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Schnittstelle

Schnittstellen: Sinnesorgane und Hände sind Schnittstellen zwischen Gehirn und Außenwelt. Geräte für Eingabe und/oder Ausgabe sind Schnittstellen zwischen Außenwelt und Computer. Eine Netzwerk-Schnittstelle kann viele Schichten haben, siehe OSI-Modell.
Hardware-Schnittstellen an der Seite eines Laptop-Computers (von links): VGA-Monitoranschluss, Netzwerkanschluss (Bildmitte), Display-Port-Monitoranschluss (rechts oben), USB 2.0 (rechts unten).

Die Schnittstelle (englisch Interface, [ˈɪntəfeɪs] oder [ˈɪnt̬ɚfeɪs]) ist der Teil eines Systems, das der Kommunikation dient.

Der Begriff stammt aus der Naturwissenschaft und bezeichnet die physikalische Phasengrenze zweier Zustände eines Mediums. Er beschreibt bildhaft die Eigenschaft eines Systems als Black Box, von der nur die „Oberfläche“ sichtbar ist; nur über diese ist eine Kommunikation möglich. Zwei benachbarte Black Boxes können nur miteinander kommunizieren, wenn ihre Oberflächen „zusammenpassen“.

Daneben bedeutet das Wort „Zwischenschicht“: Für die beiden beteiligten Boxes ist es ohne Belang, wie die jeweils andere intern mit den Botschaften umgeht, und wie die Antworten darauf zustande kommen. Die Beschreibung der Grenze ist Teil ihrer selbst, und die Black Boxes brauchen nur die ihnen zugewandte Seite zu kennen, um die Kommunikation zu gewährleisten. Das entspricht der lateinischen Wortherkunft inter „zwischen“ und facies „Aussehen“, „Form“ für englisch face „Gesicht“.

Wenn man ein beliebiges „System“ als Ganzes betrachtet, das es zu analysieren gilt, wird man dieses Gesamtsystem in Teilsysteme „zerschneiden“. Die Stellen, die als Berührungspunkte oder Ansatzpunkte zwischen diesen Teilsystemen fungieren (über die die Kommunikation stattfindet), stellen dann die Schnittstellen dar. Unter Verwendung dieser Schnittstellen kann man die Teilsysteme wieder zu einem größeren Ganzen zusammensetzen. Sie dienen dann als Nahtstellen.

Grundlagen

Der Austausch von Informationen erfolgt in Form von physikalischen (z.B. Elektrische Spannung, Stromstärke) oder logischen Größen (Daten) und kann analog (z.B. Mikrofon an einem Ton-Eingang) oder digital (z.B. Parallelschnittstelle des PC) erfolgen. Nicht als Interface bezeichnet werden allgemeine mechanische Verbindungselemente der Konstruktionslehre, die der Informationsübermittlung dienen (etwa Seilzüge oder Federn).

Man unterscheidet:

Eine Schnittstelle wird durch eine Menge von Regeln beschrieben, der Schnittstellenbeschreibung. Neben der Beschreibung, welche Funktionen vorhanden sind und wie sie benutzt werden, gehört zu der Schnittstellenbeschreibung auch ein sogenannter Kontrakt, der die Semantik der einzelnen Funktionen beschreibt.

Standardisierte Schnittstellen bieten den Vorteil, dass Komponenten oder Module, die die gleiche Schnittstelle unterstützen, gegeneinander ausgetauscht werden können, das heißt, sie sind miteinander kompatibel.

Es kommt häufig vor, dass zwei Teilnehmer der Kommunikation unterschiedliche, aber zueinander passende Schnittstellen besitzen müssen (Kompatibilität, z.B. Stecker – Buchse).

Der Begriff Schnittstelle wird ebenso im Projektmanagement im Anlagenbau verwendet, wobei Schnittstellen die Interaktionen zwischen verschiedenen Gewerken zur Erreichung der geforderten Funktionalität eines Systems beschreiben.

Maschinenschnittstelle

Maschinenschnittstelle ist der Ort, an dem ein Gerät bzw. eine Maschine mit einem weiteren Gerät bzw. mit einer weiteren Maschine interagiert. Eine solche Schnittstelle wird wie folgt beschrieben.

Physikalische Daten

Mechanische Parameter:

Elektrische Parameter:

Thermische Parameter:

Chemische Quelle

Hardwareschnittstellen

Hardwareschnittstellen sind Schnittstellen zwischen physischen Systemen in der Elektrotechnik und Elektronik. Die Schnittstellenausstattung eines Gerätes wird häufig als Konnektivität bezeichnet.

Hardwareschnittstellen sind in der Computertechnik weit verbreitet. Industrienormen sorgen zum Beispiel dafür, dass ein PC ein offenes System ist, das aus Komponenten verschiedener Hersteller zusammengesetzt werden kann. Beispiele für Hardwareschnittstellen, die in Computern eingesetzt werden, sind der PCI-Bus, AGP, SCSI, USB, FireWire und die ältere EIA-232 (auch als RS-232 oder V24 bekannt).

Man unterscheidet zwischen paralleler und serieller (Hardware-)Schnittstelle, je nachdem, ob mehrere Bits gleichzeitig übertragen werden können (siehe Parallele Datenübertragung). Im Kontext von Peripheriegeräten für Computer ist mit paralleler Schnittstelle im Allgemeinen der IEEE 1284-Anschluss gemeint, der meistens für den Drucker verwendet wird; als serielle Schnittstelle bezeichnet man in diesem Zusammenhang die veraltete EIA-232-Schnittstelle.

Die Schnittstelle: Ra- und Ri-Betrachtung

In der Elektrotechnik ergibt jedes Verbinden von analogen oder digitalen Geräten beim Zusammentreffen eine Schnittstelle. Bei jeder Schnittstelle bildet der Ausgangswiderstand Ra der Quelle mit dem Eingangswiderstand Ri der Last eine Anpassungsdämpfung, die auch Schnittstellendämpfung genannt wird. Besonders ist der wichtige Dämpfungsfaktor für diese Anpassungsdämpfung bei der Schnittstelle vom Endverstärker zum Lautsprecher zu beachten; letzteres ist wie bei allen Verbindungen in der Tontechnik ausschließlich Spannungsanpassung mit Ri ≪ Ra. Das Verbinden eines Mikrofons mit dem Eingang einer Soundkarte ergibt eine Schnittstelle mit den Problemen der Anpassungsdämpfung, genauso das Verbinden eines Endverstärkers mit dem Lautsprecher. Bei der Verbindung von digitalen Geräten muss Ri = Ra gewählt werden, um unerwünschte und störende Reflexion von Impulsen zu vermeiden. Unerheblich dabei ist, dass diese Bedingung zufällig mit der für Leistungsanpassung zusammenfällt.

Softwareschnittstellen

Datenschnittstellen / Programmierschnittstellen

Softwareschnittstellen oder softwareseitige Datenschnittstellen sind logische Berührungspunkte in einem Softwaresystem: Sie ermöglichen und regeln den Austausch von Kommandos und Daten zwischen verschiedenen Prozessen und Komponenten. In der Software benutzte Schnittstellen lassen sich grundsätzlich unterscheiden in:

Schnittstellen zur Interprozesskommunikation

Manche Schnittstellen ermöglichen Interprozesskommunikation (IPC), die Kommunikation zwischen verschiedenen Programmen auf demselben oder einem anderen Computer. Beispiele für solche Kommunikationsschnittstellen über ein Netzwerk hinweg sind Remote Procedure Call, DCOM, RMI oder CORBA , aber auch ODBC und JDBC. Auch die bekannten Netzwerkprotokolle wie TCP, HTTP usw. können als IPC-Schnittstellen verstanden werden. Eine unidirektionale Variante ist der Hotfolder.

Schnittstellen für Programmkomponenten

Schnittstellen für Programmkomponenten sind eine formale Deklaration, welche Funktionen vorhanden sind und wie sie angesprochen werden können. Das hat den Vorteil, dass Module, die die gleiche Schnittstelle besitzen, gegeneinander ausgetauscht werden können. Auch ist es auf diese Weise möglich, verschiedene Komponenten gleichzeitig zu entwickeln, ohne dass die erste fertig sein muss, um die zweite zu übersetzen. Solche Schnittstellen dienen der Modularisierung einer Softwarearchitektur.

Ein frühes Beispiel für solche Komponenten-Schnittstellen sind Header-Dateien, wie sie in C und C++ verwendet werden. Besonders wichtig sind Schnittstellen aber für Programmbibliotheken, die erst zur Laufzeit geladen werden (Dynamische Bibliotheken): Sie erlauben zu erkennen, welches Programm welche Bibliothek in welcher Version benötigt. Je nach Verwendungszweck sind wichtige Bewertungskriterien einer Schnittstelle beispielsweise Leistung, Skalierbarkeit, Transaktionssicherheit oder Ausfallsicherheit.

Eine besondere Bedeutung haben Schnittstellen in der Objektorientierten Programmierung: Hier werden sie verwendet, um für bestimmte Klassen festzulegen, welche Methoden sie unterstützen müssen und an welchen Stellen Instanzen dieser Klasse verwendet werden dürfen. Ontologisch bedeutet die Zugehörigkeit einer Instanz zu einem bestimmten Interface eine Ist-ein-Relation.

Benutzerschnittstellen

Eine Benutzerschnittstelle (oder Mensch-Maschine-Schnittstelle) ist der Punkt, an dem ein Mensch mit einem Gerät interagiert. Das können Schalter und andere Bedienelemente sein, Grafische Benutzeroberfläche eines Computers oder eine einfache Kommandozeile.

Organisatorische Schnittstellen

Verbindende Einrichtung

Neben den technischen Schnittstellen gibt es auch im Bereich der Organisationstechnik Schnittstellen. Solche Schnittstellen sind verwaltungstechnische oder auch physische Einrichtungen, die einen reibungslosen Ablauf innerhalb eines Betriebes oder unter mehreren Betrieben und Personen ermöglichen. Dies wiederum ermöglicht es Unternehmen und Personen auf einfache und daher auch kostengünstige Art und Weise untereinander Güter auszutauschen oder zu kommunizieren.

Beispiele:

Verbindungs- oder Trennstelle

Als Schnittstelle werden in der modernen Organisationstheorie Verbindungs- bzw. Trennstellen zwischen Organisationseinheiten bezeichnet. Werden z.B. aus zwei zusammenarbeitenden Organisationen drei gebildet, dann erhöht sich die Anzahl der Verbindungs-, Schnitt- oder Trennstellen von einer auf drei. Das ergibt dann Sinn, wenn der inhaltliche Gewinn der Aufteilung von Aufgaben der Organisationen größer ist, als der Aufwand, der zur Bedienung der häufigeren Schnittstellen benötigt wird.

Im Sprachgebrauch wird für „Schnittstelle“ gelegentlich auch „Nahtstelle“ benutzt, besonders um den verbindenden (gegenüber dem trennenden) Charakter von Schnittstellen hervorzuheben.

Literatur

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Basierend auf einem Artikel in: Wikipedia.de
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 10.06. 2024