portatili più vecchi); poiché sui laptop più recenti tali funzionalità sono quasi sempre integrate, la prospettiva più probabile è, fortunatamente, quella di dover dismettere le relative schede di espansione PCMCIA senza bisogno di riacquistarle nel nuovo standard. Lo sviluppo dello standard ExpressCard è supportato, oltre che da Microsoft, da numerosi produttori di chip (Intel, Texas Instruments, Qualcomm) e produttori di PC (Dell, HP, Lenovo e altri). Fra i primi ad adottare uno slot ExpressCard sui propri prodotti figurano HP (già a fine 2004), Lenovo, Dell e Apple. L'aspetto forse più rilevante del nuovo standard è, però, il fatto che esso non sia pensato solo per un impiego su PC portatili per realizzare periferiche a prestazioni medio-basse, come accadeva per PCMCIA. Grazie all'interconnessione PCI-Express e USB 2.0 queste schede possono essere usate anche su sistemi desktop, soddisfando le esigenze di alte prestazioni tipiche di questi sistemi. Sui futuri desktop, un pannello frontale simile ai comuni lettori di flash card potrà comprendere un certo numero di slot ExpressCard con cui si potranno aggiungere al PC nuove funzionalità senza nemmeno aprire il case (come è invece necessario quando si devono installare tradizionali schede PCI, PCI-X, PCI-E o AGP sulla motherboard). Questo significa, innanzitutto, che le operazioni di espansione dei sistemi desktop diventeranno molto più semplici, effettuabili (anche a PC acceso) con grande semplicità dal pannello frontale anche da parte degli utenti meno smaliziati. Non meno importante, il mercato dei dispositivi ExpressCard, grazie alla loro applicabilità universale, sarà potenzialmente molto maggiore del mercato delle schede PCMCIA, che erano utilizzabili solo sui portatili. Di conseguenza, reperibilità, concorrenza, evoluzione tecnologica e prezzi del nuovo tipo di schede non potranno che migliorare, a tutto vantaggio dell'utente finale.
Connettori per dischi esterni veloci: lo standard eSATA

All'interno dello chassis, la transizione dal classico Parallel ATA con connessione su flat cable a 40 o 80 conduttori (conosciuto anche come IDE, UDMA o semplicemente ATA) al nuovo standard seriale Serial ATA, o SATA, è in pieno svolgimento. I vantaggi del nuovo tipo di interfaccia consistono in prestazioni potenzialmente molto maggiori (fino a 6 Gbps), un cablaggio meno ingombrante (solo 8 conduttori) e quindi meno interferente con i flussi di ventilazione interni al case, possibilità di avere cavi di lunghezza maggiore (anche un metro).
Anche i connettori sono differenti, con quello di alimentazione che curiosamente vede crescere il numero dei pin a ben 15, per il trasporto di tre tensioni diverse: 3.3V, 5V e 12V (il drive è però libero di usare solo quelle che occorrono). A differenza di PATA, SATA supporta l'hot plug dei dischi; non esistono, inoltre, i concetti master/slave tipici del vecchio ATA, visto che ogni cavo collega un singolo drive. Nei recenti dischi SATA è implementata la modalità di funzionamento NCQ (Native Command Queuing) con cui la coda di comandi viene servita dalla meccanica in un ordine ottimizzato, se possibile, per limitare al massimo gli spostamenti della testina e, quindi, i periodi di inattività in attesa che questa si riposizioni. Tutte queste migliorie possono ora essere rese disponibili anche per i dischi esterni. Attualmente, questi vengono connessi al PC per lo più mediante porte USB e Firewire: nel box esterno si trova un chip che esegue la conversione di protocollo da ATA a USB/Firewire e viceversa. La sua presenza riduce le prestazioni ottenibili rispetto al massimo transfer rate teorico dell'interfaccia; inoltre alcune funzionalità, come l'utile sistema SMART per l'autodiagnosi dei dischi, non possono funzionare.

Il connettore eSATA consente di avere dischi esterni ad alte prestazioni (anche 2.4 Gbit/s di velocità di canale contro i 480Mbps di USB 2.0 e i 400/800Mbps di FireWire) con hot plugging come con USB e Firewire. Il cavo può arrivare a 2 metri di lunghezza grazie ad apposite revisioni dei parametri elettrici di funzionamento dello standard SATA. I connettori eSATA possono essere direttamente supportati dalla motherboard, oppure essere installati con un apposito adattatore. Esistono anche adattatori SATA-eSATA, più semplici e non in grado di adeguare i livelli elettrici; con essi la lunghezza massima del cavo non può superare un metro, come nel caso SATA interno.