Tarea 6:Información acerca de Puertos Paralelo, Rs232, Serial, Usb, Fireware


 

PUERTO PARALELO

 

    Los puertos paralelos pueden ser usados para conectar una multitud de componentes periféricos:

  • Impresoras
  • Escaners
  • Quemadores de CD
  • Discos duros externos
  • Iomega Zip removable drives
  • Adaptadores de Red
  • etc


Un puerto paralelo tipo detrás del gabinete
 

    Los puertos paralelos fueron desarrollados originalmente por IBM como una forma de conectar una impresora a la PC. Cuando IBM estaba en el proceso de diseño de la PC, la compañía quería que la computadora trabajara con impresoras ofrecidas por Centronics, una empresa líder en fabricante de impresoras en ese tiempo. IBM decidió no usar el mismo puerto de interfase que Centronics usaba en sus impresoras

 

    En lugar de eso, los ingenieros de IBM acoplaron un conector de 25 pines, el DB-25, con un conector Centronics de 36 pines para crear un cable especial que conectara la impresora con la computadora. Otros fabricantes de impresoras terminaron adoptando la interfase centronics, haciendo de este extraño cable híbrido un improbable estándar.

    Cuando una PC manda datos a una impresora u a otros dispositivos usando el puerto paralelo, esta manda 8 bits de datos (1 byte) a la vez, de forma distinta al puerto serie el cual manda los 8 bits uno detrás de otro por el mismo cable. El puerto paralelo estándar es capaz de mandar de 50 a 100 kilobytes de datos por segundo.

    Echemos una mirada mas cercana a lo que hace cada pin cuando utiliza una impresora:

  • Pin 1 lleva la señal de strobe. Esta mantiene un nivel de voltaje comprendido entre 2.8 y 5v, pero cae debajo de 0.5 volts cuando la computadora manda un byte de datos. Esta caída en el voltaje le dice a la impresora que el dato ha sido enviado.
  •  Los pines 2 al 9 son usados para mandar el dato. Para indicar que un bit tiene un valor de 1, una carga de 5v es enviada a través del pin correspondiente. Cuando no hay un voltaje en un pin, indica un valor de 0. Esta es una forma simple pero muy efectiva de transmitir información digital.
  • El pin 10 manda la señal de reconocimiento de la impresora a la computadora. Como el pin 1, esta mantiene una carga y cae debajo de 0.5v para indicarle a la computadora que el dato fue recibido.
  • Si la impresora está ocupada, mandará un 1 por el pin 11, y cambiará a 0, para indicarle a la computadora que está lista para recibir mas datos.
  • La impresora le avisa a la computadora que se se quedó sin papel enviando un 1 por el Pin 12.
  • Mientras la computadora este recibiendo voltaje por el pin 13, sabe que el dispositivo está conectado.
  • La computadora manda un una señal de auto suministro de papel a la impresora a través del pin 14.
 

  • Si la impresora tiene algún problema, manda un 0 al pin 15 para avisarle a la computadora que existe un error.
  • Cuando un nuevo trabajo de impresión está listo, la computadora manda un 0 para inicializar la impresora.
  • El pin 17 es usado por la computadora para tomar como remotamente desconectada la impresora. Esto se logra enviando 5 volts a la impresora y manteniéndolo así el tiempo que quieras considerarla desconectada.
  • Los Pine 18 al 25 son tierras y son usadas como señales de referencia para el nivel bajo (debajo de 0.5volts).

    Nota como los primeros 25 pines del cable centronics coinciden con los pines del primer conector. Cada byte que manda el puerto paralelo, se envia una señal de "handshaking", para que la impresora pueda "latchear" el byte.

SPP/EPP/ECP


    La especificación original para el puerto paralelo era unidireccional, esto quiere decir que la información solamente puede viajar en una dirección por cada pin. Con la introducción del PS/2 en 1987, IBM ofreció un nuevo diseño de puerto paralelo bidireccional. Este modo es comúnmente conocido como Puerto paralelo estandar (SPP de Standard Parallel Port) y ha reemplazado completamente el diseño original.

La comunicación bidireccional permite a cada dispositivo recibir datos así como también transmitir. Muchos dispositivos usan los 8 pines (del 2 al 9) originalmente diseñados para datos. Usando los mismos 8 pines limita la comunicación a half-duplex, es decir que la información solamente puede viajar en una dirección a la vez. Pero los pines 18 al 25, originalmente utilizados como tierras, pueden ser usados como pins de datos tambien. Esto permite el comunicación full-duplex (ambas direcciones al mismo tiempo).

    El Puerto Paralelo Mejorado (EPP de Enhanced Parallel Port) fue creado por Intel, Xircom y Zenith en 1991. El EPP permite transmitir mas información cada segundo (500 kilobytes a 2 megabytes). Este fue diseñado para dispositivos que no son impresoras, que se conectarían a este puerto, particularmente dispositivos de almacenamiento, los cuales necesitan la mas alta velocidad de transferencia.

    Casi al mismo tiempo de la introducción del EPP, Microsoft y Hewlett Packard conjuntamente anunciaron una especificación llamada Salida Paralela con capacidad de expansion (ECP de Extended Capabilities Port) en 1992. Mientras el EPP estaba siendo usado para otros dispositivos, el ECP fue diseñado para mejorar la velocidad y funcionalidad de las impresoras.

    En 1994, el estándar IEEE 1284 salió en vigencia. Este incluía las 2 especificaciones para los dispositivos para puerto paralelo, EPP y ECP. Para que estos trabajaron, tanto el sistema operativo como el dispositivo deben soportar la especificación requerida. Esto ya no es un problema en estos días, ya que la mayoría de las computadoras soportan SPP, ECP y EPP y detectan que modo necesita ser utilizado, dependiendo del dispositivo conectado. Si tu necesitas cambiar manualmente, tu puedes hacerlo a través del BIOS de la mayoría de las computadoras.

PUERTO RS232

 

PUERTO SERIE

 

    Considerada como una de los más básicas conexiones externas a una computadora, el puerto serie ha sido una parte integral de todas las computadoras por mas de 20 años. A pesar de que muchos sistemas nuevos han abandonado el puerto serie completamente y adoptado conexiones por USB, muchos modems aun usan el puerto serie, así como algunas impresoras, PDAs y cámaras digitales. Pocas computadoras tienen mas de 2 puertos serie.


Dos puertos serie en una computadora

    Esencialmente, los puertos serie proveen un conector estándar y un protocolo que te permite conectar dispositivos, tales como modems, microcontroladores, etc,  a a tu computadora.

    Todos los sistemas operativos en uso hoy en día suportan los puertos serie, por que estos puertos se han usado por décadas. Los puertos paralelos son un invento mas reciente y mas rápidos que los puertos serie. Los puertos USB tienen solo algunos años y en un futuro reemplazaran tanto a los serie como a los paralelos.

    El término "serial" viene del hecho de que el puerto serie "serializa" los datos. Esto quiere decir que toma un byte de datos y transmite los 8 bits del byte uno a la vez. La ventaja del puerto serie es que necesita únicamente 1 solo cable para transmitir los 8 bits (mientras que un puerto paralelo necesita 8). La desventaja es que dura 8 veces mas para transmitir el dato que si tuviéramos 8 cables.

    Antes de cada byte de información , el puerto serial manda un bit de comienzo (start bit), el cual es un bit con valor de 0. Después de cada byte de datos, este manda un bit de parada (stop bit) para indicar que el byte ha sido completado. Algunas veces también se manda un bit de paridad.

    Los puertos serie, también llamados puertos de comunicación (COM), son bi-direccionales. La comunicación bidireccional permite a cada dispositivo recibir datos, así como también transmitirlos. Los dispositivos seriales usan distintos pines para recibir y transmitir datos. Usando el mismo pin, limitaría la comunicación a half-duplex, esto quiere decir que la información solamente podría viajar en una dirección a la vez. Usando distintos pines, permite que la comunicación sea full-duplex, en la cual la información puede viajar en ambas direcciones al mismo tiempo.

 


Este chip de 40 pines es una variación del chip UART de National Semiconductor NS16550D

    Los puertos seriales dependen de un chip especial como controlador, el Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART), para funcionar correctamente. El UART toma la salida paralela del bus del sistema de la computadora y lo transforma en forma serial, para transmitirse a través del puerto serie. Con la finalidad de que funcione más rápido, la mayoría de los chip UART tienen un buffer integrado que varia de 16 a 16kB de capacidad. Este buffer permite almacenar datos que vienen del bus del sistema, mientras procesa los datos de salida (por el puerto serie). Mientras la mayoría de los puertos serie tienen una velocidad de transferencia de 115Kbps (kilobits por segundo), los puertos seriales de alta velocidad tales como el Enhanced Serial Port (ESP) y el  Super Enhanced Serial Port (Super ESP), pueden alcanzar velocidades de transferencia de 460Kbps.

 

LA CONEXIÓN SERIAL


    El conector externo para un puerto serie puede ser de 9 o de 25 pines. Originalmente, el uso primario de un puerto serie era de conectar un modem a la computadora. La asignación de los pines refleja eso. Echemos una mirada mas cercana a lo que pasa en cada pin cuando un modem es conectado.

 


Un conector de 25 pines y otro de 9

 

CONECTOR DE 9 PINES

 

  1. Carrier Detect (Portador detector)- Determina si el modem está conectado a una línea telefónica en funcionamiento.
  2. Receive Data (Receptor)- La computadora recibe la información enviada por el modem.
  3. Transmit Data (Transmisor)- La computadora envía información al modem.
  4. Data Terminal Ready - La computadora le dice al modem que está listo para hablar.
  5. Signal Ground (Tierra)- Este pin es aterrizado.
  6. Data Set Ready - El Modem le dice a la computadora que esta listo para hablar.
  7. Request To Send (Solicitar para envió)- La computadora le pregunta al modem si esta puede enviar información.
  8. Clear To Send - El modem le dice a la computadora que ya le puede enviar información.
  9. Ring Indicator - Una vez que una llamada ha tomado lugar, la computadora reconoce por esta señal (enviada por el modem) que una llamada es detectada.

CONECTOR DE 25 PINES

  1. No utilizado
  2. Transmit Data  (Transmisor)- La computadora envía información al modem.
  3. Receive Data (Receptor)- La computadora recibe la información enviada por el modem.
  4. Request To Send (Solicitar para envio)- La computadora le pregunta al modem si esta puede enviar información.
  5. Clear To Send - El modem le dice a la computadora que ya le puede enviar información.
  6. Data Set Ready - El Modem le dice a la computadora que esta listo para hablar.
  7. Signal Ground - Este pin es aterrizado.
  8. Received Line Signal Detector - Determina si el modem está conectado a una línea telefónica en funcionamiento.
  9. No utilizado
  10. No utilizado
  11. No utilizado
  12. No utilizado
  13. No utilizado
  14. No utilizado
  15. No utilizado
  16. No utilizado
  17. No utilizado
  18. No utilizado
  19. No utilizado
  20. Data Terminal Ready - La computadora le dice al modem que está lista para hablar.
  21. No utilizado
  22. Ring Indicator - Una vez que una llamada ha tomado lugar, la computadora reconoce por esta señal (enviada por el modem) que una llamada es detectada.
  23. No utilizado
  24. No utilizado
  25. No utilizado

    Los voltajes enviados por los pines puede ser en 2 estados, Encendido o Apagado. Encendido (valor binario de "1") significa que el pis está transmitiendo una señal entre -3 y -25 volts, mientras que Apagado (valor binario de "0") quiere decir que está transmitiendo una señal entre +3 y +25 volts.

 

Yendo con la Corriente
    Un aspecto importante de la comunicación serial es el concepto de control de flujo. Esta es la habilidad de un dispositivo de decirle a otro que pare de enviar datos por un tiempo. Los comandos Request to send (RTS), Clear To Send(CTS), Data Terminal Ready(DTR) y Data Set Ready(DSR), son usados para permitir el control de flujo.

 


Una tarjeta de puerto serial doble

    Veamos un ejemplo de como funciona el control de flujo. Tu tienes un modem que se comunica a 56Kbps. La conexión serial entre tu computadora y tu modem transmite a 115Kbps, el cual es mas del doble de rápido. Esto significa que el modem está recibiendo mas información de la computadora que la que puede transmitir por la línea telefónica. Aun si el modem tuviera un buffer de 128K para almacenar datos, este rápidamente se llenaría y sería incapaz de funcionar correctamente con toda la información llegándole de la computadora.

    Con este control de flujo, el modem puede parar el flujo de datos de la computadora antes de que agote el buffer del modem. La computadora está enviando constantemente una señal de Petición de Envió (RTS) y checando por una señal en el pin Libre para enviar (CTS). Si no hay una respuesta por este pin, la computadora para de enviar información, esperando hasta que le llegue la señal CTS para resumir. Esto permite que el modem mantenga un flujo de datos corriendo finamente.

UNIVERSAL SERIAL BUS

USB

    Todas las computadoras en estos días vienen con uno o mas conectores tipo USB en la parte de atrás. Estos conectores USB te permiten conectar desde un Mouse hasta una impresora a tu computadora de forma rápida y fácil. El sistema operativo soporta USB también, de tal forma que la instalación de los controladores del dispositivo se hace de forma fácil.

 

¿QUE ES EL USB?

 

    Cualquiera que haya tratado con computadoras por mas de 2 o 3 años sabe el problema que el USB está tratando de resolver; en el pasado conectar dispositivos a la computadora ha sido un dolor de cabeza.

  • Las computadoras vienen con únicamente un puerto para impresora, Algunos dispositivos como Zip Drives, los cuales necesitan una conexión de alta velocidad con la computadora, podrían usar el puerto paralelo, sin embargo con una limitación en la velocidad.
  • Los modems usan el puerto serie, pero también algunas impresoras y una variedad de dispositivos, tales como Palms y cámaras digitales. La mayoría de las computadoras tienen a lo máxima 2 puertos serie, y estos son muy lentos en la mayoría de los casos.
  • Los dispositivos que necesitan una conexión rápida vienen con sus propias tarjetas, las cuales tienen que acomodarse en los slots en la tarjeta madre. Desafortunadamente, el número de slots está limitado.

    La finalidad del USB es terminar con todos estos problemas. El USB te proporciona una única, sencilla y estandarizada forma de conectar hasta 127 dispositivos a una computadora.

    Casi todos los dispositivos hechos en estos días, vienen con su versión en USB. Una lista de ejemplo de dispositivos USB que puedes conectar en estos días incluye:

  • Impresoras
  • Scanners
  • Ratones
  • Joysticks
  • Camaras Digitales
  • Webcams
  • Dispositivos de adquisición de datos científicos.
  • Modems
  • Bocinas
  • Teléfonos
  • Dispositivos para video conferencias
  • Dispositivos de almacenamiento tales como los Zip drives
  • Conexiones de Red

  

 


El socket rectangular es un enchufe típico tipo USB

 


Un conector tipico de USB, llamado conexión "A"

    Si conectas un nuevo dispositivo, el sistema operativo este lo auto-detecta y te pide el disco de controladores. Si el dispositivo ya ha sido instalado, la computadora lo activa y empieza a comunicarse con el. Los dispositivos USB pueden ser conectados y desconectados en cualquier momento.

    Muchos dispositivos por USB vienen con su cable integrado, y el cable tiene una conexión tipo "A" en el. Si este no es el caso, entonces el dispositivos tiene un socket en el que acepta un conector USB tipo "B".

 


Una conexión tipo "B" tipica.

  

¿Se te acabaron los puertos?
 

    La mayoría de las computadoras vienen con 1 o 2 sockets para USB. Con tantos dispositivos USB en el mercado en estos días, esta cantidad de puertos se hace insuficiente. Por ejemplo una computadora que tenga una impresora por USB, un escáner USB, una webcam USB y una conexión a Red con USB y únicamente tiene 1 conector USB en ella, la pregunta es ¿Como conectas todos estos dispositivos?

    La solución a este problema es comprar un USB hub (los cuales no son caros). Como ya mencioné anteriormente, el estándar USB soporta hasta 127 dispositivos, y los USB hubs son parte del estándar.

 


 


Un hub de 4 entradas USB tipo "A".

    Los hubs tienen comúnmente 4 puertos, pero pueden tener muchos mas. Conectas el hub a tu computadora, y luego conectas tus dispositivos (u otros hubs) en el hub. Poniendo hubs encadenados tu puedes construir docenas de puertos USB en una sola computadora.

    Los hubs pueden ser alimentados o no. Como veremos en la siguiente hoja, el USB permite a los dispositivos a obtener su alimentación de la conexión USB. Obviamente, un dispositivo fuertemente alimentado, como una impresora o un escáner, tienen sus propias fuentes de alimentación, pero dispositivos de baja potencia como ratones y cámaras digitales toman su alimentación del USB con la finalidad de simplificar su tamaño. La alimentación (hasta 500 miliamperes a 5 volts) proviene de la computadora. Si tu posees muchos dispositivos auto-alimentados (tales como impresoras y escáner), entonces tu hub no necesita ser alimentado, debido a que ninguno de los dispositivos conectados al hub necesita alimentación adicional. Pero si tu tienes muchos dispositivos sin alimentación tales como Mouse y cámaras, tu probablemente necesites un hub alimentado. Este hub tiene su propio transformador y alimenta al BUS de forma que los dispositivos no sobrecargan la fuente de la computadora.

 

 

El USB tiene las siguientes características:
 

  • La computadora actúa como el host (ordenador servidor).
  • Pueden conectarse hasta 127 dispositivos, ya sea directamente o por medio de hubs.
  • Los cables individuales de USB pueden prologarse hasta 5 metros; pero con hubs, los dispositivos pueden estar hasta 30 metros del host.
  • Con USB 2.0, el bus tiene una velocidad máxima de transferencia de 480 megabits por segundo.
  • Un cable USB tiene 2 cables para alimentación (+5 volts y tierra) y un par de cables trenzados para llevar la información.
  • En los cables de alimentación, la computadora puede suministrar hasta 500 miliamperes de poder a 5volts.

  • Los dispositivos de bajo poder (tales como el mouse) pueden obtener su alimentación directamente del bus. Dispositivos de alto poder (tales como impresoras) tienen sus propias fuentes de alimentación y agarran muy poca alimentación del bus. Los hubs tienen su propia fuente para proveer alimentación a los dispositivos conectados a este.

  • Los dispositivos USB son hot-swappable, esto quiere decir que tu puedes conectarlos al bus y desconectarlos cuando quieras.

  • Muchos dispositivos USB pueden ser puestos a dormir por el ordenador cuando la computadora entra al modo de ahorro de energía.

 

 

Dentro de un cable de USB existen 2 cables para alimentación: +5 volts (rojo) y tierra (café) y un par de cables trenzados (amarillo y azul) para transportar los datos.

 

 

    Cuando el ordenador se enciende, este busca a todos los dispositivos conectados al bus y les asigna a cada uno una dirección. Este proceso es llamado enumeración, los dispositivos también son enumerados cuando se conectan al bus. El host también encuentra para cada dispositivo que tipo de transferencia de datos quieren realizar:

  • Interrupt.(interrupción)- Para un dispositivo como un mouse o un teclado, el cual estará enviando muy poca información, escogería el modo interrupt.
  • Bulk (bulto)- Un dispositivo como una impresora, el cual recibe la información en un paquete grande, usa el modo bulk. Un bloque de datos es enviado a la impresora (en trozos de 64 bytes) y verifica si es correcto.
  • Isochronous (sincrónicos)- Dispositivos de flujo (tales como bocinas) usan el modo isochronous. El flujo de datos entre el dispositivo y el host es en tiempo-real, y no hay corrección de error.

 

    El host también puede enviar comandos o averiguar parámetros con paquetes de control.

Como los dispositivos están enumerados, el host mantiene un rastreo del ancho de banda total que todos los dispositivos isochronous e interrupt estan pidiendo. Ellos pueden consumir hasta un 90% de los 480 Mbps del ancho de banda disponible. Despues de que el 90% es agotado, el host niega el acceso a cualquier otro dispositivo sincrónico o de interrupción. Los paquetes de control y los paquetes para transferencia en bulk usan el ancho de banda que queda (por lo menos el 10%).

    El USB divide el ancho de banda disponible en frames, y el host controla los frames. Los frames contienen 1,500bytes, y nuevo frame comienza cada milisegundo.  En el transcurso de un frame, los dispositivos sincrónicos y de interrupción toman un slot de tal forma que garantiza el ancho de banda que requieren. Las transferencias tipo bulk y control usan el espacio que queda.

 

USB 2.0
 

    El estándar para la versión 2.0 del USB salió en vigencia en Abril del 2000 y sirve como una actualización para el USB 1.1.

    El USB 2.0 (USB de alta velocidad) provee ancho de bada adicional para aplicaciones de multimedia y almacenamiento y tiene una velocidad de transmisión 40 veces mas rápida que el USB 1.1. Para permitir una transición suave para tanto consumidores como fabricantes, el USB 2.0 tiene una amplia compatibilidad con los dispositivos que usan el USB original y también trabaja con los cables y conectores hechos para el USB original.

Con 3 modos de velocidad (1.5, 12 y 480 megabits por segundo), el USB 2.0 soporta dispositivos de bajo ancho de banda, tales como teclados y ratones, asi como dispositivos de de gran ancho de banda, tales como Webcams de alta resolución, escaners, impresoras y sistemas de almacenamiento de alta capacidad. El despliegue del USB 2.0 ha permitido a los líderes de la industria del PC a impulsar el desarrollo de la nueva generación de componentes periféricos para complementar el alto rendimiento existente en las PCs. La velocidad de transmisión del USB 2.0 también facilita el desarrollo de la nueva generación de PCs y sus aplicaciones.

¿Qué es el puerto FireWireIEEE 1394?

Este estándar para conexiones de alta velocidad fue desarrollado originalmente por Apple Computer© en 1986, adoptándolo la IEEE en 1995 como la norma 1394. Debido a que tienen mayor velocidad de transmisión que un USB, los principales productos que son compatibles con FireWire – IEEE 1394 son cámaras, videocaseteras DV y DVB, así como reproductores de audio digital. Todas las comunicaciones son en tiempo real y síncronas, por lo que los datos se transfieren sin degradación perceptible.

De manera similar a la operación de USB, FireWire soporta elevados anchos de banda. La primera versión, conocida como FireWire 400, es contemporánea al USB 1.1, conectando dispositivos a distancias no mayores a 4.5 metros y con anchos de banda de 400 Mbps. La nueva versión, FireWire 800, también llamada IEEE 1394b, proporciona hasta 800 Mbps y hasta 100 metros de distancia con enlaces de fibra óptica, en abierta competencia con los 480 Mbps del USB 2.0. Diversos fabricantes de hardware han adoptado ambas versiones en sus productos, tal es el caso de Sony©, cuya implementación del IEEE 1394 se llama i.Link© S400 y del IEEE 1394b como i.Link© S800.

Otras características de FireWire – IEEE 1394 son

  1. Flexibilidad de conexiones. Se pueden conectar hasta 63 dispositivos en un bus, incluyendo computadoras.
  2. Transmisión en tiempo real. Aplicaciones críticas como audio, video y gráficos generados por computadora se benefician notablemente de la transmisión síncrona en este estándar.
  3. Potencia en el cable. A diferencia de USB que dota de 2.5 watts a los dispositivos que así lo requieren, FireWire – IEEE 1394 proporciona hasta 45 watts.
  4. Conectar y usar. Los dispositivos asociados a FireWire se reconocen de manera automática en el sistema, pudiendo lanzar las aplicaciones correspondientes sin intervención del usuario.

USB y FireWire – IEEE 1394 han revolucionado la forma de conectar periféricos a las computadoras. Sin embargo, su impacto va más allá: las velocidades que alcanzan obligan a pensar en la sustitución de no sólo los antiguos puertos seriales y paralelos (ya hay muchas computadoras que no los incluyen), sino también en modificar las interfaces de comunicación internas: discos duros, lectores de discos compactos y DVDs, tarjetas de video y de audio y enlaces de red.

Parece indudable que en el futuro cercano ambos tipos de interfaz sean el estándar para la interconexión de todo tipo de aparatos a relativa corta distancia. La convergencia digital de televisiones, reproductores caseros de DVD, sistemas de teatro en casa, cámaras y grabadoras de audio y video conectadas a la computadora es ya una posibilidad. Otras aplicaciones incluyen la producción de televisión y radio con alta calidad, evitando el uso de diversos cables así como la degradación de la señal que, combinado con los sistemas de transmisión directa al hogar y la televisión de alta definición, llevarán imagen y voz sin distorsiones desde el estudio hasta la pantalla del espectador.


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