Oliverio J. Santana Jaria

1
3. Interfaces externas de propósito
general

• Oliverio J. Santana Jaria
• Periféricos e Interfaces
• Ingeniería en Informática
• Curso 2007 2008

2
Interfaces externas

• La interfaz entre un controlador de E/S y un
  periférico debe ajustarse a la naturaleza y a la
  forma de funcionar del periférico
• Interfaz serie vs. Interfaz paralela
• Interfaz punto-a-punto vs. Interfaz multipunto
• La interfaz debe soportar el diálogo entre el
  controlador de E/S y el periférico
• Envío de solicitud
• Reconocimiento de solicitud
• Transferencia de datos
• Reconocimiento de recepción

STALLINGS 7.7
3
Registro de acoplo

• Para el correcto funcionamiento de un controlador
  de E/S es necesario disponer de un registro de
  acoplo
• Este registro es un almacenamiento temporal
  (buffer) de los datos a transferir entre el
  periférico y el resto del sistema
• Su objetivo principal es permitir que el
  controlador de E/S pueda compensar las
  diferencias de velocidad entre el bus del sistema
  y la interfaz externa

STALLINGS 7.7
4
Interfaces serie y paralela

• La interfaz puede ser serie o paralela
• Serie solo hay una línea
  de conexión, los
  bits se
  transmiten de uno en uno
• Paralela hay varias líneas
  de conexión, lo
  que permite
  transmitir varios bits de forma
  simultánea
• Tradicionalmente se asocian las interfaces
  paralelas con dispositivos de alta velocidad
  (cinta, disco) y las interfaces serie con
  dispositivos más lentos (impresoras, terminales)
• Hoy en día, las interfaces serie de alta
  velocidad hacen que las paralelas sean cada vez
  menos frecuentes

STALLINGS 7.7
5
Configuraciones punto-a-punto

• Una interfaz punto-a-punto proporciona una
  línea específica entre el controlador de E/S
  y el dispositivo externo
• En los PCs tradicionales, las líneas
  punto-a-punto se utilizan para dispositivos como
  el teclado, el ratón y la impresora
• Como ejemplos estudiaremos
• El puerto paralelo del PC Centronics
• El puerto serie del PC RS232C
• El bus serie universal USB

STALLINGS 7.7
6
Configuraciones multipunto

• Las interfaces externas multipunto cobran cada
  vez más importancia, ya que se utilizan para dar
  soporte a
• Dispositivos de almacenamiento masivo (disco,
  cinta)
• Dispositivos multimedia (CD-ROM, equipos de
  audio, equipos de video)
• Estas interfaces multipunto son, en realidad,
  buses externos que poseen el mismo tipo de lógica
  que los buses descritos en el Tema 2
• Como ejemplos estudiaremos
• El bus serie FireWire
• InfiniBand

STALLINGS 7.7
7
Estructura del tema

• Introducción
• Interfaces punto-a-punto
• El puerto paralelo del PC Centronics
• El puerto serie del PC RS232C
• El bus serie universal USB
• Interfaces multipunto
• El bus serie FireWire
• InfiniBand

8
El puerto paralelo

• El principal objetivo del puerto paralelo de un
  PC es actuar como interfaz con la impresora
• Los PCs actuales poseen al menos un puerto
  paralelo, aunque suelen estar preparados
  (DOS/BIOS) para manejar hasta cuatro distintos
• Normalmente se denominan LPT1, LPT2, LPT3 y LPT4
  (Line PrinTer)
• La abreviatura PRN (PRiNter) se usa con
  frecuencia como sinónimo de LPT1

MESSMER 32
9
Interfaz Centronics

• La conexión entre el puerto paralelo del PC y la
  impresora se realiza por medio de un cable
  Centronics
• Normalmente, un cable Centronics está compuesto
  por 36 líneas, por lo que los conectores también
  tienen 36 pins

MESSMER 32
10
Interfaz Centronics

• De las 36 líneas, sólo 17 están realmente
  mapeadas a señales del protocolo de comunicación
• Hay 18 líneas mapeadas como líneas de tierra
• Dentro del cable, las líneas de tierra se tuercen
  alrededor de las otras para evitar
  interferencias entre ellas

MESSMER 32
11
Interfaz Centronics

• El conector de la impresora tiene 36 pins
• Dado que no todas las líneas transmiten una
  señal, el conector del PC suele reducirse a 25
  pins
• El conector es más pequeño y barato
• Las líneas de tierra que faltan pueden recrearse
  de las otras

MESSMER 32
12
Interfaz Centronics

• La longitud del cable no debe exceder los 5
  metros o empezarán a producirse errores de
  transmisión
• Para distancias mayores sería necesario usar
  transmisión serie
• El cable serie permite distancias de hasta 200
  metros, pero transmitir a través de él es más
  lento

MESSMER 32
13
Estructura del puerto paralelo

• Cada puerto paralelo es accedido por el
  computador utilizando la dirección a la que está
  mapeado
• Los componentes centrales del puerto paralelo son
  tres registros de ocho bits cada uno
• Datos dirección base desplazamiento 00h
• Estado dirección base desplazamiento 01h
• Control dirección base desplazamiento 02h

MESSMER 32.1.3
14
Estructura del puerto paralelo

• El registro de datos almacena los bits de datos
  que deben ser transferidos
• Este registro puede ser tanto leído como escrito
  por el computador usando las instrucciones
  correspondientes

MESSMER 32.1.3
15
Estructura del puerto paralelo

• El registro de estado es de solo lectura y
  permite al computador comprobar el estado del
  dispositivo

MESSMER 32.1.3
16
Estructura del puerto paralelo

• El registro de control permite al computador
  gestionar el comportamiento del dispositivo
• Por otro lado, también permite al dispositivo
  generar interrupciones para solicitar la atención
  del computador

MESSMER 32.1.3
17
Estructura del puerto paralelo

• La dirección recibida por las líneas A0A9 es
  decodificada si la señal IOR o IOW está activa
• Los datos se transmiten a nivel de bytes por
  medio de un registro interno

MESSMER 32.1.2
18
Estructura del puerto paralelo

• El computador puede modifica el registro de
  control y responde a las interrupciones
• El computador puede leer el registro de estado
  para comprobar el estado de la impresora

MESSMER 32.1.2
19
Estructura del puerto paralelo

• Todas las señales se mapean en el conector
  Centronics, ya sea en su versión de 36 pins o en
  su versión de 25

MESSMER 32.1.2
20
Protocolo de comunicación

• En total, el protocolo de comunicación cuenta con
  17 líneas
• Datos 8 líneas de salida
• Estado 5 líneas de entrada (una invertida)
• Control 4 líneas de salida (tres invertidas)

MESSMER 32.1
MESSMER 32.2
21
Protocolo de comunicación

• El protocolo necesario para que el computador
  transmita un byte a la impresora utiliza
  principalmente las señales Strobe, Ack y Busy
• 1. Introducir el byte a enviar en el registro de
  datos
• 2. Esperar a que la impresora no esté ocupada
  (Busy)
• 3. Activar Strobe para que la
  impresora
  acepte el dato
• 4. La impresora activa Busy
  para
  indicar que está
  procesando el dato
• 5. La impresora activa Ack
  para
  indicar que ha
  terminado y se
  puede
  regresar al primer paso

MESSMER 32.1
MESSMER 32.2
22
Protocolo de comunicación

• También es posible realizar un intercambio de
  datos entre dos computadores usando el puerto
  paralelo
• 1. El emisor activa DSL para indicar que quiere
  enviar datos
• 2. El receptor contesta activando INI
• La conexión está establecida y los papeles de
  emisor y receptor han sido asignados

MESSMER 32.2
23
Protocolo de comunicación

• También es posible realizar un intercambio de
  datos entre dos computadores usando el puerto
  paralelo
• 3. El emisor carga el dato y realiza un pulso de
  STB, lo que genera
  una interrupción en el receptor
• 4. La rutina de gestión de interrupción del
  receptor adquiere el dato

MESSMER 32.2
24
Protocolo de comunicación

• También es posible realizar un intercambio de
  datos entre dos computadores usando el puerto
  paralelo
• 5. El receptor realiza un pulso de STB,
  lo que
  genera una interrupción en el emisor
• 6. La interrupción en el emisor devuelve el
  control a la rutina que repetirá los pasos 3, 4 y
  5 hasta que el último dato se transmita

MESSMER 32.2
25
Protocolo de comunicación

• También es posible realizar un intercambio de
  datos entre dos computadores usando el puerto
  paralelo
• 7. El transmisor desactiva DSL
• 8. El receptor desactiva INI
• La conexión ha concluido y el proceso puede
  repetirse, reasignándose los papeles de emisor
  y receptor

MESSMER 32.2
26
Puerto paralelo IEEE-1284

• La funcionalidad del puerto paralelo integrado en
  las placas madre de los computadores
  actuales ha sido mejorada siguiendo el
  estándar IEEE-1284
• Este estándar presenta cinco modos de operación
• Compatible SPP Standard Parallel Port
• Byte
• Nibble
• Extendido EPP Extended Parallel Port
• Capacidad mejorada ECP Enhanced Capability Mode

MESSMER 32.3
27
Puerto paralelo IEEE-1284

• Las líneas utilizadas por los cinco modos de
  operación son las mismas, pero con diferentes
  nombres/funciones

MESSMER 32.3
28
IEEE-1284 en modo SPP

• El modo SPP se define para permitir la
  compatibilidad con el modo unidireccional
  Centronics original
• Se corresponde con una interfaz Centronics
  estándar
• Permite que impresoras antiguas puedan ser
  conectadas a un puerto que cumpla la
  norma IEEE-1284
• Este modo sólo admite emisión de datos y, al ser
  undireccional, está completamente controlador por
  el procesador

MESSMER 32.3
29
IEEE-1284 en modo byte

• El modo byte corresponde a un protocolo
  Centronics bidireccional en el que los datos se
  transfieren byte a byte a través del registro de
  datos
• Es necesaria una señal de control adicional para
  indicar la dirección de la transferencia
• El valor del bit correspondiente del registro de
  control debe establecerse antes de cada ciclo de
  transferencia

MESSMER 32.3
30
IEEE-1284 en modo nibble

• El modo nibble permite la transferencia de datos
  en grupos de 4 bits (nibble)
• Cuatro de las líneas de estado se utilizan como
  líneas de datos
• Una transferencia abarca siempre un byte completo
• En primer lugar se envía la primera mitad del
  byte
• Una vez que ha sido procesada, se envía la
  segunda mitad

MESSMER 32.3
31
IEEE-1284 en modo EPP

• El modo EPP permite transferencias
  bidireccionales de bloques de hasta 256 bytes
• Al contrario que los modos anteriores, el
  protocolo de señales no es controlado por
  software sino por hardware
• La programación es más eficiente
• El circuito necesario es más complejo y caro
• Dispone de los 3
  registros estándar,
  
  lo que permite
  compatibilidad
  
  con el modo SPP
• Además hay otros 4
  registros adicionales

MESSMER 32.3
32
IEEE-1284 en modo ECP

• Sus características son similares a las del modo
  EPP, aunque está limitado a 128 bytes
• El modo ECP permite compresión de datos
• Una cola FIFO almacena los bits a transmitir
• No se envían series de bits iguales, sino que se
  envía el número de bits que compone la serie (run
  length codes)
• La mayor complejidad
  hace necesaria la
  
  presencia de varios
  registros adicionales,
  
  aunque los equivalentes
  a los 3
  registros estándar
  siguen presentes

MESSMER 32.3
33
Estructura del tema

• Introducción
• Interfaces punto-a-punto
• El puerto paralelo del PC Centronics
• El puerto serie del PC RS232C
• El bus serie universal USB
• Interfaces multipunto
• El bus serie FireWire
• InfiniBand

34
El puerto serie

• El puerto serie de un computador es de
  gran importancia debido a su
  flexibilidad
• El puerto paralelo transmite varios bits a la
  vez, por lo que su
  funcionamiento dependerá de
• El formato de la línea de transmisión
• La anchura de la línea de transmisión
• El puerto serie trasmite la información a nivel
  de bits
• Todos los datos son preprocesados y divididos en
  bits
• Estos bits se transmiten siempre de uno en uno
• El receptor procesa los bits recibidos para
  recomponer los datos
• La línea de transmisión es siempre igual 1 bit
  de ancho

MESSMER 33
35
Puerto serie vs. Puerto paralelo

• El puerto paralelo
• ? Es teóricamente más rápido
• ? Los datos no necesitan ser preprocesados
• ? Es menos flexible
• ? Es más costoso
• ? Tiene predisposición a sufrir errores en
  distancias largas
• El puerto serie
• ? Es teóricamente más lento
• ? Los datos deben ser preprocesados
  (serializados/deserializados)
• ? Es más flexible
• ? Es mucho menos costoso por su menor número de
  líneas
• ? Tiene una menor predisposición a sufrir
  errores, incluso en distancias largas

MESSMER 33
36
Transferencia serial síncrona

• En una transferencia serial síncrona se
  intercambian una o varias señales de control
  entre emisor y receptor
• Las señales de control determinan cuando hay
  un bit de datos válido en la línea de
  transmisión
• Puede existir una señal de reloj que controle la
  sincronización
• Si no hay una señal de reloj, la sincronización
  se realizará por medio de un protocolo típico
  solicitud reconocimiento

MESSMER 33.1
37
Transferencia serial asíncrona

• En una transferencia serial síncrona, los propios
  datos contienen la información de temporización
  necesaria
• El receptor muestrea la línea a intervalos
  regulares para detectar la llegada de datos
• La transmisión se realiza a nivel de bloques de
  datos (SDU Serial Data Unit)
• Un bit de comienzo (start) indica el principio de
  un SDU
• Un bit de final (stop) indica que el SDU ha
  terminado
• Se añaden bits de paridad para el control de
  errores

MESSMER 33.1
38
Transferencia síncrona vs. asíncrona

• La transferencia síncrona
• ? Permite mayores velocidades de transmisión
• ? Permite que el receptor pueda interactuar con
  emisores de frecuencia de reloj variada
  siempre que no sobrepasen su frecuencia máxima
• ? Permite interconectar una menor variabilidad de
  dispositivos, ya que emisor y receptor deben
  cumplir con el mismo protocolo de transmisión
• La transferencia asíncrona
• ? Es más lenta debido a que hay que transmitir
  información adicional a través de la
  línea
• ? Exige que emisor y receptor trabajen a la misma
  frecuencia de reloj, pues el receptor muestrea
  la línea periódicamente
• ? Permite interconectar una mayor variabilidad de
  dispositivos

MESSMER 33.1
39
Bits de paridad

• Casi todos los puertos serie soportan la
  generación y comprobación de bits de paridad a
  nivel hardware
• El método más simple permite detectar errores en
  un solo bit
• Métodos más complejos permiten detectar errores
  en varios bits e incluso corregir algunos de
  ellos, pero a costa de tardar más en generar el
  SDU e introducir más información adicional
• Se utilizan cinco tipos de paridad distintos
• Sin paridad no se inserta información de paridad
  en el SDU
• Paridad par se inserta un bit de paridad tal que
  el número de 1s sea par
• Paridad impar se inserta un bit de paridad tal
  que el número de 1s sea impar
• Marca (mark) el bit de paridad es siempre 1
• Espacio (space) el bit de paridad es siempre 0

MESSMER 33.1
40
Velocidad de transferencia baudios

• El baudio es una unidad que mide el número de
  cambios por segundo que se producen en una señal
• En un puerto serie estándar, los baudios indican
  el número de bits transmitidos por segundo
• Los cambios de una señal se limitan a los valores
  0 y 1
• Estos cambios se producen con una frecuencia
  regular
• Los bits de comienzo, fin y paridad se consideran
  bits transmitidos a efectos de medir la velocidad
• Si las condiciones no son éstas, el número de
  bits por segundo no coincidirá con los baudios

MESSMER 33.1
41
Serialización

• Antes de realizar una transferencia a través de
  un puerto serie, el emisor y el receptor deben
  acordar el formato de transmisión
• Número de bits de datos
• Tipo de paridad
• Velocidad de
  transmisión

Ejemplo 2400 baudios
transmisión asíncrona 7 bits de
datos 1 de paridad
MESSMER 33.1
42
Serialización

• La línea de comunicación se mantiene a un valor
  determinado cuando no se utiliza (en el ejemplo
  1)
• El bit de comienzo debe tener
  el valor contrario
  para que pueda
  ser detectado
• El bit de final tendrá
  el mismo valor

Ejemplo 2400 baudios
transmisión asíncrona 7 bits de
datos 1 de paridad
MESSMER 33.1
43
Serialización transmisión de un dato

• Dado un dato, la circuitería SDU coloca el bit
  de comienzo, calcula la paridad, añade
  los bits correspondientes y coloca el bit de
  final
• El SDU generado se almacena en un registro
  de desplazamiento que actúa de acuerdo con
  una señal de reloj interna

MESSMER 33.1
44
Serialización recepción de un dato

• Cuando se recibe el bit de comienzo, un registro
  de desplazamiento recompone el dato a partir de
  los bits recibidos siguiendo el ritmo del reloj
  interno
• Una vez que el dato completo está disponible, la
  circuitería SDU obtiene los bits de datos y
  comprueba los bits de paridad

MESSMER 33.1
45
Serialización errores de transmisión

• Durante la transmisión de un SDU pueden
  darse diversos tipos de errores
• Error de estructura (frame) si el receptor
  detecta un bit de final incorrecto significa que
  el SDU no se ha ajustado a la estructura
  pactada al inicio de la transmisión
• Error de rotura (break) si el receptor detecta
  que la línea está a un valor
  distinto del por defecto durante más tiempo que
  la duración de un SDU significa que la
  conexión se ha roto
• Error de sobrescritura (overrun) si los datos
  llegan demasiado rápido, un SDU
  recompuesto pero no leído puede ser sobrescrito
  por un SDU posterior
• Error de paridad (parity) si ninguno de los
  errores anteriores ha ocurrido, el SDU ha llegado
  correctamente sin embargo, todavía es necesario
  comprobar la paridad, que podría ser incorrecta
  por problemas en la línea o por una configuración
  errónea del tipo de paridad

MESSMER 33.1
46
La interfaz RS232C

• La mayoría de las transferencias seriales
  realizadas en los computadores modernos se
  realizan cumpliendo con el estándar RS232C
• Este estándar define la interfaz entre dos
  equipos a nivel mecánico, eléctrico y
  lógico
• Equipo terminal de datos (DTE Data Terminal
  equipment)
• Equipo de transmisión de datos (DCE Data
  Carrier Equipment)
• La comunicación física entre dos DTE (ej. PCs) se
  realizará por medio de sus
  correspondientes DCE (ej. módems)

MESSMER 33.2
47
La interfaz RS232C

• El estándar RS232C define 25 líneas entre DTE y
  DCE, por lo que los conectores deberían tener 25
  pins
• El típico uso de este protocolo en los
  computadores actuales es el intercambio asíncrono
  de datos en serie
• Sólo 11 señales son necesarias para este
  propósito
• El resto (la mayoría) están reservadas para los
  intercambios síncronos, aunque es un tema en el
  que no entraremos
• El conector usado habitualmente tiene sólo 9
  pins, perdiéndose con ello una línea de tierra y
  la señal DSRD

MESSMER 33.2
48
La interfaz RS232C
MESSMER 33.2
49
La interfaz RS232C

• La transferencia entre DTE y DCE
  está controlada por cinco señales
• Establecimiento de conexión
• DTR (data terminal ready) el DTE activa esta
  señal para indicar que se encuentra preparado
  para enviar datos
• DSR (data set ready) el DCE activa esta señal
  para indicar que se encuentra preparado para
  recibir datos
• DCD (data carrier detect) el DCE activa esta
  señal para indicar que está conectado con el DCE
  remoto que recibirá la transmisión
• Transferencia de datos (inútiles sin establecer
  la conexión)
• RTS (request to send) el DTE solicita al DCE que
  se prepare para una transferencia
  de datos
• CTS (clear to send) el DCE indica al DTE que
  está listo para recibir la
  transferencia de datos

MESSMER 33.2
50
La interfaz RS232C

• Las otras cuatro señales también
  tienen una función relacionada
  con transferencias DTE
  DCE
• TD (transmitted data) datos transmitidos
• RD (received data) datos recibidos
• RI (ring indicator) el DCE activa esta señal,
  independientemente de que se haya o no
  establecido una conexión, para
  indicarle al DTE que un DCE remoto desea
  realizar una transmisión
• DSRD (data signal rate detector sólo 25-pin)
  esta señal bidireccional permite tanto al DTE
  como al DCE cambiar la velocidad de
  transmisión (baudios)

MESSMER 33.2
51
Tipos de conexión RS232C

• El protocolo RS232C permite establecer tres tipos
  distintos de conexión
• Simplex unidireccional
• Half-duplex bidireccional por turnos
• Full-duplex bidireccional simultánea
• Cada uno de estos tres tipos de conexión difiere
  de los demás en el uso que realiza de las
  líneas
• Transmisión TD y RD
• Establecimiento de conexión DTR, DSR, DCD y RI
• Transferencia de datos RTS y CTS

MESSMER 33.2
52
Tipos de conexión RS232C simplex

• Cuando la transferencia de datos se realiza desde
  el DTE al DCE las líneas se usan de la siguiente
  forma
• TD el DTE la usa para enviar datos al DCE
• RD no se usa
• DTR el DTE la usa para indicar que transmitirá
  datos
• DSR el DCE la usa para responder (o la tiene
  siempre activa)
• DCD el DCE la mantiene inactiva, no recibe del
  exterior
• RI en general, no tiene sentido (hay
  excepciones)
• RTS el DCE la ignora (o el DTE la mantiene
  activa)
• CTS el DTE la ignora (o el DCE la mantiene
  activa)

MESSMER 33.2
53
Tipos de conexión RS232C simplex

• Cuando la transferencia de datos se realiza desde
  el DCE al DTE las líneas se usan de la siguiente
  forma
• TD no se usa
• RD el DCE la usa para enviar datos al DTE
• DCD el DCE indica transmisión entrante al DTE
• DSR el DCE está listo para trasmitir (o siempre
  activa)
• DTR el DTE la usa para indicar que está listo
  para recibir
• RI permite al dispositivo externo llamar al DTE
  (vía DCE)
• RTS el DCE la ignora (o el DTE la mantiene
  activa)
• CTS el DTE la ignora (o el DCE la mantiene
  activa)

MESSMER 33.2
54
Tipos de conexión RS232C half-duplex

• En una conexión half-duplex, tanto el DTE como
  el DCE pueden actuar como emisor y como
  receptor, pero sólo uno a la vez
• Por TD se transmiten datos y por RD se reciben
  datos, pero de una forma estrictamente
  ordenada
• El DTE indica que está listo usando la señal DTR,
  mientras que el DCE hace lo propio con DSR
• Cuando un DTE desea transmitir activa RTS y
  espera a que el correspondiente DCE confirme la
  conexión usando CTS
• La conexión puede cambiar de dirección
  de nuevo por medio de RTS y
  CTS
• La señal RI es importante para que el DTE detecte
  que un dispositivo externo desea
  contactar con él

MESSMER 33.2
55
Tipos de conexión RS232C full-duplex

• El uso más generalizado de este protocolo es el
  full-duplex, que permite transferir datos en
  ambas direcciones al mismo tiempo
• Dos conexiones físicas separadas
• Una conexión física pero dos canales lógicos
• Es importante que los extremos de la comunicación
  no tengan que esperar a que el otro habilite la
  conexión
• RI indica que un dispositivo externo desea
  conectar
• El DTE confirma que está listo con DTR
• El DCE responde con DSR (o está siempre activa)
• RTS y CTS no se usan o permanecen siempre activas

MESSMER 33.2
56
Tipos de conexión RS232C full-duplex

• El estado normal de las señales en una
  conexión RS232C full-duplex es el siguiente

MESSMER 33.2
57
Tipos de conexión RS232C full-duplex

• Cuando el DCE recibe una comunicación del
  exterior activa la señal RI para comunicárselo al
  DTE

MESSMER 33.2
58
Tipos de conexión RS232C full-duplex

• El DTE detecta RI y contesta activando DTR para
  indicar que está listo para la conexión

MESSMER 33.2
59
Tipos de conexión RS232C full-duplex

• Una vez que el módem ha completado los
  preparativos, activa DSR para indicarlo

MESSMER 33.2
60
Tipos de conexión RS232C full-duplex

• Ahora que la conexión se ha establecido, el DCE
  activa la señal DCD para indicárselo al DTE

MESSMER 33.2
61
Tipos de conexión RS232C full-duplex

• Opcionalmente, el DTE activa RTS para enviar
  datos y el DCE lo reconoce con CTS ambas
  permanecen activas

MESSMER 33.2
62
Tipos de conexión RS232C full-duplex

• La transferencia de datos bidireccional
  continuará mientras las señales DTR, DSR y DCD
  estén activas

MESSMER 33.2
63
RS232C conexión con una impresora

• Es posible conectar una impresora a un computador
  a través del puerto serie RS232C
• En esta conexión no existe un DCE, por lo que el
  significado de las señales cambia ostensiblemente

MESSMER 33.3
64
RS232C conexión con una impresora

• El computador no usa las señales DCD y RI,
  dado que la impresora no puede llamarle
• La línea TD del computador se conecta a la línea
  RD de la impresora para transmitir los datos

MESSMER 33.3
65
RS232C conexión con una impresora

• La RTS del computador se conecta a la CTS para
  que las peticiones de transmisión se habiliten
  directamente
• Las líneas de la impresora se puentean para que
  DSR, DCD y CTS estén activas durante la
  comunicación

MESSMER 33.3
66
RS232C conexión con una impresora

• El computador es más rápido que la impresora
• Se toma un pin no usado (ej. 19) en el lado de la
  impresora
• Se le da el significado de buffer de impresora
  lleno
• Hay un problema de compatibilidad pueden usarse
  pins distintos
• Se conecta esta señal a la entrada DSR del
  computador

MESSMER 33.3
67
RS232C conexión entre computadores

• La conexión directa no es posible
• Los dos dispositivos son DTEs
• Los dos conectores son iguales y las señales
  coinciden
• La solución es el esquema denominado módem nulo

MESSMER 33.3
68
RS232C conexión entre computadores

• La TD de cada DTE se conecta con la RD del otro
• La entrada de datos de un DTE es la salida de
  datos del otro
• Esto simula la tarea que normalmente realizarían
  los DCEs, los cuales no existen en este tipo de
  conexión

MESSMER 33.3
69
RS232C conexión entre computadores

• La señal DTR de cada DTE se utiliza para
  solicitar la conexión al otro, simulando la
  presencia de un DCE
• Activa la señal RI del otro DTE
• Activa la señal DSR del otro DTE

MESSMER 33.3
70
RS232C conexión entre computadores

• La señal RTS de cada DTE tiene dos funciones que,
  de nuevo, simulan la presencia de los DCEs
• Activa su propia CTS para habilitar la
  transmisión
• Activa la DCD del otro para avisarle de la
  transmisión

MESSMER 33.3
71
UART 8250

• El circuito que se encarga de las tareas
  complejas de un puerto serie es denominado
  UART (Universal Asynchronous Receiver and
  Transmitter)
• Una UART es un emisor/receptor programable para
  transmisiones asíncronas cuyas funciones son
• Conversión serie-paralelo recibir transmisiones
  serie y restituir los datos a su
  forma original
• Conversión paralelo-serie serializar datos
  internos del computador para transmitirlos a
  través de una línea serie

MESSMER 33.6
72
UART 8250

• Los PCs actuales utilizan el chip 8250 como UART
• Encapsulado con 40 pins
• Bus de datos de 8 bits
• Su sucesor, el chip 16450,
  mantiene la compatibilidad
  pero
  permite mayores
  velocidades de transmisión
• Una versión posterior, el
  chip 16550, incorpora
  un
  buffer FIFO para los datos
  entrantes/salientes que
  permite compensar
  mejor
  las diferencias de velocidad

MESSMER 33.6
73
UART 8250

• El control de emisión toma el dato almacenado en
  el registro de emisión
• Se incorporan los
  bits de comienzo,
  
  fin y paridad
• Un registro de
  desplazamiento
  permite
  serializar
  el dato para su
  
  transmisión
• Solo el chip 16550
  implementa la
  funcionalidad
  FIFO

MESSMER 33.6
74
UART 8250

• El control de recepción detecta y separa los bits
  de comienzo, de fin y de paridad
• Un registro de
  desplazamiento va
  almacenando los
  bits
  de datos y, cuando el
  dato
  está completo,
  se pasa al registro
  
  de recepción
• Solo el chip 16550
  implementa la
  funcionalidad
  FIFO

MESSMER 33.6
75
UART 8250

• La frecuencia de referencia proviene de un
  oscilador externo y se divide por el contenido
  del registro divisor
• La velocidad de
  emisión condiciona
  
  el funcionamiento
  del
  control de emisión
  (salida BAUDOUT)
• El control de recepción
  también tiene en cuenta
  
  la velocidad del
  dispositivo al otro lado
  
  de la conexión
  (entrada RCLK)

MESSMER 33.6
76
UART 8250

• La frecuencia de referencia proviene de un
  oscilador externo y se divide por el contenido
  del registro divisor
• El registro divisor
  permite configurar la
  
  UART para operar a
  distintas velocidades
• Es frecuente que la
  salida BAUDOUT se
  
  conecte a la entrada
  RCLK para garantizar
  
  con ello que emisor y
  receptor operen a la
  
  misma velocidad

MESSMER 33.6
77
UART 8250

• El registro divisor debe contener el valor
  adecuado para obtener la velocidad deseada a
  partir de la frecuencia de referencia
• En realidad se multiplica
  el divisor por 16 para
  muestrear un
  mismo bit
  varias veces y reducir el
  efecto de posibles distorsiones

frecuencia_referencia
velocidad_deseada
divisor 16
MESSMER 33.6
78
UART 8250

• La lógica de control del módem se encarga de
  gestionar las señales del protocolo RS232C
• Sin y Sout se
  corresponden
  
  con RD y TD
• DTR, DSR, DCD,
  RTS, CTS y RI
  
  implementan las
  señales de control
  
  del protocolo

MESSMER 33.6
79
UART 8250

• La lógica de control de interrupciones se encarga
  de generar una interrupción cuando sea necesario
• Detecta cambios en
  las líneas del
  protocolo
  y en los registros de
  
  emisión y recepción,
  así como posibles
  
  errores de transmisión
• Genera una interrupción,
  comprobando el
  registro
  máscara, y almacenando
  su causa en el
  registro
  de identificación

MESSMER 33.6
80
UART 8250

• En total, el chip 8250 tiene 11 registros
  internos
• Las tres líneas de dirección permiten seleccionar
  ocho
• Las operaciones de lectura/escritura acceden a
  uno distinto
• El bit DLAB permite seleccionar el registro
  divisor

MESSMER 33.6
81
UART 8250

• Todos los registros están conectados
• Entre sí por medio de un bus interno
• Con el computador por medio de la interfaz
  externa
• Pueden ser direccionados (direcciones sucesivas
  desde la base)
• Pueden ser leídos y escritos

MESSMER 33.6
82
UART 8250

• Diez de los registros actúan como registros
  de control y/o registros de estado
• El undécimo ( scratch-pad ) no tiene
  funcionalidad
• Almacenamiento temporal
• Sólo presente en los chips 16450 y 16550

MESSMER 33.6
83
Estructura del tema

• Introducción
• Interfaces punto-a-punto
• El puerto paralelo del PC Centronics
• El puerto serie del PC RS232C
• El bus serie universal USB
• Interfaces multipunto
• El bus serie FireWire
• InfiniBand

84
USB

• El USB (Universal Serial Bus) se creó para
  unificar la gran variedad de conectores
  serie que existían
• Facilmente configurable
• Permite la conexión en caliente (plug and play)
• El SO detecta la conexión y desconexión de
  dispositivos
• El SO identifica los dispositivos conectados y
  los configura
• Facilmente ampliable
• Pueden conectarse tipos muy distintos de
  dispositivos
• Síncronos/asíncronos
• Diferentes velocidades de transferencia
• Se reduce el número de puertos necesarios
• Hasta 127 dispositivos pueden conectarse en un
  mismo puerto
• El propio puerto puede proporcionar alimentación
  a los dispositivos

MESSMER 35
85
USB estructura

• El bus USB tiene una estructura
  estratificada con forma de árbol
• La conexión de los dispositivos
  sigue un esquema encadenado
  (hardware
  polling)
• La gestión del bus es centralizada
  y se realiza desde el
  controlador
  integrado en el computador (host)
• Cada dispositivo USB tiene su propia dirección en
  el sistema
• El controlador inicia todas las actividades y se
  comunica con el computador por
  medio de interrupciones
• Ningún dispositivo USB puede iniciar una
  transacción por sí mismo para
  evitar sobrescribir datos presentes en el bus

MESSMER 35
86
USB estructura

• El host también actúa como un
  distribuidor (hub) que permite
  la conexión de varios
  dispositivos USB
  (nodos)
• Se reduce el número de
  conexiones necesarias
• Se reduce la cantidad de
  recursos del computador
  ocupados
  (canales E/S, canales DMA, interrupciones)
• Se pueden añadir hubs adicionales para ampliar la
  estructura del sistema y permitir la conexión de
  un mayor número de dispositivos (hasta 127)

MESSMER 35
87
USB hub

• La principal funcionalidad de un hub es extender
  el sistema proporcionando nuevos puertos de
  conexión
• Cada hub proporciona un puerto de conexión con el
  host (upstream) y varios puertos de
  conexión con dispositivos u otros
  hubs (downstream)
• Al igual que cualquier otro dispositivo USB, un
  hub debe ser configurado, recibiendo su propia
  dirección

MESSMER 35
88
USB hub

• Un hub USB no es sólo un distribuidor de datos,
  también dispone de cierta inteligencia
• Repetidor distribuye el tráfico entre el host
  (puerto upstream) y los dispostivisos USB
  (puertos downstream)
• Controlador se encarga
  de regular el
  tráfico de
  datos de acuerdo con
  
  los dispositivos USB
  conectados
• El controlador del hub
  proporciona la interfaz
  de configuración al
  exterior

MESSMER 35
89
USB conectores

• Existen dos tipos de conectores USB
• La serie A se
  utiliza para
  
  realizar
  
  conexiones
  hacia el host
• La serie B se
  utiliza para
  
  realizar
  
  conexiones
  hacia un
  
  dispositivo

MESSMER 35.1
90
USB cables

• El cable USB contiene solo cuatro líneas
• GND tierra
• VBus alimentación (no es suficiente para algunos
  dispositivos)
• D D líneas diferenciales de transmisión
• La longitud máxima del cable es de 5 metros y su
  ancho de banda máximo es 60 Mbytes (USB 2.0)

Pin 1 VBus rojo Pin 2 D blanco Pin
3 D verde Pin 4 GND negro
MESSMER 35.1
91
USB cables

• Los datos se transmiten en serie por las línea D
  D
• No hay una señal de reloj
• La sincronización se obtiene a partir de los
  propios datos utilizando condificación NRZI (Non
  Return to Zero Inverted)
• Un uno se representa manteniendo el nivel de
  voltaje
• Cada vez que aparece un cero se cambia la
  polaridad
• Si aparecen seis unos seguidos se inserta un cero
  (bit-stuffing) para forzar cambios de polaridad
  frecuentes y evitar, con ello, pérdidas de
  sincronización

MESSMER 35.1
92
USB transmisión de datos

• Las transferencias de datos se realizan
  estableciendo canales de comunicación virtuales
  (pipes)
• Los canales son creados por el host
• Cada canal ocupa parte del ancho de banda
  disponible
• Los canales terminan en un punto de final
• Cada dispositivo puede soportar varios puntos de
  final y, por tanto, varios canales
  distintos
• La prioridad de los dispositivos viene dada por
  la conexión en cadena

MESSMER 35.2
93
USB transmisión de datos

• Cuando se conecta un dispositivo, el canal de
  control por defecto se establece con el punto de
  final 0
• Durante la inicialización, el host determina
• El formato de datos que soporta
  el
  dispositivo conectado
• El tipo de dispositivo y la
  
  dirección de la transferencia
• Los requerimientos de frecuencia
  y
  latencia de bus
• El ancho de banda necesario
• El tamaño máximo de los paquetes
• Finalizado este proceso, el host
  asigna una dirección al dispositivo

MESSMER 35.2
94
USB transmisión de datos

• Las transmisiones se dividen en tramas de tiempo
  (frame)
• Durante las tramas se producen transacciones
  compuestas por paquetes
• Existen tres tipos de paquetes
• Inicialización (token)
• Datos (data)
• Protocolo (handshake)
• Cada paquete comienza con un
  campo de sincronización (SYNC)
  que
  maximiza el número de
  transiciones en la línea
• El tipo de paquete se diferencia
  con un identificador
  (PID)

MESSMER 35.2
95
USB transmisión de datos

• Podemos distinguir dos tipos distintos de canales
• Los canales de mensaje tienen un formato concreto
• El esquema que siguen es Petición Dato
  Estado
• Cada petición debe ser completamente resuelta
  antes de pasar a la siguiente
• Implican un movimiento de datos bidireccional
• Los canales de flujo (stream) no tienen un
  formato
• Los datos se envían de forma secuencial
• El movimiento de datos es unidireccional

MESSMER 35.2
96
USB transmisión de datos

• Se definen 4 tipos posibles de transferencias
• Control (canal mensaje) utilizadas para
  configurar los dispositivos que se conectan
• Se garantiza la correcta emisión/recepción de
  datos
• No se garantiza la latencia o el ancho de banda
• Masivas (canal flujo) transferencias esporádicas
  de grandes cantidades de datos que
  pueden esperar (impresoras, escáners)
• Se garantiza la correcta emisión/recepción de
  datos
• No se garantiza la latencia o el ancho de banda

MESSMER 35.2
97
USB transmisión de datos

• Se definen 4 tipos posibles de transferencias
• Por interrupciones (canal flujo) transferencias
  esporádicas de pocos datos que requieren atención
  inmediata (teclado, ratón)
• Se garantiza la correcta emisión/recepción de
  datos
• Se garantiza la latencia y el ancho de banda
• Alta velocidad (canal flujo) grandes cantidades
  de información que se transmiten de forma
  continua (audio/video en tiempo real)
• No se garantiza la correcta emisión/recepción de
  datos
• Se garantiza una latencia y un ancho de banda
  constante

MESSMER 35.2
98
Estructura del tema

• Introducción
• Interfaces punto-a-punto
• El puerto paralelo del PC Centronics
• El puerto serie del PC RS232C
• El bus serie universal USB
• Interfaces multipunto
• El bus serie FireWire
• InfiniBand

99
FireWire

• La mejora del rendimiento de los procesadores ha
  generado un gran aumento en las necesidades de
  E/S de los PCs
• El uso de procesadores específicos de E/S es
  prohibitivamente caro para sistemas pequeños
• Además, los PCs son cada vez más pequeños
  (portátiles) por lo que no solo tienen mayores
  necesidades de E/S, sino que también disponen de
  menos espacio para conectores

STALLINGS 7.7
100
FireWire

• El bus serie de altas prestaciones FireWire,
  definido por el estándar IEEE 1394, es la
  alternativa planteada para esta situación
• Su objetivo es proporcionar una única interfaz de
  E/S con un conector sencillo que permita
  manejar diversos dispositivos a través de un
  único puerto
• Por ejemplo, un único puerto FireWire puede
  reemplazar los conectores del ratón, la
  impresora, la red, el disco externo, etc

STALLINGS 7.7
101
Ventajas de FireWire

• Al ser un bus serie, FireWire presenta las
  ventajas tradicionales de la transmisión en
  serie
• Menos líneas
• Líneas más estrechas y más baratas
• Conectores más estrechos y más baratos
• No se necesita protección para evitar
  interferencias entre líneas
• No se necesita sincronización entre líneas,
  por lo que el cable puede ser
  más largo sin que surjan
  problemas

STALLINGS 7.7
102
Ventajas de FireWire

• Además, FireWire presenta tres ventajas
  importantes
• Es fácil de implementar
• Su implementación tiene un bajo costo
• Alcanza una velocidad muy alta
• Debido a estas ventajas, se utiliza no sólo en
  PCs sino también en dispositivos que usan el bus
  para transmitir vídeo que procede, cada vez con
  más frecuencia, de fuentes digitalizadas
  (cámaras, VCR, TV)

STALLINGS 7.7
103
Configuración de FireWire

• Los periféricos conectados a FireWire siguen un
  esquema de conexión en cadena (hardware polling)
• El sistema soporta tantos periféricos como sea
  necesario
• Hasta 63 dispositivos conectados con un puerto
• Hasta 1022 buses FireWire conectados por medio de
  adaptadores (bridge)

STALLINGS 7.7
104
Configuración de FireWire

• No se trata de una conexión en cadena estricta
• Estructura en árbol (la conexión lineal es un
  caso particular)
• No hay terminadores
• FireWire soporta conexión rápida permite
  conectar y desconectar periféricos sin
  reconfigurar el sistema

STALLINGS 7.7
105
Configuración de FireWire

• FireWire soporta configuración rápida
• No es necesario fijar manualmente los
  identificadores de dispositivo o tener
  en cuenta la posición relativa de los
  dispositivos
• El sistema realiza automáticamente la
  configuración para asignar las
  direcciones

STALLINGS 7.7
106
Protocolo FireWire

• FireWire especifica un conjunto de protocolos de
  tres capas para estandarizar la forma en que el
  computador anfitrión interactúa
  con los
  periféricos a
  través del bus serie
• Capa física
  define los
  medios
  de transmisión
  
  permitidos y
  las
  señales y
  características
  
  eléctricas de
  cada uno

STALLINGS 7.7
107
Protocolo FireWire

• FireWire especifica un conjunto de protocolos de
  tres capas para estandarizar la forma en que el
  computador anfitrión interactúa
  con los
  periféricos a
  través del bus serie
• Capa de enlace
  describe la
  
  transmisión de
  datos por medio
  
  d