9
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
10
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
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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
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Estructura del puerto paralelo
El registro de estado es de solo lectura y permite al computador comprobar el estado del dispositivo
13
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
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Estructura del puerto paralelo
La dirección recibida por las líneas A0…A9 es decodificada si la señal IOR o IOW está activa
Los datos se transmiten a nivel de bytes por medio de un registro interno
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
22
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
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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
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Puerto paralelo IEEE-1284
Las líneas utilizadas por los cinco modos de operación son las mismas, pero con diferentes nombres/funciones
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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
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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
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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
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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
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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
30
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
31
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
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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
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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
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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
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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
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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
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Ejemplo: 2400 baudios transmisión asíncrona 7 bits de datos + 1 de paridad
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
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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
39
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
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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
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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
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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)
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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
44
La interfaz RS232C
45
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
46
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)
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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
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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)
49
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)
50
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
51
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
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Tipos de conexión RS232C: full-duplex
El estado normal de las señales en una conexión RS232C full-duplex es el siguiente
53
Tipos de conexión RS232C: full-duplex
Cuando el DCE recibe una comunicación del exterior activa la señal RI para comunicárselo al DTE
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Tipos de conexión RS232C: full-duplex
El DTE detecta RI y contesta activando DTR para indicar que está listo para la conexión
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Tipos de conexión RS232C: full-duplex
Una vez que el módem ha completado los preparativos, activa DSR para indicarlo
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Tipos de conexión RS232C: full-duplex
Ahora que la conexión se ha establecido, el DCE activa la señal DCD para indicárselo al DTE
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Tipos de conexión RS232C: full-duplex
Opcionalmente, el DTE activa RTS para enviar datos y el DCE lo reconoce con CTS; ambas permanecen activas
58
Tipos de conexión RS232C: full-duplex
La transferencia de datos bidireccional continuará mientras las señales DTR, DSR y DCD estén activas
59
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
60
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
61
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
62
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
63
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
64
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
65
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
66
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
67
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
68
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
69
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
70
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
71
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)
72
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
73
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
divisor * 16
frecuencia_referencia
velocidad_deseada =
74
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
75
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
76
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
77
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
78
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
79
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
80
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
81
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)
82
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
83
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
84
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
85
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
86
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
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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
88
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
89
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)
90
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
91
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
92
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
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