unidad v - Instituto Tecnólogico de La Laguna
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Hernández Unidad V Comunicación de Datos UNIDAD V Buses industriales. 5.1 Bus RJ-45 RJ45 es una interfaz física comúnmente usada para terminar tipos de cables cruzados. RJ es un acrónimo ingles de Registered Jack que a su vez es parte del Código Federal de Regulaciones de Estados Unidos. Posee ocho “pins” o conexiones eléctricas. Es utilizada comúnmente con estándares como TIA-568b, que define el wiring pinout. Este tipo de bus emplea cables del tipo par trenzado sin blindar o blindado, y suele utilizar conectores RJ-45 en sus terminales. Una aplicación común es su uso en cables Ethernet, donde comúnmente 4 pins (2 pares) son usados. Otras aplicaciones incluyen terminaciones de teléfonos comerciales y otros servicios de red como ISDN y T1. 5.1.1 Esquema de como crear un cable con RJ-45 (Normal). Para que todos los cables funcionen en cualquier red, se sigue un estándar a la hora de hacer las conexiones. Los dos extremos del cable llevaran un conector RJ45 con los colores en el orden indicado en la figura 1. Figura 5.1 Conexiones de un cable uno a uno. 164 Hernández Unidad V Comunicación de datos Si sólo se quieren conectar 2 PC’s existe la posibilidad de colocar el orden de los colores de tal manera que no sea necesaria la presencia de un HUB. Es lo que se conoce como un cable cruzado. El estándar que se sigue es el mostrado en la figura 5.2. Figura 5.2 Conexiones de un cable cruzado. 5.1.2 Bus RJ-49. Es utilizado generalmente en las instalaciones de procesos de datos por su capacidad y sus buenas características contra las radiaciones electromagnéticas. Las conexiones son iguales a las del bus RJ-49 y emplea cables del tipo par trenzado sin blindar o blindado, y suele emplear conectores RJ-49 en sus terminales. 5.2 Universal Serial Bus (USB). USB es un estándar de conexión que permite a los dispositivos periféricos conectarse al computador sin reconfigurar el sistema o abrir la caja del computador para instalar tarjetas de interfase. El computador reconoce automáticamente el dispositivo e instala el driver apropiado sin la intervención del usuario. USB hace de plug and play (enchufar y usar) y hot-plug 165 Hernández Unidad V Comunicación de Datos (conexión en caliente, es decir sin desenergizar el PC) una realidad, permitiendo a los usuarios conectar dispositivos periféricos al PC rápida y fácilmente. Características principales del USB: • Tasa de transmisión de datos de 12 Mbps, que es significativamente más alta que anteriores buses seriales. • Transferencias isocrónicas, que permiten aplicaciones de audio, video y telefonía en USB. • Plug and Play, que simplifica la instalación de nuevos periféricos. • Fila de múltiples hubs, que permiten expansión casi ilimitada fuera de la caja del PC. • Capacidad de Hot-plug, que permite conectar y desconectar dispositivos con el computador energizado. • Manejo de la energización suministrada para modos sep del sistema. • Conectores estándar que previenen preocuparse de los cables y puertos. Los dispositivos USB pueden aprovechar las características del bus para desarrollar funcionalidad adicional. USB soporta la entrega de flujos continuos de datos, como audio, video y telefonía, usando el soporte de USB para transferencias isocrónicas de datos, los dispositivos transmiten y reciben datos de manera predecible y garantizada. También USB permite que dispositivos no isocrónicos coexistan en un ambiente isocrónico. Por ejemplo, USB soporta fácilmente el uno de un par de parlantes digitales USB y un joystick USB, mientras la impresora USB imprime de fondo. La arquitectura del bus permite que el flujo de datos de audio funcione con la prioridad más alta (como dispositivo isocronico) mientras entrega tiempo de bus al joystick. La impresora consume todo el tiempo que sobre en el bus. El diseño de USB provee de una arquitectura de bus balanceada que esconde la complejidad de operar los dispositivos conectados al bus. Los dispositivos se ocupan de su tarea específica, mientras que el controlador del host USB, así como el software del sistema, se preocupan de la administración del ancho de banda y control del bus. USB utiliza una IRQ sin importar cuantos dispositivos están en uso. Además, cualquier unidad puede ser conectada en un puerto distinto cada vez sin que eso tenga consecuencias. El flujo de 166 Hernández Unidad V Comunicación de datos información en USB es más parecido a un protocolo de red avanzada de datos que el flujo de datos del bus serial tradicional del PC. Mientras el bus serial tradicional tiene IRQ, DMA y limites para los dispositivos que determinan su uso, USB se separa de todo eso. Es una arquitectura de “BUS” en cuanto a que provee una arquitectura para enviar información de muchos dispositivos desde y hacia el sistema del computador de una manera ordenada. USB utiliza un cable de cuatro alambres para conectividad periférica. Dos alambres entregan la señal de datos diferencial (D+ y D-). Un alambre entrega la alimentación de 5 volt (Vbus) y el otro sirve como conductor de tierra (GND) (ver figura 5.3). El alambre de 5 volts energiza los periféricos conectados. La energía máxima disponible en el bus es de 500 mA. Figura 5.3 Configuración física del bus USB. La tasa de transmisión esta limitada a 12 Mbps, con un subcanal de 1.5 Mbps disponible para dispositivos de tasa de datos baja, como el ratón. La tasa de transmisión de datos de 12 Mbps soporta una amplia variedad de periféricos, desde módems, impresoras, micrófonos y parlantes hasta joysticks, escáneres, monitores y cámaras digitales. El propósito del subcanal de baja velocidad es minimizar los costos de los chips, satisfacer los requerimientos de interferencia electromagnética. El mismo dispositivo le dice al bus cual es su velocidad a través de los cables de voltaje. Los dispositivos de alta velocidad varían el voltaje positivo, mientras que los dispositivos de baja 167 Hernández Unidad V Comunicación de Datos velocidad varían el negativo. Es decir, el bus detecta la presencia de un nuevo dispositivo por la variación de uno de los alambres de voltaje. Los dispositivos que no necesitan mucha energía, como cámaras digitales, pueden obtener su energía desde el mismo bus. Esto significa que no operan enchufados a la pared. En cambio otros dispositivos como escáneres o impresoras si deben estar enchufados a la red de energía. El Hub USB es central para la arquitectura USB, ya que entrega puntos de conexión adicional al bus. La figura 5.4 muestra como funciona la topología de fila de hubs. El host, o raíz de la fila, es el computador desde el cual el bus USB se expande. La fila 1 muestra un hub con dos periféricos USB conectados. La fila 2, a su vez, tiene hubs adicionales y periféricos adicionales y periféricos conectados. Usando hubs, la expansión puede tener lugar fuera de los puertos USB propios del computador. Figura 5.4 Topología de fila de Hubs con USB. Con USB, un dispositivo periférico, como el teclado o el monitor, se conecta directamente al PC, otros periféricos simplemente se conectan en un hub que forma parte del teclado, o en una cajahub. Cada periférico se puede extender hasta 5 metros desde cada conexión con el hub. En total 168 Hernández Unidad V Comunicación de datos USB puede conectar hasta 127 dispositivos diferentes a un solo PC, pero se puede conectar hasta un total de 6 hubs. Además los hubs pueden estar conectados a la red eléctrica, para así proveer de energía a los dispositivos que así lo requieran. En la figura 5.5 se pueden ver las capas de la actual configuración USB y su interacción con el host. Figura 5.5 USB y su interacción con el host. 5.2.1 Capa física. Abajo a la derecha se aprecia la capa física, formado por el enchufe y el cable, que conectan la interfaz del bus USB en el dispositivo con el sistema operativo. Todas las comunicaciones físicas son iniciadas por el host. Esto quiere decir que cada un milisegundo, o en cada ventana de tiempo que el bus lo permita, el host preguntara por nuevos dispositivos en el bus USB. Además el host inicia todas las transacciones físicas y soporta todas las transferencias de datos sobre la capa física. 169 Hernández Unidad V Comunicación de Datos 5.2.2 Capa de protocolo. La siguiente capa es la de protocolo, que enumera el dispositivo, lo habilita en el bus USB y maneja todas las acciones que ocurren en el dispositivo entre este y el host. Esta capa de protocolo esta basada en un sistema de paquetes que se muestra en la figura 5.6. Se aprecia que el primer paquete es el starter frame (marco de inicialización). Como ya se menciono, cada milisegundo hay un nuevo paquete o sección de paquetes, y para que el host inicie cualquier ventana de un milisegundo coloca un starter frame. Esto sincroniza todos los dispositivos y setea la transferencia de datos de un milisegundo, ahora, durante este milisegundo se puede tener token pakets (paquetes-marca), que habilitan a los dispositivos para alinearse al ancho de banda y así permitir a un dispositivo particular, retirar o enviar datos. El siguiente paquete es el de datos, en el cual el tamaño actual es de hasta 1023 bytes transmitidos o recibidos por un dispositivo. Figura 5.6 Sistema de paquetes en la capa de protocolo Finalmente esta el handshake, que confirma que los datos fueron recibidos sin errores por el host o el periférico, y si ocurrió un error ambos serán capaces de reenviar los datos. Por ultimo, esta la capa de transferencia de datos, donde ocurre la transmisión efectiva de datos en el dispositivo. 170 Hernández Unidad V Comunicación de datos 5.2.3 Tipos de transmisión de datos. Existen tres tipos de transferencia disponibles que utilizan el formato de paquetes explicado anteriormente: a.-dispositivos de transferencia asincrónica de bajo ancho de banda. Muchos dispositivos de baja velocidad, como los HID (dispositivos de entrada humana, por sus siglas en ingles) requieren que una cantidad variable de datos sea transmitida en un determinado tiempo. Por ejemplo, un joystick solo transmite datos cuando el joystick se mueve. O en el caso de un teclado, en el que no es necesario tener un ancho de banda dedicado a el, pero cuando se presiona una tecla es importante que los datos sean transmitidos. Por esto el dispositivo puede interrumpir el bus y enviar la información. b.-dispositivos de transferencia isocrónicos. Algunos dispositivos requieren que los datos sean transferidos a una tasa constante, por ejemplo audio. Si el audio no es transferido continuamente, una breve interrupción podría ocurrir, que molestaría al oyente. Para satisfacer la necesidad de transferencia de datos continua, USB soporta un tipo de transferencia de datos continua, soporta un tipo de transferencia de tiempo real llamada isocrónica. Las trasferencias isocrónicas aseguran ancho de banda en el bus USB, dejando el resto del ancho de banda de los 12 Mbps permitidos por el USB, dejando el resto del ancho de banda, los periféricos isocrónicos (como el audio) pueden evitar las interrupciones en la transferencia de datos. El máximo ancho de banda que se puede garantizar por punto de conexión es de 8 Mbps, esto ocurre debido a que el bus es compartido con otros dispositivos, por lo que ninguno puede alcanzar el máximo ancho de banda. 171 Hernández Unidad V Comunicación de Datos c.- dispositivos de transferencia de bultos. Estos dispositivos son usualmente la transferencia de datos asincrónica. Son utilizados como dispositivos para la impresora. El host no sabe de cuanto será requerido el ancho de banda para imprimir, pero usualmente se quiere utilizar un gran ancho de banda y a alta velocidad, para así liberar los recursos del bus, del computador u otro dispositivo. Debido a esto en la transferencia de bultos, como no se sabe en que momento la transmisión ocurrirá, se puede alcanzar un ancho de banda mayor, de hasta 10 Mbps para cada punto de conexión. 5.2.4 Control. Todos los dispositivos soportan transferencias de control. El host utiliza estas transferencias para enumerar y administrar cada dispositivo. Así, cuando algún dispositivo consume más corriente o si esta erróneamente enumerado o si no obedece las ordenes y hace caer el bus, el host puede controlarlo y apagarlo. 5.2.5 Arquitectura del software. Uno de los mayores beneficios del USB es que permite la conexión y desconexión de dispositivos en caliente, es decir, los usuarios pueden conectar un nuevo dispositivo USB y usarlo sin tener que apagar el sistema. USB deriva su inteligencia del procesador en el computador host, que permite al bus sentir cuando un dispositivo periférico se conecta o desconecta. Cuando el bus USB detecta la conexión de un nuevo dispositivo, el sistema del host es notificado, y el software del sistema interroga al dispositivo, determina sus capacidades y lo configura, todo sin la intervención del usuario. Además, el software del sistema carga el driver del dispositivo apropiado para que así las aplicaciones que están en el sistema puedan empezar a usar el nuevo dispositivo de inmediato. 172 Hernández Unidad V Comunicación de datos 5.2.6 Estándares de implementación de USB. Existen dos estándares de implementación para USB. Ambos satisfacen las especificaciones de USB y de los periféricos USB: a.- OHCI (OPEN Host controller Interface). Desarrollando conjuntamente por Compac, Microsoft y National Semiconductor. Esta basado en la optimización del rendimiento del bus USB y minimización de la supervisión de la CPU para controlar el USB. b.- UHCI (Universal Host Controller Interface). Es la interfaz propietaria de Intel, y esta basada en la minimización de la complejidad de diseño del host. Utiliza la CPU para controlar el bus USB. USB ha sido diseñado para las futuras generaciones de PC y deja la puerta abierta a un gran número de aplicaciones tales como audio digital y telefonía de banda ancha. La compatibilidad universal de USB elimina los riesgos en las ofertas de una gama de productos, posibilitando a los fabricantes (OEMs; original Equipment Manufacturesrs) la creación de combinaciones innovadoras de PC, periféricos y software que cubran las necesidades de determinados segmentos de mercado (ver figura 5.7). La norma USB simplifica los procesos de validación y los test de compatibilidad de diferentes combinaciones hardware y software, de forma que los OEM puedan desarrollar con anticipación determinados segmentos de mercado y responder con más agilidad a los mercados emergentes, la tecnología USB contribuirá de forma notable al desarrollo de la telefonía mediante PC. Tanto para las grandes como para las pequeñas empresas, la arquitectura de USB hace posible la fácil conexión a los PC de PBX y teléfonos digitales, sin requerir la instalación de tarjetas especiales de expansión. El ancho de banda de USB permite la conexión de interfaces de alta 173 Hernández Unidad V Comunicación de Datos velocidad (RDSI, PRI, T1, E1) y posibilita la adaptación a normas de telefonía específicas de un país, sin tener que añadir tarjetas adicionales. Figura 5.7 Interconexión de dispositivos USB. 5.3 Fire Wire. Con una ancho de banda 30 veces mayor que el conocido estándar de periféricos USB 1.1, el Fire Wire 400 se ha convertido en el estándar más respetado para la transferencia de datos a alta velocidad. Apple fue el primer fabricante de ordenadores que incluyo Fire Wire en toda su gama de productos. Una vez más, Apple ha vuelto a subir las apuestas duplicando la velocidad de transferencia con su implementación del estándar IEEE 1394b FIRE Wire 800, ya incorporado al nuevo PowerBook G4 de 17 pulgadas. Con su alta velocidad de transferencia de datos, el Fire Wire es la interfaz preferida para dispositivos de video y audio digital, así como para discos duros externos y otros periféricos de alta velocidad. La transferencia de datos a velocidades de hasta 800 Mbps es, gracias a Fire Wire 800, una realidad que ofrece más del doble de ancho de banda efectivo que el estándar de periféricos USB 2.0. Esto supone que puede enviar los datos de más de un CD cada diez segundos. 174 Hernández Unidad V Comunicación de datos Fire Wire 400 envía los datos por cables de hasta 4.5 metros de longitud. Mediante fibra óptica profesional, Fire Wire 800 puede distribuir información por cables de hasta 100 metros, lo que significa que podría disparar un CD hasta la otra punta de un campo de fútbol cada diez segundos, pero aún hay más, y es que ni siquiera necesitas ordenador o dispositivos nuevos para alcanzar estas distancias. Siempre que los dispositivos se conecten a un concentrador Fire Wire 800, puede enlazarlos mediante un cable de fibra óptica superefíciente. Podría incluso situar una cámara en el campo donde quieres grabar y conectarla directamente a tu Mac en la sala de prensa. O bien configurar un estudio de audio digital profesional, utilizando ordenadores Mac en una sala e interfaces de grabación en otra, sin apreciar retrazo alguno por culpa de la longitud del cable extra. La limitación de la utilidad del USB 2.0 en despliegues que necesitan un notable cableado radica en su longitud del cable extra. La limitación de la utilidad del USB 2.0 en despliegues que necesitan un notable cableado radica en su longitud de cable de hasta 5 metros y en su imposibilidad de establecer conexiones USB 2.0 de igual a igual, como ocurre en los estudios. La ventaja del Fire Wire se puede resumir en tres palabras: velocidad, velocidad y más velocidad, sus 800 Mbps hacen palidecer al ancho de banda del USB 2.0 por lo que resulta la elección perfecta para la captura de video seria y el almacenamiento de alta velocidad. La velocidad sobresaliente del Fire Wire 800 frente al USB 2.0 convierte al primero en un medio mucho más adecuado para aplicaciones que necesitan mucho ancho de banda, como las de gráficos y video, que a menudo consumen cientos e incluso miles de megabytes de datos por archivo. Por ejemplo, una hora de video en formato DV ocupa unos 13.000 megabytes (13 GB). Otras de sus ventajas son, por ejemplo: a.- Arquitectura Altamente Eficiente. IEEE 1394b reduce los retrasos en la negociación, mientras la codificación 8B10B reduce la distorsión de señal y aumenta la velocidad de transferencia. 175 Hernández Unidad V Comunicación de Datos b.- Mejor Vivencia Como Usuario. Da igual como se conecten los dispositivos entre ellos, Fire Wire 800 funciona a la perfección. Por ejemplo, puedes incluso enlazar a una Mac la cadena de dispositivos Fire Wire 800 por los dos extremos para mayor seguridad durante acontecimientos en directo. c.- Compatibilidad Retroactiva. Los fabricantes han adoptado el Fire Wire para una amplia gama de dispositivos, como videocámaras digitales, discos duros, cámaras fotográficas digitales, audio profesional, impresoras, escáneres y electrodomésticos para el ocio. Los cables adaptadores para el conector de 9 contactos del Fire Wire 800 te permiten utilizar productos Fire Wire 400 en el puerto Fire Wire 800. La edición de video digital basada en el Fire Wire 400 desencadeno una revolución en la producción videográfica por medios informáticos. La combinación de videocámaras digitales de gran calidad a precio accesible, Fire Wire incorporado y las premiadas aplicaciones de edición de video de Apple Final Cut Pro e ¡Movie permiten la creación de video con calidad para emisiones desde un ordenador personal. Fire Wire 800 comparte las revolucionarias prestaciones del Fire Wire 400: d.- Flexibles Opciones de Conexión. Conecta hasta 63 ordenadores y dispositivos a un único bus: puede incluso compartir una cámara entre dos Mac. e.- Distribución en el Momento. Fundamental para aplicaciones de audio y video, donde un fotograma que se retrasa o pierde la sincronización arruina un trabajo, el Fire Wire puede garantizar una distribución de los datos en perfecta sincronía. f.- Alimentación por el Bus. Mientras el USB 2.0 permite la alimentación de dispositivos sencillos y lentos que consumen un máximo de 2.5 w, como un ratón, los dispositivos Fire Wire pueden proporcionar o consumir hasta 45 w de corriente, más que suficiente para discos duros de alto rendimiento y baterías de carga rápida. 176 Hernández Unidad V Comunicación de datos Por eso el ¡Pod solo necesita un cable tanto para los datos como para la alimentación. g.- Conexiones de Enchufar y Listo. No se tiene más que enchufar un dispositivo para que eche a andar. En Mac OS X, la conexión de una videocámara digital provoca la apertura de ¡Movie, mientras que la conexión del ¡Pod abre ¡Tunes, con lo que la biblioteca musical se sincroniza automáticamente. 5.3.1 Fire Wire vs. USB. Fire Wire y USB se han abierto camino en la industria informática y electrónica de consumo. El USB es la tecnología preferida para la mayoría de ratones, teclados y otros dispositivos de entrada de información de banda estrecha. Por ejemplo, el USB también esta muy extendido en cámaras fotográficas digitales de consumo, impresoras, escáneres, joysticks y similares. Fire Wire, gracias a su mayor ancho de banda, longitud de cable y alimentación por el bus, es más adecuado para aplicaciones de video digital (DV), audio profesional, discos duros, cámaras fotográficas digitales de alto nivel y aparatos de ocio domestico. Las ventajas del Fire Wire pueden resumirse a que su velocidad de 400 Mbps, es hasta cuatro veces más rápido que la red Ethernet 100Base-T de la Power Macintosh G3, y 40 veces más rápido que la red Ethernet 10Base-T. Fire Wire funciona tanto en Macintosh como PC, lo que permite disponer de un amplio abanico de productos compatibles con Fire Wire a un precio razonable. La nomenclatura de Fire Wire es propia de Apple, y que el nombre de IEE1394, no es otro que el nombre que recibió el interfaz después de que Apple lo diseñara y se lo donara a la organización IEEE. Fire Wire es el nombre comercial que le da Apple al interfaz IEE1394. Pero todavía queda una duda, y es que es eso del ¡Link, que según se ha leído de una fuentes o de otras, lo equiparan al Fire Wire/IEEE 1394 o no. Esta variante de interfaz es desarrollo de SONY y la única diferencia 177 Hernández Unidad V Comunicación de Datos con respecto a lo explicado hasta ahora es que los periféricos que usan el ¡Link, no reciben la alimentación eléctrica por el cable usado para la transferencia de datos, lo que obliga a tener una fuente de alimentación con su propia conexión a la red eléctrica. Los periféricos que usan ¡link, se pueden conectar a una red Fire Wire (con los cables adecuados), aunque no habrá espacio para los pines encargados de llevar la corriente en el bus y tendremos que enchufar estos equipos por separado, es una pena, precisamente una de las comodidades del Fire Wire/IEEE 1394 era la importante reducción de cables, sobre todo en grandes buses con muchos periféricos. Los equipos con ¡.Link usan cables de 4 pines, siendo los dos que faltan los que serian de corriente en el Fire Wire/IEEE 1394). El IEEE 1394, que se dio a conocer debido sobre todo a la lista de tecnologías contenidas en Windows 98, es un nuevo bus que permite conectar hasta 63 dispositivos con una velocidad de datos media-rápida. En el fondo es similar al USB, pero tiene diferencias tanto en aplicaciones como en prestaciones. No se harán competencia uno con otro y convivirán pacíficamente en un mismo ordenador. Lo mejor de todo es el tipo de cosas que se pueden conectar. Estas incluyen discos duros, DVDROMs de alta velocidad, impresoras, escáneres y la novedad: cámaras de fotos digitales, videocámaras DV, televisiones, etc. Todo esto ultimo en un nuevo hardware que se esta fabricando ya. De hecho, ya hay disponibles muchos elementos. Gracias al 1394, se podrán conectar cámaras digitales y de DV sin la necesidad de incomodas tarjetas que vienen opcionalmente con esos aparatos. Comparando USB con Fire Wire, mucha gente confunde el 1394 y el Universal Serial Bus (USB), ambos son tecnologías que persiguen un nuevo método de conectar múltiples periféricos a un ordenador. Ambos permiten que los periféricos sean añadidos o desconectados sin la necesidad de reiniciar, usan cables ligeros y flexibles con un empleo sencillo, y conectores duraderos. 178 Hernández Unidad V Comunicación de datos Pero allí terminan los parecidos, aunque los cables de 1394 y USB pueden parecer a la vista lo mismo, la cantidad de datos que por ellos transcurre es bastante diferente. Como muestra la tabla 5.1, la velocidad y la capacidad de transferencia marcan la principal distinción entre estas dos tecnologías: IEEE 1394 Fire Wire USB Número máximo de dispositivos 62 127 Cambio en caliente (agregar o quitar dispositivos sin tener que reiniciar el ordenador) Sí Sí Longitud máxima del cable entre dispositivos 4,5 metros 5 metros Velocidad de transferencia de datos 200 Mbps (25 Mb/s) 12 Mbps (1,5 Mb/s) Tipos de ancho de banda 400 Mbps (50MB/s) 800 Mbps (100MB/s) 1 Gbps+ (125MB/s+) Ninguno Implementación en Macintosh Sí No Conexión de periféricos interna Sí No Tipos de dispositivos conectables - Videocámaras DV - Cámaras digitales de alta resolución - HDTV (TV de alta definición) - Cajas de conexiones - Discos duros - Unidades DVD-ROM - Impresoras - Escáneres - Teclados - Ratones - Monitores - Joysticks - Cámaras digitales de baja resolución - Unidades CD-ROM de baja velocidad - Módems Tabla 5.1 Características del USB y FIRE Wire. Hoy por hoy, el 1394 ofrece una transferencia de datos 16 veces superior a la ofrecida por el USB. Y se ampliará en los próximos meses. Eso es porque el USB fue diseñado para no prevenir 179 Hernández Unidad V Comunicación de Datos futuros aumentos de velocidad en su capacidad de transferencia de datos. Por otro lado, el 1394 tiene bien definidos otros tipos de ancho de banda, con velocidad incrementada a 400 Mbps (50 MB/s) y posiblemente 800 Mbps (100 MB/s) esperado para 1998, y 1 Gbps+ (125 MB/s) y más allá en los próximos años. Tantos incrementos en la capacidad de transferencia de datos serán requeridos para los dispositivos que la requieren, tales como HDTV, cajas de mezclas digitales y sistemas de automatización caseros que planean incorporar interfaces 1394. Todo esto no significa que el 1394 gane la "guerra" de interfaces. No hay necesidad de ello, la mayoría de los analistas industriales esperan que los conectores 1394 y USB coexistan pacíficamente en los ordenadores del futuro. Reemplazarán a los conectores que podemos encontrar hoy en las partes de atrás de los PC's, USB se reservará para los periféricos con un pequeño ancho de banda (ratones, teclados, módems), mientras que el 1394 será usado para conectar la nueva generación de productos electrónicos de gran ancho de banda. FireWire y USB se han abierto camino en la industria informática y electrónica de consumo. El USB es la tecnología preferida para la mayoría de ratones, teclados y otros dispositivos de entrada de información de banda estrecha. Por ejemplo, el USB también está muy extendido en cámaras fotográficas digitales de consumo, impresoras, escáneres, joysticks y similares. FireWire, gracias a su mayor ancho de banda, longitud de cable y alimentación por el bus, es más adecuado para aplicaciones de vídeo digital (DV), audio profesional, discos duros, cámaras fotográficas digitales de alto nivel y aparatos de ocio domésticos. En la figura 5.8 se muestra el cable y conector Fire Wire. 180 Hernández Unidad V Comunicación de datos Figura 5.8 Cable y conector Fire Wire. 5.4 Puerto paralelo. El puerto paralelo se utiliza generalmente para manejar impresoras. Sin embargo, dado que este puerto tiene un conjunto de entradas y salidas digitales, se puede emplear para hacer prácticas experimentales de lectura de datos y control de dispositivos. En 1981, la IBM (International Business Machines) introdujo la Computadora Personal (PC). El puerto paralelo (Standart Parallel Port SPP) estaba incluido en el primer PC y se agregó a éste como una alternativa al bajo rendimiento del puerto serial, para utilizarlo como controlador de las impresoras de matriz de punto de alto desempeño. Este puerto tenía la capacidad de transmitir 8 bits de datos a la vez (del PC a la impresora), mientras que el puerto serial lo hacía de uno en uno. En el momento que el puerto paralelo fue presentado, las impresoras de punto fueron el principal dispositivo externo que se conecto a éste, al hacerse extensamente utilizado, el puerto paralelo llegó a ser la respuesta para conectar dispositivos más rápidos. Después de este inicio, tres grandes grupos de problemas aparecieron a los desarrolladores y usuarios de este puerto: Primero, aunque éste había aumentado su velocidad considerablemente, no había cambio en la arquitectura o desempeño. La máxima velocidad de transferencia alcanzable estaba por los 150 kbyte /seg y era extremadamente dependiente del software, segundo, no había un estándar para la interfase eléctrica. Esto causaba muchos problemas cuando se quería garantizar la operación en múltiples plataformas. 181 Hernández Unidad V Comunicación de Datos Por último, la forma de diseño que le dieron, limitaba la distancia de los cables externos hasta un máximo de 1,8 metros. En 1991 hubo una reunión de fabricantes de modo que se pudiera desarrollar un nuevo estándar para el control inteligente de impresoras a través de una red. Estos fabricantes, donde estaban incluidos Lexmark, IBM, Texas Instruments y otros, formaron la Network Printing Alliance (NPA), como una respuesta a estas necesidades. Desde la introducción del PC al mercado, el puerto paralelo ha sufrido varias modificaciones para hacerlo más veloz. Ya que el puerto original era unidireccional, se creó el puerto bidireccional. El puerto bidireccional fue introducido con el PS/2 compatible. Este permite una comunicación de 8 bits en ambas direcciones. Algo interesante de notar es que el puerto original tenía la posibilidad de ser bidireccional realizando una conexión entre dos pines de un componente electrónico que venía incluido en éste, (dicho de otro modo, el puerto original es bidireccional en diseño básico, pero no en el diseño operacional). Finalmente se han creado el Enhanced Parallel Port (EPP) y el Extended Capability Port (ECP). Estos dos últimos son al puerto estándar como el Pentium al 286, además de ser bidireccionales. Inicialmente el puerto paralelo se utilizó para la comunicación con impresoras. Actualmente se utiliza también para manejar otros periféricos como CD ROM, cintas de copia de respaldo, discos duros, tarjetas de red, protectores de copia, scanner, etc. En la actualidad se conoce cuatro tipos de puerto paralelo: 1.-Puerto paralelo estándar (Standart Parallel Port SPP) 2.-Puerto Paralelo PS/2 (bidireccional) 3.-Enhanced Parallel Port (EPP) 4.-Extended Capability Port (ECP) En la tabla 5.2 se muestra información sintetizada de cada uno de estos tipos de puertos. 182 Hernández Unidad V Comunicación de datos SPP PS/2 EPP ECP Fecha de Introducción 1981 1987 1994 1994 Fabricante IBM IBM Intel, Xircom Zenith y Hewlett Packard y Data Microsoft Systems Bidireccional No Si Si Si DMA No No No Si Velocidad 150 Kbyte/seg. 150 Kbytes/seg. 2 Mbytes/seg. 2 Mbytes/seg. Tabla 5.2 Tipos de puerto paralelo. Inicialmente se colocó al puerto paralelo en la tarjeta del "Adaptador de impresora de IBM", o también con la tarjeta del "monitor monocromático y adaptador de impresora de IBM". Con la llegada de clones al mercado, se crea un controlador de múltiples entradas y salidas (Multi I/O) donde se instalan controladores de discos, puertos serie, puerto de juegos y el puerto paralelo. En la actualidad (1999) el puerto paralelo se incluye comúnmente incluido en la placa madre de la computadora (MotherBoard). No obstante, la conexión del puerto con el mundo externo no ha sufrido modificaciones. Este puerto utiliza un conector hembra DB25 en la computadora y un conector especial macho llamado Centronic que tiene 36 pines. Es posible conectar el DB25 de 25 pines al Centronic de 36 pines ya que cerca de la mitad de los pines del Centronic van a tierra y no se conectan con el DB25. 183 Hernández Unidad V Comunicación de Datos Figura 5.9 Descripción del conector DB25 del PC y el conector DB25 del Centronic El puerto paralelo está formado por 17 líneas de señales y 8 líneas de tierra. Las líneas de señales están formadas por tres grupos: 4 Líneas de control, 5 Líneas de estado y 8 Líneas de datos. En el diseño original las líneas de control son usadas para la interfase, control e intercambio de mensajes desde el PC a la impresora. Las líneas de estado son usadas para intercambio de mensajes, indicadores de estado desde la impresora al PC (falta papel, impresora ocupada, error en la impresora). Las líneas de datos suministran los datos de impresión del PC hacia la impresora y solamente en esa dirección. Las nuevas implementaciones del puerto permiten una comunicación bidireccional mediante estas líneas. Cada una de estas líneas (control, estado, datos) puede ser referenciada de modo independiente mediante un registro. Cada registro del puerto paralelo es accesado mediante una dirección. El puerto paralelo tiene tres registros: Registro de datos, Registro de estado y Registro de control En la tabla 5.3 se muestra la relación que existe entre las líneas físicas del conector del PC y los registros. Un dato en alto es un 1, un dato en bajo es un 0, la entrada y salida son desde el punto de vista del computador. 184 Hernández DB25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18-25 Unidad V Comunicación de datos Señal Registro Tipo Control 0 C0- Salida Dato 0 D0 Salida Dato 1 D1 Salida Dato 2 D2 Salida Dato 3 D3 Salida Dato 4 D4 Salida Dato 5 D5 Salida Dato 6 D6 Salida Dato 7 D7 Salida Estado 6 S6+ Entrada Estado 7 S7- Entrada Estado 5 S5+ Entrada Estado 4 S4+ Entrada Control 1 C1- Salida Estado 3 S3+ Entrada Control 2 C2+ Salida Control 3 C3- Salida Activo Sentido Bajo Invertido Alto directo Alto directo Alto directo Alto directo Alto directo Alto directo Alto directo Alto directo Alto directo Bajo Invertido Alto directo Alto directo Bajo Invertido Alto directo Alto directo Bajo Invertido Tierra Tabla 5.3 Tabla general del puerto paralelo. 185 Hernández Unidad V Comunicación de Datos El puerto paralelo esquemáticamente, se muestra en la figura 5.10. Nótese la conexión al bus ISA en la parte izquierda y los registros en la parte derecha. Figura 5.10 Esquema del puerto paralelo. 5.4.1 Descripción de los componentes El puerto paralelo originalmente estaba formado por los siguientes componentes: 1 Latch para manejar el registro de datos, 1 Buffer para controlar la retroalimentación del registro de datos, 1 Buffer para manejar el registro de estado, 1 Latch para manejar el registro de 186 Hernández Unidad V Comunicación de datos control, 1 Buffer para controlar la retroalimentación del registro de control, 1 Multiplexor para direccionar los puertos en el bus ISA y 1 Driver bidireccional para conectar con el bus ISA IBM especificó direcciones base para el puerto paralelo estándar (dentro del espacio de direccionamiento de Entrada/Salida del 80x86). El adaptador de impresora podría usar la dirección base 3BCh, o más tarde 378h o 278h. El BIOS (Basic Input Output System) de IBM crea en el momento de arranque o POST (Power On Seft Test) una tabla en el espacio de la memoria principal (RAM) para 4 direcciones base de puerto paralelo de impresora, estos se almacenan como 4 bytes empezando con la dirección de memoria 408h. Durante el arranque, el BIOS comprueba si hay puertos paralelos en las direcciones base 3BCh, 378h, y 278h, en ese orden, y almacena la dirección base de cualesquiera que hayan sido encontrados en posiciones consecutivas de la tabla. Las posiciones que no son usadas pueden estar en 0, o como algunos BIOS lo hacen, le colocan la dirección del primer puerto encontrado. Algunos programas pueden ignorar esta tabla, pero esta es usada por lo menos por el propio BIOS (mediante la INT 17 de E/S de impresora) y por el MS-DOS. El BIOS detecta estos puertos escribiendo AAh al registro de datos (en la dirección de E/S Base + 0), y luego si en el registro de datos se lee AAh. Significa que hay un puerto. Normalmente la asignación de direcciones se muestra en la tabla 5.4. Dirección Nombre Ubicación 3BCh LPT1 Adaptador de impresión primario 378h LPT2 Adaptador de impresión secundario Tabla 5.4 Asignación de direcciones para el puerto paralelo. 187 Hernández Unidad V Comunicación de Datos 5.5 Puerto serial o RS – 232. RS-232 existe básicamente para que proveedores puedan ofrecer equipo que se pueda comunicar entre si. RS-232 fue diseñada básicamente para facultar a dispositivos de cómputo llamados DTE, (Data Terminal Equipment - equipo terminal de datos) para comunicarse con dispositivos de comunicación llamados DCE (Data Circuit-terminating Equipment-Equipo de terminación de circuito de datos). Por lo tanto existe una interfaz RS-232 tipo DTE y otra interfaz RS-232 tipo DCE. La interfaz RS-232 usa conectores DB25; Los DB25 macho van a la DTE, los DB25 hembra van a la DCE. Las interfaces tipo DTE se encuentran con mayor frecuencia en las PC y las impresoras. Los dispositivos con interfaces tipo DCE incluyen módems, digitalizadores y ratón. Recuerde que RS-232 se definió para la comunicación de interfaces tipo DTE únicamente con interfaces tipo DCE. RS-232 es una interfaz digital, planeada para comunicar a no más de 50 pies y a 20,000 bps, (todos la usan para distancias y velocidades mayores, pero 50/20,000 es la norma). La comunicación se efectúa mediante 25 conductores independientes, cada uno con su propia tarea. RS-232 esta definida tanto para comunicación síncrona como asíncrona, así que hay muchas líneas de las 25 que nunca se usan en la comunicación asíncrona. Las líneas están encendidas cuando el nivel de voltaje es de +3 volts o mayor, apagadas cuando están en un nivel de voltajes de -3 o inferior. El control de flujo es una parte importante de la finalidad de RS-232. El control de flujo permite a un dispositivo que recibe decir al que envía, “Alto mi memoria temporal (buffer - una pequeña cantidad de memoria dentro de la impresora) se esta desbordando - detente un momento y estaré de regreso muy pronto, luego imprime lo que tiene su memoria temporal y dice, “¡Listo! Ya estoy listo para más”. Hay 10 líneas asíncronas importantes en RS-232, como se muestra en la tabla 5.5. 188 Hernández DESCRIPCIÓN Unidad V Comunicación de datos PATA No. (25 Patas) PATA No. (9 Patas) CONTROL DESDE ABREVIATURA LINEAS DE DATOS Transmitir datos 2 3 DTE TD Recibir Datos 3 2 DCE RD LÍNEAS INDICADORES DE ALIMENTACIÓN ENCENDIDA Juego de datos listo Terminal de datos lista 6 6 DCE DSR 20 4 DTE DTR LÍNEAS QUE ANUNCIAN QUE HA OCURRIDO UN EVENTO EXTERNO Detección de señal portadora de datos Indicador de llamada 8 1 DCE DCD 22 9 DCE RI LÍNEAS DE LISTO PARA ENVIAR/RECIBIR SECUENCIA DE ENLACE Solicitud para enviar 4 7 DTE RTS Libre de enviar 5 8 DCE CTS 7 5 LÍNEAS DE TIERRA Tierra de señal Tierra de protección 1 SG FG Tabla 5.5 Líneas de conexión de RS-232. Es importante entender que cada línea esta controlada por uno de los dos equipos. Por ejemplo la línea 2, representa una entrada para uno de los lados y una salida para el otro. Si ambos lados la consideraran entrada, entonces ambos estarían transmitiendo información que nunca se recibiría. 189 Hernández Unidad V Comunicación de Datos Así que cada línea (excepto las tierras, que son un punto de referencia eléctrica) está controlada por un lado o por el otro. Por cierto, note que hay una versión de 9 patas del conector RS-232, cuando cito números de pata, me refiero al cable de 25 líneas, no al de 9. A continuación se muestra la secuencia de eventos en una sesión RS-232: 1. Ambos dispositivos están encendidos e indican ese estado. El DTE energiza la línea 20(DTR), el DCE energiza la línea 6(DSR). El DTE espera que aparezca señal en la línea 6, el DCE en la línea 20. Las 6 y 20 son exclusivamente para señales de verificación del equipo, pero algunas veces son utilizadas como líneas de control de flujo. 2. Un módem se conecta con otro módem. La comunicación de datos no sirve sin tener alguien con quien comunicarse. Así que lo siguiente es marcar a un módem remoto. Los módems intercambian señales portadoras y el módem se lo informa a la terminal en la línea 8(DCD). Si se tiene un módem con luces rojas, vera las actividades interiores indicadas por las luces. La línea 6 esta conectada a la luz titulada MR (Modem ready - Modem listo) la línea 20 esta conectada a la luz (Terminal Ready - Terminal lista); y la línea 8 esta conectada a la luz rotulada CD(Carrier Detect - Portadora detectada). 3. La terminal (DTE) pregunta al módem (DCE) si esta listo. La terminal energiza la línea 4, RTS. El módem si esta listo, responde con la línea 5. CTS. Ahora esta terminado el procedimiento de enlace las líneas 4 y 5 son líneas de control de flujo. 4. Se lleva a cabo el intercambio de datos. La terminal (DTE) pasa información para que el módem (DCE) la transmita por la línea 2. El módem pasa información de regreso a la terminal por la línea 3. En al tabla 5.6 se muestra la asignación de pins para señales de interfase serial 190 Hernández Unidad V Comunicación de datos PIN SEÑAL SIMBOLO DIRECCION 1 Protective Ground ( Tierra de protección) PG 2 Transmited Data (Transmite Datos) TD Desde impresora 3 Received Data (Recibe datos) RD A impresora 4 Request to Send (Señal para enviar) RTS Desde impresora 5 Not used (Sin Usar) 6 Data Set Ready (Pone Listos los datos) DSR A impresora 7 Signal Ground (Señal de tierra) SSD Desde impresora DTR Desde impresora 8-10 11 12-19 20 21-25 Not used (Sin Usar) Supervisory Send Data (Supervisa el envío de datos ) Not used (Sin Usar) Data Terminal Ready (Terminal de Datos Listo) Not used (Sin Usar) Tabla 5.6 Líneas para señales de RS-232. Los puertos seriales se descomponen debido a que generalmente se tiene que estar enchufando y desenchufando cosas en el sistema, para probar el puerto, se necesita ver que esta sucediendo en las diversas líneas de control. Se recomienda usar una caja de configuración para ayudarse en la prueba del puerto de comunicaciones. Una caja de configuración permite fabricar un prototipo de cable en serie sin soldadura ni prensado en las patas (que son los dos métodos más usuales ensambles de cables). Se puede utilizar el programa de dominio público PDIAGS.EXE que se encuentra en muchos tableros de boletines, y una caja de configuración como la Wire Tap. Cualquier caja de configuración funciona, siempre y cuando tenga luces indicadoras. 191
