U3, Buses y Puertos Estándar

Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos Coatzacoalcos qui tectur ctura a de Computador Computador as – 4° 4° Semest Sem estrr e Ingeniería Informática - A r quite Unidad 3: Buses y puertos estándar. Objetivo:

El estudiante debe conocer, configurar y utilizar puertos de entrada y salida para la transferencia de información. 3. Introducción. Introducción. El procesador se ha de comunicar con el resto de los elementos de la placa base. Y lo hace por los un medio de comunicación. La información circula entre la CPU y y la memoria a través del medio de comunicación, una serie de líneas, pistas y cables de la placa base. Los paquetes de datos -8, 16, 32 o 64 y más bits- se mueven constantemente entre la CPU y todos los demás componentes (la memoria RAM, el disco duro, etc).

Por ejemplo un teclado manda unos pocos bytes por segundo, mientras que la memoria de trabajo RAM, puede enviar y recibir gigabytes por segundo; esto en la práctica significa que no se puede acoplar la memoria RAM y el teclado al mismo bus. 3.1. Buses y la transferencia transferencia de la información. Estructuras de interconexión.

Una computadora esta constituida por un conjunto de unidades o módulos de tres tipos elementales (CPU, memoria y E/S) que se comunican entre sí. Por consiguiente, deben existir líneas para interconectar estos módulos. El conjunto de líneas que conectan los diversos módulos se denomina estructura de interconexión. El diseño de dicha estructura dependerá de los intercambios que deban producirse entre los módulos. La estructura de interconexión debe dar cobertura a los siguientes tipos de transferencias: Memoria a CPU : La CPU lee una instrucción o dato desde la memoria. CPU a Memoria: La CPU escribe un dato en la memoria. E/S a CPU : La CPU lee datos de un dispositivo de E/S. CPU a E/S : La CPU envía datos al dispositivo de E/S. Memoria a E/S y viceversa: Un módulo de E/S puede intercambiar datos directamente con la memoria, sin que tenga que pasar a través de la CPU, utilizando el acceso directo a memoria (DMA).     

A través de los años se han probado diversas estructuras de interconexión. Las más comunes son, las estructuras de buses. Interconexión con buses.

Los diferentes elementos que componen una computadora se tienen que comunicar de alguna manera, y esta comunicación se realiza por los llamados buses. Los buses son un conjunto de hilos o conexiones que llevan información de todo tipo de un elemento a otro, transportando la información en paralelo, (esto quiere decir, que los datos van por todos los hilos del bus simultáneamente). Un BUS es un canal o un camino de comunicación en el que fluye la información entre dos o más dispositivos, es decir, es un canal de comunicación entre dispositivos. Es una autentica vía de comunicación entre los distintos componentes del ordenador. Un bus de datos conecta la CPU y la memoria y proporciona un camino hacia los periféricos del ordenador. Un microprocesador tiene un bus de datos internos y un bus de datos externos. El bus de datos internos es el que se utiliza dentro del propio microprocesador; el bus de datos externos regula la comunicación con el resto del ordenador 1 L .S.C.A. .S.C.A. Raúl Raúl M onf orte or te Chul Ch ul ín MORCH Systems

Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos Semestre Ingeniería Informática - A rquitectura de Computadoras – 4° Características del bus: * Un bus es una vía de comunicación que conecta dos o más dispositivos. * El bus es un medio de transmisión compartido. * Al bus se conectan múltiples dispositivos y una señal transmitida por cualquiera

de ellos puede ser recibida por

todas las otras unidades conectadas. * Si dos dispositivos intentan transmitir en el mismo período de tiempo sus señales se solaparían, se distorsionarían y no se podrían recuperar, por lo tanto, sólo un dispositivo puede transmitir en un momento dado. * En un mismo instante de tiempo sólo es posible la transmisión por parte de un único dispositivo, sin embargo la recepción puede ser realizada por varios simultáneamente. En Informática, bus es el conjunto de conductores eléctricos en forma de pistas metálicas impresas sobre la placa base del computador, por donde circulan las señales que corresponden a los datos binarios del lenguaje máquina con que opera el Microprocesador. Bus es una palabra inglesa que significa "transporte"; aplicada a la informática, se relaciona con la idea de las transferencias internas de datos que se dan en un sistema computacional en funcionamiento. En el bus todos los nodos reciben los datos aunque no se dirijan a todos éstos, los nodos a los que no van dirigidos los datos simplemente los ignoran. Un bus está constituido por varias líneas de comunicación. Cada línea es capaz de transmitir señales binarias. En un intervalo de tiempo, se puede transmitir una secuencia de dígitos binarios a través de una sola línea (en serie). Se pueden utilizar varias líneas del bus para transmitir dígitos binarios simultáneamente (en paralelo). Por ejemplo, un dato de 8 bits se transmite con ocho líneas del bus. La velocidad del bus viene expresada en MHz y nos encontramos con buses de 33 MHz, de 66 MHz, etc. El "ancho de banda" de un bus es la cantidad máxima de información que puede fluir por él en una unidad de tiempo determinado (en el ejemplo utilizado el ancho de banda es la cantidad máxima de coches que pueden circular por la autopista en un tiempo determinado, que depende del número de carriles de la autopista y de la velocidad máxima a la que pueden circular los mismos por cada carril). El "ancho de banda" de un bus se expresa en bytes por segundo, a sí por ejemplo un bus de 32 bits y con una velocidad máxima de 33,33 MHz tiene un ancho de banda de 32 bits por ciclo de reloj x 33.333.333 ciclos de reloj por segundo = 1.066.666.656 bits por segundo, es decir, 133,33 Mbytes/segundo. Sin embargo, dos buses con diferentes capacidades (anchos de banda) pueden conectarse si colocamos un controlador entre ellos. (A menudo ese controlador se llama puente, ya que funciona como puente entre los dos sistemas de tráfico diferentes). Los buses son los canales de datos que interconectan los componentes del PC. Algunos buses están diseñados para grandes transferencias de datos .y otros para transferencias pequeñas. L .S.C.A. Raúl M onf orte Chul ín MORCH Systems

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Las computadoras poseen distintos tipos de buses que proporcionan comunicación entre sus componentes a distintos niveles dentro de la jerarquía del sistema. El bus que conecta los componentes principales de la computadora (CPU, memoria y E/S) se denomina bus del sistema. Un ejemplo se muestra en la siguiente figura:

Esquema de inter conexión mediante bus

El bus del sistema esta constituido por entre 50 y 100 líneas. Cada línea tiene un significado o función específica. Aunque existen diversos diseños de buses, sus líneas se pueden clasificar en tres grupos funcionales: 

Bus de datos o líneas de datos

El bus de datos mueve los datos entre los dispositivos del hardware: de Entrada como el Teclado, el Escáner, el Ratón, etc.; de salida como la Impresora, el Monitor o la tarjeta de Sonido; y de Almacenamiento como el Disco Duro, el Diskette o la Memoria-Flash. Estas transferencias que se dan a través del Bus de Datos son gobernadas por varios dispositivos y métodos, de los cuales el Controlador PCI, "Peripheral Component Interconnect", Interconexión de componentes Periféricos, es uno de los principales. Su trabajo equivale, simplificando mucho el asunto, a una central de semáforos para el tráfico en las calles de una ciudad. Las líneas de datos proporcionan el medio para transmitir datos entre los módulos del sistema, al conjunto de estas líneas se le denomina también bus de datos y generalmente consta de 8, 16 ó 32 líneas, a este número se le conoce como el ancho del bus. Estas líneas Llevan los datos que es necesario enviar de un elemento a otro, puede ser bidireccional (los datos pueden ir en uno u otro sentido). Existe un bus de datos interno: (ejemplo: entre el microprocesador y la memoria) y uno externo, entre la computadora y sus periféricos (ejemplo: Computadora e impresora). 

Bus de direcciones o líneas de dirección

El Bus de Direcciones, por otra parte, está vinculado al bloque de Control de la CPU para tomar y colocar datos en el Sub-sistema de Memoria durante la ejecución de los procesos de cómputo. Muchos de los elementos de una computadora así como las posiciones de memoria tienen una dirección única dentro del sistema. De esta dirección se puede leer un dato o en esta dirección podemos escribir un dato. Las líneas de dirección se utilizan para designar la fuente o destino del dato situado en el bus de datos, a estas líneas se les llama bus de direcciones. La anchura de este bus determina la capacidad máxima de memoria soportada por el sistema. Las líneas de dirección también se utilizan para direccionar los puertos de E/S.

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En las líneas direcciones se coloca la dirección del elemento a accesar y con ayuda del bus de datos movemos la información de un elemento a otro. Ejemplo: Si la CPU quiere leer unos datos de memoria para después enviarlo a la impresora o la pantalla, primero pone en el bus de direcciones la dirección del dato en memoria, lo lee (lo obtiene a través del bus de datos), después pone en el bus de direcciones la otra dirección (la de pantalla o impresora) y escribe (con ayuda del bus de datos). ¿Quién controla todo este proceso......? 

Bus de control o líneas de control

El Bus de Control transporta señales de estado de las operaciones efectuadas por el CPU con las demás unidades. Las líneas de control se utilizan para controlar el acceso y el uso de las líneas de datos y de direcciones. Este bus de control transmite tanto órdenes como información de temporización entre los módulos del sistema. Las señales de temporización indican la validez de los datos y las direcciones. Estas líneas de control son hilos que transportan señales de control, dan la información del estado de ciertos componentes, la dirección del flujo de la información, controlan el momento (temporización) en que suceden ciertos eventos de manera que no haya choques de datos, transmiten señales de interrupción, etc. El funcionamiento del bus se describe a continuación. Si un módulo desea enviar un dato a otro debe hacer dos cosas: 1) obtener el uso del bus, y 2) transferir el dato a través del bus. Si un módulo desea pedir un dato a otro módulo, debe: 1) obtener el uso del bus, y 2) transferir la petición al otro módulo mediante las líneas de control y dirección apropiadas. Después debe esperar a que el segundo módulo envíe el dato. Una placa base tipo ATX tiene tantas pistas eléctricas destinadas a buses, como anchos sean los Canales de Buses del Microprocesador de la CPU: 64 para el Bus de datos y 32 para el Bus de Direcciones. El "ancho de canal" explica la cantidad de bits que pueden ser transferidos simultáneamente. Así, el Bus de datos transfiere 8 bytes a la vez. Para el Bus de Direcciones, el "ancho de canal" explica así mismo la cantidad de ubicaciones o Direcciones diferentes que el microprocesador puede alcanzar. Esa cantidad de ubicaciones resulta de elevar el 2 a la 32ª potencia. "2" porque son dos las señales binarias, los bits 1 y 0; y "32ª potencia" porque las 32 pistas del Bus de Direcciones son, en un instante dado, un conjunto de 32 bits. Así, el Canal de Direcciones del Microprocesador para una PC-ATX puede "direccionar" más de 4 mil millones de combinaciones diferentes para el conjunto de 32 bits de su Bus. 3.2. Evolución de los buses y el tamaño del dato. ISA: El Industry Standard Architecture (en inglés, Arquitectura Estándar Industrial ), casi siempre abreviado ISA, es una arquitectura de bus creada

por IBM en 1980 para ser empleado en los IBM PCs. Salvo para usos industriales especializados, ya no se emplea ISA. Incluso cuando está presente, los L .S.C.A. Raúl M onf orte Chul ín MORCH Systems

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fabricantes de sistemas protegen a los usuarios del término "bus ISA", refiriéndose en su lugar al "bus heredado". El bus LPC ha remplazado a ISA en la conexión de dispositivos de Entrada/Salida en las modernas placas base. Aunque son físicamente bastante diferentes, LPC se presenta ante el software como ISA. EISA: El Extended Industry Standard Architecture (en inglés, Arquitectura Estándar Industrial Extendida), siempre abreviado EISA, es una arquitectura de bus para computadoras compatibles con el IBM PC.

casi Fue anunciado a finales de 1988 y desarrollado por el llamado "Grupo de los Nueve" (AST, Compaq, Epson, HewlettPackard, NEC Corporation, Olivetti, Tandy, Wyse y Zenith Data Systems), vendedores de computadores clónicos como respuesta al uso por parte de IBM de su arquitectura propietaria MicroChannel (MCA) en su serie PS/2. Tuvo un uso limitado en computadores personales 386 y 486 hasta mediados de los años 1990, cuando fue remplazado por los buses locales tales como el bus local VESA y el PCI, EISA amplía la arquitectura de bus ISA a 32 bits y permite que más de una CPU comparta el bus. El soporte de bus mastering también se mejora para permitir acceso hasta a 4 GB de memoria. A diferencia de MCA, EISA es compatible de forma descendente con ISA, por lo que puede aceptar tarjetas antiguas XT e ISA, siendo conexiones y las ranuras una ampliación de las del bus ISA. A pesar de ser en cierto modo inferior a MCA, el estándar EISA fue muy favorecido por los fabricantes debido a la naturaleza propietaria de MCA, e incluso IBM fabricó algunas máquinas que lo soportaban. Pero en el momento en el que hubo una fuerte demanda de un bus de estas velocidades y prestaciones, el bus local VESA y posteriormente el PCI llenaron este nicho y el EISA desapareció en la oscuridad. EISA introduce las siguientes mejoras sobre ISA: * Direcciones de memoria de 32 bits para CPU, DMA, y dispositivos de bus master. * Protocolo de transmisión síncrona para transferencias de alta velocidad. * Traducción automática de ciclos de bus entre maestros y esclavos EISA e ISA. * Soporte de controladores de periféricos maestros inteligentes. * 33 MB/s de velocidad de transferencia para buses maestros y dispositivos DMA * Interrupciones compartidas * Configuración automática del sistema y las tarjetas de expansión VESA: El bus VESA

(Video Electronics Standards Association, la compañía que lo diseñó) es un tipo de bus de datos para ordenadores personales, utilizado sobre todo en equipos diseñados para el procesador Intel 80486. Permite conectar directamente la tarjeta gráfica al procesador. Este bus es compatible con el bus ISA pero mejora la respuesta gráfica, solucionando el problema de la insuficiencia de flujo de datos de su predecesor. Para ello su estructura consistía en una extensión del ISA de 16 bits. Las tarjetas de expansión de este tipo eran enormes lo que, junto a la aparición del bus PCI, mucho más rápido en velocidad de reloj, y con menor longitud y mayor versatilidad, hizo desaparecer al VESA, aunque sigue existiendo en algunos equipos antiguos. L .S.C.A. Raúl M onf orte Chul ín MORCH Systems

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Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos Semestre Ingeniería Informática - A rquitectura de Computadoras – 4° MCA:

El bus MCA (Micro Channel Architecture) es un bus creado por IBM con la intención de superar las limitaciones que presentaba el bus ISA. Este nuevo tipo de bus es de 32 bits y funciona con una frecuencia de reloj ligeramente más elevada, permitiendo una velocidad de transferencia máxima de 20 MB/s. Esta nueva estructura se comercializó con la gama PS/2. El gran problema de este bus es que no era compatible con los anteriores y necesitaba de tarjetas de expansión especialmente diseñadas para su estructura. PCI: Un Peripheral Component Interconnect

(PCI, "Interconexión de Componentes Periféricos") consiste en un bus de ordenador estándar para conectar dispositivos periféricos directamente a su placa base. Estos dispositivos pueden ser circuitos integrados ajustados en ésta (los llamados "dispositivos planares" en la especificación PCI) o tarjetas de expansión que se ajustan en conectores. El bus PCI permite configuración dinámica de un dispositivo periférico. En el tiempo de arranque del sistema, las tarjetas PCI y el BIOS interactúan y negocian los recursos solicitados por la tarjeta PCI. A diferencia de los buses ISA, el bus PCI permite configuración dinámica de un dispositivo periférico. En el tiempo de arranque del sistema, las tarjetas PCI y el BIOS interactúan y negocian los recursos solicitados por la tarjeta PCI. Esto permite asignación de IRQs y direcciones del puerto por medio de un proceso dinámico diferente del bus ISA, donde las IRQs tienen que ser configuradas manualmente usando jumpers externos. Las últimas revisiones de ISA y el bus MCA de IBM ya incorporaron tecnologías que automatizaban todo el proceso de configuración de las tarjetas, pero el bus PCI demostró una mayor eficacia en tecnología "plug and play". Aparte de esto, el bus PCI proporciona una descripción detallada de todos los dispositivos PCI conectados a través del espacio de configuración PCI. La especificación PCI cubre el tamaño físico del bus, características eléctricas, cronómetro del bus y sus protocolos. PCI Express: PCI-Express (anteriormente conocido por las siglas 3GIO, rd 3 Generation I/O) es un nuevo desarrollo del bus PCI que

usa los conceptos de programación y los estándares de comunicación existentes, pero se basa en un sistema de comunicación serie mucho más rápido. No es todavía suficientemente rápido para ser usado como bus de memoria. Es percibido como un estándar de las placas base para PC, especialmente en tarjetas gráficas. PCI Express es abreviado como PCI-E o PCIe, aunque erróneamente se le suele abreviar como PCI-X o PCIx. Sin embargo, PCI Express no tiene nada que ver con PCI-X que L .S.C.A. Raúl M onf orte Chul ín MORCH Systems

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es una evolución de PCI, en la que se consigue aumentar el ancho de banda mediante el incremento de la frecuencia, llegando a ser 32 veces más rápido que el PCI 2.1. Su velocidad es mayor que PCI-Express, pero presenta el inconveniente de que al instalar más de un dispositivo la frecuencia base se reduce y pierde velocidad de transmisión. AGP: A ccelerated G raphics P ort (AGP , Puerto

de Gráficos Acelerado, en ocasiones llamado A dvanced G raphics P ort , Puerto de Gráficos Avanzado) es un puerto puesto que solo se puede conectar un dispositivo (es el conector marrón de la imagen y solo se puede conectar un dispositivo, ya que en las placas solo suele venir un conector AGP), mientras que en el bus se pueden conectar varios. Es desarrollado por Intel en 1996 como solución a los cuellos de botella que se producían en las tarjetas gráficas que usaban el bus PCI. AGP se utiliza exclusivamente para conectar tarjetas gráficas, y debido a su arquitectura sólo puede haber una ranura. Dicha ranura mide unos 8 cm y se encuentra a un lado de las ranuras PCI. A partir de 2006, el uso del puerto AGP ha ido disminuyendo con la aparición de una nueva evolución conocida como PCI-Express, que proporciona mayores prestaciones en cuanto a frecuencia y ancho de banda. ATA, PATA O IDE:

Controla los dispositivos de almacenamiento masivo de datos, como los discos duros y ATAPI ( Advanced Technology Attachment Packet Interface) y además añade dispositivos como las unidades CD-ROM. En el sistema IDE el controlador del dispositivo se encuentra integrado en la electrónica del dispositivo. Con la aparición del bus PCI, las controladoras IDE casi siempre están incluidas en la placa base. Suele presentarse como dos conectores para dos dispositivos cada uno. De los dos discos duros, uno tiene que estar como esclavo y el otro como maestro para que la controladora sepa de qué dispositivo mandar/recibir los datos. La configuración se realiza mediante jumpers. Este diseño (dos dispositivos a un bus) tiene el inconveniente de que mientras se accede a un dispositivo el otro dispositivo del mismo conector IDE no se puede usar. SATA: Serial ATA o

S-ATA (acrónimo de Serial Advanced Technology Attachment ) es una interfaz de transferencia de datos entre la placa base y algunos dispositivos de almacenamiento, como puede ser el disco duro, u otros dispositivos de altas prestaciones que están siendo todavía desarrollados. Serial ATA sustituye a la tradicional Parallel ATA o P-ATA. S-ATA proporciona mayores velocidades, mejor aprovechamiento cuando hay varios discos, mayor longitud del cable de transmisión de datos y capacidad para conectar discos en caliente Ventajas: 

Velocidades de transferencias de datos más rápidas. L .S.C.A. Raúl M onf orte Chul ín MORCH Systems

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Más ancho de banda. Más potencial para los aumentos de velocidad en generaciones futuras. Mejor integridad de los datos gracias al nuevo set de comandos avanzado. Cables más compactos que facilitan la ventilación interna de los ordenadores. Longitud máxima del cable de hasta 2 metros. Diseño de conector que permite HotPlug. Reducción de pineado que permite la escalabilidad RAID. Compatibilidad software y drivers existentes de Parallel ATA.

Inconvenientes: En los discos SATA, de primera generación, el índice de dispositivos con fallo es del 20% ● USB:

El Un iversal Seri al B us (bus universal en serie) o Conductor Universal en Serie, abreviado comúnmente USB, es un puerto que sirve para conectar periféricos a una computadora. Fue creado en 1996 por siete empresas: IBM, Intel, Northern Telecom, Compaq, Microsoft, Digital Equipment Corporation y NEC. El estándar incluye la transmisión de energía eléctrica al dispositivo conectado. Algunos dispositivos requieren una potencia mínima, así que se pueden conectar varios sin necesitar fuentes de alimentación extra. La gran mayoría de los concentradores incluyen fuentes de alimentación que brindan energía a los dispositivos conectados a ellos, pero algunos dispositivos consumen tanta energía que necesitan su propia fuente de alimentación. Los concentradores con fuente de alimentación pueden proporcionarle corriente eléctrica a otros dispositivos sin quitarle corriente al resto de la conexión (dentro de ciertos límites). El diseño del USB tenía en mente eliminar la necesidad de adquirir tarjetas separadas para poner en los puertos bus ISA o PCI, y mejorar las capacidades plug-and-play permitiendo a esos dispositivos ser conectados o desconectados al sistema sin necesidad de reiniciar. El USB puede conectar los periféricos como ratones, teclados, escáneres, cámaras digitales, teléfonos móviles, reproductores multimedia, impresoras, discos duros externos, tarjetas de sonido, sistemas de adquisición de datos y componentes de red. Para dispositivos multimedia como escáneres y cámaras digitales, el USB se ha convertido en el método estándar de conexión. Para impresoras, el USB ha crecido tanto en popularidad que ha desplazado a un segundo plano a los puertos paralelos porque el USB hace mucho más sencillo el poder agregar más de una impresora a una computadora personal. FIREWIRE: El IEEE 1394 (conocido como FireWire por Apple Inc. y como i.Link por

Sony) es un estándar multiplataforma para entrada/salida de datos en serie a gran velocidad. Suele utilizarse para la interconexión de dispositivos digitales como cámaras digitales y videocámaras a computadoras. Características principales: Elevada velocidad de transferencia de información. Flexibilidad de la conexión.  


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Capacidad de conectar un máximo de 63 dispositivos.

Su velocidad hace que sea la interfaz más utilizada para audio y vídeo digital. Así, se usa mucho en cámaras de vídeo, discos duros, impresoras, reproductores de vídeo digital, sistemas domésticos para el ocio, sintetizadores de música y escáneres. SCSI: SCSI, acrónimo

inglés S mall C omputers S ystem I nterface (Sistema de Interfaz para Pequeñas Computadoras), es un interfaz estándar para la transferencia de datos entre distintos dispositivos del bus de la computadora. Se pronuncia escasi. Para montar un dispositivo SCSI en un ordenador es necesario que tanto el dispositivo como la placa madre dispongan de un controlador SCSI Se utiliza habitualmente en los discos duros y los dispositivos de almacenamiento sobre cintas, pero también interconecta una amplia gama de dispositivos, incluyendo scanners, unidades CD-ROM, grabadoras de CD, y unidades DVD. De hecho, el estándar SCSI entero promueve la independencia de dispositivos, lo que significa que teóricamente cualquier cosa puede ser hecha SCSI SAS: Serial Attached SCSI o SAS, es una interfaz de transferencia de datos en serie, sucesor del SCSI (Small Computer

System Interface) paralelo, aunque sigue utilizando comandos SCSI para interaccionar con los dispositivos SAS. Aumenta la velocidad y permite la conexión y desconexión en caliente. Una de las principales características es que aumenta la velocidad de transferencia al aumentar el número de dispositivos conectados, es decir, puede gestionar una tasa de transferencia constante para cada dispositivo conectado, además de terminar con la limitación de 16 dispositivos existente en SCSI, es por ello que se vaticina que la tecnología SAS irá reemplazando a su predecesora SCSI. Además, el conector es el mismo que en el interfaz SATA y permite utilizar estos discos duros, para aplicaciones con menos necesidad de velocidad, ahorrando costos. Por lo tanto, los discos SATA pueden ser utilizados por controladoras SAS pero no a la inversa, una controladora SATA no reconoce discos SAS. 3.3. Tipos de puertos estándar. Introducción

Un puerto es una conexión o un enchufe, el cual es utilizado para conectar dispositivo de Hardware como impresoras o Mouse, permitiendo el intercambio de datos con otro dispositivo. También existen puertos internos definidos mediante el Software. Normalmente estos puertos se encuentran en la parte trasera del computador, aunque en la actualidad muchos computadores incorporan puertos USB y audio en la parte delantera. En esta investigación estudiaremos algunos de los puertos más utilizados o conocidos, como: el PS-2, paralelo, serie, VGA, USB, RJ-11, RJ-5 y RCA. Puertos en Serie:

El puerto en serie de un ordenador es un adaptador asíncrono utilizado para poder intercomunicar varios ordenadores entre si. L .S.C.A. Raúl M onf orte Chul ín MORCH Systems

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Un puerto serie recibe y envía información fuera del ordenador mediante un determinado software de comunicación o un drive del puerto serie. El Software envía la información al puerto, carácter a carácter, convirtiendo en una señal que puede ser enviada por cable serie o un módem. Cuando se ha recibido un carácter, el puerto serie envía una señal por medio de una interrupción indicando que el carácter está listo. Cuando el ordenador ve la señal, los servicios del puerto serie leen el carácter. Forma:

En la mayoría de los casos hay 2 tamaños de puertos, el primero sería de 25 pines, que tiene una longitud de alrededor de 38 mm; y otro de 9 pines que tiene una longitud de 17 mm. En nuestro PC`s, se emplea como conector del interface serie, un Terminal macho, al que llamaremos DTE (Dato Terminal Equipment), que a través de un cable conectaremos a un periférico que posee un conector hembra al que llamaremos DCE (Data Comunications Equipment). En nuestro Terminal DTE, Tenemos las siguientes conexiones (para un conector DB-25): PIN

1 2 3 4 5 6 7 8 20 23

Nombre

P.G TD RD RTS CTS DSR GND DCD DTR DSRD

Dirección

---> DCE --> DTE --> DCE --> DTE --> DTE ---> DTE --> DCE --

Función

Tierra de seguridad Salida de DTE Entrada de datos DTE Petición de emisión DTE Listo para transmitir DCE CE listo para com. Con DTE Masa común del circuito Detención de portadora Señal de Terminal disponible Indicador de velocidad de TX.

Características:

1. Normalmente estos suelen ser 2 en una placa base y son denominados COM 1 y COM 2. 2. Estos puertos funcionan con un chip llamado UART, que es un controlador serie. 3. El término serie quiere decir que la comunicación con este tipo de conector se realiza sólo en una dirección: o envío, o recepción de datos, pero no las dos al mismo tiempo debido a que envía los datos uno detrás de otro. 4. El puerto serie utiliza direcciones y una línea de señales, un IRQ para llamar la atención del procesador. Además el Software de control debe conocer la dirección. 5. La mayoría de los puertos serie utilizan direcciones Standard predefinidas. Éstas están descritas normalmente en base hexadecimal. 6. Para el protocolo de transmisión de datos, sólo se tiene en cuenta dos estados de la línea, 0 y 1, también llamados Low y High. 7. El conector tiene sus extremos en ángulo de manera que el enchufe podrá introducirse de una manera solamente. Ubicación en el sistema informativo:

Se ubican en la parte trasera del case, podremos identificar estos puertos por los nombres COM 1, COM 2, COM 3. L .S.C.A. Raúl M onf orte Chul ín MORCH Systems

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La cantidad de puertos de serie dependen de la tarjeta, ya que hay algunas tarjetas que son capaces de tener 4 u 8 puertos. Puerto Paralelo:

Este puerto de E/S envía datos en formato paralelo (donde 8 bits de datos, forman un byte, y se envían simultáneamente sobre ocho líneas individuales en un solo cable.) El puerto paralelo usa un conector tipo D-25 (es de 25 pin) El puerto paralelo se utiliza principalmente para impresoras. La mayoría de los software usan el termino LPT (impresor en línea) más un número para designar un puerto paralelo (por ejemplo, LPT1). Un ejemplo donde se utiliza la designación del puerto es el procedimiento de instalación de software donde se incluye un paso en que se identifica el puerto al cual se conecta a una impresora. Forma: * Es un conector de tipo hembra; los conectores hembras disponen de uno o más receptáculos diseñados para alojar

las clavijas del conector macho. * Mide 38mm de longitud en ambos extremos, de largo y de alto 5mm. * Tiene forma de rectangular. * Contiene 25 pines. Características Generales:

1. Este puerto utiliza un conector hembra DB25 en la computadora y un conector especial macho llamado Centronic que tiene 36 pines. 2. 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. 3. Desde el punto de vista del software, el puerto paralelo son tres registros de 8 bits cada uno, ocupando tres direcciones de I/O consecutivas de la arquitectura X86. 4. Desde el punto de vista Hardware, el puerto es un conector hembra DB25 con doce salidas latcheadas (que tienen memoria /buffer intermedio) y cinco entradas, con 8 líneas de masa. 5. La tensión de trabajo del puerto es de 5 voltios, por lo que necesitamos una fuente estabilizada o regulada de tensión. 6. Las 12 salidas TTL (0-5v) usan latches internos y pueden programarse vía instrucciones IN/OUT del CPU. 7. Las 5 entradas son “Steady-State Input points” y pueden programarse vía instrucciones IN/OUT del CPU. 8. Las 3 direcciones del puerto (DATA, STATUS, CONTROL) inician comúnmente en la 37H (otras direcciones comunes son la 278H y 378BCH). 9. Una de las líneas de entrada es además una interrupción (que puede habilitarse vía programa) además hay una línea tipo “Power -on Reset”. Ubicación en el sistema informático:

Se encuentra en la parte trasera del case, se pueden identificar fácilmente ya que la mayoría de los software utilizan el termino LPT (que significa impresión en línea por sus siglas en inglés). También en algunos modelos se pueden localizar en la parte inferior al puerto del Mouse. Recursos del puerto paralelo:

Cada adaptador de puerto paralelo tienes tres direcciones sucesivas que se corresponden con otros tantos registros que sirven para controlar el dispositivo. Son el registro de salida de datos; el registro de estado y el registro de control.


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El puerto paralelo está formado por 17 líneas de señales y 8 líneas de tierra. Las líneas de señales están formadas por grupos: 4. Líneas de control. 5. Líneas de estado. Líneas de datos.   

En el diseño original las líneas de control son usadas para la interfase, control e intercambio de mensajes al PC (falta papel, impresora ocupada, error en la impresora). Las líneas de datos suministran los datos de impresora del PC hacia la impresora y solamente en esa dirección. Las nuevas implementaciones del puerto permiten una comunicación bidireccional mediante estas líneas. Tipos de puerto paralelo:

En la actualidad se conoce cuatro tipos de puerto paralelo: Puerto paralelo estándar (Standard Parallel Port SPP). Puerto paralelo PS/2 (bidireccional). Enhanced Parallel Port (EPP). Extended Capability Port (ECP).    

En la siguiente tabla se muestra información sintetizada de cada uno de estos tipos de puertos. Fecha de Introducción.

SPP

PS/2

EPP

ECP

1981.

1987.

1994.

1994.

IBM.

IBM.

No. No. 150. Kbyte/seg.

Si. No. 150. Kbyte/seg.

Intel. Xircom y Zenith Data Systems. Si. No. 2. Mbytes/seg.

Hewlett Packard y Microsoft. Si. Si. 2. Mbytes/seg.

Fabricante. Bidireccional. DMA. Velocidad.

Puerto USB (Universal Serial Bus):

El puerto USB fue creado a principio de 1996. La sigla USB significa Bus Serie Universal (Universal Serial Bus) Se llama universal, porque todos los dispositivos se conecten al puerto. Conexión que es posible, porque es capaz de hacer conectar hasta un total de 127 dispositivos. Unas de las razones más importantes dieron origen a este puerto fueron: Conexión del PC con el teléfono. Fácil uso. Expansión del puerto.   

Unas de las principales características más importantes de este puerto es que permite la conexión entre l PC y el teléfono, además, nos elimina la incomodidad al momento de ampliar el PC. Cabe destacar que para hacer esto, se necesita abrir el case e introducir las tarjetas de expansión o cualquier dispositivo deseado y después configurar y reiniciar el PC. Por lo tanto se puede decir que con este puerto tienes la capacidad de almacenar hasta de 127 dispositivos periféricos simultáneamente. L .S.C.A. Raúl M onf orte Chul ín MORCH Systems

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Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos Semestre Ingeniería Informática - A rquitectura de Computadoras – 4° Características del puerto USB:

1. Todos los dispositivos USB tienen el mismo tipo de cable y el mismo tipo de conector, independientemente de la función que cumple. 2. Los detalles de consumo y administración electrónica del dispositivo son completamente transparentes para el usuario. 3. El computador identifica automáticamente un dispositivo agregado mientras opera, y por supuesto lo configura. 4. Los dispositivos pueden ser también desconectados mientras el computador está en uso. 5. Comparten un mismo bus tanto dispositivos que requieren de unos pocos KBPS como los que requieren varios MBPS. 6. Hasta 127 dispositivos diferentes pueden estar conectados simultáneamente y operando con una misma computadora sobre el Bus Serial Universal. 7. El bus permite periféricos multifunción, es decir aquellos que pueden realizar varias tareas a la vez, como lo son algunas impresoras que adicionalmente son fotocopiadoras y máquinas de fax. 8. Capacidad para manejo y recuperación de errores producido por un dispositivo cualquiera. 9. Soporte para la arquitectura conectar y operar (Plug&Play). 10. Bajo costo. Forma:

El puerto USB es el puerto más pequeño de los que existen en la parte trasera de nuestro ordenador. El conector USB, es un conector con tan sólo 4 pin. Este conector es individual, aunque también, nos podemos encontrar conectores compuestos para más de una conexión. Ubicación en el sistema Informático:

El puerto USB está ubicado en la mayoría de los case en la parte frontal o lateral y en la parte trasera del mismo. Pero hay otros case que poseen este puerto únicamente en la parte trasera del case. Tipos de transferencia:

El puerto USB permite cuatro tipos de transferencia, que son: * Transferencias de control:

Es una transferencia no esperada, no se realiza periódicamente, sino que la realiza el software para iniciar una petición/respuesta de comunicación. Normalmente se utiliza para operar operaciones de control o estado. * Transferencias Isocrónicas:

Es periódica, una comunicación continúa entre el controlador y el dispositivo, se usa normalmente para información. Este tipo de transferencia envía la señal de reloj encapsulando en los datos, mediante comunicaciones NZRI. * Transferencias Continúa:

Son datos pequeños no muy frecuentes, que provocan la espera de otras transferencias hasta que son realizadas. * Transferencias de Volumen:

No son transferencias periódicas. Se trata de paquetes de gran tamaño, usados en aplicaciones donde se utiliza todo el ancho de banda disponible en la comunicación. Estas transferencias pueden quedar a la espera de que el ancho de banda quede disponible. 3.4. Entrada y salida de datos a dispositivos periféricos. Puertos de entrada y salida. L .S.C.A. Raúl M onf orte Chul ín MORCH Systems

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Los puertos de salida/entrada son elementos materiales del equipo, que permiten que el sistema se comunique con los elementos exteriores. En otras palabras, permiten el intercambio de datos, de aquí el nombre interfaz de entrada/salida (también conocida como interfaz de E/S ). Puerto serial. Los puertos seriales (también llamados RS-232, por el nombre del estándar al que hacen referencia) fueron las primeras interfaces que permitieron que los equipos intercambien información con el "mundo exterior ". El término serial se refiere a los datos enviados mediante un solo hilo: los bits se envían uno detrás del otro (consulte la sección sobre transmisión de datos para conocer los modos de transmisión).

Originalmente, los puertos seriales sólo podían enviar datos, no recibir, por lo que se desarrollaron puertos bidireccionales (que son los que se encuentran en los equipos actuales). Por lo tanto, los puertos seriales bidireccionales necesitan dos hilos para que la comunicación pueda efectuarse. La comunicación serial se lleva a cabo asincrónicamente, es decir que no es necesaria una señal (o reloj) de sincronización: los datos pueden enviarse en intervalos aleatorios. A su vez, el periférico debe poder distinguir los caracteres (un carácter tiene 8 bits de longitud) entre la sucesión de bits que se está enviando. Ésta es la razón por la cual en este tipo de transmisión, cada carácter se encuentra precedido por un bit de ARRANQUE y seguido por un bit de PARADA. Estos bits de control, necesarios para la transmisión serial, desperdician un 20% del ancho de banda (cada 10 bits enviados, 8 se utilizan para cifrar el carácter y 2 para la recepción). Los puertos seriales, por lo general, están integrados a la placa madre, motivo por el cual los conectores que se hallan detrás de la carcasa y se encuentran conectados a la placa madre mediante un cable, pueden utilizarse para conectar un elemento exterior. Generalmente, los conectores seriales tienen 9 ó 25 clavijas y tienen la siguiente forma (conectores DB9 y DB25 respectivamente):

Un PC posee normalmente entre uno y cuatro puertos seriales. Puerto paralelo

La transmisión de datos paralela consiste en enviar datos en forma simultánea por varios canales (hilos). Los puertos paralelos en los PC pueden utilizarse para enviar 8 bits (un octeto) simultáneamente por 8 hilos.


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Los primeros puertos paralelos bidireccionales permitían una velocidad de 2,4 Mb/s. Sin embargo, los puertos paralelos mejorados han logrado alcanzar velocidades mayores: * El EPP ( puerto paralelo mejorado) alcanza velocidades de 8 a 16 Mbps. * El ECP ( puerto de capacidad mejorada), desarrollado por Hewlett Packard y Microsoft . Posee las mismas características del EPP con el agregado de un dispositivo Plug and Play que permite que el equipo reconozca los periféricos conectados. Los puertos paralelos, al igual que los seriales, se encuentran integrados a la placa madre. Los conectores DB25 permiten la conexión con un elemento exterior (por ejemplo, una impresora).

El USB ( Bus de serie universal ), como su nombre lo sugiere, se basa en una arquitectura de tipo serial. Sin embargo, es una interfaz de entrada/salida mucho más rápida que los puertos seriales estándar. La arquitectura serial se utilizó para este tipo de puerto por dos razones principales: La arquitectura serial le brinda al usuario una velocidad de reloj mucho más alta que la interfaz paralela debido a que este tipo de interfaz no admite frecuencias demasiado altas (en la arquitectura de alta velocidad, los bits que circulan por cada hilo llegan con retraso y esto produce errores); Los cables seriales resultan mucho más económicos que los cables paralelos. 

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Estándares USB

A partir de 1995, el estándar USB se ha desarrollado para la conexión de una amplia gama de dispositivos. El estándar USB 1.0 ofrece dos modos de comunicación: 12 Mb/s en modo de alta velocidad, 1,5 Mb/s de baja velocidad.  

El estándar USB 1.1 brinda varias aclaraciones para los fabricantes de dispositivos USB, pero no cambia los rasgos de velocidad. Los dispositivos certificados por el estándar USB 1.1 llevan el siguiente logotipo: El estándar USB 2.0 permite alcanzar velocidades de hasta 480 Mbit/s. Los dispositivos certificados por el estándar USB 2.0 llevan el siguiente logotipo: Si no lleva ningún logotipo, la mejor manera de determinar si un dispositivo es de USB de alta o baja velocidad es consultar la documentación del producto, siempre y cuando los conectores sean los mismos. La compatibilidad entre USB 1.0, 1.1 y 2.0 está garantizada. Sin embargo, el uso de un dispositivo USB 2.0 en un puerto USB de baja velocidad (es decir 1.0 ó 1.1) limitará la velocidad a un L .S.C.A. Raúl M onf orte Chul ín MORCH Systems

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máximo de 12 Mbit/s. Además, es probable que el sistema operativo muestre un mensaje que indique que la velocidad será restringida. Tipos de conectores:

Existen dos tipos de conectores USB: Los conectores conocidos como tipo A, cuya forma es rectangular y se utilizan, generalmente, para dispositivos que no requieren demasiado ancho de banda (como el teclado, el ratón, las cámaras Web, etc.); Los conectores conocidos como tipo B poseen una forma cuadrada y se utilizan principalmente para dispositivos de alta velocidad (discos duros externos, etc.). 

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1. 2. 3. 4.

Fuente de alimentación de +5 V (VBUS ) máximo 100 mA Datos ( D-) Datos ( D+) Conexión a tierra (GND)

Funcionamiento del USB

Una característica de la arquitectura USB es que puede proporcionar fuente de alimentación a los dispositivos con los que se conecta, con un límite máximo de 15 V por dispositivo. Para poder hacerlo, utiliza un cable que consta de cuatro hilos (la conexión a tierra GND, la alimentación del BUS y dos hilos de datos llamados D y D+). El estándar USB permite que los dispositivos se encadenen mediante el uso de una topología en bus o de estrella. Por lo tanto, los dispositivos pueden conectarse entre ellos tanto en forma de cadena como en forma ramificada. La ramificación se realiza mediante el uso de cajas llamadas "concentradores" que constan de una sola entrada y varias salidas. Algunos son activos (es decir, suministran energía) y otros pasivos (la energía es suministrada por el ordenador). La comunicación entre el host (equipo) y los dispositivos se lleva a cabo según un (lenguaje de comunicación) basado en el principio de red en anillo. Esto significa que el ancho de banda se comparte temporalmente entre todos los dispositivos conectados. El host (equipo) emite una señal para comenzar la secuencia cada un milisegundo (ms), el intervalo de tiempo durante el cual le ofrecerá simultáneamente a cada dispositivo la oportunidad de "hablar". Cuando el host desea comunicarse con un dispositivo, transmite una red (un paquete de datos que contiene la dirección del dispositivo cifrada en 7 bits) que designa un dispositivo, de manera tal que es el host el que decide "hablar" con los dispositivos. Si el dispositivo reconoce su dirección en la red, envía un paquete de datos (entre 8 y 255 bytes) como respuesta. De lo contrario, le pasa el paquete a los otros dispositivos conectados. Los datos que se intercambian de esta manera están cifrados conforme a la codificación NRZI. Como la dirección está cifrada en 7 bits, 128 dispositivos (2^7) pueden estar conectados simultáneamente a un puerto de este tipo. En realidad, es recomendable reducir esta cantidad a 127 porque la dirección 0 es una dirección reservada. (consultar más adelante). L .S.C.A. Raúl M onf orte Chul ín MORCH Systems

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Debido a la longitud máxima de 5 metros del cable entre los dos dispositivos y a la cantidad máxima de 5 concentradores (a los que se les suministra energía), es posible crear una cadena de 25 metros de longitud. Los puertos USB admiten dispositivos Plug and play de conexión en caliente. Por lo tanto, los dispositivos pueden conectarse sin apagar el equipo (conexión en caliente). Cuando un dispositivo está conectado al host, detecta cuando se está agregando un nuevo elemento gracias a un cambio de tensión entre los hilos D+ y D-. En ese momento, el equipo envía una señal de inicialización al dispositivo durante 10 ms para después suministrarle la corriente eléctrica mediante los hilos GND y VBUS (hasta 100 mA). A continuación, se le suministra corriente eléctrica al dispositivo y temporalmente se apodera de la dirección predeterminada (dirección 0). La siguiente etapa consiste en brindarle la dirección definitiva (éste es el procedimiento de lista). Para hacerlo, el equipo interroga a los dispositivos ya conectados para poder conocer sus direcciones y asigna una nueva, que lo identifica por retorno. Una vez que cuenta con todos los requisitos necesarios, el host puede cargar el driver adecuado. 7.3 Equipo periférico. El sistema computacional necesita comunicarse con el exterior, esta comunicación se hace con medios de entrada y de salida. Las operaciones de E/S se efectúan con varios dispositivos externos que ofrecen un medio de intercambio de datos entre el mundo exterior y la computadora. Estos dispositivos externo se conecta con la computadora al unirse con un módulo de E/S para intercambiar control, estado y datos. Un dispositivo de este tipo se denomina dispositivo periférico o simplemente periférico. Dispositivos periféricos:

Son los dispositivos, mediante los cuales entra información al ordenador (dispositivos de entrada), o sale información procesada de éste (dispositivos de salida). Hacen posible un intercambio de información entre el ordenador y el exterior, por lo que hacen útil el ordenador. Es decir, es cualquier pieza de hardware unida a una computadora, tal como una impresora. Partes de un dispositivo periférico: a) Lógica de control:

1. Control del módulo de E/S 2. Estado al módulo de E/S b) Buffer:

3. Datos (bits), hacia y desde modulo de E/S c) Traductor (convertidor, e.g. aguja tocadiscos)

4. Datos (dispositivo único) hacia y desde el medio ambiente Clasificación de los dispositivos periféricos

Estos dispositivos se clasifican en periféricos de entrada, de salida, de entrada/salida y de almacenamiento, veremos algunos ejemplos de cada uno de ellos. Dispositivos de entrada:

Son aquellos que permiten al usuario introducir datos, comandos y programas en la CPU de la computadora o del ordenador para que esta los pueda procesar ó almacenar.


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Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos Semestre Ingeniería Informática - A rquitectura de Computadoras – 4° Tipos de dispositivos de entrada:     

Teclado. Ratón. Lápiz óptico. Joystick. Micrófono.

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Tableta digitalizadora. Lector de código de barras. Escáner plano. Cámara digital.

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Escáner de código de barras. Cámara Web o Webcam. Tarjetas perforadas. Pantalla Táctil.

Dispositivos de salida:

Son aquellos que permiten enviar información procesada ó almacenada al exterior, para que el usuario la visualice, es decir, son aquellos dispositivos que permiten a la computadora convertir sus patrones de bits internos en forma que puedan ser comprendidos por las personas. Tipos de dispositivos de salida:   

Monitor. Pantalla táctil. Impresora.

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Altavoces. Plotter o trazador gráfico.

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Auriculares. Fax.

Dispositivos de almacenamiento:

Son aquellas unidades que permiten guardar información de manera permanente en la computadora, en los cuales la información entra ó sale, entre ellos están los discos duros, los disquetes, los CDs, las unidades de ZIP. Este tipo de memorias auxiliares pueden ser de tipo magnéticos y ópticos. Tipos de dispositivos de almacenamiento:    

Disco duro. Disquete. Grabador y/o lector de CD. Grabador y/o lector de DVD.

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Grabador y/o lector de Blu-ray. Grabador y/o lector de HD DVD. Memoria Flash.

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Cintas magnéticas. Tarjetas perforadas. Memoria portátil

Otros dispositivos:    

Dispositivos magneto-ópticos. Dispositivos de cambio de fase. Streamers. Unidad ZIP.

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Unidad JAZZ. Cintas de backup. Unidad DLT. Cintas QIC.

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Unidad Travan. Cintas DAT. Unidad 8MM.

Versículo, Frases & Lemas: Dios tomó al hombre y lo puso en el jardín del Edén (La naturaleza) para que lo culti vara y lo cuidara. Cuidemos nuestra casa natural: “El medio ambiente”, ¡Tir ando la basur a en su lugar por f avor! .

(Gen 2:15).

Taqu erías M oyito & Suemi Cecil ia, y M oto-Taqu ería el Yu ca.

Le doy gracias a Dios por hacer el cielo con todas sus estrellas, porque una estrella eres tú y el cielo es tu amistad ……….. Gracias a Dios eres mi amigo con todo y tu amistad. MORCH Systems. Dios te Bendiga hoy, mañana y siempre; a ti, a toda tu familia y a todos tu amigos. MORCH Systems. “La vida es bella”, única e irrepetible vívela hoy, como si fuera el último día de tu vida. MORCH Systems. Gracias a Dios: Ser profesional es parte de una mejor calidad de vida para ti y para toda tu familia, lograrlo es una gran satisfacción de manera espiritual, emocional, social y laboral; búscalo, esfuérzate y disfrútalo; y veras que ser profesionista es excelentemente profesional. MORCH Systems.


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U3, Buses y Puertos Estándar

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