Hardware

Discos rígidosIntroducción

Siempre que se enciende el computador, los discos sobre los que se almacenan los datos giran a una velocidad vertiginosa (a menos que disminuyan su potencia para ahorrar electricidad).

Los discos duros de hoy, con capacidad de almacenar multigigabytes mantienen el mínimo principio de una cabeza de Lectura/Escritura suspendida sobre una superficie magnética que gira velozmente con precisión microscópica, al igual que los "colosales" discos de 40 MB del pasado, pero hasta allí llega la similitud, pues los discos duros de hoy llegan muy profundamente en nuevas disciplinas como la mecánica cuántica, la aerodinámica y l as vertiginosas velocidades de rotación.

Pero hay un aspecto de los discos duros que probablemente permanecerá igual. A diferencia de otros componentes del PC que obedecen sin rechistar a los comandos del software, el disco duro parlotea y se queja cuando emprende su trabajo. Estos ruidos son recordatorio de que el disco duro es uno de los pocos componentes de un PC que tiene carácter mecánico y electrónico al mismo tiempo. Los componentes mecánicos de esta unidad, de múltiples maneras , consiguen entrar en acción en le mejor momento.

Los discos duros pertenecen a la llamada memoria secundaria o almacenamiento secundario. Al disco duro se le conoce con gran cantidad de denominaciones como disco duro, rígido (frente a los discos flexibles o por su fabricación a base de una capa rígida de aluminio), fijo (por su situación en el ordenador de manera permanente), winchester (por ser esta la primera marca de cabezas para disco duro). Estas denominaciones aunque son las habituales no son exactas ya que existen discos de iguales prestaciones pero son flexibles, o bien removibles o transportables, u otras marcas diferentes fabricantes de cabezas.

Las capacidades de los discos duros varían desde 10 Mb. hasta varios Gb. en minis y grandes ordenadores. Para conectar un disco duro a un ordenador es necesario disponer de una tarjeta controladora. La velocidad de acceso depende en gran parte de la tecnología del propio disco duro y de la tarjeta controladora asociada al discos duro.

Estos están compuestos por varios platos, es decir varios discos de material magnético montados sobre un eje central sobre el que se mueven. Para leer y escribir datos en estos platos se usan las cabezas de lectura/escritura que mediante un proceso electromagnético codifican / decodifican la información que han de leer o escribir. La cabeza de lectura/escritura en un disco duro está muy cerca de la superficie, de forma que casi vuela sobre ella, sobre el colchón de aire formado por su propio movimiento. Debido a esto, están cerrados herméticamente, porque cualquier partícula de polvo puede dañarlos.

Unidad de disco duro:

Los discos duros se presentan recubiertos de una capa magnética delgada, habitualmente de óxido de hierro, y se dividen en unos círculos concéntricos cilindros (coincidentes con las pistas de los disquetes), que empiezan en la parte exterior del disco (primer cilindro) y terminan en la parte interior (último). Asimismo estos cilindros se dividen en sectores, cuyo número esta determinado por el tipo de disco y su formato, siendo todos ellos de un tamaño fijo en cualquier disco. Cilindros como sectores se identifican con una serie de números que se les asignan, empezando por el 1, pues el numero 0 de cada cilindro se reserva para propósitos de identificación mas que para

1

almacenamiento de datos. Estos, escritos/leídos en el disco, deben ajustarse al tamaño fijado del almacenamiento de los sectores. Habitualmente, los sistemas de disco duro contienen más de una unidad en su interior, por lo que el número de caras puede ser más de 2. Estas se identifican con un número, siendo el 0 para la primera. En general su organización es igual a los disquetes. La capacidad del disco resulta de multiplicar el número de caras por el de pistas por cara y por el de sectores por pista, al total por el número de bytes por sector.

Para escribir, la cabeza se sitúa sobre la celda a grabar y se hace pasar por ella un pulso de corriente, lo cual crea un campo magnético en la superficie. Dependiendo del sentido de la corriente, así será la polaridad de la celda. ara leer, se mide la corriente inducida por el campo magnético de la celda. Es decir que al pasar sobre una zona detectará un campo magnético que según se encuentre magnetizada en un sentido u otro, indicará si en esa posición hay almacenado un 0 o un 1. En el caso de la escritura el proceso es el inverso, la cabeza recibe una corriente que provoca un campo magnético, el cual pone la posición sobre la que se encuentre la cabeza en 0 o en 1 dependiendo del valor del campo magnético provocado por dicha corriente.

Los componentes físicos de una unidad de disco duro son:

LOS DISCOS (Platters)

Están elaborados de compuestos de vidrio, cerámica o aluminio finalmente pulidos y revestidos por ambos lados con una capa muy delgada de una aleación metálica. Los discos están unidos a un eje y u n motor que los hace guiar a una velocidad constante entre las 3600 y 7200 RPM.

Convencionalmente los discos duros están compuestos por varios platos, es decir varios discos de material magnético montados sobre un eje central. Estos discos normalmente tienen dos caras que pueden usarse para el almacenamiento de datos, si bien suele reservarse una para almacenar información de control.

2

LAS CABEZAS (Heads)

Están ensambladas en pila y son las responsables de la lectura y la escritura de los datos en los discos. La mayoría de los discos duros incluyen una cabeza Lectura/Escritura a cada lado del disco, sin embargo algunos discos de alto desempeño tienen dos o más cabezas sobre cada superficie, de manera que cada cabeza atiende la mitad del disco reduciendo la distancia del desplazamiento radial. Las cabezas de Lectura/Escritura no tocan el disco cuando este e sta girando a toda velocidad; por el contrario, flotan sobre un cojín de aire extremadamente delgado(10 millonésima de pulgada). Para comparación un cabello humano tiene cerca de 4.000 micropulgadas de diámetro. Esto reduce el desgaste en la superficie del disco durante la operación normal, cualquier polvo o impureza en el aire puede dañar suavemente las cabezas o el medio.

Su funcionamiento consiste en una bobina de hilo que se acciona según el campo magnético que detecte sobre el soporte magnético, produciendo una pequeña corriente que es detectada y amplificada por la electrónica de la unidad de disco.

EL EJE

Es la parte del disco duro que actúa como soporte, sobre el cual están montados y giran los platos del disco.

"ACTUADOR"

Es un motor que mueve la estructura que contiene las cabezas de lectura entre el centro y el borde externo de los discos. Un "actuador" usa la fuerza de un electromagneto empujado contra magnetos fijos para mover las Head Stack Asse mbly a través del disco. La controladora manda más corriente a través del electromagneto para mover las cabezas cerca del borde del disco. En caso de una perdida de poder, un resorte mueve la cabeza nuevamente hacia el centro del disc o sobre una zona donde no se guardan datos. Dado que todas las cabezas están unidas al mismo HSA ellas se mueven al unísono.

Mientras que lógicamente la capacidad de un disco duro puede ser medida según los siguientes parámetros:

3

Cilindros (cylinders)

El par de pistas en lados opuestos del disco se llama cilindro. Si el HD contiene múltiples discos (sean n), un cilindro incluye todos los pares de pistas directamente uno encima de otra (2n pistas).

Los HD normalmente tienen una cabeza a cada lado del disco. Dado que las cabezas de Lectura/Escritura en el HSA están alineadas unas con otras, la controladora puede escribir en todas las pistas del cilindro sin mover el HSA. Com o resultado los HD de múltiples discos se desempeñan levemente más rápido que los HD de un solo disco.

Es una pila tridimensional de pistas verticales de los múltiples platos. El número de cilindros de un disco corresponde al número de posiciones diferentes en las cuales las cabezas de lectura/escritura pueden moverse.

Pistas (tracks)

Un disco de un HD esta dividido en delgados círculos concéntricos llamados pistas.

Las cabezas se mueven entre la pista más externa ó pista cero a la mas interna. Los HD recientes tienen aproximadamente 10.000

Es la trayectoria circular trazada a través de la superficie circular del plato de un disco por la cabeza de lectura / escritura. Cada pista está formada por uno o más Cluster.

Pistas por superficie (densidad de área 1.74 Gigabits/pulgada2).

Sectores (sectors)

Un byte es la unidad útil más pequeña en términos de memoria. Los HD almacenan los datos en pedazos gruesos llamados sectores. La mayoría de los HD usan sectores de 512 bytes. La controladora del H D determina el tamaño de un sector en el momento en que el disco es formateado. Algunos modelos de HD le permiten especificar el tamaño de un sector.

Cada pista del disco esta dividida en 1 ó 2 sectores dado que las pistas exteriores son más grandes que las interiores, las exteriores contienen mas sectores.

Distribución de un disco duro

4

Cluster

Es una agrupación de sectores, su tamaño depende de la capacidad del disco. La siguiente tabla nos muestra esta relación.

Tamaño del Drive MB Tipo de FAT Sectores por Cluster Tamaño del Cluster Kb

0 –15 12 8 4

16-127 16 4 2

128-255 16 8 4

256-511 16 16 8

512-1023 16 32 16

1024-2048 16 64 32

Medidas que describen el desempeño de un HD

Los fabricantes de HD miden la velocidad en términos de tiempo de acceso, tiempo de búsqueda, latencia y rata de transferencia. Estas medidas también aparecen en las advertencias, comparaciones y en las especificaciones.

Tiempo de acceso (access time)

5

Termino frecuentemente usado en discusiones de desempeño, es el intervalo de tiempo entre el momento en que un drive recibe un requerimiento por datos, y el momento en que un drive empieza a despachar el dato. El tiempo de acceso de un HD es una combinación de tres factores:

Tiempo de Búsqueda (seek time)

Es el tiempo que le toma a las cabezas de Lectura/Escritura moverse desde su posición actual hasta la pista donde esta localizada la información deseada. Como la pista deseada puede estar localizada en el otro lado del disco o en una pista adyacente, el tiempo de búsqueda variara en cada búsqueda. En la actualidad, el tiempo promedio de búsqueda para cualquier búsqueda arbitraria es igual al tiempo requerido para mirar a través de la tercera parte de las pistas. Algunos fabricantes citan un tiempo de búsqueda pista a pista, el cual es simplemente la cantidad de tiempo para mover la cabeza de una pista a la pista adyacente. Los HD de la actualidad tienen tiempos de búsque da pista a pista tan cortos como 2 milisegundos y tiempos promedios de búsqueda menores a 10 milisegundos y tiempo máximo de búsqueda (viaje completo entre la pista más interna y la más externa) cercano a 15 milisegundos .

Latencia (latency)

Cada pista en un HD contiene múltiples sectores una vez que la cabeza de Lectura/Escritura encuentra la pista correcta, las cabezas permanecen en el lugar e inactivas hasta que el sector pasa por debajo de ellas. Este tiempo de espera se llama latencia. La latencia promedio es igual al tiempo que le toma al disco hacer media revolución y es igual en aquellos drivers que giran a la misma velocidad. Algunos de los modelos más rápidos de la actualidad tienen discos que giran a 10000 RPM o más reduciendo la latencia.

Command Overhead

Tiempo que le toma a la controladora procesar un requerimiento de datos. Este incluye determinar la localización física del dato en el disco correcto, direccionar al "actuador" para mover la HSA a la pista correcta, le er el dato, redireccionarlo al computador. Para los HD actuales el Disk Overhead es relativamente insignificante.

Rata de Transferencia

Los HD también son evaluados por su rata de transferencia, la cual generalmente se refiere a la rata en la cual los datos pueden ser leídos o escritos en el drive. La velocidad de los discos, la densidad de los bits de datos y el tiempo de acceso afecta la rata de transferencia. La rata de transferencia es particularmente importante cuando se leen y escriben archivos grandes. Los drives actuales tienen ratas de transferencia que oscilan entre 5 y 30 megabytes/segundo.

La mayoría de los HD actuales incluyen una cantidad pequeña de RAM que es usada como cache o almacenamiento temporal. Algunas especificaciones de HD se refieren a una rata de transferencia por ráfagas o la velocidad a la cual los datos pueden ser leídos o escritos en la cache.

Dado que los computadores y los HD se comunican por un bus de Entrada/Salida, la rata de transferencia actual entre ellos esta limitada por la máxima rata de transferencia del bus, la cual en la mayoría de los casos es mucho más lenta que la rata de transferencia del drive.

Como funciona un disco duro

6

Una caja metálica hermética protege los componentes internos de las partículas de polvo; que podrían obstruir la estrecha separación entre las cabezas de lectura/escritura y los discos, además de provocar el fallo de la unidad a causa de la apertura de un surco en el revestimiento magnético de un disco.

En la parte inferior de la unidad, una placa de circuito impreso, conocida también como placa lógica, recibe comandos del controlador de la unidad, que a su vez es controlado por el sistema operativo. La placa lógica convierte estos comandos en fluctuaciones de tensión que obligan al actuador de las cabezas a mover estas a lo largo de las superficies de los discos. La placa también se asegura de que el eje giratorio que mueve los discos de vueltas a una velocidad constante y de que la placa le indique a las cabezas de la unidad en que momento deben leer y escribir en el disco. En un disco IDE (Electrónica de Unidades Integradas), el controlador de disco forma parte de la placa lógica.

Un eje giratorio conectado a un motor eléctrico hacen que los discos revestidos magnéticamente giren a varios miles de vueltas por minuto. El numero de discos y la composición del material magnético que lo s recubre determinan la capacidad de la unidad. Generalmente los discos actuales están recubiertos de una aleación de aproximadamente la trimillonésima parte del grosor de una pulgada.

Un actuador de las cabezas empuja y tira del grupo de brazos (HSA) de las cabezas de lectura/escritura a lo largo de las superficies de los platos con suma precisión. Alinea las cabezas con las pistas que forman círculo s concéntricos sobre la superficie de los discos.

Las cabezas de lectura/escritura unidos a los extremos de los brazos móviles se deslizan a la vez a lo largo de las superficies de los discos giratorios del HD. Las cabezas escriben en los discos los datos procedentes del controlador de disco alineando las partículas magnéticas sobre las superficies de los discos; las cabezas leen los datos mediante la detección de las polaridades de las partículas ya alineadas.

Cuando el usuario o su software le indican al sistema operativo que lea o escriba un archivo, el sistema operativo ordena al controlador del HD que mueva las cabezas de lectura y escritura a la tabla de asignación de archivos de la unidad, o FAT en DOS (VFAT en Windows 95). El sistema operativo lee la FAT para determinar en que Cluster del disco comienza un archivo preexistente, o que zonas del disco están disponibles para albergar un nuevo archivo.

Un único archivo puede diseminarse entre cientos de Cluster independientes dispersos a lo largo de varios discos. El sistema operativo almacena el comienzo de un archivo en los primeros Cluster que encuentra enumerados como libres en la FAT. Esta mantiene un registro encadenado de los Cluster utilizados por un archivo y cada enlace de la cadena conduce al siguiente Cluster que contiene otra parte mas del archivo.

Una vez que los datos de la FAT han pasado de nuevo al sistema operativo a través del sistema electrónico de la unidad y del controlador del HD, el sistema operativo da instrucciones a la unidad para que omita la operaci&o acute;n de las cabezas de lectura/escritura a lo largo de la superficie de los discos, leyendo o escribiendo los Cluster sobre los discos que giran después de las cabezas.

Después de escribir un nuevo archivo en el disco, el sistema operativo vuelve a enviar las cabezas de lectura/escritura a la FAT, donde elabora una lista de todos los Cluster del archivo.

Fabricación de discos duros

7

La industria de los discos duros esta atravesando un periodo de crecimiento sin precedentes, pues la tecnología esta revolucionando todos los conceptos de cantidad de información almacenable y costos por megabyte. Veamos ahora los aspectos más generales que se tienen en cuenta en la elaboración de estos dispositivos.

El corazón de esta tecnología lo constituyen dos componentes principales:

(1) el transductor magnético o cabeza y (2) el medio de almacenamiento o disco. Estos dos elementos se relacionan muy directamente, al punto que las características y desarrollo de uno, determinan el optimo diseño d el otro.

Estructuras de películas delgadas y proceso de manufactura

SUSTRATO

Los sustratos están la mayoría de las veces hechos de una aleación Al-Mg 5086 (95.4% Al, 4% Mg y 0.15% Cr). las dimensiones y tolerancias están permanentemente siendo examinadas, pero en general la industria ha establecido diámetros y gruesos estándar. No hace mucho, los drives de 5.25" tenían el tamaño mas común en estaciones de trabajo y Pc's. Hoy, 3.5" y 2.5" son los tamaños estandards. La densidad de área es la cantidad de información almacenada por unidad de área y este es el resultado de los avances, grabar mucho mas por pulgada cuadrada, reduciendo el tamaño del dispositivo y aumentando su capacidad.

Una vez que la película de Al-Mg ha tomado forma y tamaño, el siguiente paso es aplicar una capa Ni-P. Esta capa se deposita por un proceso de enchapado sin electricidad y sirve al propósito de proveer un material duro que pueda ser altamente pulido y es relativamente libre de defectos. L composición de la capa afecta muchas características, incluyendo la naturaleza amorfa deseada de la película. si se permite que se cristalice, el Ni poseerá su propio momento magnético de red y destruye las características magnéticas de la capa delgada activa. gran cuidado se coloca en este proceso para controlar el estrés en la película que pueda producir torsión o curvatura. El Ni-P (10%) típicamente agrega varios micrones y entonces una fracción se remueve en el proceso de pulimentado para obtener un alto grado de limpieza.

El grueso del disco esta estandarizado mientras que el diámetro define sobre todo las dimensiones del drive, el grueso es critico para la capacidad volumétrica o cuanto se puede almacenar por caja. a veces la industria ha sido capaz de reducir el grueso del sustrato lo suficiente para incrementar el numero de platos o discos con una altura de dispositivo dada.

Se espera que en el futuro, sustratos alternativos al aluminio puedan generar características superiores como mayor dureza y alta capacidad, además de mayor homogeneidad de la superficie para obtener discos con una mejor resistencia a daños, menor tamaño y superficies mas limpias.

TEXTURING

Es el proceso de crear una cantidad controlada de aspereza sobre el sustrato. La textura tiene tres razones básica:

Estabilizar con las líneas la cabeza cuando vuela sobre el disco Las líneas crean crestas y valles que reducen el área de contacto entre la cabeza y el

disco

Las líneas proveen una dirección de orientación induciendo una anisotropia magnética circular de tal forma que las señales de lectura sean uniformes.

8

El texturing se realiza por medio de una banda transportadora que permite por medio de goteo agregarle a la película una mezcla o suspención abrasiva de carburo de silicio o de polvo de diamante. El equipo de texturing provee la acción mecánica a través de la rotación del disco, un eje de oscilación, carga de presión de un rodillo y tiempo de proceso. Ahora se esta investigando la realización del texturing con tecnología láser

CLEANING

Este proceso se presenta de varias formas durante toda la elaboración del disco . Principalmente se destaca en los discos que reciben texturing mecánico para remover los abrasivos que se usaron para producir la rugosidad de la superficie. Muchos pasos acuosos o ultrasónicos pueden ser necesarios así como aditivos especiales. Se debe notar que la superficie esta constituida inicialmente de níquel Ni y por lo tanto puede ser altamente reactivo a ciertas sustancia químicas y condiciones. Estas reacciones pueden fuertemente influenciar los defectos de superficie (bits de error) también como desempeño mecánico de producto terminado.

SPUTTER DEPOSITION.

A continuación se procede a depositar tres capas, las cuales constituyen la esencia de los discos de películas delgadas. Después de que la dura superficie de Ni-P es pulida, restaurada y limpiada; una subcapa de cromo Cr, seguida por una capa magnética de aleación de cobalto Co y una cobertura de carbón.

La subcapa cumple la función de mejorar las condiciones magnéticas de la capa central de aleación de Co, lo cual no se obtendría muy satisfactoriamente si se depositará directamente sobre el enchape de Ni-P .

Los materiales ferromagnéticos que se utilizan en la capa magnéticas son principalmente tres aleaciones basadas en cobalto: CoCrTa, CoPtCr y CoPtNi. La adición de cromo reduce la corrosión potencial.

La última capa tiene un propósito protector para aumentar la durabilidad del disco, como el lubricante y barrera de corrosión. El material más utilizado para este fin es el carbón hidrogenado.

Este proceso se realiza en un ambiente de presión reducida, utilizando iones de gas argón que han sido acelerados por alto voltaje para lograr un medio optimo en el procedimiento de deposición de las capas que se logra por medio del bombardeo de un haz de electrones que impacta sobre la película a través de un cátodo.

BUFF

La lubricación de la película del disco se conoce como Buff y es la aplicación uniforme de un fluido sobre la capa de carbón; tiene un control minucioso en cuento a la cantidad o tolerencias permitidas, pues esto se refleja en el desempeño del movimiento de la cabeza sobre el disco para controlar la fricción de tal forma que se eviten daños sobre su superficie. Los fluorocarbonos compuestos básicamente de carbón, floruro y oxigeno son los mayormente aplicados para lograr alta lubricidad y protección.

PRUEBA

La prueba del producto realizado tiene dos partes principales, la prueba magnética y la de confiabilidad.

9

La prueba magnética comienza por un gruñido que realiza una cabeza con forma de diamante para remover cualquier aspereza que encuentre sobre la superficie del disco, a un sub-micro nivel. Luego prosigue la prueba de la altura de vuelo o deslizamiento de la cabeza por medio de una cabeza calibrada que mide a través del disco en movimiento, lo requerimientos mínimos y en caso de no cumplirse estos el material es descartado.

Después se certifica el disco por medio de la escritura y la lectura de algunos datos que permiten medir parámetros como amplitud, resolución y sobreescritura.

La prueba de confiabilidad consiste en hacer múltiples pruebas de arranque y parada a través de diferentes estados o condiciones de temperatura, humedad y velocidad. La interfaz cabeza-disco experimenta hasta 10.000 contac tos y giro de billones de revoluciones para efectos de monitoreo.

Interfaz Enhanced Integrated Drive Electronics (EIDE)

La norma IDE fue desarrollada por Western Digital y Compaq Computers a partir de una interfaz de disco del AT original que IBM creó en 1984. Desde entonces se convirtió en la interfaz más utilizado en el entorno PC. A pesar de esto IDE presenta unas limitaciones debido a su dependencia de la BIOS y al diseño del que parte. Hace poco las limitaciones en el tamaño de los HD y la velocidad de transferencia no daban problemas, pero como se han mejorado los procesadores y han salido programas más complejos, ya se notan.

Entonces se hizo un mejoramiento de las normas IDE y surgió Enhanced IDE, por cierto la nomenclatura de estas normas son similares a las de SCSI. Así, partiendo de la interfaz establecido de IDE llamado ATA (AT Attachment) surge ATA-2 y ATAPI (ATA Packed Interfaz), que permite conectar unidades de CD-ROM a controladores ATA.

ATA-2 se encuentra en proceso de normalización, permite alcanzar 16.6 Mbps (según el tipo de periférico que prestan las E/S); según su esquema de translación de direcciones se pueden encontrar dos métodos en ATA-2:

Mediante el tradicional sistema de cilindros/Cabezas/Sectores (CHS). De esta forma se transforman los parámetros de CHS de la Bios en los de la unidad. Como ventaja tiene su sencillez.

Mediante LBA(Logical Block Address). Consiste en transformar los parámetros CHS en una dirección de 28 bits que puede ser usada por el sistema Operativo, los drives de los dispositivos, etc.

En ambos casos se necesita una BIOS extra para permitir superar la limitación de 528 Mb.

Ventajas de Enhanced IDE:

Máximo cuatro dispositivos conectados Soporta CD-ROM y cinta

Transparencia de hasta 16.6 Mbps

Capacidad máxima de 8.4 Gbytes

Velocidades en ATA-2

11.1 con PIO Modo3

10

13.3 Mbps con DMA Modo1

16.6 Mbps con PIO Modo4

Definiciones de terminos

ATA (AT Attachment), dispositivo de AT. Es el dispositivo IDE que más se usa en la actualidad, por los que a veces se confunde con el propio IDE. Originalmente se creó para un bus ISA de 16 bits.

ATAPI (ATA PACKET INTAERFACE), Interfaz de paquete ATA. Es una extensión del protocolo ATA para conseguir una serie de comandos y registros que controlen el funcionamiento de un CD-ROM, es fácilmente adaptable para una cinta de Backup.

DMA (DIRECT MEMORY ACCESS), Acceso directo a memoria. Componente integrado en un periférico que libera al procesador en la tarea de transferir datos entre dispositivos y memoria. El acceso se realiza por bloque de datos.

PIO (PROGRAMABLE INPUT/OUTPUT), Entrada/Salida programable. Componente encargado de ejecutar las instrucciones dirigidas a los periféricos. A diferencia de la DMA requiere atención del procesador para su funcionamie nto. Como contrapartida es mucho más sencillo y barato.

Controladoras

El interface es la conexión entre el mecanismo de la unidad de disco y el bus del sistema. El interface define la forma en que las señales pasan entre el bus del sistema y el disco duro. En el caso del disco, su interface se denomina controladora o tarjeta controladora, y se encarga no sólo de transmitir y transformar la información que parte de y llega al disco, sino también de seleccionar la unidad a la que se quiere acceder, del formato, y de todas las órdenes de bajo nivel en general. La controladora a veces se encuentra dentro de la placa madre.

Se encuentran gobernados por una controladora y un determinado interface que puede ser:

ST506: Es un interface a nivel de dispositivo; el primer interface utilizado en los PC’s. Proporciona un valor máximo de transferencia de datos de menos de 1 Mbyte por segundo (625k por segundo con codificación MFM, y 984k por segundo con codificación RLL). Actualmente esta desfasado y ya no hay modelos de disco duro con este tipo de interface.

ESDI: Es un interface a nivel de dispositivo diseñado como un sucesor del ST506 pero con un valor más alto de transferencia de datos (entre 1,25 y 2.5 Mbytes por segundo).Ya ha dejado de utilizarse este interface y es difícil de encontrar.

IDE: Es un interface a nivel de sistema que cumple la norma ANSI de acoplamiento a los AT y que usa una variación sobre el bus de expansión del AT (por eso también llamados discos tipo AT) para conectar una unidad de disco a la CPU, con un valor máximo de transferencia de 4 Mbytes por segundo. En principio, IDE era un término genérico para cualquier interface a nivel de sistema. La especificación inicial de este interface está mal definida. Es más rápida que los antiguos interfaces ST506 y ESDI pero con la desaparición de los ATs este interface desaparecerá para dejar paso al SCSI y el SCSI-2.

Intimamente relacionado con el IDE, tenemos lo que se conoce como ATA, concepto que define un conjunto de normas que deben cumplir los dispositivos. Años atrás la compañía Western Digital introdujo el standard E-IDE (Enhanced IDE), que mejoraba la tecnología superando el límite de acceso a particiones mayores de 528 Mb. y se definió

11

ATAPI, normas para la implementación de lectores de CD-ROM y unidades de cinta con interfaz IDE. E-IDE se basa en el conjunto de especificaciones ATA-2. Como contrapartida comercial a E-IDE, la empresa Seagate presento el sistema FAST-ATA-2, basado principalmente en las normas ATA-2. En cualquier caso a los discos que sean o bien E-IDE o FAST-ATA, se les sigue aplicando la denominación IDE como referencia.

Para romper la barrera de los 528 Mb. las nuevas unidades IDE proponen varias soluciones:

El CHS es una traducción entre los parámetros que la BIOS contiene de cilindros, cabezas y sectores (ligeramente incongruentes) y los incluidos en el software de sólo lectura (Firmware) que incorpora la unidad de disco.

El LBA (dirección lógica de bloque), estriba en traducir la información CHS en una dirección de 28 bits manejables por el sistema operativo, para el controlador de dispositivo y para la interfaz de la unidad.

Debido a la dificultad que entraña la implemetación de la compatibilidad LBA en BIOS, muchos de los ordenadores personales de fabricación más reciente continúan ofreciendo únicamente compatibilidad con CHS. El techo de la capacidad que permite las solución CHS se sitúa en los 8,4 Gb, que por el momento parecen suficientes.

SCSI: Es un interface a nivel de sistema, diseñado para aplicaciones de propósito general, que permite que se conecten hasta siete dispositivos a un único controlador. Usa una conexión paralela de 8 bits que consigue un valor máximo de transferencia de 5 Mbytes por segundo. Actualmente se puede oír hablar también de SCSI-2 que no es más que una versión actualizada y mejorada de este interface. Es el interface con más futuro, si bien tiene problemas de compatibilidad entre las diferentes opciones de controladoras, discos duros, impresoras, unidades de CD-ROM y demás dispositivos que usan este interface debido a la falta de un estándar verdaderamente sólido.

Las mejoras del SCSI-2 sobre el SCSI tradicional son el aumento de la velocidad a través del bus, desde 5 Mhz a 10 Mhz, duplicando de esta forma el caudal de datos. Además se aumenta el ancho del bus de 8 a 16 bits, doblando también el flujo de datos. Actualmente se ha logrado el ancho de 32 bits, consiguiendo velocidades teóricas de hasta 40 Mbytes / seg.

Los interfaces IDE y SCSI llevan la electrónica del controlador en el disco, por lo que el controlador realmente no suele ser mas que un adaptador principal para conectar el disco al PC. Como se puede ver unos son interfaces a nivel de dispositivo y otros a nivel de sistema, la diferencia entre ambos es:

INTERFACE A NIVEL DE DISPOSITIVO: Es un interface que usa un controlador externo para conectar discos al PC. Entre otras funciones, el controlador convierte la ristra de datos del disco en datos paralelos para el bus del microprocesador principal del sistema. ST506 y ESDI son interfaces a nivel de dispositivo.

INTERFACE A NIVEL DE SISTEMA: Es una conexión entre el disco duro y su sistema principal que pone funciones de control y separación de datos sobre el propio disco (y no en el controlador externo), SCSI e IDE son interfaces a nivel de sistema.

Distribución de la Información: grabación y acceso

Para grabar información en la superficie, se siguen una serie de códigos, que transforman un patrón de bits en una secuencia de celdas con diferentes estados de magnetización.

12

Procesos de grabación

GCR (Group Coding Recording - Codificación de grupo de grabación) Es un proceso de almacenamiento en el que los bits se empaquetan como grupos y son almacenados bajo un determinado código. Es utilizado por los discos que utilizan codificación RLL.

ZBR (ZoneBit Recording) Es un proceso de almacenamiento que coloca más sectores sobre las pistas exteriores del disco que son más largas, pero mantienen un valor constante de rotación. Esta diseñado para colocar más datos sobre el disco, sólo puede usarse con interfaces inteligentes.

Proceso de codificación

FM: Es la codificación más sencilla, consiste en la grabación de un cambio de flujo para cada uno , y el omitir el cambio de flujo para cada cero. Este procedimiento se puede realizar con una electrónica de control relativamente simple, pero tiene el inconveniente de que cada bit de datos consume dos cambios de flujo, limitando mucho la capacidad del disco.

MFM (Modified Frequency Modulation - Modulación de frecuencia modificada) Método de codificación magnética de la información que crea una correspondencia 1 a 1 entre los bits de datos y transiciones de flujo (cambios magnéticos) sobre un disco. Emplea una menor densidad de almacenamiento y presenta una velocidad más baja de transferencia que el RLL.

Esta tecnología es usada en los discos flexibles y en los primeros discos duros. Cada bit de datos es almacenado sobre una región física lo suficientemente grande para contener 2 posibles posiciones 00, 01 ó 10. Entre cada 2 bits de datos hay un bit que se llama de "reloj" y que se usa para validar las lecturas, así como para sincronizarlas. Este bit hace que sea uno cuando está situado entre 2 bits de datos a cero y se hace cero cuando está situado entre cualquier otra combinación de bits de datos. Así se hace imposible que se puedan leer más de 3 bits consecutivos con un valor de cero, o mas de un bit seguido a uno. Esto es cierto para todas las informaciones almacenadas en el disco excepto para las áreas de control del mismo cuyas marcas de comienzo de pista, sector y datos tienen 4 bits consecutivos a cero en su "adress mark". Evidentemente, estos sistemas, aunque fiables, son unos grandes consumidores de espacio ya que emplean prácticamente la mitad del espacio en bits de reloj.

RLL: (Run Length Limited - Longitud recorrido limitado) Método de codificar la información magnéticamente que usa GCR para almacenar bloques en vez de bits individuales de datos. Permite densidades mayores de almacenamiento y velocidades mas altas de transferencia que MFM. En la práctica, permite incrementar en un 50% la capacidad de un disco respecto al sistema de grabación MFM. Los métodos de grabación RLL utilizan un conjunto complejo de reglas para determinar el patrón de pulsos para cada bit basado en los valores de los bits precedentes. Este sistema se puede clasificar dependiendo de la distancia máxima y mínima de silencios entre dos pulsos, por ejemplo; el RLL 2,7 tiene una distancia mínima entre pulsos de 2 silencios y una máxima de 7.

Datos de control del disco

Es casi imposible evitar impurezas en la superficie magnética del disco, esto provoca que existan determinados sectores que son defectuosos.

En los antiguos discos estos sectores venían apuntados por el control de calidad del fabricante del disco. En el formateo de bajo nivel, el usuario debería indicárselos al programa formateador. En los

13

modernos, las direcciones de estos sectores se graban en pistas especiales o se reconocen durante el formateo a bajo nivel del disco, estos sectores se saltan o bien son sustituidos por otros que están en zonas protegidas. Es allí donde se guardan las tablas que marcan los sectores defectuosos y sus sustituciones. Esto disminuye el acceso al disco duro, pero teniendo en cuenta que el porcentaje de sectores defectuosos es mínimo, prácticamente no tiene importancia.

Hay que tener en cuenta que no toda la información que se encuentra en la superficie de los discos son datos, existen zonas donde se almacena información de control.

Entre la información que se encuentran dentro de un sector:

Numero de sector y cilindro El ECC (Error Correction Code) DATA.

La zona de datos

Zonas de separación entre zonas o entre pistas

También existen pistas extra donde se recogen otras informaciones como:

Pistas "servo" donde se guardan cambios de flujo según un esquema determinado, para la sincronización al pulso de datos, necesario para la correcta compresión de las informaciones en RLL.

Pistas de reserva, normalmente usadas como reserva de sectores defectuosos.

Pistas de aparcamiento, usadas para retirar los cabezales evitando así choques del cabezal con la superficie con datos ante vibraciones o golpes de la unidad.

Tiempos de acceso, velocidades y su medición

Existen una serie de Factores de Velocidad relacionados con los discos duros que son necesarios conocer para comprender su funcionamiento y sus diferencias.

Tiempo de búsqueda de pista a pista: intervalo de tiempo necesario para desplazar la cabeza de lectura y escritura desde una pista a otra adyacente.

Tiempo medio de acceso: tiempo que tarda, como media, para desplazarse la cabeza a la posición actual. Este tiempo promedio para acceder a una pista arbitraria es equivalente al tiempo necesario para desplazarse sobre 1/3 de las pistas del disco duro. El antiguo IBM PC/XT utilizaba discos de 80 a 110 milisegundos, mientras que los AT usaban discos de 28 a 40 milisegundos, y los actuales sistemas 386, 486 y PENTIUMÒ usan discos de menos de 20 milisegundos.

Velocidad de Rotación: Número de vueltas por minuto (RPM) que da el disco.

Latencia Promedio: Es el promedio de tiempo para que el disco una vez en la pista correcta encuentre el sector deseado, es decir el tiempo que tarda el disco en dar media vuelta. Velocidad de transferencia : velocidad a la que los datos (bits) pueden transferirse desde el disco a la unidad central. Depende esencialmente de dos factores : la velocidad de rotación y la densidad de almacenamiento de los datos en una pista

3600 rpm = 1 revolución cada 60/3600 segundos (16,66 milisegundos)

14

Si calculamos el tiempo de ½ vuelta --> Latencia Promedio 8,33 milisegundos

Una comparativa entre un disquete y un disco duro de todos estos Factores mencionados anteriormente sería:

  T.Pista T.MAcceso Rotación Latencia V.Transfrencia

FD 360k 6-12 mls 93 mls 300 rpm 100 mls 125-250 Kb / seg

HD AT 30 8-10 mls 40-28 mls 3600 rpm 8,3 mls 1-5 Mb / seg

El tiempo de búsqueda depende del tamaño de la unidad (2", 3"½, 5"¼), del número de pistas por pulgada (que a su vez depende de factores como el tamaño de los dominios magnéticos) y de la velocidad y la precisión de los engranajes del cabezal. La latencia depende de la velocidad de rotación y equivale a la mitad del tiempo que tarda el disco en describir un giro completo. El rendimiento total también depende de la disposición de los dominios magnéticos, uso de ZBR.

Para mejorar el tiempo de acceso se reduce esa latencia acelerando la rotación del disco o velocidad de eje. Hace unos años todos los discos duros giraban a la misma velocidad unos 3600 rpm, la latencia resultante era de 8,3 milisegundos. Hoy las unidades de disco más rápidas para PC giran a 5400 rpm (un 50% más rápidas) y por tanto su latencia es de 5,6 milisegundos. Algunos discos siguen usando los 3600 rpm para consumir menos energía.

RPM 1 Vuelta cada Latencia

3600 16,66 mseg. 8,33 mseg.

4500 13,33 mseg. 6,66 mseg.

5400 11,11 mseg. 5,55 mseg.

7200 8,33 mseg. 4,16 mseg.

10000 6,00 mseg. 3,00 mseg.

El trabajar a velocidades elevadas plantea varios problemas: El primer problema es que a esta velocidad la disipación del calor se concierte en un problema. El segundo es que exige a usar nuevos motores articulados pro fluidos para los engranajes, los actuales motores de cojinetes no pueden alcanzar estas velocidades sin una reducción drástica de fiabilidad, se quemarían demasiado rápido.

Además de todas estas características de velocidades y tiempos de acceso de los discos duros existen una serie de técnicas que nos permiten aminorar los accesos a disco así como acelerar las transferencias de datos entre el sistema y el dispositivo en cuestión. Una de las técnicas más conocidas en la informática para hacer esto es la del uso de memorias intermedias, buffers o cachés.

15

Buffer De Pista: Es una memoria incluida en la electrónica de las unidades de disco, que almacena el contenido de una pista completa. Así cuando se hace una petición de lectura de una pista, esta se puede leer de una sola vez, enviando la información a la CPU, sin necesidad de interleaving.

Cachés De Disco: Pueden estar dentro del propio disco duro, en tarjetas especiales o bien a través de programas usar la memoria central. La gestión de esta memoria es completamente invisible y consiste en almacenar en ella los datos más pedidos por la CPU y retirar de ella aquellos no solicitados en un determinado tiempo. Se usan para descargar al sistema de las lentas tareas de escritura en disco y aumentar la velocidad.

Aparte de la velocidad del disco duro y de la controladora la forma en que se transfieren los datos de ésta a la memoria deciden también la velocidad del sistema. Se pueden emplear 4 métodos:

Programed I/O (Pio Mode): La transferencia de datos se desarrolla a través de los diferentes puerto I/O de la controladora que también sirven para la transmisión de comandos (IN / OUT). La tasa de transferencia está limitada por los valores del bus PC, y por el rendimiento de la CPU. Se pueden lograr transferencias de 3 a 4 Mbytes. Con el modo de transferencia PIO 4, que es el método de acceso que actualmente utilizan los discos más modernos, es posible llegar a tasas de transferencia de 16,6 Mbytes / seg.

Memory mapped I/O: La CPU puede recoger los datos de la controladora de forma más rápida, si los deja en una zona de memoria fija, ya que entonces se puede realizar la transferencia de los datos a una zona de memoria del programa correspondiente con la introducción MOV, más rápida que los accesos con IN y OUT. El valor teórico máximo es de 8 Mbytes / seg.

DMA: Es la transferencia de datos desde el disco a la memoria evitando pasar por la CPU. La ventaja de usar el DMA es que se libera al procesador para trabajar en otras tareas mientras las transferencias de datos se realizan por otro lado. El DMA además de ser inflexible es lento, no se puede pasar de más de 2 Mb. por segundo.

Bus Master DMA: En esta técnica la controladora del disco duro desconecta la controladora del bus y transfiere los datos con la ayuda de un cotrolador Bus Master DMA con control propio. Así se pueden alcanzar velocidades de 8 a 16 Mb. por segundo.

Últimas tecnologías y tendencias

La aceleración del los nuevos disco IDE se basan en dos métodos:

Con el control de flujo a través de IORDY (en referencia a la línea de bus ATA " Canal de e/s preparado" se acelera el control PIO. Gracias al control de flujo, la parte electrónica de la unidad de disco puede regular las funciones de transferencia de datos del microprocesador, y el disco duro puede comunicarse con el bus a mayor velocidad de manera fiable. El standard PIO modo 3 tiene una transferencia teórica máxima de 11,1 Mbytes / seg., el nuevo PIO modo 4 de 16,6 Mbytes, y el futuro PIO modo 5 promete hasta 33 Mbytes / seg.

El otro método alternativo denominado FAST Multiword DMA con el controlador DMA (acceso directo a memoria) sustituye al procesador en el gobierno de las transferencias de datos entre el disco duro y la memoria del sistema. SSF define que el Modo 1 de transferencias DMA soporte velocidades internas de hasta 13,3 Mbps, lo que es equiparable a los resultados del control PIO en modo 3.

16

Los disco duros de hoy (especialmente los de mañana) se adentran en complicadas tecnologías y campos científicos (mecánica cuántica, aerodinámica, y elevadas velocidades de rotación). La combinación de estas tecnologías permite que la capacidad de los discos duros aumente cerca de un 60 % cada año; cada cinco años se multiplica por diez su capacidad. Los analistas esperan que este ritmo de crecimiento no se mantenga hasta finales de siglo.

Para mejorar las posibilidades del disco duro hay que acercar los cabezales a la superficie del disco. Los cabezales pueden escribir y leer dominios magnéticos menores, cuanto menor sean éstos mayor densidad de datos posible de cada plato. Pero cuanto más cerca estén los cabezales, mayor será la probabilidad de colisión con la superficie. Una solución es recubrir el plato con materiales protectores, rediseñar las características aerodinámicas de los cabezales, etc. Además el paso de una mayor cantidad de datos por los cabezales exige perfeccionar los componentes electrónicos, e incluso puede obligar a ampliar la memoria caché integrada . Además no hay que olvidar que los dominios menores son estables a las temperaturas de funcionamiento normales. Y todo esto a un precio competitivo.

Ejemplo de nuevos diseños es la tecnología MR (Magnetoresistiva) de IBM que utiliza nuevos materiales. Usa cabezales con mejor relación señal /ruido que los de tipo inductivo, separando los de lectura de los de escritura. Pueden trabajar con dominios magnéticos menores aumentando la densidad de almacenamiento. Además son menos sensibles al aumento de la velocidad permitiendo velocidades de rotación mayores. Sus inconvenientes son su dificultad y alto precio de fabricación, y su sensibilidad ante posibles cargas eléctricas. Se investiga en una mejora llamada GMR (MR Gigante) que emplea el efecto túnel de electrones de la mecánica cuántica.

Nuevas tecnologías van encaminadas a potenciar la resistencia de la superficie magnética de los platos con materiales antiadherentes derivados del carbono. Esto junto con las técnicas de cabezales de grabación en proximidad, los TRI-PAD (cabezales trimorfos) y los de contacto virtual permiten acercar los cabezales hasta incluso entrar ocasionalmente en contacto con la superficie del plato.

A través de la técnica de carga dinámica del cabezal se garantiza la distancia de vuelo del cabezal respecto a la superficie, usando zonas de seguridad y cierres inerciales en las cabezas. Así no se necesita una preparación especial de la superficie del plato.

Estructura lógica de los discos duros

Lo que interrelaciona los discos duros con los disquetes, es su estructura, que se resumen en diferentes funciones del BIOS, que sirven entre otras cosas para el acceso a los mismos.

En primer lugar, internamente los discos duros se pueden dividir en varios volúmenes homogéneos. Dentro de cada volumen se encuentran una estructura que bajo el sistema operativo del Ms-Dos, sería la siguiente:

Sector de Arranque.

Primera tabla de localización de archivos (FAT).

Una o más copias de la FAT.

Directorio Raíz (eventualmente con etiqueta de volumen).

17

Zona de datos para archivos y subdirectorios.

Como se muestra en el cuadro anterior, cada volumen se divide en diferentes zonas que por una parte acogen las diferentes estructuras de datos del sistema de archivos, y por otra los diferentes archivos y subdirectorios. En dicho cuadro no se han hecho referencia al tamaño de las diferentes estructuras de datos y zonas. Pero no es posible describirlas, ya que se adaptan individualmente al tamaño del volumen correspondiente

El Sector de Arranque: Al formatear un volumen, el sector de arranque se crea siempre como primer sector del volumen, para que sea fácil de localizar por el DOS. En él se encuentra información acerca del tamaño, de la estructura del volumen y sobre todo del BOOTSTRAP-LOADER, mediante el cual se puede arrancar el PC desde el DOS. A ésta parte se le llama sector de arranque (BOOT).

La Tabla de Asignación de Ficheros (File Allocation Table) (FAT): Si el DOS quiere crear nuevos archivos, o ampliar archivos existentes, ha de saber qué sectores del volumen correspondiente quedan libres, Estas informaciones las toma la llamada FAT. Cada entrada a esta tabla se corresponde con un número determinado de sectores, que son adyacentes lógicamente en el volumen. Cada uno de estos grupos de sectores se llama Cluster. El tamaño de las diferentes entradas de esta tabla en las primeras versiones del DOS era de 12 bits. con lo que se podían gestionar hasta 4.096 Clusters, correspondiente a una capacidad aproximada de 8 Mbytes. En vista del problema que surgió al aparecer discos duros de capacidades más elevadas, se amplió el tamaño a 16 bits., permitiendo el direccionamiento de un máximo de 65.535 Clusters. Actualmente se está creando FAT’s de hasta 32 bits, para discos duros capaces de almacenar Gigas de información.

Una o más copias de la FAT: El DOS permite a un programa de formateo crear no sólo una, sino varias copias idénticas de la FAT. Si el DOS encuentra uno de estos medios, cuida todas las copias de la FAT simultáneamente, así que guarda allí los nuevos clusters ocupados o liberados al crear o borrar archivos. Esto ofrece la ventaja de que se puede sustituir la FAT primaria en caso de defecto por una de sus copias, para evitar la pérdida de datos.

El directorio Raíz: La cantidad máxima de entradas en el directorio raíz se limita por su tamaño, que se fija en el sector de arranque. Ya que el directorio raíz representa una estructura de datos estática, que no crece si se guardan más y más archivos o subdirectorios. De ahí que, dependiendo del tamaño, bien un disco duro o bien de volumen, se selecciona el tamaño del directorio raíz en relación al volumen.

La Zona de Datos: Es la parte del disco duro en la que se almacena los datos de un archivo. Esta zona depende en casi su totalidad de las interrelaciones entre las estructuras de datos que forman el sistema de archivos del DOS, y del camino que se lleva desde la FAT hacia los diferentes sectores de un archivo.

Ventajas e inconvenientes frente a otros sistemas de almacenamiento.

Floppys (Disquetes):

Ventajas:

Bajo coste de fabricación.

18

Standarización de los formatos; número de cabezas, sectores, cilindros.

Es extraíble y compatibilidad.

Inconvenientes:

Poca fiabilidad de los datos almacenadas.

Una escasa capacidad de almacenamiento.

Unidades de CD-ROM:

Ventajas:

Velocidad de lectura similar a los Discos Duros. Gran capacidad a muy bajo coste.

La cabeza lectora no va incorporada en el disco.

Inconvenientes:

Es de sólo lectura. El disco únicamente reescribible una sola vez.

El disco de CD-ROM no lleva los cabezales de lectura / escritura incorporados.

Streamers (Unidades de cinta):

Ventajas:

Seguridad en la grabación de los datos.

Gran capacidad a bajo coste.

Inconvenientes:

Los Discos duros son mucho más rápidos en lectura/escritura, ya que la cinta realiza una lectura secuencia, mientras que la cabeza lectura de los discos duros se posiciona en cualquier parte la superficie en tiempos casi despreciable

Memoria RAM

Ventajas:

Mayor rapidez que los discos duros.

Inconvenientes:

Elevado coste en relación a su capacidad.

19

La información contenida en la memoria es volátil, mientras que el almacenamiento en discos duros es estática.

La memoria de un ordenador es 100 veces menor que la capacidad de los discos duros.

Papel:

Ventajas:

Portabilidad.

Suele deteriorarse con más facilidad que un disco duro.

Inconvenientes:

Las búsquedas son muchísmo más lentas.

El elevado coste en comparación con la capacidad de las páginas de textos, documentos, etc. Que es capaz de almacenar un disco duro.

Al no ser un medio digitalizado, no se puede modificar y/o procesar facilmente.

Arreglo redundante de discos independientes

¿Que es tecnología RAID?

No es un nuevo insecticida. El concepto de RAID fue desarrollado por un grupo de científicos en la Universidad de California en Berkley en 1987. Los científicos investigaban usando pequeños HD unidos en un arreglo (definido como dos o mas HD agrupados para aparecer como un dispositivo único para el servidor) y compararon el desempeño y los costos de este tipo de configuración de almacenamiento con el uso de un SLED (Single Large Expensive Disk), común en aplicac iones de MainFrames.

Su conclusión fue que los arreglos de Hd pequeños y poco costosos ofrecían el mismo o un mejor desempeño que los SLED. Sin embargo, dado que había mas discos usados en un arreglo el MTBDL (Mean Time Be fore Data Loss) -calculado dividiendo el MTBF (Mean Time Between Failures) por el número de discos en el arreglo- sería inaceptablemente bajo.

Los problemas entonces fueron como manejar el MTBF y prevenir que la falla de un solo HD causara pérdida de datos en el arreglo. Para mejorar esto, propusieron 5 tipos de arreglos redundantes, Definiéndolas como RAID Nivel 1 hasta 5. El nivel del RAID es Simplemente la arquitectura que determina como se logra la redundancia y como los datos están distribuidos a través de los HD del arreglo.

Adicional al RAID 1 hasta 5, una configuración de arreglo no redundante que emplea partición de datos (esto es partir los archivos en bloques pequeños y distribuir estos bloques a través de los HD del arreglo ), esto es conocido como RAID 0.

Definiciones:

RAID 0

20

También llamado partición de los discos, los datos son distribuidos a través de discos paralelos. RAID 0 distribuye los datos rápidamente a los usuarios, pero no ofrece mas protección a fallas de h ardware que un simple disco.

RAID 1

También llamado Disk mirroring provee la mas alta medida de protección de datos a través de una completa redundancia. Los datos son copiados a dos discos simultáneamente. La disponibilidad es alta pero el costo también dado que los usuarios deben comprar dos veces la capacidad de almacenamiento que requieren.

RAID 0/1

Combina Disk mirroring y partición de datos. El resultado es gran disponibilidad al mas alto desempeño de entrada y de salida para las aplicaciones de negocios mas criticas. A este nivel como en el RAID 1 los discos so n duplicados. Dado que son relativamente no costosos, RAID 0/1 es una alternativa para los negocios que necesitan solamente uno o dos discos para sus datos, sin embargo, el costo puede convertirse en un problema cuando se requieren mas de dos discos.

RAID 3

Logra redundancia sin mirroring completo. El flujo de los datos es particionado a través de todos los HD de datos en el arreglo. La información extra que provee la redundancia esta escrito en un HD dedicado a la parida d. Si cualquier HD del arreglo falla, los datos perdidos pueden ser reconstruidos matemáticamente desde los miembros restantes del arreglo. RAID 3 es especialmente apropiado para procesamiento de imagen, colección de datos científicos , y otras aplicaciones en las cuales grandes bloques de datos guardados secuencialmente deben ser transferidos rápidamente

RAID 5

Todos los HD en el arreglo operan independientemente. Un registro entero de datos es almacenado en un solo disco, permitiendo al arreglo satisfacer múltiples requerimientos de entrada y salida al mismo tiempo. La informaci&oa cute;n de paridad esta distribuida en todos los discos, aliviando el cuello de botella de acceder un solo disco de paridad durante operaciones de entrada y salida concurrentes. RAID 5 está bien recomendado para procesos de transacciones on-line, au tomatización de oficinas, y otras aplicaciones caracterizadas por gran numero de requerimientos concurrentes de lectura. RAID 5 provee accesos rápidos a los datos y una gran medida de protección por un costo mas bajo que el Disk Mirro ring

RAID 10

La información se distribuye en bloques como en RAID-0 y adicionalmente, cada disco se duplica como RAID-1, creando un segundo nivel de arreglo. Se conoce como "striping de arreglos duplicados". Se requieren, dos canales, dos discos para cada canal y se utiliza el 50% de la capacidad para información de control. Este nivel ofrece un 100% de redundancia de la información y un soporte para grandes volúmenes de datos, donde el precio no es un factor importan te. Ideal para sistemas de misión crítica donde se requiera mayor confiabilidad de la información, ya que pueden fallar dos discos inclusive (uno por cada canal) y los datos todavía se mantienen en línea. Es apropiado ta mbién en escrituras aleatorias pequeñas.

RAID 30

21

Se conoce también como "striping de arreglos de paridad dedicada". La información es distribuida a través de los discos, como en RAID-0, y utiliza paridad dedicada, como RAID-3 en un segundo canal. Proporciona u na alta confiabilidad, igual que el RAID-10, ya que también es capaz de tolerar dos fallas físicas de discos en canales diferentes, manteniendo la información disponible. RAID-30 es el mejor para aplicaciones no interactivas, tales co mo señales de video, gráficos e imágenes que procesan secuencialmente grandes archivos y requieren alta velocidad y disponibilidad.

RAID 50

Con un nivel de RAID-50, la información se reparte en los discos y se usa paridad distribuida, por eso se conoce como "striping de arreglos de paridad distribuida". Se logra confiabilidad de la información, un buen ren dimiento en general y además soporta grandes volúmenes de datos. Igualmente, si dos discos sufren fallas físicas en diferentes canales, la información no se pierde. RAID-50 es ideal para aplicaciones que requieran un almacenami ento altamente confiable, una elevada tasa de lectura y un buen rendimiento en la transferencia de datos. A este nivel se encuentran aplicaciones de oficina con muchos usuarios accediendo pequeños archivos, al igual que procesamiento de transaccion es.

Máximas y mínimas cantidades de HD que se pueden ordenar para los diferentes niveles de RAID

Nivel de RAID Mínimo Máximo

5 3 16

4 3 N/A

3 3 N/A

2 N/A N/A

1 2 2

0 2 16

0/1 4 16

 

RAID 0

22

RAID 1

RAID 10

RAID 3

RAID 5

RAID 50

23

24

Memorias de ordenador

Su definición es: almacenes internos en el ordenador. El término memoria identifica el almacenaje de datos que viene en forma chips, y el almacenaje de la palabra se utiliza para la memoria que existe en las cintas o los discos. Por otra parte, el término memoria se utiliza generalmente como taquigrafía para la memoria física, que refiere a los chips reales capaces de llevar a cabo datos. Algunos ordenadores también utilizan la memoria virtual, que amplía memoria física sobre un disco duro.

Cada ordenador viene con cierta cantidad de memoria física, referida generalmente como memoria principal o RAM. Se puede pensar en memoria principal como arreglo de celdas de memoria, cada una de los cuales puede llevar a cabo un solo byte de información.

Un ordenador que tiene 1 megabyte de la memoria, por lo tanto, puede llevar a cabo cerca de 1 millón de bytes (o caracteres) de la información.

La memoria funciona de manera similar a un juego de cubículos divididos usados para clasificar la correspondencia en la oficina postal. A cada bit de datos se asigna una dirección. Cada dirección corresponde a un cubículo (ubicación) en la memoria.

Para guardar información en la memoria, el procesador primero envía la dirección para los datos. El controlador de memoria encuentra el cubículo adecuado y luego el procesador envía los datos a escribir.

Para leer la memoria, el procesador envía la dirección para los datos requeridos. De inmediato, el controlador de la memoria encuentra los bits de información contenidos en el cubículo adecuado y los envía al bus de datos del procesador.

Hay varios tipos de memoria:

RAM (memoria de acceso aleatorio): Éste es igual que memoria principal. Cuando es utilizada por sí misma, el término RAM se refiere a memoria de lectura y escritura; es decir, usted puede tanto escribir datos en RAM como leerlos de RAM. Esto está en contraste a la ROM, que le permite solo hacer lectura de los datos leídos. La mayoría de la RAM es volátil, que significa que requiere un flujo constante de la electricidad para mantener su contenido. Tan pronto como el suministro de poder sea interrumpido, todos los datos que estaban en RAM se pierden.

ROM (memoria inalterable): Los ordenadores contienen casi siempre una cantidad pequeña de memoria de solo lectura que guarde las instrucciones para iniciar el ordenador. En la memoria ROM no se puede escribir.

PROM (memoria inalterable programable): Un PROM es un chip de memoria en la cual usted puede salvar un programa. Pero una vez que se haya utilizado el PROM, usted no puede reusarlo para salvar algo más. Como las ROM, los PROMS son permanentes.

EPROM (memoria inalterable programable borrable): Un EPROM es un tipo especial de PROM que puede ser borrado exponiéndolo a la luz ultravioleta.

EEPROM (eléctricamente memoria inalterable programable borrable): Un EEPROM es un tipo especial de PROM que puede ser borrado exponiéndolo a una carga eléctrica.

Memoria RAM

25

Memoria de la computadora, denominada Memoria de Acceso Aleatorio, es un área de almacenamiento a corto plazo para cualquier tipo de dato que la computadora está usando.

RAM a menudo se confunde con el almacenamiento. Para una aclaración, comparemos la computadora con una oficina. El gabinete de archivos representa el almacenamiento (unidad de disco duro) y el escritorio representa la RAM. Los archivos a usar se recuperan del almacenamiento.

Mientras los archivos están en uso se guardan en la RAM, un área de trabajo de fácil acceso. Cuando los archivos dejan de usarse se regresan al sector de almacenamiento o se eliminan.

RAM, son las siglas para la memoria de acceso al azar, un tipo de memoria de computadora que se puede alcanzar aleatoriamente; es decir, cualquier byte de memoria puede ser alcanzado sin el tocar los bytes precedentes. La RAM es el tipo más común de memoria encontrado en ordenadores y otros dispositivos, tales como impresoras.

Hay dos tipos básicos de RAM:

RAM estática (SRAM)

RAM dinámica (DRAM)

Estos 2 tipos difieren en la tecnología que utilizan para almacenar datos, RAM dinámica que es el tipo más común. La RAM dinámica necesita ser restaurada millares de veces por segundo. La RAM estática no necesita ser restaurada, lo que la hace más rápida; pero es también más costosa que la DRAM.

Ambos tipos de RAM son volátiles, significando que pierden su contenido cuando se interrumpe el suministro de poder.

En uso común, el término RAM es sinónimo de memoria principal, la memoria disponible para los programas. Por ejemplo, un ordenador con la RAM de los 8M tiene aproximadamente 8 millones de bytes de memoria que los programas puedan utilizar. En contraste, la ROM (memoria inalterable) se refiere a la memoria especial usada para salvar los programas que inician el ordenador y realizan diagnóstico. La mayoría de los ordenadores personales tienen una cantidad pequeña de ROM (algunos tantos miles de bytes). De hecho, ambos tipos de memoria (ROM y RAM) permiten el acceso al azar. Para ser exacto, por lo tanto, RAM se debe referir como RAM de lectura/escritura y ROM como RAM inalterable.

RAM dinámica

Un tipo de memoria física usado en la mayoría de los ordenadores personales. El término dinámico indica que la memoria debe ser restaurado constantemente (reenergizada) o perderá su contenido.

La RAM (memoria de acceso aleatorio) se refiere a veces como DRAM para distinguirla de la RAM estática (SRAM). La RAM estática es más rápida y menos volátil que la RAM dinámica, pero requiere más potencia y es más costosa.

RAM estática

Abreviatura para la memoria de acceso al azar estática. SRAM es un tipo de memoria que es más rápida y más confiable que la DRAM más común (RAM dinámica). El término se deriva del hecho de que no necesitan ser restaurados como RAM dinámica.

26

Mientras que DRAM utiliza tiempos de acceso de cerca de 60 nanosegundos, SRAM puede dar los tiempos de acceso de hasta sólo 10 nanosegundos. Además, su duración de ciclo es mucho más corta que la de la DRAM porque no necesita detenerse brevemente entre los accesos.

Desafortunadamente, es también mucho más costoso producir que DRAM. Debido a su alto costo, SRAM se utiliza a menudo solamente como memoria caché.

Tipos de memoria RAM

VRAM

Siglas de Vídeo RAM, una memoria de propósito especial usada por los adaptadores de vídeo. A diferencia de la convencional memoria RAM, la VRAM puede ser accedida por dos diferentes dispositivos de forma simultánea. Esto permite que un monitor pueda acceder a la VRAM para las actualizaciones de la pantalla al mismo tiempo que un procesador gráfico suministra nuevos datos. VRAM permite mejores rendimientos gráficos aunque es más cara que la una RAM normal.

SIMM

Siglas de Single In line Memory Module, un tipo de encapsulado consistente en una pequeña placa de circuito impreso que almacena chips de memoria, y que se inserta en un zócalo SIMM en la placa madre o en la placa de memoria. Los SIMMs son más fáciles de instalar que los antiguos chips de memoria individuales, y a diferencia de ellos son medidos en bytes en lugar de bits.

El primer formato que se hizo popular en los computadores personales tenía 3.5" de largo y usaba un conector de 32 pins. Un formato más largo de 4.25", que usa 72 contactos y puede almacenar hasta 64 megabytes de RAM es actualmente el más frecuente.

Un PC usa tanto memoria de nueve bits (ocho bits y un bit de paridad, en 9 chips de memoria RAM dinámica) como memoria de ocho bits sin paridad. En el primer caso los ocho primeros son para datos y el noveno es para el chequeo de paridad.

DIMM

Siglas de Dual In line Memory Module, un tipo de encapsulado, consistente en una pequeña placa de circuito impreso que almacena chips de memoria, que se inserta en un zócalo DIMM en la placa madre y usa generalmente un conector de 168 contactos.

DIP

Siglas de Dual In line Package, un tipo de encapsulado consistente en almacenar un chip de memoria en una caja rectangular con dos filas de pines de conexión en cada lado.

RAM Disk

Se refiere a la RAM que ha sido configurada para simular un disco duro. Se puede acceder a los ficheros de un RAM disk de la misma forma en la que se acceden a los de un disco duro. Sin embargo, los RAM disk son aproximadamente miles de veces más rápidos que los discos duros, y son particularmente útiles para aplicaciones que precisan de frecuentes accesos a disco.

Dado que están constituidos por RAM normal. los RAM disk pierden su contenido una vez que la computadora es apagada. Para usar los RAM Disk se precisa copiar los ficheros desde un disco duro real al inicio de la sesión y copiarlos de nuevo al disco duro antes de apagar la máquina.

27

Observe que en el caso de fallo de alimentación eléctrica, se perderán los datos que huviera en el RAM disk. El sistema operativo DOS permite convertir la memoria extendida en un RAM Disk por medio del comando VDISK, siglas de Virtual DISK, otro nombre de los RAM Disks.

Memoria caché o RAM caché

Un caché es un sistema especial de almacenamiento de alta velocidad. Puede ser tanto un área reservada de la memoria principal como un dispositivo de almacenamiento de alta velocidad independiente. Hay dos tipos de caché frecuentemente usados en las computadoras personales: memoria caché y caché de disco. Una memoria caché, llamada tambien a veces almacenamiento caché ó RAM caché, es una parte de memoria RAM estática de alta velocidad (SRAM) más que la lenta y barata RAM dinámica (DRAM) usada como memoria principal. La memoria caché es efectiva dado que los programas acceden una y otra vez a los mismos datos o instrucciones. Guardando esta información en SRAM, la computadora evita acceder a la lenta DRAM.

Cuando un dato es encontrado en el caché, se dice que se ha producido un impacto (hit), siendo un caché juzgado por su tasa de impactos (hit rate). Los sistemas de memoria caché usan una tecnología conocida por caché inteligente en el cual el sistema puede reconocer cierto tipo de datos usados frecuentemente. Las estrategias para determinar qué información debe de ser puesta en el caché constituyen uno de los problemas más interesantes en la ciencia de las computadoras. Algunas memorias caché están construidas en la arquitectura de los microprocesadores. Por ejemplo, el procesador Pentium II tiene una caché L2 de 512 Kbytes.

El caché de disco trabaja sobre los mismos principios que la memoria caché, pero en lugar de usar SRAM de alta velocidad, usa la convencional memoria principal. Los datos más recientes del disco duro a los que se ha accedido (así como los sectores adyacentes) se almacenan en un buffer de memoria. Cuando el programa necesita acceder a datos del disco, lo primero que comprueba es la caché del disco para ver si los datos ya estan ahí. La caché de disco puede mejorar drásticamente el rendimiento de las aplicaciones, dado que acceder a un byte de datos en RAM puede ser miles de veces más rápido que acceder a un byte del disco duro.

SRAM

Siglas de Static Random Access Memory, es un tipo de memoria que es más rápida y fiable que la más común DRAM (Dynamic RAM). El término estática viene derivado del hecho que necesita ser refrescada menos veces que la RAM dinámica.

Los chips de RAM estática tienen tiempos de acceso del orden de 10 a 30 nanosegundos, mientras que las RAM dinámicas están por encima de 30, y las memorias bipolares y ECL se encuentran por debajo de 10 nanosegundos.

Un bit de RAM estática se construye con un --- como circuito flip-flop que permite que la corriente fluya de un lado a otro basándose en cual de los dos transistores es activado. Las RAM estáticas no precisan de circuiteria de refresco como sucede con las RAMs dinámicas, pero precisan más espacio y usan mas energía. La SRAM, debido a su alta velocidad, es usada como memoria caché.

DRAM

Siglas de Dynamic RAM, un tipo de memoria de gran capacidad pero que precisa ser constantemente refrescada (re-energizada) o perdería su contenido. Generalmente usa un transistor y un condensador para representar un bit Los condensadores debe de ser energizados cientos de veces por segundo para mantener las cargas. A diferencia de los chips firmware (ROMs, PROMs, etc.) las dos principales variaciones de RAM (dinámica y estática) pierden su contenido cuando se desconectan de la alimentación. Contrasta con la RAM estática.

28

Algunas veces en los anuncios de memorias, la RAM dinámica se indica erróneamente como un tipo de encapsulado; por ejemplo "se venden DRAMs, SIMMs y SIPs", cuando deberia decirse "DIPs, SIMMs y SIPs" los tres tipos de encapsulado típicos para almacenar chips de RAM dinámica.

Tambien algunas veces el término RAM (Random Access Memory) es utilizado para referirse a la DRAM y distinguirla de la RAM estática (SRAM) que es más rápida y más estable que la RAM dinámica, pero que requiere más energía y es más cara

SDRAM

Siglas de Synchronous DRAM, DRAM síncrona, un tipo de memoria RAM dinámica que es casi un 20% más rápida que la RAM EDO. SDRAM entrelaza dos o más matrices de memoria interna de tal forma que mientras que se está accediendo a una matriz, la siguiente se está preparando para el acceso. SDRAM-II es tecnología SDRAM más rápida esperada para 1998. También conocido como DDR DRAM o DDR SDRAM (Double Data Rate DRAM o SDRAM), permite leer y escribir datos a dos veces la velocidad bús.

FPM

Siglas de Fast Page Mode, memoria en modo paginado, el diseño más comun de chips de RAM dinámica. El acceso a los bits de memoria se realiza por medio de coordenadas, fila y columna. Antes del modo paginado, era leido pulsando la fila y la columna de las líneas seleccionadas. Con el modo pagina, la fila se selecciona solo una vez para todas las columnas (bits) dentro de la fila, dando como resultado un rápido acceso. La memoria en modo paginado tambien es llamada memoria de modo Fast Page o memoria FPM, FPM RAM, FPM DRAM. El término "fast" fué añadido cuando los más nuevos chips empezaron a correr a 100 nanoseconds e incluso más.

EDO

Siglas de Extended Data Output, un tipo de chip de RAM dinámica que mejora el rendimiento del modo de memoria Fast Page alrededor de un 10%. Al ser un subconjunto de Fast Page, puede ser substituida por chips de modo Fast Page.

Sin embargo, si el controlador de memoria no está diseñado para los más rápidos chips EDO, el rendimiento será el mismo que en el modo Fast Page.

EDO elimina los estados de espera manteniendo activo el buffer de salida hasta que comienza el próximo ciclo.

BEDO (Burst EDO) es un tipo más rápido de EDO que mejora la velocidad usando un contador de dirección para las siguientes direcciones y un estado 'pipeline' que solapa las operaciones.

PB SRAM

Siglas de Pipeline Burst SRAM. Se llama 'pipeline' a una categoría de técnicas que proporcionan un proceso simultáneo, o en paralelo dentro de la computadora, y se refiere a las operaciones de solapamiento moviendo datos o instrucciones en una 'tuberia' conceptual con todas las fases del 'pipe' procesando simultáneamente. Por ejemplo, mientras una instrucción se está ejecutándo, la computadora está decodificando la siguiente instrucción. En procesadores vectoriales, pueden procesarse simultáneamente varios pasos de operaciones de coma flotante

La PB SRAM trabaja de esta forma y se mueve en velocidades de entre 4 y 8 nanosegundos.

29

Memoria ROM

ROM, siglas para la memoria inalterable, memoria de computadora en la cual se han grabado de antemano los datos. Una vez que los datos se hayan escrito sobre un chip ROM, no pueden ser quitados y pueden ser leídos solamente.

Distinto de la memoria principal (RAM), la ROM conserva su contenido incluso cuando el ordenador se apaga. ROM se refiere como siendo permanente, mientras que la RAM es volátil.

La mayoría de los ordenadores personales contienen una cantidad pequeña de ROM que salve programas críticos tales como el programa que inicia el ordenador. Además, las ROM se utilizan extensivamente en calculadoras y dispositivos periféricos tales como impresoras láser, cuyas fuentes se salvan a menudo en las ROM.

Una variación de una ROM es un PROM (memoria inalterable programable). PROM son manufacturados como chips en blanco en los cuales los datos pueden ser escritos con dispositivo llamado programador de PROM.

La unidad de memoria:

Los registros de un computador digital pueden ser clasificados del tipo operacional o de almacenamiento. Un circuito operacional es capaz de acumular información binaria en sus flip-flops y además tiene compuertas combinacionales capaces de realizar tare as de procesamiento de datos.

Un registro de almacenamiento se usa solamente para el almacenamiento temporal de la información binaria. Esta información no puede ser alterada cuando se transfiere hacia adentro y afuera del registro. Una unidad de memoria es una colección de registros de almacenamiento conjuntamente con los circuitos asociados necesarios par a transferir información hacia adentro y afuera de los registros. Los registros de almacenamiento en una unidad de memoria se llaman registros de memoria.

La mayoría de los registros en un computador digital son registros de memoria, a los cuales se transfiere la información para almacenamiento y se encuentran pocos registros operacionales en la unidad procesadora. Cuando se lleva a cabo el procesamiento de datos, la información de los registros seleccionados en la unidad de memoria se transfiere primero a los registros operacionales en la unidad procesadora. Los resultados intermedios y finales que se obtienen en los registros operacionales se transfieren de nuevo a los registros de memoria seleccionados. De manera similar, la información binaria recibida de los elementos de entrada se almacena primero en los registros de memoria. La información transferida a los elementos de salida se toma de los registros en la unidad de memoria.

El componente que forma las celdas binarias de los registros en una unidad de memoria debe tener ciertas propiedades básicas, de las cuales las más importantes son: (1) debe tener una propiedad dependiente de dos estados par a la representación binaria. (2) debe ser pequeño en tamaño. (3) el costo por bit de almacenamiento debe ser lo mas bajo posible. (4) el tiempo de acceso al registro de memoria debe ser razonablemente rápido.

Ejemplos de componentes de unidad de memoria son los núcleos magnéticos los CI semiconductores y las superficies magnéticas de las cintas, tambores y discos.

Una unidad de memoria almacena información binaria en grupos llamados palabras, cada palabra se almacena en un registro de memoria. Una palabra en la memoria es una entidad de n bits que se mueven hacia adentro y afuera del almacenamiento como una unidad. Una palabra de memoria

30

puede representar un operando, una instrucción, o un grupo de caracteres alfanuméricos o cualquier información codificada binariamente. La comunicación entre una unidad de memoria y lo que la rodea se logra por medio de dos señales de control y dos registros externos. Las señales de control especifican la dirección de la trasferencia requerida, esto es, cuando una palabra debe ser acumulada en un registro de memoria o cuando una palabra almacenada previamente debe ser transferida hacia afuera del registro de memoria. Un registro externo especifica el registro de memoria particular escogido entre los miles disponibles; el otro especifica la configuración e bits particular de la palabra en cuestión.

El registro de direcciones de memoria especifica la palabra de memoria seleccionada. A cada palabra en la memoria se le asigna un número de identificación comenzando desde 0 hasta el número máximo de palabras disponible. Par a comunicarse con una palabra de memoria especifica, su número de localización o dirección se transfiere al registro de direcciones.

Los circuitos internos de la unidad de memoria aceptan esta dirección del registro y abren los caminos necesarios par a seleccionar la palabra buscar. Un registro de dirección con n bits puede especificar hasta 2n palabras de memoria.

Las unidades de memoria del computador pueden tener un rango entre 1.024 palabras que necesitan un registro de direcciones de bits, hasta 1.048.576= 22" palabras que necesitan un registro de direcciones de 20 bits.

Las dos señales de control aplicadas a la unidad de memoria se llaman lectura y escritura. Una señal de escritura especifica una función de transferencia entrante; una señal de lectura específica, una función de transferencia saliente. Cada una es referenciada por la unidad de memoria.

Después de aceptar una de las señales, los circuitos de control interno dentro de la unidad de memoria suministran la función deseada. Cierto tipo de unidades de almacenamiento, debido a las características de sus componentes, destruyen la información almacenada en una celda cuando se lea el bit de ella. Este tipo de unidad se dice que es una memoria de lectura destructible en oposición a una memoria no destructible donde la información permanece en la celda después de haberse leído. En cada caso, la información primaria se destruye cuando se escribe la nueva información. La secuencia del control interno en una memoria de lectura destructible debe proveer señales de control que puedan causar que la palabra sea restaurada en sus celdas binarias si la aplicación requiere de una función no destructiva.

La información transferida hacia adentro y afuera de los registros en la memoria y al ambiente externo, se comunica a través de un registro comúnmente llamado (buffer register) registro separador de memoria (otros nombres son registro de información y registro de almacenamiento). Cuando la unidad de memoria recibe una señal de control de escritura, el control interno interpreta el contenido del registro separador como la configuración de bits de la palabra que se va a almacenar en un registro de memoria.

Con una señal de control de lectura, el control interno envía la palabra del registro de memoria al registro separador. En cada caso el contenido del registro de direcciones especifica el registro de memoria particular referenciado para escritura o lectura. Por medio de un ejemplo se puede resumir las características de transferencia de información de una unidad de memoria. Considérese una unidad de memoria de 1.024 palabras con 8 bits por palabra. Par a especificar 1.024 palabras, se necesita una dirección de 10 bits, ya que 21° = 1.024. Por tanto, el registro de direcciones debe contener diez flip-flops. El registro separador debe tener ocho flip-flops para almacenar los contenidos de las palabras transferidas hacia dentro y afuera de la memoria. La unidad de memoria tiene 1.024 registros con números asignados desde 0 hasta 1.023.

31

La secuencia de operaciones necesarias par a comunicarse con la unidad de memoria par a prop6sitos de transferir una palabra hacia afuera dirigida al BR es:

Transferir los bits de dirección de la palabra seleccionada al AR.

Activar la entrada de control de lectura.

La secuencia de operaciones necesarias par a almacenar una nueva palabra a la memoria es:

Transferir los bits de dirección de la palabra seleccionada al MAR. Transferir los bits de datos de la palabra al MBR.

Activar la entrada de control de escritura.

En algunos casos, se asume una unidad de memoria con la propiedad de lectura no destructiva. Tales memorias pueden ser construidas con CI semiconductores. Ellas retienen la información en el registro de memoria cuando el registro se catea durante el proceso de lectura de manera que no ocurre pérdida de información. Otro componente usado comúnmente en las unidades de memoria es el núcleo magnético. Un núcleo magnético tiene la característica de tener lecturas destructivas, es decir, pierde la información binaria almacenada durante el proceso de lectura.

Debido a la propiedad de lectura destructiva, una memoria de núcleos magnéticos debe tener funciones de control adicionales par a reponer la palabra al registro de memoria. Una señal de control de lectura aplicada a una memoria de núcleos magnéticos transfiere el contenido de la palabra direccionada a un registro externo y al mismo tiempo se borra el registro de memoria. La secuencia de control interno en una memoria de núcleos magnéticos suministra entonces señales apropiadas par a causar la recuperación de la palabra en el registro de memoria. La trasferencia de información de una memoria de núcleos magnéticos durante una operación.

Una operación de lectura destructiva transfiere la palabra seleccionada al MBR pero deja el registro de memoria con puros ceros. La operación de memoria normal requiere que el contenido de la palabra seleccionada permanezca en la memoria después de la operación de lectura. Por tanto, es necesario pasar por una operación de recuperación que escribe el valor del MBR en el registro de memoria seleccionada. Durante la operación de recuperación, los contenidos del MAR y el MBR deben permanecer in variables.

Una entrada de control de escritura aplicada a una memoria de núcleos magnéticos causa una trasferencia de información. Para transferir la nueva información a un registro seleccionado, se debe primero borrar la información anterior borrando todos los bits de la palabra a 0. Después de hacer lo anterior, el contenido del MBR se puede transferir a la palabra seleccionada. El MAR no debe cambiar durante la operación para asegurar que la misma palabra seleccionada que se ha borrado es aquella que recibe la nueva información.

Una memoria de núcleo magnético requiere dos medios ciclos par a leer o escribir. El tiempo que se toma la memoria par a cubrir los dos medios ciclos se llama tiempo de un ciclo de memoria.

El modo de acceso de un sistema de memoria se determina por el tipo de componentes usados. En una memoria de acceso aleatorio, se debe pensar que los registros están separados en el espacio, con cada registro ocupando un lugar espacial particular en una memoria de núcleos magnéticos.

En una memoria de acceso secuencial, la información almacenada en algún medio no es accesible inmediatamente pero se obtiene solamente en ciertos intervalos de tiempo. Una unidad de cinta

32

magnética es de este tipo. Cada lugar de la memoria pasa por las cabezas de lectura y escritura a la vez pero la información se lee solamente cuando se ha logrado la palabra solicitada. El tiempo de acceso de una memoria es el tiempo requerido par a seleccionar una palabra o en la lectura o en la escritura. En una memoria de acceso aleatorio, el tiempo de acceso es siempre el mismo a pesar del lugar en el espacio particular de la palabra. En una memoria secuencial, el tiempo de acceso depende de la posición de la palabra en el tiempo que se solicita. Si la palabra esta justamente emergiendo del almacenamiento en el tiempo que se solicita, el tiempo de acceso es justamente el tiempo necesario par a leerla o escribirla. Pero, si la palabra por alguna razón esta en la última posición, el tiempo de acceso incluye también el tiempo requerido para que todas las otras palabras se muevan pasando por los terminales.

Así, el tiempo de acceso a una memoria secuencial es variable.

Las unidades de memoria cuyos componentes pierden información almacenada con el tiempo o cuando se corta el suministro de energía, se dice que son volátiles. Una unidad de memoria de semiconductores es de esta categoría ya que sus celdas binarias necesitan potencia externa par a mantener las señales necesarias. En contraste, una unidad de memoria no volátil, tal como un núcleo magnético o un disco magnético, retiene la información almacenada una vez que se hay a cortado el suministro de energía.

Esto es debido a que la información acumulada en los componentes magnéticos se manifiestan por la dirección de magnetización, la oval se retiene cuando se corta la energía. Una propiedad no volátil es deseable en los computadores digitales porque muchos programas útiles se dejan permanentemente en la unidad de memoria. Cuando se corte el suministro de energía y luego se suministre, los programas almacenados previamente y otra información no se pierden pero continúan acumulados en la memoria.

Métodos de direccionamiento:

Hemos visto que generalmente (aunque no necesariamente) una instrucción consta de una parte de operación y una de dirección. La parte de dirección puede contener la dirección de un operando utilizado en la ejecución de la instrucción. En otras ocasiones la parte dirección de la instrucción puede no contener la dirección donde se encuentra el operando, sino la dirección donde se encuentra la dirección del operando. En el primer caso la dirección se describe como la dirección directa; en el segundo caso es una operación indirecta. En las computadoras, minicomputadoras y microcomputadoras se emplea una amplia gama de modos de direccionamiento de los que consideraremos algunos en esta sección.

DIRECTO. En el direccionamiento directo, como ya señalamos, la instrucción contiene la dirección de la posición de memoria donde se encuentra el operando.

INDIRECTO. En el direccionamiento indirecto, señalamos de nuevo, la dirección contiene no la dirección donde se encuentra el operando, sino la dirección donde se encuentra la dirección del operando.

RELATIVO. En el direccionamiento relativo la parte dirección de la instrucción contiene el número N. En memoria la dirección del operando se encuentra sumando el numero N al número del contador del programa.

INDEXADO. En el direccionamiento indexado como en el relativo, la parte dirección de la instrucción contiene un numero N que puede ser positivo o negativo. Sin embargo para utilizar el direccionamiento indexado, el computador debe estar equipado con un registro especial empleado para permitir direccionamiento indexado, y denominado naturalmente registro índice. La posición de memoria donde se localiza el operando se encuentra mediante la suma I + N.

33

REGISTRO INDIRECTO. Algunos computadores que incorporan la facultad del direccionamiento de registro indirecto tienen un registro especial, a menudo llamado registro (P). Este registro contiene la dirección de memoria del operando. Una instrucción que invoque realmente direccionamiento de registro indirecto no tiene bits significativos en su parte dirección. En lugar de ello, la instrucción completa se incluye en los bits asignados a la parte de operación de la instrucción. Una instrucción típica que use un registro de direccionamiento indirecto debería especificar "cargar" el acumulador con el operando localizado en la dirección de memoria dada en el registro (p).

INMEDIATO. En el direccionamiento inmediato, la parte de dirección de la instrucción contiene no la dirección del operando sino el mismo operando.

INHERENTE. Ordinariamente una dirección que es parte de una instrucción se refiere a una posición de memoria. Cuando una instrucción indica una fuente o un destino de datos y no se direcciona específicamente, ya no se hace referencia a la posición de memoria, se dice que la instrucción tiene una dirección inherente.

34

Hardware interno del PC

Estructura del BUS ISA 8/16 bits

El BUS clásico de un PC (ISA BUS) se compone de dos partes:

La clásica de 8 bits, perteneciente a los PC, XT y AT. La extensión de 16 bits de los AT.

Entre ambos forman el bus ISA que todos los ordenadores PC actuales poseen (no confundir con VESA o PCI, siendo el primero una tercera ampliación del bus ISA de 8 bits y el PCI un bus totalmente diferente).

Estructura del BUS de 8 bits PC, XT y AT:

                                --------                       Tierra -|B1    A1|- -I/O CH CHK (NMI)                   +Reset DRV -|B2    A2|- +D7                          +5V -|B3    A3|- +D6                        +IRQ2 -|B4    A4|- +D5                          -5V -|B5    A5|- +D4                        +DRQ2 -|B6    A6|- +D3                         -12V -|B7    A7|- +D2                  -CARD SLCTD -|B8    A8|- +D1                         +12V -|B9    A9|- +D0                       Tierra -|B10  A10|- +I/O CH RDY                        -MEMW -|B11  A11|- +AEN                        -MEMR -|B12  A12|- +A19                         -IOW -|B13  A13|- +A18                         -IOR -|B14  A14|- +A17                       -DACK3 -|B15  A15|- +A16                        +DRQ3 -|B16  A16|- +A15                       -DACK1 -|B17  A17|- +A14                        +DRQ1 -|B18  A18|- +A13                -DACK0 (MREF) -|B19  A19|- +A12                          CLK -|B20  A20|- +A11                        +IRQ7 -|B21  A21|- +A10                        +IRQ6 -|B22  A22|- +A9                        +IRQ5 -|B23  A23|- +A8                        +IRQ4 -|B24  A24|- +A7                        +IRQ3 -|B25  A25|- +A6                       -DACK2 -|B26  A26|- +A5                          +TC -|B27  A27|- +A4                         +ALE -|B28  A28|- +A3                          +5V -|B29  A29|- +A2                         +OSC -|B30  A30|- +A1                       Tierra -|B31  A31|- +A0                                --------

Extensión AT de 16 Bit:

                                --------                    -MEM CS16 -|D1    C1|- SBHE                    -I/O CS16 -|D2    C2|- A23

35

                        IRQ10 -|D3    C3|- A22                        IRQ11 -|D4    C4|- A21                        IRQ12 -|D5    C2|- A20                        IRQ15 -|D6    C6|- A19                        IRQ14 -|D7    C7|- A18                       -DACK0 -|D8    C8|- A17                         DRQ0 -|D9    C9|- -MEMR                       -DACK5 -|D10  C10|- -MEMW                         DRQ5 -|D11  C11|- D8                       -DACK6 -|D12  C12|- D9                         DRQ6 -|D13  C13|- D10                       -DACK7 -|D14  C24|- D11                         DRQ7 -|D15  C15|- D12                          +5V -|D16  C16|- D13                      -Master -|D17  C17|- D14                       Tierra -|D18  C18|- D15                                --------

La numeración empieza desde la parte posterior de la máquina.

SEÑAL DESCRIPCIÓN

A0-A19 Bits de dirección 0-19, permiten direccionar 1Mb de memoria y 64K de puertos de e/s.

A17-A23 Bits de dirección 17-23, permiten direccionar desde 256Kb de memoria a 16Mb.

AEN Address Enable; Cuando está activa el controlador DMA posee el control de las lineas de dirección y del BUS de datos, conforme se indique en MEMR/MEMW. Cuando está inactiva la CPU tiene el control de estas lineas.

ALE Address Latch Enable (salida); se emplea para que la CPU esté aislada de las líneas de dirección (triestado). Es forzado activado durante los ciclos DMA.

CARD Card Selected; indica que una tarjeta ha sido activada en el slot XT de 8 bits.

36

SLCTD

CLK Señal de reloj del sistema (actual velocidad del BUS).

D0-D7 Bits de datos 0-7 para e/s a memoria o puertos de e/s.

DACK0-DACK3

Reconocimiento DMA para los canales 0 al 3; empleada por el controlador para reconocer una petición DMA (validación de acceso DMA). DACK0 es empleada para el refresco de memoria (MREF).

DRQ0-DRQ3

Petición DMA 0-3; empleada por periféricos que desean los servicios del controlador DMA; Se mantiene activa hasta que la correspondiente señal DACKx se hace activa.

I/O CH CHK I/O Channel Check; Genera una interrupción no enmascarable.

I/O CH RDY

I/O Channel Ready; es puesta inactiva por memoria o dispositivos de e/s para retardar el acceso a memoria o los ciclos de e/s. Normalmente es empleada por dispositivos lentos para añadir estados de espera. No debe ser inactiva durante más de 17 ciclos.

I/O CS16 I/O Chip Select 16 Bit; indica ciclo de e/s de 16 bits

IOR I/O Read; indica a un dispositivo de e/s que coloque su dato en el BUS del sistema.

IOW I/O Write; indica a un dispositivo de e/s a leer un dato del BUS del sistema.

IRQ2-IRQ7 Petición de interrupción 2-7; indica a la CPU que un dispositivo de e/s necesita servicio.

MASTER Empleado por DRQ para ganar el control del sistema.

MEM CS16 Memory Chip Select 16 bit; indica ciclo de memoria de 16 bits.

MEMR Memory Read; esta señal es producida por la CPU o el controlador DMA e indica a la memoria que debe introducir el dato direccionado en el BUS del sistema. Presente tanto en el BUS PC como en la extensión AT.

MEMW Memory Write; esta señal es producida por la CPU o el controlador DMA e indica a la memoria que debe leer y almacenar el dato presente en el BUS. Presente tanto en el BUS PC como en la extensión AT.

OSC Oscilador; Señal de reloj de 14.31818 MHZ (periodo de 70ns); 50% del ciclo de servicio.

RESET DRV Reset Drive; empleada para resetear la lógica del sistema.

37

SBHE System BUS High Enable; activa los bits de datos 8-15 de la extensión AT del BUS.

TC Terminal Count; produce un impulso cuando la cuenta final de un canal DMA es alcanzado.

Todas las señales del BUS ISA emplean niveles TTL estándar.

La entrada y la salida es con respecto a la CPU.

E/S significa entrada/salida.

Tabla de interrupciones hardware

Las interrupciones están ordenadas por orden de prioridad.

IRQ# INTERRUPCIÓN FUNCIÓN

IRQ 0 8 Reloj (55ms de intervalo, 18.2 por segundo).

IRQ 1 9 Requerimiento de los servicios del teclado.

IRQ 2 A Esclavo 8259 o retrazo vertical de la EGA/VGA.

IRQ 8 70 reloj en tiempo real (AT, XT286, PS50+).

IRQ 9 71 Software redireccionado a IRQ2 (AT, XT286, PS50+).

IRQ 10 72 Reservado (AT, XT286, PS50+).

IRQ 11 73 Reservado (AT, XT286, PS50+).

IRQ 12 74 Interrupción del ratón (PS50+).

IRQ 13 75 Error en coprocesador numérico (AT, XT286, PS50+).

IRQ 14 76 controlador del disco duro (AT, XT286, PS50+).

IRQ 15 77 Reservado (AT, XT286, PS50+).

IRQ 3 B Petición de servicio a COM2 o COM4, (COM3-COM8 en el MCA PS/2).

IRQ 4 C Petición de servicio a COM1 o COM3.

38

IRQ 5 D Disco duro o petición de datos desde LPT2.

IRQ 6 E Petición de servicio al disco flexible.

IRQ 7 F Petición de datos desde LPT1 (sin relación en el IBM mono).

Puerto paralelo (impresora)

Conector (en el PC):

PIN DENOMINACIÓN DESCRIPCIÓN

Patilla 1 OUTPUT DATA Impulso para transmitir 1 octeto de datos (strobe).

Patilla 2 DATA 0 Bit de datos nº 0 ('LSB') del octeto de datos.

Patilla 3 DATA 1 Bit de datos nº 1.

Patilla 4 DATA 2 Bit de datos nº 2.

Patilla 5 DATA 3 Bit de datos nº 3.

Patilla 6 DATA 4 Bit de datos nº 4.

Patilla 7 DATA 5 Bit de datos nº 5.

Patilla 8 DATA 6 Bit de datos nº 6.

Patilla 9 DATA 7 Bit de datos nº 7 ('MSB') del octeto de datos.

Patilla 10 ACKNLG Acknowledgement. Aceptación de la recepción de datos.

Patilla 11 BUSY Ocupado. La recepción de datos no está operativa.

Patilla 12 PE Paper Empty/No hay papel.

Patilla 13 ON-LINE Estado de la impresora: activada/desactivada (on line/off line).

39

Patilla 14 AUTOFEED XT Avanzar línea después de imprimir cada línea.

Patilla 15 ERROR Ha ocurrido un error.

Patilla 16 INIT Ordenador o impresora reinicializado.

Patilla 17 SLCT IN Select in / Selección de entrada. Aceptación de la transmisión de datos.

Patilla 18 NC Ground / Tierra

Patilla 19 GND Ground / Tierra

Patilla 20 GND Ground / Tierra

Patilla 21 GND Ground / Tierra

Patilla 22 GND Ground / Tierra

Patilla 23 GND Ground / Tierra

Patilla 24 GND Ground / Tierra

Patilla 25 GND Ground / Tierra

Características básicas de los puertos paralelos estándares:

Nº puerto Denominación IRQ Dirección

1 LPT1: 7 378h

2 LPT2: 5 278h

Puertos de impresora empleados:

Puerto 3BC, salida de datos (legible)

 ¦7¦6¦5¦4¦3¦2¦1¦0¦  puertos 278, 378, 3BC  ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ +---- dato bit 0, hardware pin 2  ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ +----- dato bit 1, hardware pin 3  ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ +------ dato bit 2, hardware pin 4  ¦ ¦ ¦ ¦ +------- dato bit 3, hardware pin 5  ¦ ¦ ¦ +-------- dato bit 4, hardware pin 6

40

  ¦ ¦ +--------- dato bit 5, hardware pin 7  ¦ +---------- dato bit 6, hardware pin 8  +----------- dato bit 7, hardware pin 9

Puerto 3BD, registro de estado (puerto paralelo de impresora)

 ¦7¦6¦5¦4¦3¦2¦1¦0¦  puertos 279, 379, 3BD  ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ +---- 1 = time-out  ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ +------- no empleado  ¦ ¦ ¦ ¦ +-------- 1 = error, pin 15  ¦ ¦ ¦ +--------- 1 = en linea (on-line),  pin 13  ¦ ¦ +---------- 1 = sin papel,  pin 12  ¦ +----------- 0 = datos recibidos,  pin 10  +------------ 0 = ocupado,  pin 11

Puerto 3BE registro de control (puerto paralelo de impresora)

 ¦7¦6¦5¦4¦3¦2¦1¦0¦  puertos 27A, 37A, 3BE  ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ +---- 1 = impulso de transmisión de datos,  (pin 1)  ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ +----- 1 = avanzar línea tras imprimir una,  (pin 14)  ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ +------ 0 = inicializar impresora,  (pin 16)  ¦ ¦ ¦ ¦ +------- 1 = aceptación de datos transmitidos,  (pin 17)  ¦ ¦ ¦ +-------- 0 = IRQ deshabilitado,1=IRQ habilitado para ACK  +------------- no empleado

Puerto Serie

Conector de 25 pin (en el PC):

Conector de 9 pin (en el PC):

PIN-9 PIN-25 DESCRIPCIÓN

1 8 Carrier Detect (DCD/CD); Detección de portadora.

2 3 Receive Data (RXD/RD); Entrada de datos.

3 2 Transmit Data (TXD/TD); Salida de datos.

41

4 20 Data Terminal Ready (DTR); Indica que el puerto está preparado.

5 7 Signal Ground (GND/SG); Proporciona la referencia cero de voltaje.

6 6 Data Set Ready (DSR); Datos preparados, listo para recibir.

7 4 Request to Send (RTS); Petición de envío de datos.

8 5 Clear to Send (CTS); Indica que se desea transmitir.

9 22 Ring Indicator (RI); Anuncia una llamada al otro dispositivo.

- 9-19 No empleadas

- 1 Masa del chasis (GND)

Voltajes máximos entre -15V y +15V. Salidas binarias entre +5V a +15V y -5V a -15V.

Entradas binarias entre +3V a +15V y -3V a -15V.

Voltajes de entrada entre -3V a +3V y voltajes de salida entre -5V a +5V son indefinidos.

Voltajes positivos indican ON o ESPACIO, voltajes negativos indican OFF o MARCA.

Puerto de juegos (joystick)

Conector en el PC:

PIN DESCRIPCIÓN

1 +5v

2 Joystick A, Botón 1

3 Joystick A, eje X

4 Tierra

42

5 Tierra

6 Joystick A, eje Y

7 Joystick A, Botón 2

8 +5v

9 +5v

10 Joystick B, Botón 1

11 Joystick B, eje X

12 Tierra

13 Joystick B, eje Y

14 Joystick B, Botón 2

15 +5v

Acceso a través del puerto 201h:

¦7¦6¦5¦4¦3¦2¦1¦0¦  Puerto 201h¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ +---- joystick a, coord x (0 = temporización activa)¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ +----- joystick a, coord y (0 = temporización activa)¦ ¦ ¦ ¦ ¦ +------ joystick b, coord x (0 = temporización activa)¦ ¦ ¦ ¦ +------- joystick b, coord y (0 = temporización activa)¦ ¦ ¦ +-------- joystick a, botón 1 (0=pulsado)¦ ¦ +--------- joystick a, botón 2 (0=pulsado)¦ +---------- joystick b, botón 1 (0=pulsado)+----------- joystick b, botón 2 (0=pulsado)

Los bits 3-0 son entradas resistivas con una longitud de pulso determinada por una carga resistiva de 0-100K ohm. Emplear la fórmula:

tiempo = 24.2u + ( 0.011u * resistencia ) o resistencia = ( tiempo - 24.2 ) / 0.011

Una lectura debe ser inmediatamente precedida por una escritura (cualquier dato) para comenzar la temporización del valor resistivo.

Introducción al estándar IEE 1284-1994

43

Este estándar proporciona una comunicación bidireccional de alta velocidad entre un PC y un periférico externo, estableciendo una comunicación entre 50 y 100 veces más rápida que el original puerto paralelo. Por supuesto es totalmente compatible con todos los periféricos existentes para puertos paralelos.

El estándar 1284 define 5 modos de transferencia de datos. Cada modo proporciona un método de transferencia de datos hacia el exterior (PC a periférico), hacia el interior (periférico a PC) o bidireccional (dúplex).

Los modos definidos son:

Sólo hacia el exterior: modo de compatibilidad "centronics" o modo estándar. Sólo hacia el interior:

Modo nibble, 4 bits a un tiempo empleando las líneas de estado para datos.

Modo byte, 8 bits a un tiempo empleando líneas de datos, a veces referido como puerto bidireccional. Este modo sólo lo soportan los ordenadores de IBM (PS/2).

Bidireccional:

EPP (Enhaced Parallel Port), empleado por periféricos como CD-ROM, cintas, discos duros, adaptadores de red, etc.

ECP (Extended Capability Port), empleado por la nueva generación de impresoras y scanners.

Todos los puertos paralelos pueden implementar un enlace bidireccional empleando los modos "compatible" y "nibble" para transferencia de datos. El modo byte puede ser empleado por el 25% de los puertos paralelos (aproximadamente). Estos tres modos hacen uso intensivo del software para la transferencia y limitan ésta a ratios de 50 a 100 Kbytes por segundo.

Los modos EPP y ECP están siendo implementados en la mayoría de los últimos controladores de E/S. Estos modos emplean hardware para asistir la transferencia de datos. Por ejemplo, en el modo EPP un byte de datos puede ser transferido al periférico con una simple instrucción OUT. El controlador de E/S se encarga de gestionar toda la transferencia.

En conjunto, el estándar 1284 proporciona lo siguiente:

5 modos de operación para transferencia de datos. Un método para determinar por parte del periférico y el controlador los modos soportados y

negociar el modo requerido.

Las interfaces físicas (cables y conectores).

La interfaz eléctrica (conductores, receptores, terminaciones e impedancia).

Modo EPP

El protocolo de puerto paralelo mejorado (EPP) fue originalmente desarrollado por Intel, Xircom y Zenith Data Systems, como una forma de proporcionar un enlace por puerto paralelo de alto rendimiento que pudiera seguir siendo compatible con el puerto paralelo estándar.

44

Este protocolo compatible fue implementado por Intel en el chipset 386SL (chip I/O 82360). Esto sucedió antes del establecimiento del comité IEE 1284 y que los estándar asociados funcionasen.

El protocolo EPP ofrece muchas ventajas a los periféricos que lo utilicen y fue rápidamente adoptado por muchos como un método opcional de transferencia de datos. Una gran asociación de 80 empresas interesadas fue formada para desarrollar y promover el protocolo EPP. Esta asociación se denominó el comité EPP y fue el instrumento empleado para adoptar este protocolo como uno de los modos avanzados del IEE 1284.

Desde que los primeros puertos con capacidad EPP estuvieron disponibles antes del lanzamiento del estándar 1284, hay una pequeña desviación entre las primeras versiones (pre-1284 EPP) y el protocolo definitivo. Esto será aclarado más tarde.

El protocolo EPP proporciona cuatro tipos de ciclos de transferencia:

Ciclo de escritura de datos. Ciclo de lectura de datos.

Ciclo de escritura de dirección.

Ciclo de lectura de dirección.

Los ciclos de datos pretenden ser empleados para transferir datos entre el ordenador y el periférico. Los ciclos de dirección deben ser empleados para pasar direcciones, canales, o comandos e información de control. Estos ciclos pueden verse como dos ciclos diferentes de datos. El desarrollador debe emplear y manejar las direcciones/datos de forma que el método tenga sentido para el diseño en particular. La siguiente tabla describe las señales EPP y sus asociadas señales SPP:

Tabla 1 – Definición de señales EPP

SPP Señal EPP Nombre de señal In/Out Descripción de señal EPP

NSTROBE nWRITE Out Activa a nivel bajo indica una operación de escritura, a nivel alto indica un ciclo de lectura.

NAUTOFEED nDATASTB Out Activa a nivel bajo indica que hay una operación de lectura/escritura de datos en proceso.

nSELECTIN nADDRSTB Out Activa a nivel bajo indica que hay una operación de lectura/escritura de dirección en proceso.

nINIT nRESET Out Activa a nivel bajo indica inicialización (reset) del periférico.

nACK nINTR In Periférico interrumpido. Empleada para generar una interrupción al ordenador.

BUSY nWAIT In Señal de espera. Cuando esta a nivel bajo indica que se está

45

preparado para comenzar un ciclo, cuando está a nivel alto indica que se está preparado para finalizar un ciclo.

D[8:1] AD[8:1] Bi-Di Líneas bidireccionales de dirección/datos.

PE Definido por usuario In Puede ser empleada de forma diferente por cada periférico.

SELECT Definido por usuario In Puede ser empleada de forma diferente por cada periférico.

NERROR Definido por usuario In Puede ser empleada de forma diferente por cada periférico.

Fases de un ciclo de escritura de datos:

1. El programa ejecuta un ciclo de escritura de e/s al puerto 4 (Puerto de datos EPP). 2. La línea nWrite es activada y los datos son sacados al puerto paralelo.

3. El dato strobe es activado, mientras que nWAIT es desactivado.

4. El puerto espera el reconocimiento del periférico (nWAIT desactivado).

5. El dato strobe es desactivado y el ciclo EPP finaliza.

6. El ciclo de E/S ISA finaliza.

7. NWAIT es desactivado para indicar que el próximo ciclo puede comenzar.

Una de las más importantes características a resaltar es que la transferencia de datos ocurre sin el ciclo ISA de e/s. La consecuencia es que empleando el protocolo EPP un sistema puede alcanzar ratios desde 500K a 2M bytes por segundo. En estas condiciones, un periférico por puerto paralelo puede operar a los mismos niveles de rendimiento que una tarjeta ISA equivalente. La habilidad para alcanzar este nivel de rendimiento de un puerto paralelo es una de las mayores ventajas del protocolo EPP.

Con señales de control, la transferencia puede suceder a la velocidad más lenta de las interfaces, los adaptadores de red o los dispositivos periféricos. Esta propiedad de adaptación a la velocidad es transparente tanto para el ordenador como para el periférico. Todos los modos de transferencia del 1284 están implementados con señales de control.

Como se mencionó anteriormente, los dispositivos EPP pre-12844 se desviaron del protocolo 1284. Al principio del ciclo, nDataStrobe o nAddrStrobe deberían conceder prioridad al estado de la señal nWAIT. Esto significa que el periférico no puede mantener cerrado el comienzo del ciclo manteniendo nWAIT desactivado. Esto es denominado en la mayoría de las ocasiones como EPP 1.7, en referencia a la versión 1.7 de Xircom. Esta es la versión que Intel implementó en el original controlador de e/s 82360. Un periférico compatible 1284 EPP trabajará correctamente con un adaptador EPP 1.7, pero un periférico EPP 1.7 puede no operar correctamente con una interfaz 1284.

46

Composición del registro EPP

La visión más simple a nivel de software del EPP es que es una extensión de las definiciones del registro estándar para puerto paralelo. A grosso modo el SPP consiste en tres registros, que parten de la dirección del puerto base estándar: Puerto de datos, puerto de estado, y puerto de control. La mayoría de las implementaciones EPP expanden esto para emplear puertos no definidos por el SPP. Vea la tabla 2.

Tabla 2 Composición de Registros EPP

Nombre del puerto Offset Modo Lectura /

Escritura Descripción

SPP Puerto de datos +0 SPP /

EPP E Puerto estándar SPP. Sin autocontrol.

SPP Puerto de estado +1 SPP /

EPP L Lectura de las líneas de estado procedentes del interfaz.

SPP Puerto de control +2 SPP /

EPP E Posiciona el estado de las líneas de control de salida.

EPP Puerto de dirección +3 EPP L/E Genera un ciclo de lectura o escritura de dirección

controlada.

EPP Puerto de datos +4 EPP L/E Genera un ciclo de lectura o escritura de datos

controlada.

No definido +5 a +7 EPP N/A

Empleado de forma diferente según la implementación. Puede ser usada para E/S de 16 o 32 bits.

Generando una simple instrucción de escritura a E/S hacia "dirección base + 4", el controlador EPP generará las señales de control necesarias y esperas para transferir el dato empleando un ciclo de escritura EPP. Las instrucciones de E/S a las direcciones base, puertos 0 a 2, causarán el mismo efecto que en un puerto estándar paralelo. Esto garantiza compatibilidad con el puerto paralelo estándar y sus periféricos. Los ciclos de dirección son generados cuando las operaciones de lectura o escritura a E/S son a "dirección base + 3".

Modo ECP

Este modo es muy similar al EPP. La mayor diferencia es que emplea compresión de datos mediante algoritmo RLE, por lo que se hace ideal para la comunicación con impresoras láser y scanners.

No entraremos a detallar este modo, ya que no es muy empleado salvo en los mencionados periféricos.

Negociación del modo 1284 a emplear

47

Los periféricos no tienen porqué implementar todos los modos de transferencia. Por tanto, se necesita un método para determinar las posibilidades del periférico conectado y una forma de situarlo en uno de esos modos.

El concepto de negociación fue desarrollado para esta necesidad. La negociación es una secuencia de eventos en la interfaz del puerto paralelo que no influyen en antiguos dispositivos, pero proporcionan la posibilidad de identificar un periférico 1284 y que este responda para poder situarlo en un modo soportado.

Durante la fase de negociación, el ordenador hace una llamada en las líneas de datos y comienza la secuencia de negociación. La llamada puede ser para colocar el interfaz en un modo particular, o para preguntar al dispositivo su identificación. Los identificativos serán tratados más tarde.

El byte de extensión es empleado durante la negociación para situar al periférico en un determinado modo de transferencia, o para pedir que el periférico mande su identificativo y así permitir identificar el tipo de periférico conectado. El identificativo puede ser retornado en cualquier modo de canal inverso que no sea el EPP. La tabla 3 describe el byte de extensión y sus posibles valores. Un nivel alto (Xflag) es empleado por el periférico para dar conocimiento de que el modo solicitado está disponible. El nivel debe estar siempre alto como conocimiento afirmativo para todas las peticiones salvo para el modo Nibble de canal inverso. Todos los dispositivos compatibles 1284 deben soportar el modo Nibble de canal inverso. La petición de enlace extendido es empleada para proporcionar una forma de futura expansión y adicionales nuevos modos de operación y características.

Tabla 3 – Valores del byte de extensión

Bit Descripción Valores válidos de Bit (8765 4321)

8 Petición de enlace extendido 1000 0000

7 Petición de modo EPP 0100 0000

6 Petición de modo ECP con RLE 0011 0000

5 Petición de modo ECP sin RLE 0001 0000

4 Reservado 0000 1000

3 Petición de identificativo

Retorno de datos empleando:

Modo Nibble 0000 0100

Modo Byte 0000 0101

Modo ECP sin RLE 0001 0100

Modo ECP con RLE 0011 0100

48

2 Reservado 0000 0010

1 Modo Byte 0000 0001

- Modo Nibble 0000 0000

Fases de la negociación 1284:

1. El ordenador sitúa el byte de extensión pedido en las líneas de datos. 2. El ordenador entonces sitúa nSelectIn a nivel alto y nAutoFeed bajo para indicar una

secuencia de negociación.

3. Un periférico 1284 responde situando nAck bajo, y nError, PE y Select alto. Un periférico no-1284 no respondería.

4. El ordenador situa nStrobe bajo. Esto es empleado para introducir el byte de extensión en el periférico.

5. El ordenador entonces coloca nStrobe y nAutoFeed a nivel alto para señalar al periférico que lo reconoce como un dispositivo 1284.

6. El periférico responde situando PE a nivel bajo, nError bajo si posee un canal de datos reversible disponble, y Select alto si el modo pedido está disponible, o Select bajo si el modo requerido no está disponible.

7. El periférico ahora activa nAck a nivel alto para indicar que la secuencia de negociación ha finalizado y las líneas de señal están situadas de forma compatible con el modo requerido.

Conectores

El estándar identifica tres tipos de conectores para el interfaz 1284:

1284 Tipo A: 25 pin DB25. 1284 Tipo B: 36 conductor, .085 (conector champ).

1284 Tipo C: 36 conductor, .050 (conector mini).

Asignación de puertos de e/s en el PC

NOTA: sólo las primeras 10 líneas de dirección son empleadas para operaciones de e/s. Esto nos limita el espacio direccionable para e/s desde la dirección 000 (hexadecimal) hasta la 3FF. Algunos sistemas permiten emplear 16 bits para direccionar e/s, pero están limitados debido a que algunas tarjetas sólo decodifican 10 de esos 16 bits.

Puerto (hex) Asignación

000-00F Controlador DMA

49

010-01F Controlador DMA (PS/2)

020-02F Controlador maestro programable de interrupciones (PIC)

030-03F PIC esclavo

040-05F Temporizador programable de intervalos (PIT)

060-06F Controlador del teclado

070-071 Reloj en tiempo real

080-083 Registro de página DMA

090-097 Seleccionador programable de opciones (PS/2)

0A0-0AF PIC #2

0C0-0CF DMAC #2

0E0-0EF reservado

0F0-0FF Coprocesador matemático, controlador de disco PCJr

100-10F Seleccionador programable de opciones (PS/2)

110-16F LIBRE

170-17F Disco duro 1 (AT)

180-1EF LIBRE

1F0-1FF Disco duro 0 (AT)

200-20F Adaptador de juegos (Joystick)

210-217 Puertos de trajetas de expansión

220-26F LIBRE

278-27F Puerto paralelo 3

50

280-2A1 LIBRE

2A2-2A3 Reloj

2B0-2DF EGA/Video

2E2-2E3 Adaptador de adquisición de datos (AT)

2E8-2EF Puerto serie COM4

2F0-2F7 Reservado

2F8-2FF Puerto serie COM2

300-31F Adaptador de prototipos, periscopio para depurar hardware (Debugger)

320-32F LIBRE

330-33F Reservado para XT/370

340-35F LIBRE

360-36F Red (network)

370-377 Controlador de disco flexible

378-37F Puerto paralelo 2

380-38F Adaptador SDLC

390-39F Adaptador de Cluster

3A0-3AF reservado

3B0-3BF Adaptador monocromo

3BC-3BF Puerto paralelo 1

3C0-3CF EGA/VGA

3D0-3DF Adaptador Gráfico en Color (CGA)

51

3E0-3EF Puerto serie COM3

3F0-3F7 Controlador de disco flexible

3F8-3FF Puerto serie COM1

Las tarjetas Soundblaster suelen emplear los puertos de e/s 220-22F.

Las tarjetas de adquisición de datos emplean frecuentemente las direcciones 300-31F.

Diagrama de tiempos de acceso a memoria o e/s de 8 bits

Se muestran 4 ciclos de espera (W1 a W4):

                  __     __     __    __     __     __     __CLK           ___|  |___|  |___|  |__|  |___|  |___|  |___|  |__                               W1    W2     W3     W4                      __ALE           _______|  |_______________________________________

AEN           __________________________________________________

                        ______________________________________A0-A19        ---------<______________________________________>-

              _____________                                _____Línea de comando           |______________________________|(IOR,IOW,MEMR, o MEMW)                                                      _____D0-D7         ---------------------------------------<_____>----(Lectura)

                        ___________________________________D0-D7         ---------<___________________________________>----(Escritura)

ALE se pone a nivel lógico alto (1) y la dirección aparece en A0 a A19. El dispositivo esclavo debe leer la dirección durante el flanco de bajada de ALE, y la dirección en A0 a A19 permanece válida hasta el final del ciclo de transferencia. Notar que AEN permanece a nivel bajo durante todo el ciclo de transferencia.

La línea de comando es puesta a nivel bajo (IOR o IOW para e/s, MEMR p MEMW para memoria, lectura y escritura respectivamente). Para operaciones de escritura, los datos permanecen en D0 a D7 hasta el resto del ciclo de transferencia. Para operaciones de lectura, los datos deben ser válidos en el flanco de bajada del último ciclo.

52

CARD SLCTD se emplea en la mitad de cada ciclo de espera. Si está a nivel bajo, el ciclo de transferencia termina sin más ciclos de espera. I/O CHRDY se emplea en la primera mitad de cada ciclo de espera. Si está a nivel bajo, más ciclos de espera serán introducidos.

Por defecto el ciclo de transferencia de 8 bits posee 4 ciclos de espera. La mayoría de las BIOS del ordenador pueden cambiar el número de ciclos de espera.

Diagrama de tiempos de acceso a memoria o e/s de 16 bits

Se muestra 1 ciclo de espera:

                  __     __     __    __     __     __CLK           ___|  |___|  |___|  |__|  |___|  |___|  |_

AEN [2]       __________________________________________

                      _____________A17-A23       -------<_____________>-[1]-----------------

                             __ALE           ______________|  |________________________

             ________________                    _______SBHE                         |__________________|

                              __________________A0-A19       ---------------<__________________>-------

             _________________      ____________________MEM CS16                      |____|                               *  * [4]

             _________________               ___________I/O CS16 [3]                  |_____________|                                        *

              _________________              ___________Linea de comando               |____________|(IOR,IOW,MEMR, o MEMW)                                          ____D0-D7         ---------------------------<____>---------(Lectura)

                                ______________D0-D7         -----------------<______________>---------(Escritura)

Un asterisco (*) indica el punto donde la señal es tomada.

[1] La porción de direccionamiento del bus de extensión de 16 bits para el siguiente ciclo puede ser puesto ahora en el bus. Esto se emplea para que las tarjetas puedan comenzar a decidificar la dirección más rápidamente. Para ello el este tipo de acceso debe estar activado (pipeline).

53

[2] AEN se mantiene bajo durante todo el ciclo de transferencia, indicando que un ciclo normal (no DMA) está produciéndose.

[3] Algunos controladores de bus presentan esta señal durante el mismo ciclo de reloj que MEM CS16, en vez de durante el primer ciclo de espera, como se muestra en el diagrama. En este caso, I/O CS16 necesita ser puesto a nivel bajo tan pronto como la dirección ha sido decodificada, lo sual sucede antes que la activación de las líneas de comando.

[4] MEM CS16 es tomada una segunda vez, en caso que el adaptador no active la señal a tiempo durante la primera vez (normalmente debido a que el dispositivo no está monitorizando el bus de 16 bits para tomar el direccionamieto rápido, o está esperando al flanco de bajada de la señal ALE).

Las transferencias de 16 bits siguen los mismos tiempos básicos que las transferencias de 8 bits. Un direccionamiento válido debe aparecer en el bus de extensión de 16 bits antes del comienzo del ciclo de transferencia, De lo contrario el bus extendido de 16 bits no es direccionado, y no es válido para el resto del ciclo de transferencia (en la mayoría de los ordenadores). El bus extendido de 16 bits debería ser direccionado en el flanco de bajada de ALE. Hay que mencionar que en algunos sistemas, el bus extendido de 16 bits sigue los mismos tiempos que el bus de 8 bits. En ambos sistemas, una dirección válida debe estar presente en el bus en el flanco de bajada de ALE.

Las tarjetas de expansión de e/s no necesitan monitorizar el bus extendido de 16 bits o ALE, ya que el espacio de direccionamiento de e/s siempre está dentro del rango del bus de 8 bits.

SBHE será puesta a nivel bajo por la placa base, y la tarjeta de expansión debe responder con I/O CS16 o MEM CS16 en el momento apropiado, o realizar dos transferencias separadas de 8 bits. Muchos sistemas esperan a I/O CS16 o MEM CS16 antes que las líneas de comandos sean válidas. Esto requiere que I/O CS16 o MEM CS16 sean puestas a nivel bajo tan pronto como la dirección sea decodificada (antes que se sepa si el ciclo es de e/s o memoria). Si el sistema comienza un ciclo de memoria, ignorará I/O CS16 (y viceversa para ciclos de e/s con MEM CS16).

Para operaciones de lectura, los datos son tomados en el flanco de subida del último ciclo de reloj. Para operaciones de escritura, los datos válidos aparecen en el bus antes del final del ciclo, como es mostrado en el diagrama de tiempos. Mientras que el diagrama indica que los datos necesitan ser tomados en el flanco de subida, en la mayoría de los sistemas permanecen válidos durante todo el ciclo de reloj.

Para transferencias de 16 bits se toma por defecto un tiempo de espera de 1 ciclo de reloj. Esto puede ser acortado o alargado de la misma forma que las transferencias de 8 bits, mediante las señales CARD SLCTD y I/O CHRDY. Mucho sistemas solo permiten dispositivos de memoria de 16 bits (y no dispositivos de e/s) para transferir empleando 0 ciclos de espera (CARD SLCTD no tiene efecto en los ciclos de e/s de 16 bits).

Las señales MEMR/MEMW presentes en el bus de 16 bits siguen los mismos tiempos que las presentes en el bus de 8 bits cuando el direccionamiento está dentro del primer megabyte de memoria. Si el direccionamiento es mayor (por encima del primer megabyte), las señales MEMR/MEMW del bus de 8 bits permanecen a nivel alto durante el resto del ciclo.

54

Discos DVD

El DVD dispositivo de almacenamiento masivo de datos cuyo aspecto es idéntico al de un disco compacto, aunque contiene hasta 15 veces más información y puede transmitirla a la computadora unas 20 veces más rápido que un CD-ROM. El DVD, denominado también disco de Super Densidad (SD) tiene una capacidad de 8,5 gigabytes (8,5 mil millones de bytes) de datos o cuatro horas de vídeo en una sola cara.

También tiene un soporte para películas digitalizadas en alta resolución. Un montón de DVD ROM están apareciendo para las computadoras como también las consolas (similares a las video-casseteras) en los locales de música y electrodomésticos. Aquí le haremos una breve explicación de lo que se trata el DVD, sus posibilidades y porqué esto cambiará la forma de hacer películas como también de disfrutarlas.

500 lineas de resolución horizontal 133 Minutos de video digital MPEG-2

Sonido Dolby Digital AC3 (5.1)

Acceso aleatorios a capítulos

Opcion de Control para Padres (permite restringir la película para ciertas edades)

Todo con menues en pantalla

Puede reproducir Cd de musica

Multiples angulos de camaras (según película)

Hasta 32 subtitulados

Hasta 8 track distintos de sonidos (lenguajes, etc.)

La idea de sus creadores era desarrollar una tecnología que remplazara por completo a la primera generación de discos láser: los CD-Audio, CD-Video, CD-R / Rom / Ram, y los Laser Disc.

Los DVD resultantes de este proyecto tienen el mismo tamaño que los actuales discos compactos, 12 cm, pero a diferencia de estos los DVD son capaces de almacenar 26 veces mas información y son casi 9 veces más rápidos. Para almacenar semejante cantidad de información utiliza un láser rojo con una longitud de onda situada entre los 630 y los 650 nanómetros, frente a los 780 nanómetros de los CD convencionales.

Esta diferencia del láser es debida a que debe ser capaz de reconocer las marcas propias de un DVD, mucho más pequeñas y con menos separación entre ellas que las de un CD normal.

Los discos estan disponibles con diferentes capacidades. El disco básico (DVD-5) es de un lado y una capa con capacidad de 4.7 Gb(133 minutos de video). El DVD-9 cuenta con un lado y capa doble, con 9 Gb. El DVD-10 es un disco de 2 lados y una capa, con una capacidad de hasta 9.4 Gb. Y finalmente, el último en ser lanzado, el DVD-18, un disco de 2 lados y dos capas , capaz de almacenar 17 Gb equivalente a más de 25 CD-ROM (cada CD-ROM tiene una capacidad de 640

55

Mb). Toda esta capacidad de almacenamiento se triplicará cuando Pioneer y Sony culminen con el desarrollo del Láser azul-violeta en el que trabajan actualmente.

En el cuadro pueden observar las caraceristicas detalladas de los diferentes tipos de o modelos de DVD´s, en la segunda parte corresponde a discos de 80 mm(2,4 pulgadas), que no son muy corrientes y solo han salido a la venta unos pocos Discos, por lo que ni siquiera los tendremos en cuenta.

Nombre Diámetro Caras Capas Capacidad Duración

Discos de 5 Pulgadas

DVD-5 120 mm 1 cara 1 capa 4.7 Gigas 133 minutos + o -

DVD-9 120 mm 1 cara 2 capas 8.5 Gigas 250 minutos + o -

DVD-10 120 mm 2 caras 1 capa 9.4 Gigas 266 minutos + o -

DVD-18 120 mm 3 caras 1 y 2 capas 14.1 Gigas 400 minutos + o -

DVD-18 120 mm 2 caras 2 capas 17 Gigas 500 minutos + o -

Discos de 2,4 Pulgadas

DVD-1 80 mm 1 cara 1 capa 1.4 Gigas 40 minutos + o -

DVD-2 80 mm 1 cara 2 capas 2.6 Gigas 74 minutos + o -

DVD-3 80 mm 2 caras 1 capa 2.9 Gigas 80 minutos + o -

DVD-4 80 mm 2 caras 2 capas 5.3 Gigas 140 minutos + o -

Formatos

Utilizando la misma tecnología y el mismo formato se diseñaron tres tipos de discos: DVD-Audio, DVD-PC, y DVD-Video.

DVD-Audio:

Reemplaza al CD de Audio, y aunque la capacidad de lo CD Digitales ya han superado la capacidad del oido humano, la mayor cantidad de almacenamiento otorgá a la industria posibilidades de grabar las letras, videos clips y nuevos extras. Y como si fuera poco ofrece una

56

calidad de audio de ¡¡¡¡¡ 20 o 24 bits !!!!! (un CD normal ofrece una calidad de 16 bits). Este sistema cuenta con un mejorado sistema de audio standard de 5.1 canales, posibilitando una alta fidelidad sin precedentes. Con un frecuencia sampling de 192kHz(cuatro veces más que un CD) el rango de frecuencia del DVD-Audio es muy amplio reduciendo el ruido de fondo(siseo) a niveles imperceptibles para el oído humano, con una resolución máxima de 24-bit(vs. 16-bit máximos del CD). Como el DVD-Video, el DVD-Audio es compatible de sistemas de sonido surround. Pi¿uede decodificar musica grabada en 5.1 canales(incluyendo un subwoofer) entregando a los oyentes un efecto envolvente(surround) exactamente igual a los conciertos en vivo. : reemplaza al CD de Audio, y aunque la capacidad de lo CD Digitales ya han superado la capacidad del oido humano, la mayor cantidad de almacenamiento otorgá a la industria posibilidades de grabar las letras, videos clips y nuevos extras. Y como si fuera poco ofrece una calidad de audio de ¡¡¡¡¡ 20 o 24 bits !!!!! (un

CD normal ofrece una calidad de 16 bits). Este sistema cuenta con un mejorado sistema de audio standard de 5.1 canales, posibilitando una alta fidelidad sin precedentes. Con un frecuencia sampling de 192kHz(cuatro veces más que un CD) el rango de frecuencia del DVD-Audio es muy amplio reduciendo el ruido de fondo(siseo) a niveles imperceptibles para el oído humano, con una resolución máxima de 24-bit(vs. 16-bit máximos del CD). Como el DVD-Video, el DVD-Audio es compatible de sistemas de sonido surround. Pi¿uede decodificar musica grabada en 5.1 canales(incluyendo un subwoofer) entregando a los oyentes un efecto envolvente(surround) exactamente igual a los conciertos en vivo.

Al igual que el DVD-Video, el DVD-Audio se encuentra disponible en versiones de un uno o dos lados, con uno o dos capas. Con su maxima capacidad de resolución, (192kHz/24-bit 2 canalesl PCM), el formato puede grabar 74 minutos de musica en un Disco de un lado y una capa. Dependiendo de la resolución, se pueden grabar hasta 400 minutes(más de 6 horas y media de música) Por último, un DVD-Audio de 8 cm se dispone en opción, especialmente

para singles u otros programas.

DVD-PC:

Esta familia completa de discos reemplaza al CD-ROM, pero multiplicando de gran manera las posiblidades de almacenamiento. El DVD para computadoras contaran con tres variantes que magnifican su uso. : Esta familia completa de discos reemplaza al CD-ROM, pero multiplicando de gran manera las posiblidades de almacenamiento. El DVD para computadoras contaran con tres variantes que magnifican su uso.

DVD-ROM: Solo para lectura, grabado de fabrica. Solo para lectura, grabado de fabrica. DVD-R: Para grabar información solo una vez a alta velocidad . Para grabar información

solo una vez a alta velocidad .

DVD-RAM: Diseñado para lectura y escritura de alta velocidad. Permite grabar, borrar y volver a grabar infinidad de veces. Diseñado para lectura y escritura de alta velocidad. Permite grabar, borrar y volver a grabar infinidad de veces.

La increible capacidad de los discos, que permiten contener una cantidad de información sin paralelo, multiplicarán las capacidades de almacenamiento de las computadoras.

DVD-Video:

Reemplaza al Laser Disc, los CD-Video, y en un futuro cercano al VHS. Tras un desarrollo de casi diez años, la puesta a punto de este asombroso disco ha significado la chance de almacenar hasta 8 horas de película de alta definición, con 32 subtitulos y 8 tracks con diferentes idiomas, más extras como los making off, los trailes de las películas (las colas), así como entrevistas a los protagonistas e infinidad de otras posibilidades, como incluir las versiones de pantalla ancha 16:9 (Widescreen) y el formato de pantalla standard de TV 4:3, ambas en el mismo disco.

57

Además, es destacable que la calidad de imagen es superior a cualquier otro formato. El VHS cuenta con 275 líneas de resolución horizontal, el Laser Disc 425, y el DVD 500. Pero una de las ventajas del DVD es su carácter progresivo, con que podrá alcanzar hasta un máximo de 1080 líneas de resolución en el futuro.

El reducido tamaño del DVD permite una movilidad sin precedentes en la historia del video hogareño, como con el nuevo modelo de Palm-DVD de Panasonic.

Para diferenciar más incluso los distintos formatos de video, los pueden comparar en la siguiente tabla,

  DVD-video LaserDisc videoCD VHS

Resolución de imagen 500 lineas 425 lineas 320 lineas 250-270 lineas

Formato de audio Dolby Digital Dolby Digital MPEG Pro-Logic

Capacidad de almacenamiento 133 min. por capa 30 min. / 60 min. 74 min. max. 4-6 horas

Tamaño por unidad de rep. 5'' diámetro 12'' diámetro 5'' diámetro 7.5'' x 4''

Proporciones de pantalla 16:9 o 4:3 normalmente 16:9 16:9 o 4:3 normalmente 4:3

Grabable no no no si

Regiones, un mundo dividido

Como medida para proteger los intereses de los estudios de cine, la industria de entretenimiento a dividido al mundo en 6 regiones (ver el mapa debajo) que en realidad son siete, ya que aunque Japón y Europa pertenecen a la Región 2, los títulos japoneses trabajan en norma NTSC, y los europeos en PAL.

Cada región cuenta con un código único de identificación para impedir la exportación de un DVD de una región a la otra. Pero se ha visto que todas estas prevenciones en la practica ha resultado completamente ineficientes, ya que no solo existen DVD Players multizonas, sino también es simple realmente el descodificar los lectores.

58

Estas regiones están formadas de la siguiente manera:

Región 1: Canadá. Puerto Rico, USA y sus territorios extra continentales. Región 2 (NTSC): Japón.

Región 2 (PAL): Europa, Groenlandia, Sudáfrica y Medio Oriente-incluyendo Egipto.

Región 3: Sudeste Asiático, Este de Asia (incluyendo Hong-Kong).

Región 4: América Central, Sudamérica y el Caribe, Australia, Nueva Zelanda e Islas del Pacífico Sur.

Región 5: Rusia, África, Subcontinente Indio, Corea del Norte y Mongolia.

Región 6: China.

El compact disc fue la revolución para a industria musical, y no es de extrañar que la todopoderosa factoría del cine buscase con ansia esa revolución soñada desde el estancamiento del formato del hogar (VHS), ya que el intento del S-VHS ha sido fallido y el Laserdisc (Pioneer), aunque tiene gran éxito en el mercado americano y el japonés, en el europeo ha sido relegado a los auténticos fanáticos del cine. El CDI (Philips) y el Video-CD también han resultado un fracaso.

Muchos fabricantes han perseguido este sueño, pero solo a principios de 1995 dos tecnologías emergentes Toshiba DVD y Sony/Philips Multimedia Compact Disc se enfrentaban cara a cara.

Ambos formatos eran similares pero incompatibles. A lo largo de ese año y en particular bajo la presión de la industria informática se realizó una confluencia hacia un único estándar.

Muchos fabricantes claman las bondades del DVD, y esto es debido a la unión de las fuerzas de todos ellos, evitando el infructuoso baño de sangre que causó la guerra de formatos VHS/Beta/2000. Esta alianza de patentes y tecnología las forman Hitachi, Matsushita Electric,

59

Mitsubishi Electric, Philips Electronics, Pioneer Electronic, Sony Corporation, Thomson Multimedia, Time Warner, Toshiba Corporation y Victor Company. Estas compañías son las propietarias del estándar y realizan las determinaciones sobre lo que se debe incluir o no en él y sus especificaciones.

Cierto retraso viene dado porque los miembros de la alianza tienen todo lo necesario para realizar las películas en el nuevo soporte. Y aquí empieza el lío. Los estudios quieren muy alta calidad, bajo coste y un fuerte sistema anticopia (vías digital y analógica). Otro grupo de presión es el formado por la industria informática : IBM, Apple, Microsoft, y Compaq. La "alianza" quiere mantener contento a este grupo para que integren los DVD-ROM a sus líneas de producto. Siendo además la industria informática la futura causante del abaratamiento de costes.

Pero la industria informática no quiere oír hablar de sistemas anticopia ni imposibilidad de no poder leer software americano en un lector europeo y sí de los primeros grabadores de DVD, así como de un gran énfasis en las capacidades multimedia.

Existen tres variantes del medio: DVD-Video, DVD-ROM y DVD-Audio, este último es el más lejano en implementarse ya que en el incurren nuevos sistemas de grabación y tecnología de audio digital, estudiándose el impacto en el actual mercado del CD. Entendiendo las capacidades del DVD-Video ayuda a clarificar y distinguir cuál es el medio para el hogar y el correspondiente a la industria informática. El DVD-Video tratará de reemplazar al VHS como sistema de entretenimiento del hogar, consistirá en películas codificadas con MPEG-2 y Dolby AC-3 audio multicanal.

Características técnicas

Características físicas

Un disco DVD es similar en sus dimensiones a la de los actuales CD’s pero en su interior puede albergar una película al completo con sonido digital multicanal, o bien muchas horas de música en alta fidelidad, así como bastantes GB’s de datos.

El nombre con el que oficialmente se le ha bautizado es el de Digital Versatile Disc, aunque todo el mundo lo nombra como Digital Video Disc. El objetivo de este nuevo formato es sustituir el CD de música el CD-ROM y la cinta VHS para el vídeo doméstico.

Como he dicho un disco DVD mantiene unas dimensiones exactas a las del CD mismo diámetro (120mm) y mismo grosor (1’2mm), pero como ha nadie se le puede escapar dentro de él algo ha cambiado, el único substrato de policarbonato del CD ha sido sustituido por dos substratos de 0’6mm, por lo que se hablará de discos con dos capas por cara, además se llegará ha utilizarse las dos caras de un disco. Un disco de una cara y con una capa contendrá los dos substratos pero solamente el primero contendrá datos.

Más diferencias, las huellas (pits) de los datos en un DVD están separadas 0’74µm frente a los 1’6 µm de un CD, así mismo las pistas se juntan pasando de los 0’83µm a los 0’4µm o 0’44µm de un DVD. Estas medidas más reducidas han sido posible gracias a la introducción de un nuevo láser lector cuya longitud de onda oscilará entre los valores 635µm y 650µm frente a los típicos 782µm de un láser de CD convencional. Todo esto proporciona una capacidad de almacenaje muy alta llegando a los 4’7GB en una sola capa. Así mismo las lentes del láser han sido dotadas de una superior apertura numérica, resultando un haz mucho más fino.

El paso siguiente es establecer la relación en un DVD de dos capas, es un proceso complicado pero bastante lógico, el primer substrato es puesto con una capa de aluminio opaco, al igual que en un CD, pero al que se le añade un segundo substrato caracterizado por ser un molde semireflectivo (transparente). Para que el láser pueda leer ambas capas solo se debe reenfocar el láser (la onda),

60

una vez leída la capa más cercana al láser (semireflectiva) se reenfoca para leer la segunda capa (más profunda) hasta "golpear" con el aluminio. Una memoria de trama se encargará de evitar cualquier fluctuación de los datos leídos. Convirtiéndose el DVD de una cara y dos capas en un dispositivo de 8’5GB de capacidad. Máxima capacidad 17GB (dos caras).

Para la transmisión y control de los datos se han mejorado los procesos existentes hasta el momento. Tenemos un nuevo sistema de modulación llamado "código 8/16" o EFM-Plus y un nuevo sistema de corrección de errores llamado RS-PC, reemplazando el EFM y el CIRC Code respectivamente.

Todo el mundo tranquilo, la compatibilidad con nuestros compactos actuales está totalmente asegurada. Un lector de DVD-ROM será capaz de leer discos DVD-ROM, CD-ROM y CD de música.

MPEG-2. El nuevo estándar de vídeo digital.

Ante tanta excelencia nos encontramos con un problema, un película en formato digital puede llegar a emplear más de 300 GB de información. A todas luces desorbitado para las nuevas y flamantes capacidades de nuestro DVD. Para que "entre" en un disco se ha tenido que realizar un nuevo sistema de compresión de datos digital.

Al nuevo algoritmo se le conoce como MPEG-2. Está basado en la forma psicovisual de como los humanos percibimos las imágenes. De manera que toda la información redundante es eliminada fotograma a fotograma, por tanto no será percibido por el ojo humano. Puesto que algunas escenas son más complicadas que otras, el estándar permite una variación en el ratio de bits, es decir, para optimizar la información, las imágenes simples como secuencias estáticas serán víctimas de una gran compresión (bajo ratio de bits) mientras que secuencias complicadas, escenas con gran cantidad de efectos especiales, tendrán un ratio de bits mayor. Los ratios de compresión serán 4 :2 :0.

La salida máxima de un DVD con audio, vídeo e información auxiliar es de 10’08Mbps (Megabits por segundo), siendo el promedio de 4’692Mbps. Un CD de audio tiene una salida fija de 1’41Mbps.

Con todo esto tenemos que un DVD de una cara y una sola capa puede almacenar hasta 133 minutos de vídeo de muy alta calidad (superior a la de un Laserdisc), así como diversos sistemas multicanal de audio como Dolby Surround, Pro-Logic, Dolby Digital (AC-3), DTS,... (pudiéndose incluir hasta 3 de los mismos). El 90% de los actuales filmes se pueden almacenar utilizando una sola capa de un DVD.

Sonido digital multicanal

El estándar DVD admite dos tipos de formatos multicanal el Dolby AC-3 o Dolby Digital 5.1y el MPEG-2 Surround Sound, este último, y por decisión política es casi seguro que se adoptará para el mercado europeo. Aunque no todo esta dicho al respecto ya que el Dolby Digital 5.1 está siendo un auténtico bombazo que se impone con mucha autoridad. Ambos sistemas tienen una salida de 384Kbps, proporcionando un excelente sonido. Aunque si partimos del Dolby Digital (6 canales) se podrá proporcionar además una banda sonora con dos canales estero-surround (Pro-Logic), por tanto una película podrá ofrecerse con ocho líneas de datos de Dolby Digital o bien ocho líneas de audio digital PCM, el utilizado en los CDs de música, permitiéndose de esta manera ediciones en varios idiomas de una misma película.

Pero, ¿qué es el Dolby AC-3 ? Es un desarrollo de los laboratorios Dolby, utilizado en las salas de cine y presente en el estándar de televisión digital (HDTV). Recordemos que la mayoría de las

61

bandas sonoras de películas vienen codificadas en Dolby Pro-Logic (el THX es un certificado de calidad del mismo), el Pro-Logic es un sistema multicanal basado en la codificación analógica matricial de dos canales estéreo, consiguiéndose un total de cinco canales, pero con unas limitaciones en la banda pasante muy importantes, sobre todo en los canales de efectos. El Dolby AC-3 acaba de un plumazo con los problemas del Pro-Logic, puesto que todos los procesos son llevados a cabo en el dominio digital. Tiene además seis canales totalmente independientes (5.1), izquierdo, derecho, central, efectos izquierdo y efectos derecho, así como uno dedicado específicamente al subwoofer (de ahí el .1).

Mantiene una compatibilidad total con el Dolby Pro-Logic, y realiza la identificación y control de una señal tanto estereofónica, monofónica, como surround matricial y surround discreto, lleva todos los cálculos en el dominio digital. Algunas de las principales características aportadas por los chips de Dolby AC-3 (Zoran ZR38500 o Motorola DSP56009) son : control de la respuesta en frecuencia de nuestras cajas acústicas según sus dimensiones (de esta forma evitaremos reventar las hasta ahora pequeñas cajas de efectos), control del volumen destinado a cada caja, control del canal del subwoofer, control del retardo del canal central (diálogos), posibilidad de modo noche (para no molestar a los vecinos), etc.

Sistemas de reproducción y grabación

Parece que en un principio Toshiba, Matsushita (Panasonic, Technics), Samsung y Thomson (RCA en USA), lanzarán reproductores DVD inmediatamente, cuyos precios podrán oscilar entre 500$ y 700$ (mercado USA), Pioneer lanzará reproductores DVD y compatibles DVD, Laserdisc y CD audio, llegando hasta el modelo top cuyo precio aproximado será 1600$. Philips y Sony retrasarán un tiempo sus lanzamientos. Otros fabricantes como Fisher, Onkyo, GoldStar Denon e Hitachi ya han mostrado sus prototipos.

La calidad de vídeo será bastante buena con 480 líneas horizontales (240 VHS y 425 laserdisc), podrán reproducir todo tipo de discos DVD, así como la posibilidad de CD de audio, ofrecerán salidas de línea estero, salidas de vídeo compuesto y S-Video (supervideo), y salida digital de radio frecuencia Dolby Digital AC-3. Dependiendo del contenido del disco se podrá acceder a 32 tipos diferentes de subtítulos, ocho pistas diferentes de diálogo en otros tantos idiomas, cambios de formato normal a panorámico, y siempre sin cambiar de disco.

Además de todo lo anterior el DVD permite una serie de características que serán muy bien recibidas por algunos, por ejemplo, la utilización de "llaves" a modo de código secreto, los padres podrán evitar que sus hijos puedan ver películas de alto contenido sexual (porno) o excesivamente violentas. Al introducir un disco DVD en el lector, éste le informará de su duración, pistas, e información adicional como puede ser la clasificación de la película.

Se podrá evitar la visualización de ciertas escenas, sin percibirse ningún "salto" , con la sola pulsación de un botón. Algo así como quitar las escenas de cama en "Instinto Básico".

Pero todavía hay más el DVD podrá aportar en un mismo disco los formatos de visualización 4 :3 y el panorámico 16 :9, el cual se impone a velocidad de vértigo. La división de capítulos, el avance y retroceso digital, características familiares a los aficionados al Laserdisc o CDI están también recogidos el estándar del DVD. Y para delirio de cinéfilos incluso se podrán variar las tomas realizadas a cada escena, incluir cortes, fundidos, travellings, cambiar el idioma,... Todo ello, claro está si estas posibilidades son incluidas en el filme en cuestión.

Los sistemas de grabación

También esta la pelea por los futuros grabadores de DVD, los estudios no quieren ni oír hablar de ello, pero para la industria informática supondría un salto más que cualitativo como sistema de

62

almacenaje y seguridad. Está claro que mientras un descodificador es relativamente simple un codificador de MPEG-2 no lo es, pero está claro que la industria informática necesita grabadores de DVD para otro tipo de cuestiones. Por ello probablemente los grabadores DVD-R destinados a la industria informática no incluirán un codificador MPEG-2 vía hardware, ni tampoco un desencriptador de los llamados "I-frames". Por tanto estos tardarán en llegar un tiempo por estas razones "políticas".

Pero mientras estos llegan, los consumibles hacen su aparición. TDK ha anunciado la disponibilidad de discos DVD para grabar y no una sola vez, sino regrabables. TDK los ha bautizado como DVD-RAM y tienen una capacidad de hasta 1000 grabaciones. TDK ha creado un nuevo material llamado AVIST, un compuesto realizado a base de vanadio, indio, antimonio y telurio. Gracias a este material no será necesario la utilización de láseres más potentes como venía ocurriendo en los CD-R. Los DVD-RAM tendrán una capacidad de 2’6GB, esperando TDK realizar mejoraras en el proceso de fabricación para poder llegar a los 5GB. La puesta a la venta de este producto estará entre mediados y finales del 97. Así mismo Pioneer ha creado una nueva empresa sita en Barcelona dedicada única y exclusivamente a proporcionar discos DVD para toda Europa. Desde allí se enviarán discos para las empresas cinematográficas y las empresas de software que realicen productos en DVD.

Herramientas de uso

Ya hemos visto el contenido técnico, pero ahora hace falta la realización del mismo, para ello en agosto de 1996 Intel presentó su "DVD Authoring Studio" optimizado para el desarrollo de productos DVD sobre plataforma PC, usando la tecnología MMX, el programa proporciona edición digital y analógica, captura de vídeo, edición, compresión MPEG-2 e Intel Indeo. Este tipo de programas sirven para la edición de vídeo para DVD, permitiendo codificación en tiempo real de vídeo MPEG-1 y MPEG-2, así como la codificación de los seis canales para el Dolby AC-3.

Como creadores multimedia, Macromedia Director puede actualmente utilizar vídeo codificado en MPEG-2, pero la casa Macromedia está preparando nuevas facilidades y herramientas para su utilización. Microsoft informa a su vez que dispondrá de software que soporte DVD en su OSR3 (OEM Service Release 3), el cual tendrá lugar en el primer trimestre del 97. Proporcionando un "driver" DVD ATAPI, un sistema de ficheros UDF, y software de control.

División regional y protección anticopias

Esto ha sido uno de los principales quebraderos de cabeza y causante directo de un enorme retraso debido al no acuerdo entre la industria cinematográfica y la industria informática. Pues bien, como va a resolver Hollywood la dualidad NTSC/PAL y la protección anticopia, para mantener sus esquemas de beneficios, e incluso mejorarlos.

En primer lugar introducirá la llamada "división regional" por la que el mundo quedará dividido en 6 regiones de comercialización, permitiendo a los estudios el control de la introducción de las películas a países determinados y en fechas prefijadas. Esto quiere decir que un reproductor de DVD comprado en Europa únicamente podrá reproducir películas destinadas específicamente a ese mercado. Esto es el principal punto de choque con la industria informática, que después de muchas horas de negociación se resolverá de la siguiente manera Un lector de DVD incorporará un chip con una clave, distinta para un lector DVD y un DVD-ROM, al chequearse la clave del disco con la del lector se comprobará si es una película o simplemente software exclusivo para ordenador. Si el disco contiene programa para ordenador "no problem", pero si es una película se regirá por el esquema cinematográfico de regiones.

El DVD incluirá protección de los datos frente a copias vía digital y analógica. Para evitar las copias vía analógica, a nuestro vídeo VHS, se utilizará el mismo sistema que evita las copias de vídeo a

63

vídeo. En el caso de la protección digital esta se ha decidido por un sistema denominado CGMS (Copy Generation Management System).

Se basa en la introducción de códigos de protección denominados "I-frames" o fragmentos de información, estos precederán al 25% de las secuencias más importantes, y además aleatoriamente se introducirá el código en otras secuencias. Este código de encriptación será el causante directo de evitar las copias vía digital y por lo tanto el pirateo.

Multimedia y DVD-ROM

Desde el lado puramente multimedia, se tiene un medio digital diseñado para los dispositivos de vídeo, los diseñadores de productos interactivos no tendrán que quebrarse más la cabeza para introducir sus datos en un medio diseñado para introducir audio.

La comunidad de los juegos está comenzando a saltar a este gran vagón. Hugh Martin presidente de 3DO considera este medio como muy excitante, "puesto que es importante poder combinar la funcionalidad de una PlayStation (Sony), nuestra M2, una Nintendo 64,... en un único DVD, es como un Caballo de Troya".

Está claro que hay una gran aura de optimismo alrededor de esta tecnología, y todo el mundo clama que será lo mejor que ha pasado desde hace mucho tiempo en el mundo de la electrónica de consumo.

DVD-ROM

Aunque todavía no se quiere echar las campanas al vuelo, sobre todo si tenemos en cuenta la ley de Moore (Intel), que dice que las computadoras doblaran su potencia cada 18 meses. Por eso no lo quieren bautizar como un salto cualitativo en sistemas de almacenaje. Mientras tanto Peter Biddle (Microsoft) lo describe como lo que es, un lector DVD-ROM es aquel que cumple con el estándar DVD, manteniendo la compatibilidad con los CD-ROM y los CD´s de audio. Esto redefine al ordenador como una máquina de ver películas con una gran pantalla, así como las cosas normales que se suelen hacer en el ordenador.

Greg Berkin (Intel) considera al DVD-ROM como periférico imprescindible en la nueva generación de ordenadores. Las posibilidades multimedia son fascinantes, y llevadas al límite pueden ser hasta sobrecogedoras. Se espera que los lectores de DVD-ROM se ofrezcan con una tarjeta que soporte descodificación MPEG-2 y de Dolby AC-3, siendo los precios en su configuración más sencilla muy similares a la de los actuales CD-ROM.

64

Puertos paralelo y serie

El puerto paralelo

El puerto paralelo adapta la velocidad del ordenador a la del periférico (es más lento), y establece un control de flujo hardware para que el ordenador no inunde de información al periférico.

Mediante el puerto paralelo se puede establecer un mayor control por parte del ordenador sobre el periférico. En cambio, en el puerto serie la velocidad esta preestablecida y no existe tanto control como con el puerto serie. 

Conexión física del puerto 

El interfaz puerto paralelo se basa en un conector hembra de 25 pins. La tabla 1 muestra las líneas del puerto paralelo y su significado lógico en una conexión PC-impresora:  

Pin del ordenador Nombre Línea  Significado 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18-25

STROBE D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 ACK BUSY PE SLCT AUTO FEED ERROR INIT SLCT IN GND

Indica Transmisión Línea de datos Bit 0 Línea de datos Bit 1 Línea de datos Bit 2 Línea de datos Bit 3 Línea de datos Bit 4 Línea de datos Bit 5 Línea de datos Bit 6 Línea de datos Bit 7 Ultimo carácter aceptado Impresora ocupada Impresora sin papel Impresora en ON LINE CR Automático después de LF Error en la transmisión de datos Realizar reset de la impresora Activar ON LINE en la imp. Masa

Como se puede observar en la tabla existen una serie de líneas de datos las cuales son unidireccionales, es decir, solo son de salida del ordenador hacia la impresora, y una serie de líneas de control que nos permiten un intercambio de información entre el ordenador y el periférico, pero las líneas de control impresora-ordenador son sólo cinco. Aquí se nos presenta un problema, el intercambio de información entre ordenadores a través del puerto paralelo, el cual resolveremos en el siguiente artículo. 

Programación del puerto 

El puerto paralelo se puede programar mediante un acceso a la BIOS del PC o mediante la programación directa del puerto. Cualquiera de las dos opciones es totalmente correcta pero nosotros nos hemos decantado por la de más fácil implementación, la programación directa. 

65

En la programación directa del puerto, lo único que realizamos es un acceso a las direcciones de dicho puerto. Estas direcciones son las siguientes : 

Dirección Puerto  3BCh - 3BFh 

378h - 37Fh

278h - 27Fh 

Puerto paralelo en la tarjeta MDA *

Primer puerto paralelo

Segundo puerto paralelo 

(*) La tarjeta MDA es una tarjeta de vídeo monocroma en la cual la lógica de vídeo poseía también un puerto paralelo. Este tipo de tarjetas prácticamente, ya no se utiliza. 

El acceso a las direcciones del puerto se puede realizar, por ejemplo, mediante la instrucción outportb u outport del lenguaje C. Una vez realizado el acceso a un registro del puerto podremos leerlo y/o escribirlo dependiendo lo que nos permita realizar cada puerto como se puede observar en el siguiente apartado. 

Los registros del puerto

El puerto paralelo presenta 3 registros accesibles por el programador : 

Primer registro del puerto paralelo

Este primer registro es el registro de datos, solo de escritura, en el cual introducimos el byte que queremos que aparezca en las líneas de datos D0-D7 (pins 2-9). 

Segundo registro del puerto paralelo

Este registro corresponde al que nosotros podemos llamar registro de control de entrada, debido a que en este registro se activan los bits de ERROR, SCLT, PE, ACK y BUSY, si alguno de los pins a los cuales estan ligados esta en nivel alto (o nivel bajo dependiendo si es o no negado), esto se puede observar en la figura 2. Este registro es solo de lectura, es decir, no se puede variar este registro por software. 

66

Tercer registro del puerto paralelo

Este registro al igual que el anterior corresponde a un registro de control, pero este registro es de salida, es decir, al variar uno de estos bits, también se varía el nivel del pin del conector, un ejemplo estaría en la señal de -STROBE, si en el registro ponemos este bit a 0, en el pin 1 del conector el nivel será de 1 (5 V) ( pasa lo mismo en el caso del registro de datos). Este registro se puede leer y variar por Software. 

 

El puerto serie

El puerto serie de un ordenador es un adaptador asíncrono utilizado para poder intercomunicar varios ordenadores entre sí.

67

Un puerto serie recibe y envía información fuera del ordenador mediante un determinado software de comunicación o un driver del puerto serie.

El software envía la información al puerto carácter a carácter, conviertiéndolo en una señal que puede ser enviada por un 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.

Conectores

En nuestros PC's, se emplea como conector del interface serie un terminal macho al que llamaremos DTE (Data Terminal Equipment) que, a través de un cable conectamos a un periférico que posee un conector hembra al que llamaremos DCE (Data Comumunications Equipment). En nuestro terminal DTE, tenemos las siguientes conexiones (para un conector DB-25):

PIN Nombre Dirección Función

1 P.G. -- Tierra de seguridad

2 TD -->DCE Salida datos DTE

3 RD -->DTE Entrada de datos DTE

4 RTS -->DCE Petición de emisión DTE

5 CTS -->DTE Listo para trasmitir DCE

6 DSR -->DTE CE listo para com. con DTE

7 GND -- Masa común del circuito

8 DCD -->DTE Detección de portadora

20 DTR -->DCE Señal de terminal disponible

23 DSRD <--> Indicador de velocidad de Tx.

Direcciones

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.

La mayoría de los puertos series utilizan direcciones standard predefinidas. Éstas están descritas normalmente en base hexadecimal. Cuando se instala un nuevo puerto, normalmente se mueve un

68

jumper o switch para seleccionar un puerto (COM1, COM2, COM3, etc., con lo que se asigna una dirección y una interrupción usada por la tarjeta del puerto.

Las direcciones e IRQ usadas por los puertos serie fueron definidas al diseñar el ordenador originalmente ; sin embargo, las del COM3 y COM4 no se han definido oficialmente, aunque están aceptadas por convenios.

Las señales son:

Dirección Interrupción (IRQ)

COM1 3F8 4

COM2 2F8 3

COM3 3E8 4

COM4 2E8 3

Se pueden añadir gran cantidad de puertos serie a un PC, ya que existe gran flexibilidad a la hora de definir direcciones no standard, siempre que se encuentren entre el rango 100 y 3FF hexadecimal y siempre que no entren en conflicto con otros dispositivos.

Los ordenadores IBM PS/2 usan la Microchannel Architecture, que define las direcciones e IRQs para los puertos desde COM1 a COM8:

Dirección Interrupción (IRQ)

COM1 3F8 4

COM2 2F8 3

COM3 3E8 4

COM4 2E8 3

COM5 4220 3

COM6 4228 3

COM7 5220 3

COM8 5228 3

69

Tipos de puertos serie

Hay muchos tipos de puertos serie, que están definidos normalmente por el tipo de UART (Universal Asynchronous Receiver / Transmitter, Receptor/Transmisor Asíncrono Universal) usado por el puerto serie. El UART es un chip del puerto serie que convierte los datos de formato paralelo utilizados por el PC en datos de formato serie para su envío.

A continuación se enumeran los diferentes tipos de UARTs existentes :

UART's sin buffer:

Los UARTs sin buffer fueron diseñados cuando los módem más rápidos transmitían a 1200 bps. No tienen buffer de carácter extra en el UART, por lo que dependen del procesador para borrar cada carácter enviado por el módem antes de que el siguiente carácter sea enviado.

Los UARTs sin buffer comprenden las series 8250, el 16450 y el original 16550.

UART's con buffer:

Los UARTs con buffer han sido diseñados como apoyo a los módem rápidos de la actualidad. El UART original con buffer es el 16550A, que puede acumular 16 caracteres en un buffer antes de que el procesador lea el dato. Esto hace que el software del PC tenga una mayor facilidad para comunicarse con el módem, creándose menos errores y una mayor velocidad de transmisión.

Otros tipos

Pequeños puertos serie

Existen algunas tarjetas diseñadas específicamente para dotar de un puerto serie de alta velocidad para comunicaciones. Estas tarjetas tienen un microprocesador en su interior que asiste al PC en las comunicaciones. Además, disponen de un modo de transferencia de datos de alta velocidad que es mucho más eficiente que el interface de puerto serie normal. Estas tarjetas necesitan unos

70

drivers especiales para su uso, pero también disponen de un interface standard de puerto serie por motivos de compatibilidades.

Hayes ESP-I y ESP-II

Hayes ha introducido tres diferentes tipos de "Enhanced Serial Ports", o tarjeta ESP. La original tarjeta ESP (ESP-I) es una tarjeta "full-length 8-bit" con dos 16550A puertos serie y un procesador que tiene en cuenta las transmisiones entre el puerto original y el procesador. Esta tarjeta no es soportada por Windows ni OS/2, por lo que se hace necesario el uso del puerto standard.

La tarjeta ESP-II está disponible con un o dos puertos serie. Este producto reemplazó al modelo original y dispone de drivers para diferentes entornos al mismo tiempo,, e incluso reciente Hayes ha introducido un driver para Windows 95.

Practical Peripherals High Speed Serial Port HSSP

Un Practical Peripheral High Speed Serial Port (HSSP) es una versión mejorada de la tarjeta Hayes ESP-II, y es idéntica en su construcción a la ESP-II. Tiene los drivers que la ESP-II.

El T/Port

El T/Port de Telcor Systems, Inc. es una tarjeta especial que incluye un microprocesador y es utilizada para la comunicación con un host durante un tiempo elevado. El T/Port mejora el funcionamiento del ordenador, especialmente cuando opera bajo Windows u OS/2. Presenta una emulación del interface 16450.

Otros

Algunos módem internos utilizan chips con la apariencia de un 16450 UART, pero realmente son procesadores simulando ese UART.

Otros módem, también disponen de un segundo buffer que aumenta la capacidad del principal y ofrece una considerable protección ante caracteres perdidos (overrun errors).

71

Modem

El termino datos, se refiere a la información que puede haber sido tomada de documentos originales, como pedidos de venta, registro de producción, entre otras; de algún medio de almacenamiento, como son las cintas magnéticas o la memoria de una computadora. El traslado de estos datos entre maquinas situadas a cierta distancia es la transmisión de datos.

Los campos donde pueden aplicarse ventajosamente la comunicación de datos han aumentado de tal modo y son tantos que es más seguro describirlos en términos generales.

Con el creciente uso de las computadoras, el envío de información a tomado un giro tal que para enviar información de un punto a otro se deben de tener en cuenta las preguntas siguientes sobre los criterios que deben regir la circulación de esos datos:

Función: ¿Quién necesita la información? ¿Por que? ¿Que requiere el mensaje: acción, información?

Distribución: ¿Dónde se origina el mensaje? La información ¿circula de un punto a otro, de un punto a varios, o de varios a uno? ¿Cómo se retransmiten los mensajes?

Volumen: ¿Que cantidad de información de todo tipo se transmite en determinado periodo?

Urgencia: ¿Con que rapidez debe llegar el mensaje una vez originando de inmediato, en una hora, en un día?

Exactitud: ¿Cuantos errores son tolerables y de que tipo? ¿ Cuál es la exactitud requerida?

Las comunicaciones entre ordenadores

El módem es un dispositivo que permite conectar dos ordenadores remotos utilizando la línea telefónica de forma que puedan intercambiar información entre sí. El módem es uno de los métodos mas extendidos para la interconexión de ordenadores por su sencillez y bajo costo.

La gran cobertura de la red telefónica convencional posibilita la casi inmediata conexión de dos ordenadores si se utiliza módems. El módem es por todas estas razones el método más popular de acceso a la Internet por parte de los usuarios privados y también de muchas empresas.

Naturaleza de la información

La información que maneja el ordenador es digital, es decir esta compuesta por un conjunto discreto de dos valores el 1 y el 0. Sin embargo, por las limitaciones físicas de las líneas de transmisión no es posible enviar información digital a través de un circuito telefónico.

72

 

Para poder utilizar las líneas de teléfono (y en general cualquier línea de transmisión) para el envío de información entre ordenadores digitales, es necesario un proceso de transformación de la información. Durante este proceso la información se adecua para ser transportada por el canal de comunicación. Este proceso se conoce como modulación-demodulación y es el que se realiza en el módem.

¿Qué es un Módem?

Un módem es un dispositivo que convierte las señales digitales del ordenador en señales analógica que pueden transmitirse a través del canal telefónico. Con un módem, usted puede enviar datos a otra computadora equipada con un módem. Esto le permite bajar información desde la red mundial (World Wide Web, enviar y recibir correspondencia electrónica (E-mail) y reproducir un juego de computadora con un oponente remoto. Algunos módems también pueden enviar y recibir faxes y llamadas telefónicas de voz.

Distintos módems se comunican a velocidades diferentes. La mayoría de los módems nuevos pueden enviar y recibir datos a 33,6 Kbps y faxes a 14,4 Kbps. Algunos módems pueden bajar información desde un Proveedor de Servicios Internet (ISP) a velocidades de hasta 56 Kbps.

Los módems de ISDN (Red de Servicios Digitales Integrados) utilizan líneas telefónicas digitales para lograr velocidades aun más veloces, de hasta 128 Kbps. 

Cómo funciona un módem

La computadora consiste en un dispositivo digital que funciona al encender y apagar interruptores electrónicos. Las líneas telefónicas, de lo contrario, son dispositivos análogos que envían señales como un corriente continuo. El módem tiene que unir el espacio entre estos dos tipos de dispositivos. Debe enviar los datos digitales de la computadora a través de líneas telefónicas análogas. Logra esto modulando los datos digitales para convertirlos en una señal análoga; es decir, el módem varía la frecuencia de la señal digital para formar una señal análoga continua. Y cuando el módem recibe señales análogas a través de la línea telefónica, hace el opuesto: demodula, o quita las frecuencias variadas de, la onda análoga para convertirlas en impulsos digitales. De estas dos funciones, MODulación y DEModulación, surgió el nombre del módem.

Existen distintos sistemas de modular una señal analógica para que transporte información digital. En la siguiente figura se muestran los dos métodos más sencillos la modulación de amplitud (a) y la modulación de frecuencia (b).

73

Otros mecanismos como la modulación de fase o los métodos combinados permiten transportar mas información por el mismo canal. 

Velocidad en Baudios y  Bits por segundo: a que velocidad se habla

Las computadoras y sus diversos dispositivos periféricos, incluyendo los módems, usan el mismo alfabeto. Este alfabeto esta formado por solo dos dígitos, cero y uno; es por ello que se conoce como sistema de dígito binario. A cada cero o uno se le llama bit, termino derivado de BInary digiT (dígito binario).

Cuando se comienza a establecer una comunicación por Módem, estos hacen una negociación entre ellos. Un módem empieza enviando información tan rápido como puede. Si el receptor no puede mantener la rapidez, interrumpe al módem que envía y ambos deben negociar una velocidad más baja antes de empezar nuevamente.

La velocidad a la cual los dos módems se comunican por lo general se llama Velocidad en Baudios, aunque técnicamente es más adecuado decir bits por segundo o bps.

Nota:

Baudios. Numero de veces de cambio en el voltaje de la señal por segundo en la línea de transmisión. Los módem envían datos como una serie de tonos a través de la línea telefónica. Los tonos se "encienden"(ON) o "apagan"(OFF) para indicar un 1 o un 0 digital. El baudio es el numero de veces que esos tonos se ponen a ON o a OFF. Los módem modernos pueden enviar 4 o mas bits por baudio.

Bits por segundo (BPS). Es el número efectivo de bits/seg que se transmiten en una línea por segundo. Como hemos visto un módem de 600 baudios puede transmitir a 1200, 2400 o, incluso a 9600 BPS.

Limitación física de la velocidad de transmisión en la línea telefónica.

Las leyes físicas establecen un límite para la velocidad de transmisión en un canal ruidoso, con un ancho de banda determinado. Por ejemplo, un canal de banda 3000Hz, y una señal de ruido 30dB (que son parámetros típicos del sistema telefónico),  nunca podrá transmitir a más de 30.000 BPS.

Throughput. Define la cantidad de datos que pueden enviarse a través de un módem en un cierto período de tiempo. Un módem de 9600 baudios puede tener un throughput distinto de 9600 BPS

74

debido al ruido de la línea (que puede ralentizar) o a la compresión de datos (que puede incrementar la velocidad hasta 4 veces el valor de los baudios).

Para  mejorar  la  tasa  efectiva  de  transmisión  o throughput se utilizan técnica de compresión de datos y corrección de errores.

Compresión de datos. Describe el proceso de tomar un bloque de datos y reducir su tamaño. Se emplea para eliminar información redundante y para empaquetar caracteres empleados frecuentemente y representarlos con sólo uno o dos bits.

Control de errores. La ineludible presencia de ruido en las líneas de transmisión provoca errores en el intercambio de información que se debe detectar introduciendo información de control. Así mismo puede incluirse información redundante que permita además corregir los errores cuando se presenten.

Estándares de modulación

Dos módems para comunicarse necesitan emplear la misma técnica de modulación. La mayoría de los módem son full-duplex, lo cual significa que pueden transferir datos en ambas direcciones. Hay otros módem que son half-duplex y pueden transmitir en una sola dirección al mismo tiempo. Algunos estándares permiten sólo operaciones asícronas y otros síncronas o asícronas con el mismo módem. Veamos los tipos de modulación mas frecuentes:

TIPO CARACTERÍSTICAS

Bell 103 Especificación del sistema Bell para un módem de 300 baudios, asíncrono  y full-duplex

Bell 201 Especificación del sistema Bell para un módem de 2400 BPS, síncrono, y   Full- duplex.

Bell 212 Especificación del sistema Bell para un módem de 2400 BPS, asíncrono, y  Full-duplex.

V.22 bis Módem de 2400 BPS, síncrono/asíncrono y full-duplex

V.29 Módem de 4800/7200/9600 BPS, síncrono y full-duplex

V.32 Módem de 4800/9600 BPS, síncrono/asíncrono y full-duplex

V.32 bis Módem de 4800/7200/9600/7200/12000/14400 BPS, síncrono/asíncrono y  full-duplex

Hayes Express

Módem de 4800/9600 BPS, síncrono/asíncrono y half-duplex. Sólo compatibles consigo mismo aunque los mas modernos soportan

V.32  

USR-HST Módem de USRobotics de 9600/14400 BPS. Sólo compatibles consigo mismo aunque los mas modernos soportan V.32

75

V.32bis  

Vfast Vfast es una recomendación de la industria de fabricantes de módem. La norma Vfast permite velocidades de transferencia de hasta 28.800 bps

V34 Estándar del CCITT para comunicaciones de módem en velocidades de hasta 28.800 bps

Codificación de la información

La información del ordenador se codifica siempre en unos y ceros, que como se ha visto, son los valores elementales que el ordenador es capaz de reconocer. La combinación de 1 y 0 permite componer números enteros y números reales. Los caracteres se representan utilizando una tabla de conversión. La mas común de estas tablas es el código ASCII que utilizan los ordenadores personales. Sin embargo existen otras y por ejemplo los grandes ordenadores de IBM utilizan el código EBCDIC.

La información codificada en binario se transmite entre los ordenadores. En las conexiones por módem los bits se transmiten de uno en uno siguiendo el proceso descrito en el apartado modulación de la información. Pero además de los códigos originales de la información, los equipos de comunicación de datos añaden bits de control que permiten detectar si ha habido algún error en la transmisión. Los errores se deben principalmente a ruido en el canal de transmisión que provoca que algunos bits se mal interpreten. La forma mas común de evitar estos errores es añadir a cada palabra (conjunto de bits) un bit que indica si el número de 1 en la palabra es par o impar. Según sea lo primero o lo segundo se dice que el control de paridad es par o impar. Este simple mecanismo permite detectar la mayor parte de errores que aparecen durante la transmisión de la información.

La información sobre longitud de la palabra (7 0 8 bits) y tipo de paridad (par o impar) es básica en la configuración de los programas de comunicaciones. Otro de los parámetros necesarios son los bits de paro. Los bits de paro indican al equipo que recibe que la transmisión se ha completado (los bits de paro pueden ser uno o dos). 

Estándares de control de errores

El problema de ruido puede causar perdidas importantes de información en módem a velocidades altas, existen para ello diversas técnicas para el control de errores. Cuando se detecta un ruido en un módem con control de errores, todo lo que se aprecia es un breve inactividad o pausa en el enlace de la comunicación, mientras que si el módem no tiene control de errores lo que ocurre ante un ruido es la posible aparición en la pantalla de caracteres "basura" o , si se esta transfiriendo un fichero en ese momento, esa parte del fichero tendría que retransmitirse otra vez.

En algunos casos el método de control de errores está ligado a la técnica de modulación:

Módem Hayes V-Serie emplea modulación Hayes Express y un esquema de control errores llamado Link Access Procedure-Modem (LAP-M). Módem US Robotics con protocolo HTS emplea una modulación y control de errores propios de US Robotics

Hay otras dos técnicas para control de errores bastante importantes:

Microcom Network Protocol (MNP-1,2,3,4,) .

76

Norma V.42 (procedente del CCITT e incluye el protocolo MNP-4)

Norma MNP 10. Corrección de errores recomendada para comunicaciones a través de enlaces móviles.

Protección contra errores

En toda transmisión pueden aparecer errores. Se determina la tasa de error por la relación entre el numero de bits erróneos y los bit totales. Lo mismo que con bits, se puede establecer una tasa para caracteres o bloques. Se denomina Error Residual al número de bits erróneos no corregidos en relación al total de bits enviados. Las  señales emitidas suelen sufrir dos tipos de deformación; atenuación (reducción de su amplitud); y desfase, siendo esta ultima la que más afecta a la transmisión. Otros factores que afectan a la señal son: ruido blanco (por los componentes eléctricos de los transformadores), ruido impulsivo, ecos, diafonias, etc. Las distorsiones físicas de la señal las trata el Equipo Terminal de Tratamiento de Datos y los problemas a nivel de bit los trata el Equipo Terminal del Circuito de Datos.

Los sistemas de protección contra errores realizan una codificación del mensaje de datos y una posterior decodificación. En ambos casos se trabaja con dato binarios a nivel de enlace. Los errores se pueden detectar y/o corregir. La corrección la puede realizar el propio decodificador (corrección directa) o se realiza por retransmisión.

A los datos enviados se les asocian bits de control (se añade redundancia al mensaje). Estos se pueden calcular para cada bloque de datos, o en función de bloques precedentes (recurrentes). Como ejemplos de procedimientos de control de errores se pueden citar:

Control de paridad por carácter: consiste en hacer el número de unos que aparecen en el dato (byte) par o impar. Puede fijarse también la paridad a un valor de 1 (Mark) ó 0 (Space).

Control de paridad por Matriz de caracteres: se determina la paridad de filas y columnas, y se envían los bits de control por filas. Permite tanto la detección como la corrección de los errores.

Códigos Lineales: el conjunto de todos los bloques de datos posibles y sus respectivos bits de control, forman las palabras del código corrector. Cada palabra de n bits se componen de k bits de datos y n – k  bits de control (se llaman códigos n,k). Cada palabra de un código linear se determina multiplicando el vector de datos por una matriz generatriz. El decodificador determina si la palabra recibida pertenece al código o no (caso de un error).

Códigos Cíclicos: son códigos lineales en los que cualquier permutación del vector pertenece al código. Los elementos del vector se consideran como coeficientes de un polinomio. La codificación/decodificación se realiza gracias a registros de desplazamiento (multiplicación o división del vector información con el generador). Un polinomio  generador CRC – 16 (X16 + X15 + X2 + 1) puede detectar errores en grupos de 16 bits, disminuyendo la tasa de error.

Códigos Polinomicos: es un código lineal donde cada palabra del código es múltiplo de un polinomio generador. Los bits de control pueden obtenerse del resto de dividir los bits de información por el polinomio generador.

Retransmisión con paro y espera (ARQ – ACK): tras el envío de cada bloque de datos, se espera un acuse de recepción positivo (ACK) o negativo (NAK).  Si es negativo, se retransmite el bloque; si es positivo, se envía el siguiente; y si pasa un tiempo limite sin respuesta, se retransmite el bloque.

77

Retransmisión Continua (ARQ – NAK): en sistemas Full – Dúplex, se envían continuamente bloques hasta que se reciba un acuse negativo. Entonces se detiene el envío, se reenvía el bloque fallido y se continua la transmisión a partir de él. Cada bloque ha de estar numerado, y deben ser almacenados por el receptor.

Retransmisión con repetición selectiva: en sistemas Full – Dúplex, es similar al anterior pero en el caso de error, solo reenvía el bloque fallido. Después, continua la transmisión donde se dejo.

Entrelazado: se crea una matriz antes del envío con las palabras del código. Reconstituyendo dicha matriz en la recepción, permite detectar y corregir errores.

El rendimiento de un código de control viene dado por el número de bits de cada bloque, entre los bits del bloque más los bits de control.

Nota: Los módem suelen incluir ecualizadores (filtros) para reducir la interferencia  entre símbolos (interferencia debida al efecto de otros símbolos adyacentes sobre el que se esta recibiendo). Los ecualizadores adaptivos modifican su funcionamiento, de acuerdo a las condiciones de la línea de transmisión. Es fundamental un adecuado muestreo de la señal recibida.

Estándares de compresión de datos

La compresión de datos observa bloques repetitivos de datos y los envía al módem remoto en forma de palabras codificadas. Cuando el otro módem recibe el paquete lo decodifica y forma el bloque de datos original.

Hay dos técnicas para la compresión muy extendidas:

Microcom Network Protocol(MNP-5,7). Este protocolo permite compresiones de dos a uno, es decir podemos enviar el doble de información utilizando la misma velocidad de modulación.

Norma V.42 bis (procedente del CCITT). Con esta norma de compresión se consiguen ratios de 4:1.

Estas tasas son las máximas que se pueden conseguir. Las mejores tasas se consiguen con ficheros de tipo texto o gráficos generados por ordenador. Si la información esta ya comprimida con alguna utilidad tipo arj o zip, estos protocolos no pueden ya comprimir mas la información y en estos casos incluso se pierde capacidad.

Si se envía información ya comprimida en el ordenador, el módem ya no podrá comprimirla mas, y en estos casos los protocolos de compresión perjudican el rendimiento del módem.

Conectores para módem

Conexión RS232 entre PC y Módem

78

 

Los módem se conectan con el ordenador a través de un puerto de comunicaciones del primero. Estos puertos siguen comúnmente la norma RS232.

A través del cable RS232 conectado entre el ordenador y módem estos se comunican. Hay varios circuitos independientes en el interfaz RS232. Dos de estos circuitos, el de transmitir datos (TD), y el de recibir datos(RD) forman la conexión de datos entre PC y Módem. Hay otros circuitos en el interfaz que permiten leer y controlar estos circuitos.

Vamos a ver como se utilizan estas señales para conectarse con el módem:

DTR (Data Terminal Ready). Esta señal indica al módem que el PC está conectado y listo para comunicar. Si la señal se pone a OFF mientras el módem esta en on-line, el módem termina la sesión y cuelga el teléfono.

CD (Carrier Detect). El módem indica al PC que esta on-line, es decir conectado con otro módem.

RTS (Request to send). Normalmente en ON. Se pone OFF si el módem no puede aceptar más datos del PC, por estar en esos momentos realizando otra operación.

CTS (Clear to send). Normalmente en ON. Se pone OFF cuando el PC no puede aceptar datos del módem.

Control de Flujo

El control de flujo es un mecanismo por el cual módem y ordenador gestionan los intercambios de información. Estos mecanismos permiten detener el flujo cuando uno de los elementos no puede procesar mas información y reanudar el proceso no mas vuelve a estar disponible. Los métodos más comunes de control de flujo son:

79

Control de flujo hardware

RTS y CTS permiten al PC y al módem parar el flujo de datos que se establece entre ellos de forma temporal. Este sistema es el mas seguro y el que soporta una operación adecuada a altas velocidades.

Control de flujo software: XON/XOFF

Aquí se utilizan para el control dos caracteres especiales XON y XOFF (en vez de las líneas hardware RTS y CTS) que controlan el flujo. Cuando el PC quiere que el módem pare su envío de datos, envía XOFF. Cuando el PC quiere que el módem le envíe mas datos, envía XON. Los mismos caracteres utiliza el módem para controlar los envíos del PC. Este sistema no es adecuado para altas velocidades. 

Comandos de control del módem

La mayoría de los módems se controlan y responden a caracteres enviados a través del puerto serie. El lenguaje de comandos para módem mas extendido es de los comandos Hayes que fue inicialmente incorporado a los módems de este fabricante.

Existen dos tipos principales de comandos:

Comandos que ejecutan acciones inmediatas (ATD marcación, ATA contestación o ATH desconexión)

Comandos que cambian algún parámetro del módem (por ejemplo ATS7=90) 

Formato de comandos Hayes

Todos los comandos Hayes empiezan con la secuencia AT. La excepción es el comando A/. Tecleando A/ se repite el último comando introducido. El código AT consigue la atención del módem y determina la velocidad y formato de datos.

Los comandos más simples:

ATH dice al módem que cuelgue el teléfono

ATDT dice al módem que marque un número de teléfono determinado empleando la marcación por tonos

ATDP lo mismo que ATDT pero la marcación es por pulsos

Los comandos comienzan con las letras AT y siguen con las letras del alfabeto (A..Z). A medida que los módem se hicieron más complicados, surgió la necesidad de incluir mas comandos, son los comandos extendidos y tienen la forma AT&X (por ejemplo), donde el "&" marca la "X" como carácter extendido.

Códigos de resultados:

Cuando envía un comando al módem, este responde con un código de resultado: "CONNECT", "OK" o "ERROR".

80

ATV determina el tipo de código de resultado que aparecerá:

ATV0 respuesta numérica

ATV1 respuesta de palabras

ATQ1 inhibe los códigos de resultado, pone el módem en "estado silencioso"

ATQ0 habilita los códigos de resultado, desconecta el modo silencioso 

Desarrollo de una conexión a través de módem

El proceso de conexión de dos ordenadores utilizando módems se describe en esta sección. En la conexión participan dos ordenadores con sus respectivos módem que se encuentran conectados a la red telefónica.

En el ordenador que origina la conexión, el usuario trabaja sobre un programa de comunicaciones que le permite actuar sobre el módem. Secuencia de acontecimientos cuando un módem llama a otro.

La secuencia empieza con el paso 1 y termina con el paso 12.

Paso Usuario Software Módem llama Módem responde

1

Selecciona "dial" en el menú del programa o teclea en la línea de comandos.

Pone a ON la señal DTR y envía al módem el comando de marcación ATDT 055

El módem conecta el altavoz, descuelga la línea, espera el tono de llamada y marca el número de teléfono.

 

2   Comienza observando los códigos de resultados del módem.

Espera una respuesta durante tiempo según configuración del registro S7.

 

3       La línea de teléfono suena.

81

4      

El módem detecta la llamada, y contesta situando el tono de respuesta en línea.

5    

El módem detecta el modo de respuesta y sitúa la portadora de comienzo en línea.

 

6    

Los módems se ponen de acuerdo en la modulación y velocidad a utilizar.

Los módems se ponen de acuerdo en la modulación y velocidad a utilizar.

7    

Los módems determinan la técnica de compresión y control de errores a utilizar

Los módems determinan la técnica de compresión y control de errores a utilizar

8    

Envía el código de rtdo. "connet" al PC, apaga el altavoz, y pone a ON la señal CD.

 

9  

Detecta el código de rtdo. y/o la señal CD; Informa al usuario que la conexión está establecida.

   

10Comienza la comunicación con el host.

Gestiona la sesión de comunicaciones; vigila la pérdida de portadora monitorizando la señal CD.

Envía y recibe datos. Envía y recibe datos.

11

Completa la sesión de comunicaciones y selecciona el comando "disconnect".

Pone a OFF la señal DTR, o envía +++ seguidos por ATH.

   

12     Cuelga el teléfono.Detecta la pérdida de portadora y cuelga.

82

Cómo usar los comandos AT

Los módem siempre funcionan en uno de estos modos: el modo de comando o el modo en línea.

En el modo comando que se usa para la configuración del módem o para marcar, usted puede comunicarse con el módem a través del conjunto de comandos AT. Después de ejecutar un comando, el módem regresa un código de resultado de confirmación.

Después de que se establezca una conexión con un módem o máquina de fax remota, el módem pasa al modo en línea (a menos que el modificador de marcado lo especifique de otra manera). En el modo en línea, el módem recibe caracteres desde la computadora, convierte los datos en señales analógicas y luego transmite estas señales a través de la línea telefónica.

Puede introducir comandos únicamente cuando el módem está en el modo comando. No puede entrar comandos cuando el módem está en el modo en línea, es decir, enviando o recibiendo datos mediante las líneas telefónicas. Si el módem se encuentra en el modo en línea, regresa al modo comando bajo esta circunstancias:

Un punto y coma (;) ocurre al fin de la secuencia de marcado. El módem recibe una secuencia de escape definida o una señal de interrupción mientras

está en el modo en línea.

Se desconecta una llamada.

No puede completar una llamada satisfactoriamente o el portador de datos del módem remoto se desconecta.

Si ocurre un error durante la ejecución de una línea de comando, el procesamiento se detiene y todo aquello que sigue al comando incorrecto se ignora.

Comandos AT más utilizados

Se han escogido los comandos que son más comunes a la mayoría de los módems compatibles con Hayes y los que más se usan.

ATA

1) Se pone en modo respuesta y espera una señal portadora del módem remoto.

2) Espera S7 segundos y colgará si no se detecta portadora.

ATDnúmero

1) Descuelga y llama al número de teléfono solicitado.

2) Espera un tono de llamada antes de marcar.

2.1) Si no se detecta ese tono en S6 segundos, el módem devuelve código de resultado "no dial tone"

2.2) Si se detecta el tono el módem espera S7 segundos

83

2.2.1)  Si no establece conexión el módem vuelve al estado de comandos

2.2.2) Si se establece conexión el módem entra en el estado on-line.

ATE

Eco

Nota: Los comandos introducidos en el módem vuelven por eco al PC (por defecto).

ATH

Descuelga el teléfono

Nota: Normalmente se utilizan:

1) un segundo silencio

2) +++

3) ATH

ATI

Revisa la ROM del módem (checksum)

ATL

Programa el volumen del altavoz

ATM

Programa conexión/desconexión del altavoz

ATO

Vuelve a estado on-line desde el estado de comandos.

Nota: permite retomar una conexión ya en marcha

ATQ

Programa los códigos de resultado a ON/OFF

ATS

Visualiza/cambia contenidos de los registros S

Nota: ya lo hemos visto antes

ATV

84

Envía códigos de resultado en palabras o números

Nota: ya lo hemos visto antes

ATW

Envía "códigos del progreso de la negociación"

Nota: progreso en control de errores y de las negociaciones de compresión entre los módems

ATX

Programa códigos de resultado

Nota: ATX0 emplea OK, CONNECT, RING, NO CARRIER y ERROR.

ATX1 emplea CONNECT velocidad

ATZ

Reset

AT&C

Programa detección de portadora

AT&D

Programa control de DTR

AT&K

Programa control de flujo

AT&W

Almacena perfil configuración del usuario

AT&Y

Especifica que perfil de configuración usuario de los almacenados se va a utilizar

Presentación de los comandos AT

El software de comunicaciones se comunica con el módem en un idioma de comando especial que a menudo se conoce como el juego de comandos AT. A pesar de que usted no puede ver este idioma, es el único que el módem comprende.

Por lo general, el software de comunicación le permite controlar el módem sin esfuerzo y de manera conveniente. Puede apenas seleccionar las opciones y operaciones requeridas desde menús en el programa de software de comunicaciones y el programa de comunicaciones transmite

85

estas selecciones al módem en el formato de comando requerido. De inmediato, el módem procesa los comandos y realiza la tarea en particular.

No obstante, es posible que los usuarios más avanzados necesiten controlar sus módems de manera directa, usando el juego de comandos AT. El uso de un programa de comunicaciones tal como Windows HyperTerminal, puede emitir comandos directamente desde el modo terminal del programa de comunicaciones. Al usar el juego de comandos AT, extensiones de fax Clase 1 y el respaldo de registros S, puede instruir al módem para que realice una función particular o juego de funciones. Por ejemplo, puede dirigir al módem para marcar (ATDn), responder (ATA) y colgar (ATHO) con los comandos apropiados. Estos comandos son los mismos que usa el software de comunicaciones para control del módem.

Los registros S

Cómo usar los registros S

Los comandos AT se usan para indicarle al módem que deben hacer una sola vez, los registros S le indican al módem cómo funcionar todo el tiempo. Los registros S se usan para establecer ciertos parámetros que describen cómo funciona el módem. En otras palabras, el módem se olvida de la mayoría de los comandos AT tan pronto como los ejecuta; no obstante, recuerda la última configuración de cada registro S y sigue obedeciendo esta configuración hasta que la cambia.

Lectura de un registro S

Usted puede leer el contenido de un registro S dado al entrar el comando ATSn? Por ejemplo, para enseñar el contenido del registro S11, entre este comando:

ATS11?

Valores predeterminados del registro S

Durante la fabricación, los registros S del módem fueron programados para contener ciertos valores. Estos valores predeterminados del registro S se establecen para que funcionen de manera confiable bajo la mayoría de circunstancias. No obstante, usted puede modificar los valores si fuera necesario. Por ejemplo, tal vez requiera bastante tiempo obtener tono para marcar en su oficina, así que usted puede volver a fijar S6 para un período más largo de espera.

Modificación de un registro S

Usted puede cambiar el valor de un registro S al entrar el comando ATSn=r. En este comando, "n" es el número del registro a modificar y "r" es el valor al que desea configurar el registro. Por ejemplo, para establecer el registro 37 en 7, entre:

ATS37=7<cr>

El registro S37 está ahora establecido en el valor de 7.

Programación de los registros S

Los registros S contienen parámetros que controlan el funcionamiento del módem. Para programarlos se usa el comando

ATS(Número_registro)=(valor_a_establecer).

86

Ejemplo: ATS0=9

  Para revisar el contenido de un registro: ATS(Número_registro)?.

Ejemplo: ATS11?

  095

  OK

Referencia de comandos del registro S

La siguiente tabla enumera los registros S disponibles para el módem. El margen de valores válidos, valor predeterminado y unidades, donde se aplica, se dan.

NOTA: El margen y los valores predeterminados que se dan en esta tabla son únicamente para Norteamérica. Estos valores pueden variar según el país.

Referencia de Comandos del Registro S

Registro Descripción

S0Respuesta Automática El establecer S0 en un valor de 0 hasta 255 coloca el módem en el modo de respuesta. El módem contesta automáticamente después de transcurrir un número específico de timbres. Si establece S0 en 0 inhabilita la contestación automática de manera que el módem únicamente contesta cuando se da un comando ATA.

Margen: 0 - 255

Valor predeterminado: 0

Unidades: Timbres

S1 Contador de Timbres. S1 es de sólo lectura. El valor de S1 se incrementa con cada timbre. Si no hay timbres después de un intervalo de seis segundos, este registro se borra.

S2Carácter AT de Escape. S2 especifica el carácter de código de escape usado para dejar el modo de datos en línea y volver a entrar en el modo de comando.

Los valores mayores de 127 inhabilitan la secuencia de código de escape. Para entrar al modo de comando cuando se ha inhabilitado el código de escape, una pérdida de portador debe ocurrir o la señal de terminal de datos listo (DTR) debe estar establecido en 0 (según el comando &D).

Margen: 0 - 255

Valor predeterminado: 43 (ASCII +)

87

S3Carácter de Terminación de la Línea de Comando. S3 especifica el valor usado para identificar el fin de la línea de comando.

Margen: de 0 hasta 127, ASCII decimal

Valor predeterminado: 13 (retroceso de carro)

S4Carácter de Formateo de Respuesta. S4 especifica la salida de carácter por el módem a la computadora como avance de línea.

Margen: de 0 hasta 127, ASCII decimal

Valor predeterminado: 10 (avance de línea)

S5Carácter de Edición de Línea de Comando. S5 especifica el valor ASCII del carácter usado para editar la línea de comando. El módem no reconoce el carácter de Retroceso si no está establecido en un valor superior a decimal 32. Este carácter puede usarse para editar una línea de comando. Cuando está habilitado la función de eco, el módem repite el carácter retroceso, el carácter de espacio de ASCII, y un segundo carácter retroceso a la computadora. Esto significa que un total de tres caracteres se transmite cada vez que el módem procesa el carácter de retroceso.

Margen: de 0 hasta 127, ASCII decimal

Valor predeterminado: 8 (retroceso)

S6Esperar Antes de Marca. S6 establece la duración del período (en segundos) que espera el módem después de conectarse antes de marcar el primer dígito de un número telefónico. La característica de espera para el tono de marcado, establecido por el modificador de marcado W, suplanta esta configuración del registro S.

Margen: 2 - 65

Valor predeterminado: 2

Unidades: Segundos

S7Intervalo de Espera de Terminación de Conexión. S7 especifica el intervalo de tiempo (en segundos) que el módem espera para recibir una señal de portador antes de colgarse. El cronómetro empieza cuando el módem termina de marcar o se desconecta. Este cronómetro también establece el intervalo de espera de silencio para el modificador @ de marcado.

Margen: 1 - 255

Valor predeterminado: 50

Unidades: Segundos

S8Modificador Coma de Marcado Intervalo. S8 denota el intervalo de tiempo (en segundos) que el módem pausa cuando lee una coma en la cadena de comando de marcado.

Margen: 0 - 65

Valor predeterminado: 2

88

S10Demora Automática de Desconexión. S10 especifica el tiempo de demora (en décimas de segundos) desde la pérdida de portador hasta colgar.

Margen: 1 - 254

Valor predeterminado: 20

Unidades: 0,1 segundo

S11Velocidad de Marcado DTMF. S11 determina el ancho de pulso de DTMF y el tiempo interdígito.

Margen: 50 - 150

Valor predeterminado: 95

Unidades: 0,001 segundo

S12Intervalos de Protección del Código de Escape. El valor S12 determina el intervalo de inactividad (en unidades de 20 milisegundos) antes y después de la entrada de la secuencia de códigos de escape.

Margen: 0 - 255

Valor predeterminado: 50

Unidades: 0,02 segundos

S28Habilitar/Inhabilitar de Modulación V.34 S28 habilita o inhabilita técnicas de modulación V.34. Valores válidos son 0 - 255.

0 Inhabilitado

1 - 255 Habilitado (valor predeterminado = 1)

S32 Volumen de Timbre Sintético. S32 proporciona un volumen de timbre sintético (en dB) con un signo de restar implícito (16 es valor predeterminado).

S33Frecuencia de Timbre Sintetizado. Valores válidos son 0 - 5.

0 Inhabilitación de timbre sintetizado (predeterminado)

1 - 5 Cinco frecuencias de timbre variables

S35Tono de Llamada de Datos. El Tono de Llamada de Datos es un tono de cierta frecuencia y cadencia según se especifica en V.25, lo cual permite el reconocimiento remoto de Datos/Fax/Voz. La frecuencia es 1300 Hz con una cadencia de 0,5 segundos de actividad y 2 segundos en descanso.

0 Inhabilitar tono de llamada de datos (valor predeterminado)

1 Habilitar tono de llamada de datos

S37Velocidad de la Línea de Marcado. El valor predeterminado es 0.

89

0 Seleccionar velocidad máxima

1 Reservado

2 1200/75 bps

3 300 bps

4 Reservado

5 1200 bps

6 2400 bps

7 4800 bps

8 7200 bps

9 9600 bps

10 12000 bps

11 14400 bps

12 16800 bps

13 19200 bps

14 21600 bps

15 24000 bps

16 26400 bps

17 28800 bps

18 31200 bps

19 33600 bps

S38Velocidad de la Línea de Marcado de 56K. S38 establece la velocidad máxima hacia abajo al cual el módem intenta conectarse. Para inhabilitar 56K, establezca S38 en 0.

S37 establece la velocidad hacia arriba de V.34.

NOTA: 56K no está disponible en algunos modelos.

0 56K inhabilitado

1 56K habilitado, selección de velocidad automática a velocidad máxima del módem (valor

90

predeterminado)

2 32000 bps

3 34000 bps

4 36000 bps

5 38000 bps

6 40000 bps

7 42000 bps

8 44000 bps

9 46000 bps

10 48000 bps

11 50000 bps

12 52000 bps

13 54000 bps

14 56000 bps

15 58000 bps

16 60000 bps

S89Cronómetro de Modo Dormir. S89 establece y muestra el número de segundos de inactividad (no se envían caracteres desde la computadora, ningún timbre entrante) en el estado de comando fuera de línea antes de que el módem pase al modo de espera (dormir). Un valor de 0 impide el modo En espera.

Margen: 0, 5 - 255

Valor predeterminado: 10

Unidades: Segundos

Perfil de parámetros de usuario

Se pueden programar distintas configuraciones del módem para operaciones en condiciones diferentes. Los módems Hayes pueden configurar hasta 4 conjuntos de configuraciones para sus parámetros:

Configuración activa. La utilizada cuando se hace o se recibe una llamada.

91

Configuración de fabrica. La que esta almacenada en ROM, ya contiene parámetros establecidos desde fábrica.

Perfiles de usuario. Son dos configuraciones almacenadas en NVRAM, permanecen intactas aun cuando se apaga el módem.

Un dígito binario posee dos estados y se denomina bit. Una agrupación de 8 bits se denomina byte y permite representar 256 estados diferentes.

Transmisión Asíncrona: No hay un periodo de tiempo definido entre los caracteres  transmitidos.

Cada carácter transmitido viaja con unos bits de arranque y parada (ppo. y fin del carácter) La mayoría de la comunicaciones con PC son asíncronas

Transmisión Síncrona: Cada envío de un carácter se sincroniza con un pulso de reloj.

92

Reparación de fuentes PC AT

Estas notas se basan en la experiencia, indicando por área lo que se debe cambiar para solucionar las averías, basándose en lecturas contrarias a las especificaciones técnicas de cada componente y de acuerdo a los síntomas de la fuente tanto en el área del primario como del secundario.

NOTA: En las siguientes imágenes se mostrará una fuente escaneada sin los correspondientes transistores del área primaria, como los rectificadores del área secundaria de la misma, para que se aprecie mejor los componentes pequeños. Se ha denominado primario a la entrada de la fuente (primario de los transformadores) y secundario a la parte correspondiente a la salida de la fuente.

Primario

Fusible quemado

93

Antes de cambiarlo hay que revisar si el puente rectificador está en cortocircuito: con el multímetro en comprobación de diodos, y escuchando el sonido, hay que verificar los cortocircuitos (lectura cero). Para ello conectar el tester probando en todos los sentidos entre los dos pines de los cuatro que tiene el puente, o bien, si es un puente de cuatro diodos, cada uno de ellos. Si esta mal o con diferencias en las mediciones hay que cambiarlo.

Luego hay que comprobar los transistores sin desoldarlos, no tienen que mostrarse nunca en corto y siempre con las mismas mediciones entre ellos, o sea colector con base, lo mismo que el colector con la base del otro. En este caso hay que cambiarlos si presentan fugas.

Ha continuación hay un conjunto de resistencias, condensadores electrolíticos y diodos que se presentan de dos en dos, o sea dos de 2 o 1.5 ohm, 2 diodos 1n4140, 2 condensadores electrolíticos de 10 mf, etc. Inclusive los grande de la derecha, normalmente de 220 mf x 200 voltios o similares.

Cada uno de ellos va conectado de la misma manera, entre un transistor y el otro. Quiere decir que al medir en el mismo sentido de la salida a medir, con las puntas del multímetro en la misma dirección de conexión con respecto a los transistores, las mediciones debe ser exactamente iguales. En caso contrario hay que sacar el componente fuera y medirlo, para ello se puede sólo desoldar la pata más fácil de acceder y listo.

Este es todo el misterio del área primaria y se deben hacer esas mediciones de esta forma, ya que cualquier componente que este en corto en esa área haría volar los transistores y seria un ciclo de nunca acabar.

Fusible sano

Es exactamente igual que antes, ya que normalmente no se quema el fusible pero se abre uno de los componentes, como los transistores, y no quedan en corto.

Algunas veces, si la fuente trabaja intermitente y especialmente en frío, no arranca o lo hace después de varias veces de encenderla y apagarla. Esto es motivado por los diodos 1n4140 o similares que tienen fuga o los condensadores pequeños que están casi secos.

Secundario

94

Como hemos comentado previamente, alguna veces si la fuente trabaja intermitente, especialmente en frío, no arranca o lo hace después de varios intentos. Esto es debido a que los diodos 1n4140 o similares tienen una fuga, o los condensadores pequeños están casi secos. En el secundario del trafo pequeño, donde se cumple lo mismo que en el área primaria, o sea tiene dos transistores, diodos 1n4140 y condensadores pequeños, hay que verificar las fugas levantando uno de los pines de cada componente.

Los transistores pequeños, siguiendo el orden de sus características con el multímetro, parecen tener sus valores correctos pero resulta que en ambos no debería haber resistencia entre colector y emisor y sin embargo, haciendo pulsos con las puntas del tester entre los pines mencionados, el multímetro marca fugazmente fugas muy altas. Reemplazando los transistores se solucionará el problema de arranque en frío y otros problemas.

Hay que verificar si hay un cortocircuito en cada una de las salidas de los cables rojo/amarillo/azul y blanco, que corresponden a los +5 +12 -5 y -12 respectivamente. De ser así hay que seguir el circuito levantando componentes y verificándolos, lo que sólo puede haber es una medición de R en paralelo con las masas (cable negro) de entre 40/300 ohm, y no un corto bien claro.

Si verificamos que todo está bien pero la placa madre no funciona o lo hace igual, es que algo se nos ha pasado.

Tensión de PG

Falta lo más importante. Al final de la reparación la medición más importante de las tensiones es la tensión denominada PG, tensión de control. Todas las fuentes la tienen y es el cable naranja, o de otro color, que en la placa de la fuente puede o no estar identificada pero es el cable que sobra a la salida de la fuente y no responde a ninguna de las tensiones mencionadas anteriormente. Esta tensión, estando cargada con una lámpara de 12 volts 40 watts, debe dar 5 voltios positivos (cable rojo) con uno de los cables negros de masa. Si la tensión PG no es igual a 5 volts, o no está presente, hay que seguir sus conexiones. Seguramente tendremos alguna fuga o bien será responsable algún transistor pequeño o falsos contactos. Algunas veces hay que cambiar el CI de control, otras una resistencia fuera de valor, e incluso puede que uno de los capacitores pequeño

95

en el área primaria hace que trabaje uno solo de los transistores grandes, haciendo que las tensiones de +12 estuvieran presentes pero no así las restantes.

Integrados de mayor empleo en la etapa secundaria de las fuentes

Si se desea mayor información sobre tensiones, etc. y características de trabajo para emplear con el osciloscopio puede encontrar las hojas siguientes en http://www.semi.com.tw

96

Este es el principal responsable, normalmente, de la regulación de las tensiones de salida y el que tiene que ver con la tensión de PG. Se encuentra en el secundario.

97

Cara de soldaduras de una fuente AT

Presentamos la cara de las soldaduras con mayor detalle, fíjense como el primario esta totalmente separado del secundario en cuanto a soldaduras. Electrónicamente no es así, ya que uno de los bobinados del transformador más pequeño esta conectado hacia el primario dándole tensiones y corrientes para permitir el control ante cortos y sobre las tensiones finales secundarias.

98

Si estas fotos se imprimen sobre transparencias, y montamos una sobre otra al trasluz, veremos el circuito completo y serán mas fáciles las mediciones siguiendo los parámetros que deben dar cada una en las mediciones.

Diferencias entre AT/XT y ATX

99

Entre una fuente XT y una AT no hay diferencias. Puede existir una notable ampliación del tamaño de su alojamiento, pero la circuiteria sigue siendo la misma hasta tal punto que en varias ocasiones llegue a desarmar y reparar fuentes XT colocándoles plaquetas de las AT.

No tengan temor: desarmen, cambien plaquetas, etc... las tensiones son las mismas y las disposiciones de las salidas de tensiones también, por mas que cambien los colores de los cables (como en el caso de las Compac Presarios o Iba). Los colores no son normas establecidas, sino engaños a los técnicos de las pequeñas empresas.

Como podrán apreciar esta es una fuente ATX, y no hay diferencias en su conformación física externa:

Ahora bien, ¿en que se diferencian las circuiteria de las XT/AT con las ATX?

Muy sencillo el primario no cambia para nada, una R más o menos, pero no significan diferencias sustanciales, ya que si incrementan una R lo hacen por dos o si colocan otro transistor lo hacen para reforzar las corrientes o hacerlas más confiables en la conmutación del par de transistores del lado del primario

La diferencia fundamental está en que no hay llave de encendido, ya que se realiza un encendido por "software" a través de líneas de control.

PERO CUIDADO ESTO ES UNA MENTIRA ENCUBIERTA, RESULTA QUE EL PRIMARIO ESTA SIEMPRE FUNCIONANDO A LOS 110/220 CON TODAS SUS CAPACIDADES... PELIGRO... PELIGRO. No hay forma de solucionar este tema, lo único que se puede hacer es aislar la fuente con un trafo de 220 / 220 o del valor de las tensiones de línea de sus domicilios.

La placa base es la que, a través de un pulso, le da la orden de encendido pleno a la fuente y es cuando uno escucha el típico sonido del ventilador, eso implica que la fuente esta entregando, aun apagada, dos valores de tensión:

100

Los 3,3 volts a la CPU

Los +5 volts de mantenimiento

Lo cual significa que con la fuente enchufada a la red no se debe tocar la placa base, ya que ésta recibe aún alimentación. En ciertos casos incluso puede estar funcionando la CPU y la memoria, denominado modo Sleep o de espera, por lo que se puede averiar algo si manipulamos el ordenador así.

No obstante hay que mencionar que si apagamos el ordenador completamente, sin activar el modo de espera, sólo ciertas zonas de la placa base estarán funcionando para realizar el arranque pero sin tener conectado ni CPU ni memoria. Por si acaso es recomendable desenchufar al fuente.

Un ejemplo de las consecuencias que acarrean las fuentes ATX en los servicios técnicos es que en muchos casos el ordenador se arranca sólo al insertar alguna placa en los slots de expansión, o viceversa, con el consecuente peligro de avería.

Si en algún caso la fuente no se apaga al pulsar el botón de apagado hay dejarlo pulsado hasta que se apague (apagado secundario).

Bueno sigamos con las diferencias:

Las fuentes XT/AT solo tiene las tensiones +5 +12 -5 -12 y la tensión de control PG (+5 con carga en los +5, cable rojo).

La diferencia esta en que las ATX tiene las mismas tensiones además de la de +3,3 volts, tres cables de color naranja y cambia el color de naranja de los +5 PG (mantiene esta misma tensión) por otro color que en la mayoría de los casos es de color gris, y además incrementa un cable mas de color normalmente verde, que es el arranque por soft de la fuente (la placa base la manda a masa, o sea a uno de los tantos negros que salen de la fuente).

Para ver si la fuentes están bien solo hay que puentear el cable verde con uno de los negros , previo a cargar la fuente con una lámpara de 12v / 40w sobre el cable rojo y un negro de la fuente, para luego medir que las tensiones estén presente.

101

Discos ópticos

¿Qué son los discos ópticos, qué tipos existen, y cuáles son sus usos?

Los discos ópticos presentan una capa interna protegida, donde se guardan los bits mediante distintas tecnologías, siendo que en todas ellas dichos bits se leen merced a un rayo láser incidente. Este, al ser reflejado, permite detectar variaciones microscópicas de propiedades óptico-reflectivas ocurridas como consecuencia de la grabación realizada en la escritura. Un sistema óptico con lentes encamina el haz luminoso, y lo enfoca como un punto en la capa del disco que almacena los datos.

Las tecnologías de grabación (escritura) a desarrollar son:

por moldeado durante la fabricación, mediante un molde de níquel (CD-ROM y DVD ROM), por la acción de un haz láser (CD-R y CD-RW, también llamado CD-E),

por la acción de un haz láser en conjunción con un campo magnético (discos magneto-ópticos - MO).

Los discos ópticos tienen las siguientes características, confrontadas con los discos magnéticos:

Los discos ópticos, además de ser medios removibles con capacidad para almacenar masivamente datos en pequeños espacios -por lo menos diez veces más que un disco rígido de igual tamaño- son portables y seguros en la conservación de los datos (que también permanecen si se corta la energía eléctrica). El hecho de ser portables deviene del hecho de que son removibles de la unidad.Asimismo, tienen bajo costo por byte almacenado. Los CD-ROM se copian (producen) masivamente.La mayor capacidad de los discos ópticos frente a los magnéticos se debe al carácter puntual del haz láser incidente, y a la precisión del enfoque óptico del láser. Ello permite que en una pista los bits estén más juntos (mayor densidad lineal), y que las pistas estén más próximas (más t.p.i).Los CD son más seguros en la conservación de los datos, dado que la capa que los almacena es inmune a los campos magnéticos caseros, y está protegida de la corrosión ambiental, manoseo, etc., por constituir un "sandwich" entre dos capas transparentes de policarbonato.Por otra parte, la cabeza móvil -que porta la fuente láser y la óptica asociada- por estar separada a 1 mm. de la superficie del disco, mmca puede tocarla. Por ello no produce en ella desgaste por rozamiento, ni existe riesgo de "aterrizaje", como en el disco rígido con cabezas flotantes. Tampoco el haz láser que incide sobre la información puede afectarla, dada su baja potencia.

Son aplicaciones comunes de los discos ópticos: las bases de datos en CD ROM para bibliotecas de datos invariables (enciclopedias, distribución de software, manuales de software, demos, etc.), y para servidores de archivos en una red local, así como el uso de CD-R (grabables por el usuario) para copias de resguardo seguras, y las bibliotecas de imágenes.

Puede estimarse entre 10 y 15 años la permanencia de la información en un CD ROM común, dado que la superficie de aluminio que contiene la información se oxida muy lentamente en ese lapso, salvo que sea sometida a una protección anti-óxido especial, o sea de oro. En un CD-R este tiempo será mucho mayor, por presentar oro la fina capa metálica interior.

102

En informática se usan los siguientes tipos de discos ópticos, tratados luego en detalle:

1. Grabado masivamente por el fabricante, para ser sólo leídos: como lo son el CD ROM (Disco compacto de sólo lectura) y el DVD ROM (Digital Versatil Disc de sólo lectura). En éstos, a partir de un disco "master" grabado con luz láser, se realizan múltiples copias obtenidas por inyección de material (sin usar láser). Se obtienen así discos con una fina capa de aluminio reflectante -entre dos capas transparentes protectoras-. Dicha capa guarda en una cara unos y ceros como surcos discontinuos, que forman una sola pista en espiral. La espiral es leída con luz láser por la unidad de CD del usuario.

2. Grabable una sola vez por el usuario: el CD-R (CD Recordable) antes llamado CD-WO (Write once) En la escritura, el haz láser sigue una pista en espiral pre-construida en una capa de pigrnento. Donde el haz incide, su calor decolora para siempre el punto de incidencia. En la lectura, esta capa deja pasar el haz láser hacia la capa reflectora dorada que está más arriba, reflejándose de forma distinta según que el haz haya atravesado un punto decolorado o no, detectándose así unos y ceros. Ambas capas están protegidas por dos capas transparentes. Una vez escrito, un CD-R puede leerse como un CD-ROM.

3. Borrables-regrabables: en la tecnología de grabación magneto-óptico (MO), la luz láser calienta puntos (que serán unos) de una capa -previamente magnetizada uniformemente- para que pierdan su magnetismo original (este corresponde a ceros). Al mismo tiempo, un campo magnético aplicado produce sólo en dichos puntos una magnetización contraria a la originaria (para así grabar unos).Estas diferencias puntuales de magnetización son detectadas en la lectura por la luz láser (con menos potencia), dado que provocan distinta polarización de la luz láser que reflejan. Otro tipo de CD ópticos re-escribibles son los CD-E (CD-Erasable), hoy designados CD-RW (CD ReWritable), con escritura "por cambio de fase" (de cristalina a amorfa o viceversa) de los puntos de la capa del disco que guarda los datos. Se trata de una tecnología puramente óptica, sin magnetismo, que requiere una sola pasada para escribir una porción o la pista en espiral completa. En la tecnología PD (Phase change/Dual) que también es por cambio de fase, la unidad escribe pistas concéntricas. "Dual" indica que la unidad también puede leer CD con pistas en espiral (CD-ROM, CD-R, CD-RW).

Si bien los CD-ROM son los CD más usados para almacenar programas y datos, las unidades lectoras de CD actuales también permiten leer información digital de otros tipos de CD basados en la misma tecnología, con vistas a aplicaciones en multimedia, como ser:

CD-DA (Digital Audio): es el conocido CD que escuchamos en un reproductor de CD para audio. Podemos escuchar la música que contiene mientras trabajamos con una PC, o bien mezclarla en usos multimedia.

CD-I son las iniciales de disco compacto interactivo. De tecnología semejante al CD-ROM, puede combinar datos, audio y video, conforme a un estándar multimedia propuesto por Phillips y Sony en 1986. Este también define métodos para codificar y decodificar datos comprimidos, y para visualizarlos. Almacena 72 minutos de audio digital estéreo ó 19 horas de conversación de calidad en mono, ó 6000 a 1500 imágenes de video - según la calidad deseada- que pueden buscarse interactivamente y mezclarse. Requiere una plaqueta inteligente especial en el computador. Al usuario le es factible interactuar mientras el CD es reproducido -en una unidad lectora compatible- mediante el mouse, o un dispositivo para disparar sobre un punto infrarrojo emitido ("thumbstick").

CD-ROM XA (de extended Architecture): es un estándar para sonido e imagen propuesto por Phillips, Sony y Microsoft, extensión de las estructuras de un CD-ROM, que especifica la grabación comprimida de sonido en un CD-ROM por el sistema ADPCM, también empleado en CD-I. Esto hace que un CD-ROM XA sea un puente entre CD-ROM y CD-I.

103

Photo CD: el estándar elaborado en 1990 por Phillips y Eastman Kodak especifica el procedimiento para convertir fotografías de 35 mm en señales digitales para ser grabadas en un CD-R en una o varias sesiones. La grabación se realiza durante el revelado de la película. Así se guardan cientos de fotos color en un CD-R. Los Photo CD y Video CD son CD-ROM XA "Bridge Format", que pueden leerse en lectoras CD-I como en lectoras propias de computadoras.

DVI es un tipo de CD ROM que integra video, televisión, gráficos con animación, audio multicanal y textos. Necesita plaquetas adicionales. Merced a una técnica de compresión de datos, éstos ocupan 120 veces menos lugar, permitiendo ver una hora de video de 30 imágenes por segundo. A esta velocidad, dado que una imagen de TV ocupa 600 KB, para ver un segundo se requieren 600 KB x 30 = 18 MB. De no existir compresión, los 600 MB de un CD ROM sólo permiten unos 600/18 » 30 seg. de visión. Los reproductores de CD actuales pueden leer CD-ROM, CD-R (de varias sesiones), CD-ROM XA, Photo CD, Video-CD, CD-I, CD-plus, y CD-DA.

¿Cómo se fabrican los CD-ROM, y se graban los sectores de la espiral?

En un CD-ROM la espiral que codifica la información grabada es moldeada (en máquinas que fabrican en serie miles de CD iguales) en un molde de níquel, en el cual a temperatura se inyecta plástico.

A dicha espiral así moldeada se le deposita una fina capa de aluminio, y es protegida por una capa transparente superior. Más en detalle, con el disco visto desde abajo, la superficie grabada presenta una sucesión de hoyos ("pits") separados por espacios planos ("lands"), que forman una pista en espiral.

De este modo, un CD-ROM es grabado por el fabricante -en serie con otros iguales- pudiendo posteriormente ser sólo leído por el usuario en su unidad lectora de CD-ROM. En ésta un haz láser puntual sigue la pista en espiral metalizada que contiene la información, y al ser reflejado por dicha pista permite detectar la longitud de los "pits" y "lands" que codifican la información almacenada.

Por presentar un CD-ROM más bytes para código detector de errores que un disco CD-DA, no es factible leerlo en una reproductora para CD de audio.

La información digital (bits) en un CD-ROM -al igual que en un CD DA- se debe grabar en bloques (también llamados sectores) contiguos de una espiral.

Un tipo de CD-ROM de 60 min de duración (también son comunes los de 74 min) presenta la espiral constituida por 27000 sectores conteniendo cada uno 2048 bytes (2 K) para datos. En total se pueden almacenar:

2048 bytes x 270.000 = 552.960.000 bytes = 552.960.000/1.048.576 MB = 527 MB.

Antes de grabar el disco "master", punto de partida para fabricar miles de CD ROM, un programa fracciona cada archivo a grabar en sectores de 2048 bytes de datos, y les agrega, conforme a los campos de un sector:

a. unos y ceros indicadores de comienzo de bloque, que sirven para sincronismo con la lectora de CD.

b. una secuencia de bits que irá en la cabecera (header) de cada bloque para poder localizarlo.

c. los códigos ECC de Reed y Salomon para detectar/corregir errores que van al final de cada bloque.

104

Cada uno de los 270.000 bloques así conformados se va grabando en un disco "master" de vidrio, recubierto en una de sus caras por una película que atacará un haz láser, para formar en ella una espiral constituida por hoyos ("pits"). Para ello, se inserta el disco "master" de vidrio en un dispositivo de grabación, que presenta un cabezal que porta un haz láser de potencia, el cual se mueve en línea recta desde el centro al borde del disco. Este movimiento combinado con el de giro del disco, da como resultado que sobre la superficie del disco pueda formarse una espiral que crece desde el centro. Cada vez que el haz es activado, el calor que genera la punta microscópica del mismo (menor que una milésima de mm.) ataca la película que recubre el vidrio del "master" -en la cual está enfocado- generando en ella un hoyo que conformará la espiral.

Más en detalle, una computadora envía al cabezal, uno por uno, los bits a grabar, y en correspondencia se enciende o apaga el haz láser. Si el haz se activa, quema un punto microscópico en la pista en espiral que se va generando (de ancho algo menor que el punto), creando en ella un hoyo. De esta forma dicha pista se va conformando por hoyos ("pits"), separados por espacios no atacados por el haz, los "lands".

En un tipo de grabación corriente, un "land" representa un uno, y el "pit" que le sigue representa uno o más ceros, según sea la longitud de dicho "pit" (y el tiempo involucrado).

La espiral presenta unas 16.000 vueltas por pulgada radial (t.p.i). En el espesor de un cabello entran 50 vueltas. En total tiene 22.190 vueltas.

Cada archivo queda grabado en sectores sucesivos (que forman lo que suele denominarse un "track", aunque la pista en espiral es una sola). A continuación de un archivo sigue otro en la espiral, como en una cinta magnética.

Luego de grabar el disco "maestro" se fabrican réplicas metálicas (resistentes a la manipulación) de su superficie, por duplicación electrolítica, resultando otros discos de metal, "negativos" y "positivos" del "maestro" original. Este servirá de molde para fabricar en serie los CD de plástico. Para fabricar cada CD, por inyección de plástico (policarbonato que se derrite en el molde de níquel citado), se moldean la espiral -réplica de la existente en el "master"- junto con la capa inferior que le sirve de protección, constituyendo una sola pieza transparente. Por ser el molde un "positivo" del master, la espiral moldeada será un "negativo", o sea los "pits" como "mesetas montañosas" en su superficie superior. Esta superficie "montañosa" en espiral, debe ser metalizada con una fina capa reflectante de aluminio (u oro); y en otro paso deberá ser cubierta por una capa protectora de resina acrílica, sobre la cual se imprimirá la etiqueta, que conforma el "el techo" plano del CD. Visto el CD de--,de abajo presenta una superficie plana, sobre la cual está la espiral "montañosa" recubierto por la capa de metal, y sobre ésta la capa protectora transparente donde va la etiqueta.

En una lectura, el haz láser -que llega al CD por su cara inferior y atraviesa su capa transparente protectora inferior- si pasa por una "meseta" es reflejado por la capa de aluminio que la recubre, siendo así la meseta sensada desde abajo por el haz como un hoyo ("pit").

La pista en espiral de un CD presenta el mismo número de bits por centímetro en todos sus tramos (densidad lineal constante), para aprovechar mejor el medio de almacenamiento. Un disquete gira a velocidad angular constante (CAV: constant angular velocity), como ser, cada vuelta siempre en 1/5 seg. Si tiene 18 sectores por pista, en cada vuelta leerá 18 sectores en 1/5 seg, cualquiera sea la pista. De esta forma, con CAV, se logra fácil que la cantidad de bits que se leen por segundo (velocidad de transferencia interna) sea la misma, sin importar qué pista sea.

Análogamente en un CD-ROM, por tener su pista en espiral igual densidad en cualquier tramo, a medida que ella es leída desde el centro al borde, -y por ende también cuando es grabada- la velocidad de giro debe disminuir continuamente, para que la cantidad de bits leídos por segundo

105

sea constante en cualquier tramo. Dado que la espiral tiene igual cantidad de bits por cm en cualquier tramo, una vuelta interna guardará menos bits que otra más externa, por tener menor longitud. Si la espiral se leyera a velocidad de giro constante, durante una revolución del disco, una vuelta más interna de la espiral proporcionaría menos bits que otra más externa. De ser así, la lectura de una vuelta más interna de la espiral al ser leída proveería menos bits por segundo que otra más externa.

Para tener igual densidad en cualquier tramo de la espiral, en la grabación del "master", el punto luminoso del haz láser emitido por la cabeza (que se mueve en línea recta radial desde el centro al borde del plato, incidiendo siempre perpendicular al disco) genera la espiral a velocidad lineal constante (constant linear velocity-CLV, en cm/seg), para que sea constante la cantidad de bits grabados (y por ende leídos y transferidos) por segundo. Para que esto ocurra, el disco en el centro gira a una cierta velocidad angular (vueltas por segundo), que debe disminuirr permanentemente a medida que la cabeza se aleja rectilineamente hacia el borde del disco.

Resulta así, que la velocidad de rotación variable de un CD no se debe a su pista en espiral. Del mismo modo, en un disquete, un sector más interno ocupa menos longitud de pista (mayor densidad de bits por cm) que otro más externo (menor densidad).

Sintetizando: por girar un CD a velocidad angular variable, y ser escrito a velocidad linear constante, se escriben (y leen) la misma cantidad de bits por segundo y por centímetro, cualquiera sea el sector del mismo Los sectores grabados, por contener igual cantidad de bytes, presentarán igual longitud en centímetros, dado que la cantidad de bits por centímetro es igual en cualquier porción de la espiral. El número de sectores escritos en cada vuelta de la espiral es un número variable, y en general no entero.

¿Cómo se lee un CD en una unidad lectora de CD-ROM, sea simple, 2x, 4x,... 12x ...?

El hardware de una unidad lectora de CD (CD drive o CD player) comprende, básicamente:

Mecanismos y motor de bandeja para insertar y retirar el CD. Electrónica de este periférico (IDE o SCSI), basada en un microcontrolador, con programas

en EPROM para gobernar la mecánica y la electrónica de la unidad, y para detectar y corregir errores de lectura.

Motor de giro del disco.

Motor para movimiento (radial), hacía delante o atrás, de la base que soporta el cabezal de lectura.

Diodo láser y óptica auxiliar.

Optica móvil de enfoque (con motor).

Subsistema de óptica móvil para seguimiento de la pista.

Diodos foto-sensores de las señales ópticas reflejadas en el CD, y óptica auxiliar.

En un tipo de mecanismo corriente, al apretar un botón la bandeja de inserción ("caddy") sale hacia fuera, y el CD es puesto en ella. Al pulsar nuevamente dicho botón, la bandeja vuelve hacia adentro.

106

En un determinado momento de su trayecto empuja también hacia adentro a dos "mandíbulas" que se cierran paulatinamente (como una dentadura), hasta que el agujero central del disco queda prisionero (a través del hueco la bandeja) entre dos piezas circulares giratorias imantadas, vinculadas a esas mandíbulas. Así el disco queda centrado, y levantado respecto de la bandeja, a fin de no rozarla al girar.

Más en detalle, al final del recorrido de la bandeja -cuando se cierran por completo las mandíbulas- la pieza circular ligada a la mandíbula superior atrae magnéticamente al cuerpo de la pieza circular de la mandíbula inferior, vinculada al eje de un motor de giro, para asegurar que el borde interno del disco quede aprisionado entre dichas piezas, a fin de que pueda girar correctamente y esté centrado, como se planteó.

La mandíbula inferior presenta una base que contiene el motor de giro, el cabezal con el láser, y un sistema con dos guías para desplazar hacia atrás o adelante (mediante otro motor) el cabezal respecto a esta base, en dirección radial al disco. Además existe un bus flexible, para conectarla a la electrónica IDE.

Para que en todos los puntos grabados en espiral en el CD pueda incidir el haz láser generado por el cabezal, a medida que éste avanza radialmente hacia el borde del CD, se disminuye la velocidad de giro del disco; e inversamente, si el cabezal avanza hacia el centro, el CD debe girar más rápido. O sea, que al pasar el haz de un punto al siguiente de la espiral grabada, la velocidad de giro del disco ya varió.

El cabezal está a 1 mm. de la superficie del CD, generando un haz láser infrarrojo no visible, de baja potencia (pero peligroso para la vista), con un sistema de autoenfoque automático permanente en la capa de aluminio del CD, para incidir sobre "pits" y "lands" de la espiral grabada en esta capa.

Si en su movimiento rectilíneo radial a velocidad constante, el punto luminoso del haz incide en un "land" de la espiral grabada (cuya velocidad de rotación varía constantemente), el haz láser es reflejado por el aluminio, con mayor intensidad que si incide en un "pit".

Un diodo fotosensor detecta estas diferencias de intensidad de luz láser reflejada, a fin de recuperar -bajo la forma de impulsos eléctricos- los ceros y unos almacenados. Dichos pulsos según su duración representan distinto número de ceros, mientras que tanto el comienzo como el final de un pulso representa un uno.

A un nivel de mayor detalle, en el cabezal existe un sistema de lentes móviles no dibujado -gobernado por la electrónica de la unidad lectora de CD, basada en un microprocesador- que tiene como función enfocar el haz láser en cada punto de la espiral grabada, formada en la capa metálica del CD. Esto es necesario, dado que el CD no es perfectamente plano, por presentar deformaciones (± 0,6 mm) por el proceso de fabricación. También dicha electrónica comanda otro subsistema para desplazar levemente el haz sobre la superficie grabada del CD, de modo que en la lectura el haz siga correctamente sobre la pista en espiral grabada.

Los CD que almacenan 650 MB y 1,3 GB se graban típicamente según al método PPM (pulse position modulation) por el cual se representa un uno haciéndole corresponder un "land" de la espiral, al cual sigue un número de ceros representados por la longitud del "pit" que sigue a dicho "land". Los bytes a grabar están recodificados según el código EFM, a tratar.

En la lectura de un CD el diodo láser del cabezal genera un haz de luz láser infrarrojo perpendicular a la superficie del disco. En su camino hacia el disco, atravesará un prisma triangular sin desviarse, y luego pasará por otra lente (o por una bobina en la cual circula corriente eléctrica) para que el haz sea enfocado como un punto en la capa reflectante de aluminio donde están los

107

pits y lands de la espiral. Al incidir el haz en la primer capa transparente protectora del CD, tiene un diámetro de 1 mm.

Atravesando esta capa los rayos se difractan (desvían), llegando luego a tener el haz un diámetro de unas 0,8 milésimas de mm. Cuando incide sobre la pista en espiral (cuyo ancho es de 0,5 milésimas).

En PPM un "land" es menor que 0,8 milésimas, por lo que el haz mmca puede incidir totalmente en un "land": parte de los rayos incidirán en el "land", y parte en el "pit" vecino. Dado que un "pit" está a una profundidad de un cuarto de longitud de onda de un "land", la porción de rayos que inciden en el "pit", antes de hacerlo recorren un cuarto de onda más que los que inciden en el "land". El haz luego de incidir en el aluminio, se reflejará. Los rayos que incidieron en el "pit" después de reflejarse harán nuevamente un cuarto de onda más de camino que aquellos que incidieron en el "land".

En definitiva, los rayos incidentes en el "pit" recorrerán media onda (un cuarto más un cuarto) más que los incidentes en el "land". El efecto resultante, es que el haz que incide parte en un "land" y parte en un "pit", al ser reflejado, llega al diodo fotosensor con muy poca intensidad luminosa (luego de pasar por el objetivo y ser reflejado por la cara de un cristal que por su inclinación oficia de espejo), por anularse entre sí los rayos desfasados en media onda provenientes del "land" y del "pit".

En cambio, cuando el haz incide en un "pit", en cada punto del mismo todos los rayos reflejados recorrerán la misma distancia, reforzándose mutuamente (todos en fase) provocando una fuerte intensidad luminosa al llegar al fotodiodo.

El método de registro PWL (Pulse Width Modulation) permite una mayor densidad de almacenamiento. Los "lands" dejan de servir para codificar un solo uno, pudiendo codificar uno o más ceros como los "pits". La transición de "pit" a "land" o la inversa codifica un uno; y la distancia entre dos transiciones (dos unos) representa un cierto número de ceros, según sea su longitud (y el tiempo transcurrido).

Existen unidades lectoras CD-ROM de tipo 2x, 4x, 6x y 8x,.... de doble, cuádruple, séxtuple, óctuple, ... velocidad que la velocidad simple de una unidad CD de audio estándar, respectivamente. Las mismas tienen, en consecuencia, tiempos de acceso y transferencia respectivamente más rápidos que la velocidad CD estándar.

Por ejemplo, las del tipo 6x tienen un tiempo de acceso de unos 120 mseg (para 1/3 de carrera del cabezal entre extremos, que se duplica si la carrera es entre extremos), y velocidad de transferencia de 900 Kbytes/seg, casi 1 MByte/seg (contra 600 Kbytes/seg de las 4x, en correspondencia con el 50% de diferencia de velocidad). Las unidades 6x presentan un buffer de datos de 256 Kbytes.

En la performance de una lectora intervienen la eficiencia del controlador y el tamaño del buffer.

¿Cómo son y se escriben los CD para grabación por un usuario designados CD-R?

Un CD-R (CD Recordable, o sea grabable) puede grabarse por cualquier usuario que tenga conectado en su computadora el periférico "unidad grabadora de CD" (u optar por pagar este servicio).

En ésta, un haz láser graba en una espiral parcialmente pregrabada de fábrica –construida en una capa de material orgánico- un equivalente de "pits" y "lands", requeridos para almacenar los datos. Dicha espiral ya viene formateada por hardware con las direcciones de los sectores, y sirve de guía

108

para el láser. El CD-R sobre dicha capa orgánica con la espiral, que es translúcida, presenta otra capa de oro para reflejar el haz láser en cada lectura. Estas dos capas están protegidas por otras de policarbonato. La capa orgánica translúcida es de resina o pigmento verde (generalmente cyanina). Durante el proceso de grabación de los datos, el equivalente de un "pit" se establece al decolorarse -merced al calor puntual generado por el haz láser- puntos de la capa orgánica de pigmento (típicamente verde). 0 sea que un CD-R simula ópticamente los "pits" y "lands" físicos de un CD-ROM.

Después de ser grabado, un CD-R se convierte de hecho en un CD-ROM, que puede leerse en cualquier unidad lectora de estos discos -de la forma antes descripta- sin posibilidad de ser regrabado.

Para la lectura de cada punto de la espiral, el haz láser incidente atraviesa la capa de policarbonato transparente y la capa de pigmento, hasta llegar a la capa superior metalizada cm oro, donde se refleja (en ella está enfocado). El haz reflejado -correspondiente al punto leído- es sensado por un fotodiodo, pasando ahora primero por la capa de pigmento y luego por la transparente. Según que el punto de la capa de pigmento por donde pasó el haz incidente (y retomó reflejado) esté decolorado ("pit") o no ("land"), el haz reflejado tendrá distinta intensidad, lo cual será detectado por el fotodiodo. Puntos sucesivos de igual intensidad luminosa constituirán un "pit" o un "land", según el valor de la intensidad detectada.

No es necesario grabar toda la espiral de un CD-R de una sola vez (sesión). Es factible hacerlo en tantas "sesiones" como archivos se quiera incorporar a lo largo del tiempo, hasta completar la capacidad del CD-R (como ser, 650 MB).

Una vez grabada una porción de la espiral, no puede borrarse y ser regrabada. Por tal motivo, los CD-R también se denominan CD-WO (Write Once, o sea de una escritura). Esta imposibilidad de regrabación ha motivado su uso en el ámbito contable y financiero, pues garantiza datos no borrables para auditorias. Por lo general, los CD-R se reconocen a primera vista, por el color dorado de su etiqueta.

Los primeros 4 mm de ancho radial de una espiral de un CD-R o de un CD-ROM constituyen el "lead in", que antecede a la zona de datos. Esta es de unos 29 mm de ancho, y le sigue el "lead out" de 1 mm.

En un CD-R, el "lead-in" es precedido por dos áreas necesarias para alinear el haz láser a fin de poder grabar lo que sigue. Cada sesión de grabado de la espiral debe comenzar con la escritura de un "lead in", y terminar con la de un "lead out". A su vez, cada "lead in" debe contener la tabla de contenidos ("Tabla of contents" TOC), índice de los datos grabados en la sesión correspondiente.

Debe mencionarse que un CD-R grabado en "multisesiones" debe ser leído por un lector de CD-ROM apropiado (como son los actuales). De no serlo, sólo leerá la primer sesión.

Existen grabadoras/lectoras de CD-R de varias velocidades (x1, x2, x4 ... ). A mayor velocidad debe usarse un láser más potente para producir más calor, de forma de poder atacar adecuadamente los puntos requeridos en la espiral. Existen discos vírgenes CD-R para distintas velocidades, cuyo sustrato disipa distinta cantidad de calor en correspondencia con su velocidad de grabación.

Los discos WORM ("Write Once Read Many") fueron los precursores de los CD-R. La tecnología WORM no está normalizada: ciertos discos sólo pueden insertarse en unidades de un determinado fabricante. Estos discos son de 5 1/4", y vienen en "cartuchos" semejantes a los de plástico que protegen los disquetes magnéticos de 3 1/2", para ser insertados en las unidades correspondientes. Además existen discos con datos grabados en espiral, y otros con pistas

109

concéntricas. Según la norma seguida por los fabricantes, un cartucho de 5 1/4" puede tener ya sea 640 MB ó 1,2 GB. Discos de 12" usados en redes pueden guardar más de 6 GB.

Por su capa orgánica los CD-R no deben ser expuestos a excesivo calor (por ejemplo dentro de un automóvil o sol directo) o humedad, pues pueden reducir su vida útil, o ser inutilizables por filtraciones de cyanina. También se debe cuidar de no escribir con bolígrafo su etiqueta, dado que la presión ejercida puede dañarlos. Una unidad CD-R puede leer un CD-ROM, y viceversa.

¿Cómo se direcciona y localiza un sector de la espiral en un CD-ROM o en un CD-R ?

Tanto en el CD-ROM grabado en serie por inyección de material, como en el CD-R grabado en una unidad de grabación, la lectura de los archivos contenidos es casi directa (random), sin tener que empezar a buscar desde el comienzo de la espiral, merced a que los sectores grabados en ésta son localizables por su dirección.

Cada sector de un CD-ROM o de un CD-R se identifica por una dirección formada por tres números. Volviendo al CD antes ejemplificado de 60 minutos y 270.000 sectores, los dos números primeros de una dirección son los minutos y segundos horarios (mm:ss); cada uno puede variar entre 00 y 59 (para indicar 60 números distintos). A partir del comienzo de la espiral minutos y segundos van progresando en forma absoluta desde 00:00 hasta 59:59 como indicadores de direcciones de los sucesivos sectores de la misma, y sirven de primer referencia para localizarlos.

Pero para individualizar cada sector hace falta un tercer número, dado que, por ejemplo, si en un CD x1 lee 75 sectores por segundo, suponiendo que un sector se lea luego de transcurridos 23 min. 40 seg. del comienzo (00:00) de la espiral, los 74 sectores siguientes en su dirección contendrán los números 23:40, puesto que la menor medida de tiempo en este sistema es el segundo. A fin de individualizar cada uno de los 75 sectores con dirección 23:40 se agrega otro número designado número de sector, que va de 0 a 74. Entonces, ese primer sector que está justo en 23:40 tendrá por dirección 23:40 0; el siguiente 23:40 1; y así hasta el 23:40 74, luego del cual seguirá el de dirección 23:41 0, etc. En esencia, es como dividir el segundo en 75 fracciones, puesto que en un CD x1 cada sector se lee en 1/75 de segundo.

Minutos y segundos pueden combinarse para formar 60 x 60 = 3.600 combinaciones de números distintos. Cada una de ellas puede asociarse a un número de sector, que va entre 0 y 74 (o sea se pueden indicar 75 números distintos). Por lo tanto, en total pueden formarse 3.600 x 75 = 270.000 combinaciones (direcciones) distintas, una para cada sector.

Conforme a lo anterior, las direcciones irán progresando como sigue:

00:00 0 00:00 1 00:00 2 ... 00:00 73 00:00 74; y para el siguiente segundo:

00:01 0 00:01 1 00:01 2 ... 00:01 73 00:01 74; y para el siguiente segundo:

00:02 0 00:00 1 00:02 2 ... 00:02 73 00:02 74; y para el siguiente segundo:

00:59 0 00:59 1 00:59 2 ... 00:59 73 00:59 74; y para el siguiente segundo:

01:00 0 01:00 1 00:00 2 ... 01:00 73 01:00 74; y para el siguiente segundo:

01:01 0 01:01 1 00:01 2 ... 01:01 73 01:01 74; y para el siguiente segundo:

01:02 0 01:02 1 00:02 2 ... 01:02 73 01:02 74; y para el siguiente segundo:

110

Los últimos 75 sectores, del total de 270.000 de la espiral de 60 min. de duración deben tener por dirección:

59:59 0 59:59 1 59:59 2 ... 59:59 73 59:59 74

De esta forma, el sector 155 contado desde el comienzo de la espiral, tendrá por dirección 0:2 4 Suponiendo que se conoce la dirección del sector al que se ordena acceder (lo cual implica haber consultado un archivo de subdirectorio, según se verá), el microprocesador de la unidad lectora dará la orden de traslado rápido del cabezal (según la recta en que se desplaza) a la porción de la espiral donde se encuentra dicho sector, en función de los minutos y segundos de su dirección. Luego, el haz láser del cabezal (enfocado en la capa metálica) traspasará la capa transparente protectora, y leerá direcciones de sectores de dicha porción, para que se puedan hacer ajustes finos del posicionamiento del cabezal (y de la velocidad de rotación), hasta encontrar el sector al que se quiere acceder.

El tiempo medio de acceso a un sector de la espiral depende que el CD sea x1, x2, x4, etc. Así tenemos:

CD x 1 (velocidad simple), lee 75 sectores/seg, (como los CD-DA) y transfieren 150 KB/seg.

CD x 2 (velocidad doble): tiempo de acceso 400 mseg; lee 150 sectores / seg y transfiere 300 KB / seg.

CD x 4 (cuádruple velocidad): tiempo de acceso 240 mseg; lee 300 sectores/seg y transfiere 600 KB/seg.

CD x 6 (séxtuple velocidad): tiempo de acceso 170 mseg, y transfiere 900 KB/seg.

CD x 8 (óctuple velocidad'): tiempo de acceso 160 mseg, que transfiere 1,2 MB/seg.

Como en los discos rígidos, las mayores velocidades de giro de los CD x2, x4, etc. implican mayores velocidades de transferencia, dado que el haz láser lee más bit/seg., lo cual se traduce en que pasarán más rápido a la electrónica de la lectora de CD, y por ende a memoria principal. En multimedia muchas aplicaciones pueden tener serios problemas de continuidad de sonido e imagen si usan CD x1 ó x2.

La performance de un reproductor de CD-ROM también depende del tamaño del buffer de su interfaz (típicamente de 256 KB), y de la calidad de su electrónica.

El número de ceros entre dos unos, por limitaciones técnicas, no puede ser mayor que once, ni menor que tres. Nos encontramos con una convención y problemática semejantes a las existentes con la codificación RLL de los discos rígidos. Para los CD (de audio o de datos) se usa la codificación EFM ("Eight to Fourteen Modulation"). En ésta, grupos de 8 bits a grabar se convierten a 14 bits, según la tabla de la izquierda.

De esta forma, 16 ceros seguidos se codifican mediante 28 bits en EFM, entre los cuales existirán 6 unos. Para poder separar dos bytes consecutivos, de forma que codificados en EFM no puedan existir menos de dos ceros entre dos unos, se agregan 3 "merge bits", pasándose así de 14 a 17 bits por cada grupo de 8.

En esencia, la codificación EFM es un caso particular de la llamada "modulación" PCM (Pulse Code Modulation) usada para codificar información digital.

111

¿Cómo son en detalle los sectores de un CD y el código CIRC?

El hecho de que un CD de audio digital (CD-DA o CD player) pueda ser escuchado en la lectora de CDROM de una PC implica que la información está estructurado de manera semejante en ambos. En lo que sigue, se describirá la trama interna de un CD-DA, para luego mostrar su diferencia con el CD-ROM.

Los formatos de los sectores de los distintos tipos de CD tienen un origen común en el CD-DA. En éste un sector comprende 98 sub-bloques ("frames") iguales codificados en EFM.

Cada "frame" comienza con 27 bits para sincronismo, y luego siguen 17 bits en EFM (1 byte real, con bits PQRSTUVW) para control. Después siguen 476 bits en EFM (28 bytes reales) compuestos por 24 bytes de datos mezclados con 4 bytes adicionales para el código detector-corrector de errores designado CIRC (Cross Interleaved Reed-SalomoW Code). Luego siguen otros 68 bits EFM (4 bytes) de CIRC.

Los bytes de CIRC sirven para asegurar que sólo puede haber un bit errado no corregido por cada 108 bits = 100 millones de bits (1/108 = 10-8) en un CD-DA, lo cual no es perceptible escuchando música, pues cada segundo se leen 75 sectores. Si un sector está malo el oído no lo nota, dado que el reproductor de CD esta programado para repetir en este caso el sector anterior.

En total, un "frame" (cuadro/trama) consta de: 27 + 17 + 476 + 68 = 588 bits (en codificación EFM). De acuerdo con lo anterior, un sector -por contener 98 "frames" con 24 bytes reales para datos cada uno- puede almacenar en total: 24 x 98 = 2352 bytes de datos.

Dado que la capacidad máxima de un CD-DA puede ser 680 MB, ello implica que consta de: 680 x 1.048.576 bytes/2352 bytes = 300.000 sectores (1 MB = 1.048.576 bytes).

Conforme a lo descripto, la espiral de un CD esta compuesta por una sucesión continua de "frames", siendo que cada 98 "frames" consecutivos forman un sector (bloque). No existe separación alguna entre un sector y el siguiente. Se utiliza la zona de datos del primer "frame" de cada sector para guardar información que identifica dicho sector. (mm:ss y número de sector).

Otra forma de representar un sector sin detallar "frames" concentra en un solo campo los 2352 bytes de datos del mismo antes calculados, que en realidad están repartidos en sus 98 "frames". También los 4 bytes de CRC, que aparecen una vez junto con los datos y otra vez solos en cada uno de los 98 "frames", se concentran en dos campos contiguos, cada uno agrupando un total de 4 x 98 = 392 bytes Los 8 bits PQRSTUVW del byte de control de cada "frame", llamado "subcódigo", en un sector totalizarán: 1 x 98 = 98 bytes de control. Los bits de sincronismo de cada "frame" no aparecen. De los 2352 bytes se usan 16 para sincronismo e identificación del sector, quedando 2336 bytes para datos.

Todos los bits P de los 98 "frames" de un sector, constituyen el "subcanal P" del mismo (que se conoce totalmente cuando se termina de leer dicho sector), el cual indica si el sector contiene música o datos para computación. Los datos de un subcanal P a lo largo de un CD (compuesto por los bits P de todos los sectores) pueden Regar a 4 MB. Del mismo modo, los 98 bits designados Q conforman el "subcanal Q".

En los subcanales o subcódigos P y Q, que entre otras cosas indican si la grabación es de 2 ó 4 canales, el tipo de pre-énfasis empleado en la grabación musical, si se trata de sectores en blanco entre temas musicales, el número de tema grabado, y la codificación que sirve para visualizar en el reproductor tiempos en mm:ss.

112

Con los 6 bits R a W de los 98 sub-bloques se forma un subcanal auxiliar menos utilizado, con información para sincronización, identificación y otros fines.

Usando los subcanales es factible almacenar, además de la música, imágenes fijas (unas 700) o móviles.

Cada sector consta de 588 x 98 = 57.624 bits. Multiplicando este valor por los 300.000 sectores de un CD, resulta un total cercano a los 20 mil millones de bits, de los cuales sólo 680 MB son para datos del usuario Este tipo de CD puede guardar 650 MB en un disco de 74 minutos, y 553 MB en discos de 60 minutos.

Hasta acá el CD-DA. Los CD-ROM y los CD-R presentan la misma Estructura de 98 "frames" por sector.

Pero el error de un bit cada 108, admisible en un CD-DA, no puede ocurrir en un CD-ROM usado en computación, en especial si contiene archivos de programas. En un CD-ROM conservar la integridad de los datos guardados es más crítica que en un disco rígido, dado que si en este último se tiene sectores malos, esto puede subsanarse copiándolos en otros sectores, lo cual no es factible de realizar con los datos de un CD-ROM.

Por ello, en el formato "modo 1" de un CD-ROM, que es el más universal, además del código CIRC existente en cada "frame" (igual al visto en un CD-DA), se usan 288 bytes de los 2352 bytes para datos, a fin de realizar una corrección adicional sobre todo el sector. Esta se lleva a cabo luego que se hicieron las correcciones CIRC en cada "frame" del sector, mediante sus dos CIRC, como se describió en el pie de página anterior. Estos 288 bytes constan de 4 bytes de código detector errores (EDC), más 8 bytes cm ceros, más 276 bytes de código corrector. De este modo, sólo es factible un bit errado por cada 10.000.000.000.000 de bits (1/1013 = 10-13), o más. Un lector de CD-DA no puede interpretar estos 288 bytes (escritos con los datos), por lo que no puede leer un CD-ROM. A diferencia, un lector de CD-ROM puede leer un CD-DA.

En un CD-ROM, en un CD-R, como en un CD-DA, de los 2352 bytes de datos del sector, deben destinarse al comienzo, en la zona de datos del primer frame, 12 bytes para sincronismo del sector (que existen además de los bits de sincronismo de cada "frame" del mismo), y 4 bytes para el encabezamiento ("header"). Este contiene en 3 bytes los valores de minutos (mm), segundos (ss), y números (de 0 a 74) descriptos, que identifican cada sector. El cuarto byte indica el "modo".

Por lo tanto, cada sector de un CD-ROM "modo 1" guarda en neto: 2352 - 12 - 4 - 288 = 2048 bytes reales (2 K) de datos.

Puesto que un sector de un CD-DA o CD-ROM, o CD-R presenta 98 "frames" de 24 bytes de datos, y se leen 75 sectores/seg (CD-ROM x1), para esta velocidad de lectura corresponde una velocidad de transferencia de (98 x 24) Bytes/sector x 75 sectores/seg = 176.400 Bytes/seg. (que se duplica, triplica, etc., para 2x, 3x ... ).

De uso menos frecuente en computación es el formato "modo 2" de 2336 bytes para datos por sector, para aprovechar casi 15% más el espacio que en el modo 1, dado que, (como en los CD-DA) no se emplean 288 bytes adicionales para una ulterior corrección. Este formato es eficaz en aplicaciones donde el error de 1 bit en 108 citado no es crítico, como ser en el ahnacenanúento de imágenes.

También existe el formato CD-ROM X-A (de extended Architecture), para multimedia, que agrega un campo de 8 bytes ("sub-header"), quedando libres 2324 bytes para datos. Permite reunir secuencias de video sincronizadas con texto y sonido comprimidos.

113

Los reproductores de CD actuales pueden leer CD-ROM, CD-R (de varias sesiones), CD-ROM X-A, Photo CD, Video-CD, CD-I, CD-plus, y CD-DA.

¿Qué es el formato lógico HSG/ISO 9660 para organización interna de un CD-ROM usado en sistemas operativos para almacenar archivos?

Las siglas HSG hacen mención al High Sierra Group, grupo de fabricantes de hard y soft que se reunió en el High Sierra Hotel de Nevada en 1985, para establecer normas de compatibilidad entre CDs. Estas con muy pocas variantes constituyera luego el estándar ISO 9660. De ahí la denominación HSG/ISO 9660. Este estándar sirve para acceder a archivos en un CD-ROM, a través del DOS u otro sistema operativo de uso en una PC. Según el mismo, un sistema operativo -para almacenar la información o leerla- "ve" un CD-ROM conformado por una sucesión de sectores lógicos de 2048 bytes (2KB) como en una cinta magnética, constituidos a su vez por 4 bloques lógicos de 512 bytes.

Un archivo se guarda en una secuencia continua de bloques lógicos.

Tanto los sectores lógicos como los bloques lógicos se numeran 0,1,2... Estos números identificatorios se denominan Logical Sector Numbers (LSN), y Logical Blocks Numbers (LBN), respectivamente.

Resulta, pues, que el tamaño de un sector lógico (2 KB) coincide cm el de un sector antes definido, también llamado sector físico, siendo que en un sector físico entran 4 bloques lógicos de 512 bytes.

El sector lógico 0 (SLN 0) se encuentra luego que pasaron 150 sectores físicos, en el sector físico de dirección 00:02 0, o sea en el sector que está a 2 seg. del comienzo del CD, suponiendo que pasan 75 sectores por segundo por el punto de incidencia del rayo láser enfocado en la espiral.

Mediante un simple cálculo, con el SLN se puede hallar la dirección del sector físico que le corresponde.

Según se vio, en un disquete o en un disco rígido un archivo puede estar fraccionado: parte en sectores consecutivos de un cilindro, y parte en sectores consecutivos de otro(s) cilindro(s). Ello depende del espacio existente cuando fue creado, de su extensión, y del hecho de que si el archivo fue ampliado en distintas oportunidades, en el lapso transcurrido entre éstas fueron creados o borrados otros archivos.

En un CD la espiral una vez grabada no puede borrarse (sea del tipo CD-ROM grabado por inyección en un molde patrón, o un CD-R). Cada archivo guardado en el CD consta de varios sectores consecutivos de la espiral, sin posibilidad de fragmentación, ni de cambios (gran estabilidad). Resulta así sencillo ubicar en un CD todos los bloques lógicos que constituyen un archivo, pues basta indicar la ubicación del primero de ellos y el número total de tales bloques.

Por lo tanto, un CD no requiere de una tabla tipo FAT, necesaria para seguir la continuidad de un archivo que se encuentra fraccionado en distintos cilindros de un disco o disquete.

La denominada "Path table" ("tabla de alternativas") de un CD, contiene -por orden alfabético- los nombres de todos los directorios y subdirectorios, junto con el número de sector lógico (SLN) donde cada uno de ellos empieza, con lo cual puede determinarse en qué sector físico están. Puede haber varias tablas. Si una copia de esta tabla pasa a memoria principal, en ella se selecciona el subdirectorio buscado, y luego es factible perder tiempo únicamente para acceder a un solo sector del CD, donde dicho subdirectorio se encuentra, a fin de localizar por su nombre un archivo que forma parte del mismo. Para traer a memoria la "Path Table", el sistema operativo debe averiguar en qué sector del CD ella está. A tal fin primero debe llevar a memoria el Descriptor

114

de Volúmen estándar (VD), que siempre debe existir en el SLN 0. Este sector y hasta el SLN 15 están reservados para el área del sistema; o sea que ésta consta de 32 KB (16 sectores de 2KB). Luego, se extiende el área de datos hasta el fin del CD. Este VD también permite localizar el SLN del área de datos donde se encuentra el "directorio raíz" del CD, a partir del cual comienza la estructura jerárquica de subdirectorios y archivos contenidos en el CD, como en los discos y disquetes.

Conforme al estándar HSG, pueden existir en el área del sistema un "boot sector", y hasta 5 descriptores de volumen distintos, que informan sobre distintos atributos del CD, siendo obligatoria la existencia del VD estándar. Esta información debe estar en sectores consecutivos, a partir del SLN 0, al final de los cuales un sector lógico debe indicar el fin de la secuencia de sectores ocupados en el área del sistema.

Los descriptores de volumen posibilitan la creación de varios directorios en un CD (o para un grupo de CD)

¿En qué consisten las técnicas magneto-ópticas (MO) y de cambio de fase usadas en discos ópticos borrables?

Los discos borrables magneto-ópticos (M0) presentan una fina capa de material magnetizable y reflectante, protegida entre dos capas de material plástico transparente. La capa magnetizaba guarda la información en pistas concéntricas, que se graban y leen a velocidad angular constante (CAV: constant angular velocity) como ocurre en los discos magnéticos. También como en éstos, mientras el disco gira, el cabezal primero se posiciona en la pista a la que se quiere acceder, quedando inmóvil sobre ella (al igual que el cabezal de los discos magnéticos), y luego busca al sector (de 512 ó 1024 bytes) direccionado.

En la escritura un cabezal con un haz láser auxilia con calor puntual la grabación N-S o S-N que llevará a cabo un campo magnético. Dicho haz, en la lectura de un sector, al ser reflejado por la capa magnetizada servirá para detectar si el punto donde incidió tiene polarización magnética correspondiente a un uno o cero.

El tiempo de acceso puede ser hoy de 30 mseg. para discos MO de 3 1/2", y velocidades de 3000 r.p.m.

Los discos MO se alojan en los denominados "cartuchos" ("cartridges"), semejantes a los que protegen disquetes magnéticos. Pueden grabarse y leerse en ambas caras, pero en el presente de a una por vez, debiéndose extraer el disco para darlo vuelta y reinsertarlo. Existen discos MO de 5 1/4", con 325 ó 650 MB por cara; y de 3 1/2" con 128 MB por cara.

Dado que no existen aún normas acordadas mundialmente, puede ocurrir que un disco MO de un fabricante no funcione en una unidad para tales discos de otra marca.

Como se detallará, en la grabación de unos y ceros de un sector, debe generarse un campo magnético de polaridad adecuada mediante un electroimán, como en los discos magnéticos.

Pero para que tal grabación sea posible, debe acompañar al campo magnético un haz láser puntual de cierta potencia, perpendicular a la pista, que caliente los puntos de ésta (dominios mgnéticos) que son magnetizados como ceros o unos. Esto permite una mayor densidad de grabación, especial en el números de pistas por pulgada (t.p.i).

En la lectura de una pista, no interviene el electroimán citado. Este sensado se hace con un haz láser de baja potencia, cuya reflexión permite diferenciar campos magnéticos, ya sean de unos o ceros grabados.

115

Otra diferencia de los MO respecto de los magnéticos, radica en que la superficie de material magnetizable y reflectiva (actualmente de Cobalto-Platino) que contiene la información grabada, está protegida por una capa de plástico translúcida.

Para regrabar (o grabar en un disco virgen) información en un sector, una forma de hacerlo es realizando dos pasos (previamente el cabezal debe acceder al sector a grabar):

1. Un denominado borrado, que en definitiva es una escritura de todos ceros en la porción de la capa magnetizable a grabar. Consiste en calentar con el láser los puntos microscópicos magnetizados que guardan tanto los unos como los ceros existentes en la porción a grabar (lo mismo si se graba por primera vez), al mismo tiempo que se aplica un campo magnético con el electroimán que actúa desde la cara superior del disco. El láser puntual calienta (a unos 150 ºC durante menos de una millonésima de segundo) cada punto a fin de desmagnetizarlo, para que luego quede polarizado magnéticamente S-N como un cero, merced a la acción del campo magnético del electroimán citado. Aunque dicho campo actúe sobre otros puntos vecinos, sólo puede ser cambiada la polaridad magnética del punto que es calentado por el láser.

Se trata, pues, de una escritura termomagnética "asistida" por láser.

La bobina del electroimán sobre el disco genera el campo rnagnetizador externo -usado sólo para grabar- que es vertical a la pista accedida.

El calor es disipado por la capa grabada hacia todo el CD.

2. Escritura de unos, para lo cual el disco debe hacer casi una revolución para volver al inicio de la zona del sector a grabar. En este paso el electroimán invierte la polaridad del campo magnético que genera, y el haz puntual es activado por el microprocesador, sólo para calentar puntos que deben ser cambiados a unos (magnetizados como ceros en el paso anterior) conforme a la información que debe ser realmente escrita. Esto se hace igual que en el paso 1. Lo único que cambia es la dirección de la corriente en el electroimán. En dichos puntos la dirección de magnetización se invierte en la dirección del campo magnético externo. La energía calorífico absorbida es disipada merced a la conducción técnica del sustrato del disco.

Tanto en la escritura de unos o ceros la polarización resultante N-S o S-N es perpendicular a la superficie, como en los discos rígidos actuales, a fin de lograr una mayor densidad de grabación.

En una lectura, el cabezal se posiciona en la pista a leer, y genera un haz de luz láser, de baja potencia siempre activado, el cual polarizado' es enfocado en esa pista de la superficie metálica, antes magnetizada según los dos pasos citados. El haz láser al ser reflejado en dicha superficie permite detectar indirectamente la polaridad magnética (N-S ó S-N) de cada uno de los puntos de la pista, o sea si representa un uno o un cero. Esto se debe a que el plano de polarización del haz reflejado rota un pequeño ángulo en sentido horario o antihorario según la polaridad del campo magnético existente en cada punto donde el haz incidió. Tal diferencia de rotación del haz reflejado se manifiesta en un cambio en la intensidad de luz que detecta un diodo sensor, ubicado en el cabezal, que convierte este cambio en una señal eléctrica.

En el presente existen discos MO de escritura en una sola pasada (DOW: Direct Overwriter o LIMDOW: Light Intensity Modulation Direct Overwriter), o sea de sobreescritura directa Una técnica consiste en agregar una capa MO adicional, paralela a la que actúa como memoria propiamente dicha, para que puntos de ésta puedan ser puestos a cero por la capa adicional.

¿Qué son los CD-RW o CD-E?

116

CD-RW son las siglas de CD ReWritable, o sea CD re-escribible (como los MO), asociado a la tecnología de regrabación por cambio de fase. También se denominan CD-E (CD-Erasable) o sea CD borrable. Esta tecnología se basa en la propiedad que posee una capa de material como el teluro (mezclado con germanio o antimonio), de cambiar del estado amorfo (0) al cristalino (1) si se alcanza la "temperatura transición" (100 ºC ó más); y de volver de cristalino a amorfo, si se alcanza la "temperatura de fusión" y se deja enfriar.

Para escribir un uno en un punto de una pista del disco, un láser con baja potencia lo calienta rápidamente hasta la temperatura de transición. Si el estado físico del punto era amorfo, pasa a cristalino; y si ya está en este estado, quedará igual. Un cero se escribe calentando el punto hasta la temperatura de fusión, usando el láser con alta potencia. Al enfriarse pasa al estado amorfo, y si estaba en ese estado volverá al mismo.

La lectura de las pistas así grabadas se realiza con el mismo cabezal, recorriéndoles con el láser de Potencia diez veces menor. La luz láser reflejada al ser sensada permite detectar, por diferencias de reflectividad, los cambios de un estado físico al otro, a lo largo de la pista. Un punto en estado cristalino refleja el 70% de la luz incidente, y en estado amorfo el 18%.

Obsérvese que esta tecnología es puramente óptica, sin magnetismo, requiriéndose tina sola pasada para escribir, a diferencia de la MO, que necesita borrar (escribir todos ceros) y luego escribir los unos. Para escribir o leer este tipo de discos se requiere grabadoras y lectoras apropiadas para su tecnología. Se estimaba hace poco un CD-E puede regrabarse unas 100.000 veces (contra 10 millones de un MO). Realizando 50 reescrituras diarias, duraría 5 años (de 365 días). Ha habido avances al respecto. Las unidades CD-RW pueden también leer los CD-ROM y CD-R, siendo además que estos CD (y los MO) cumplen con el formato UDF (Universal Disc Format) normalizado por la Asociación OSTA, que facilita a los sistemas operativos el acceso a discos.

¿Qué son los discos y unidades PD?

Los discos PD (Phase change/Dual) se basan en la tecnología de cambio de fase tratada, pero las pistas generadas son concéntricas, como en los discos magnéticos (en los CD-WR se tiene una sola pista en espiral) Las unidades PD también pueden leer discos con espiral (CD-ROM, CD-R, CD-RW), de donde proviene la denominación "dual". Por tal motivo aparecen con la denominación PD/CD-ROM.

¿Qué son los DVD-ROM, leídos con láser azul?

Los DVD-ROM (Digital Versatil Disk) de "simple capa" tienen el mismo tamaño que un CD-ROM de 680 MB, y se basan en la misma tecnología de grabación y lectura que éstos, pero pueden almacenar 4,7 GB de datos (7 veces más), video o audio. Típicamente pueden transferir unos 0,6 NO/seg (como un CDx4) para entretenimientos, y 1,3 MB/seg para computación (como un CDx1O). Esto se ha logrado:

Disminuyendo a la mitad la longitud de los "pits" en relación a un CD-ROM. Llevando al doble que un CD-ROM el número de vueltas por pulgada radial de la espiral.

Usando un haz láser de color azul, de menor longitud de onda que el rojo, a- fin de poder sensar "pits" de menor longitud.

El DVD estándar que se comercializará en el mercado es fruto del acuerdo entre Phillips - Sony (creadores del "Multimedia CD"- MMCD), y Toshiba (que con otros grupos desarrolló el Super Density - SD). Este DVD puede almacenar 2 hs de video de calidad, con títulos y sonido. Asimismo, los 4,7 GB permiten guardar 135 minutos de films (duración típica de una película de

117

cine) en reemplazo de una cinta de video. Esto es así, dado que con compresión MPEG2 se requiere, para transferir imagen, sonido y títulos, cerca de 0,5 MB/seg. Si efectuamos: 135 min x 60 seg/min x 0,5 MB/seg., resulta un valor cercano a 4,7 GB.

Los DVD-ROM de "doble capa" presentan una capa semi-transparente reflectiva con oro (que puede guardar 3,8 GB), la cual se encuentra debajo de la capa reflectora (4,7 GB) metalizada con plata. Sumando ambas capacidades resultan en total 8,5 GB.

Para leer la capa semi-transparente el haz láser es enfocado en ella con baja potencia, mientras que la lectura de la capa reflectiva se realiza enfocando en ésta el haz, ahora con mayor potencia, para que atraviese la capa semi-transparente al incidir, y cuando se refleja.

También se están fabricando DVD-ROM de "simple capa" y "doble cara", para ser leídos en ambas caras, con lo cual se logra 4,7 GB x 2 = 9,4 GB; y DVD-ROM de "doble capa" y "doble cara", de 8,5 x 2 = 17 GB. Estos CD están muy expuestos a las rayaduras, por ser más finas las capas protectoras transparentes.

¿Qué son los DVD-RAM?

Un DVD-RAM es análogo a un CD-RW re-escribible antes descripto, pero tiene mayor capacidad, merced al empleo de un láser de menor longitud de onda que los usados.

Debido a las limitaciones de fabricación masiva de láseres azules de potencia de corta longitud de onda, la capacidad de los DVD-RAM es de 2,6 GB frente a los 4,7 GB de los DVD-ROM.

Potencialmente, los DVD-RAM pueden ser competidores de las cintas magnéticas para "backups" si el costo por byte almacenado lo justifica.

118

Las impresoras

Este dispositivo de salida es el que se utiliza para obtener copias impresas de la información ingresada al computador, como de los resultados obtenidos (programas, datos, gráficos, etc.). Algunas impresoras pueden usar tanto formulario continuo, como también hojas sueltas estándar, sobres, transparencias etc.

Características técnicas de las impresoras:

Las medidas del papel se expresa en milímetros o bien en pulgadas, pero generalmente nos referimos a medidas de papel estandarizadas por la industrias.

Densidad de caracteres: En modo texto se expresa en caracteres por pulgada (cpi) e indica el número de caracteres que puede imprimirse en cada pulgada. Las densidades más comunes en modo de texto son:

Pica 10 cpi Elite 15

Condensado pica 17

Condensado elite 20

Densidad de líneas: indica el espacio entre líneas y se expresa en pulgada o milímetros. El estándar es 1/6" lo que produce 66 líneas en una hoja tamaño carta (8«" x 11"), pero se puede ajustar a por ejemplo 1/8" o cualquier otra medida determinada por el usuario.

Nota: En modo grafico se expresa la densidad como resolución y se da en puntos por pulgada (dpi).

Forma de alimentación del papel: el arrastre del papel puede ser:

Fricción: Son dos rodillos que jalan el papel de hojas sueltas metiéndolo delante del cabezal de impresión. Algunas impresoras cuentan con un sistema de bandeja para poner un grupo de hojas.

Tractor: Las impresoras con mecanismos de tractor emplean el denominado papel continuo plegado hoja a hoja de forma complementaria (fan fold), en cuyos laterales existen sendas franjas de agujeros que se insertan en el mecanismo de arrastre (orugas) que es accionado por un motor.

Velocidad de escritura: se expresa en caracteres por segundo (cps) o bien en paginas por minuto (ppm). La velocidad depende en gran medida del mecanismo y tipo de impresión, es decir en una misma impresora a mas definición de los caracteres (NQL) menor velocidad. Las velocidades características de los tipos de impresoras más comunes son:

Impresoras de matriz de puntos: 40 a 260 cps en 10 a 20 cpi rápidas: 500 a 1200 cps

Impresoras de inyección de tinta: 4 a 12 ppm en 300 a 720 dpi

Impresoras láser: 6 a 25 ppm en 600 a 1200 dpi rápidas: 12 a 38 ppm

119

Tamaño del buffer: dado que el computador entrega los datos a una velocidad mucho mayor que la de escritura de la impresora, toda impresora debe tener esta memoria RAM interna llamada buffer. Los datos que llegan del computador se almacenan en este buffer y la impresora los extrae del mismo para realizar su impresión. Cuando el buffer está lleno se comunica al computador la imposibilidad de recibir más datos. La capacidad del buffer puede ser de una o varias líneas. Así pues, cuando hay que escribir algo, el computador no tiene que estar bloqueado esperando, sino que mandará un bloque de datos llenando el buffer y se dedicará a otras tareas hasta que el buffer esté vacío nuevamente, instante en el que procederá a transferir un nuevo bloque de datos.

Velocidad de transmisión: depende de los circuitos electrónicos internos de la impresora y se expresa en caracteres por segundo (cps).

Tipo de interface: los tipos de interface normalizados y más frecuentes de impresoras son:

Centronics (paralelo): El interface paralelo Centronics consta de un grupo normalizado de líneas, a través de las que el computador transfiere los datos a imprimir la orden de impresión y la impresora responde si está libre o no para recibir los datos si ha detectado algún tipo de errores, se ha terminado el papel, etc.

RS-232 (serie): Es una interface de tipo serie que está definido en función de las características de los niveles electrónicos que se otorgan a los bits de información a transferir.

Bucle de 20 mA (serie): En el bucle de 20 mA la comunicación se establece de forma serie, mediante niveles de intensidad de corriente eléctrica.

IEEE 488 (paralelo): IEEE 488 es un bus de comunicación normalizado para conexiones entre computador y dispositivos periféricos.

Posibilidad de escribir distintos tipos de letra: normalmente las impresoras pueden escribir con distintos tipos de letra: seleccionable tanto por software como por hardware.

Posibilidad de escritura de caracteres especiales: el alfabeto de algunos idiomas incluye caracteres únicos o especiales. Este es el caso del castellano en el que existe la letra ñ. Algunas impresoras pueden escribir este tipo particular de caracteres seleccionando la opción a través de determinados microinterruptores internos.

Espacio proporcional: el espacio entre los caracteres se mantiene proporcional compensando la escritura sucesiva de letras "anchas" (por ejemplo la "i").

Posibilidad de subrayado: algunas impresoras permiten el trazado de líneas subrayando caracteres.

Máximo número de copias: indican el número máximo de copias que pueden imprimirse simultáneamente utilizando papel carbón. Esta posibilidad depende del tipo de impresión. Así por ejemplo, las impresoras térmicas no pueden sacra ninguna copia debida al propio mecanismo de impresión.

Capacidad gráfica: Algunas impresoras de matriz de puntos tienen además la posibilidad de realizar gráficos y dibujos. Las impresoras que permiten esta posibilidad están caracterizadas por la "resolución" de los gráficos que pueden obtener, esto es, por la densidad de los puntos de impresión.

Clasificación de las impresoras:

120

Impresoras por impacto:

Son más económicas, pero muy ruidosas y relativamente lentas. Este tipo de impresoras transfiere los caracteres al papel mediante un mecanismo de percusión, aunque el diseño de las impresoras para el computador varía. Los ingredientes básicos comprenden un martillo percutor, un carácter en relieve, una cinta y el papel.

La técnica de percusión frontal es ligeramente diferente a la mayoría de las impresoras por impacto, porque el carácter en relieve y el martillo o mecanismo percutor integran una unidad. Este tipo se utiliza en la máquina de escribir común.

Esta familia de impresoras se utilizan generalmente para volúmenes pequeños de información, su velocidad puede acceder a las 3.000 líneas por minuto.

Corresponde a ello los siguientes tipos:

Impresoras de matriz de puntos:

Es actualmente la única de este tipo, posee un conjunto de agujas dispuestas verticalmente que puede ser proyectado contra la cinta entintada y el papel al aplicar una corriente eléctrica a sus respectivos electroimanes, volviendo a la posición inicial por mediación de un resorte. Contiene un circuito gobernador de caracteres que transmiten a las agujas los impulsos correspondientes al carácter a imprimir.

La calidad de la impresión en modo texto es aceptables, aunque en modo grafico son bastante mala, ya que se distinguen fácilmente los puntos separados del cual consta el grafico. Su gran ventaja estriba en que son las mas baratas del mercado en el momento de compra y su operación también es la mas económica.

Actualmente se está haciendo el esfuerzo por mejorar la calidad de impresión a base de aumentar el número de pines del cabezal y del numero de puntos que componen los caracteres.

Todos los caracteres se forman a partir de una matriz de 9x7 o 24x7 puntos. Cuando mayor sea la densidad de puntos de la matriz, mejor será la calidad de la letra impresa.

Impresoras de margarita:

Emplea caracteres en relieve colocados en los radios de una rueda de forma parecida a los pétalos de una flor. La impresora hace girar la rueda hasta que el carácter deseado se encuentre frente al martillo que lo proyecta contra la cinta entintada y el papel. La calidad de la escritura es muy elevada y funciona a gran velocidad.

Tiene dos grandes defectos su imposibilidad total de producir gráficos e incluso para cambiar de tipo o tamaño de letra solo se consiguen cambiando la margarita. Obsoleta.

Impresora de banda:

Los caracteres están grabados sobre una banda de acero que giran a gran velocidad. Esta enfrenta el carácter a imprimir con un martillo que lo transferirá al papel, a través de una cinta entintada que se encuentra entre este y la banda de soporte.

Presenta las mismas desventajas que margarita. Obsoleta.

121

Impresoras de línea:

En lugar de escribir carácter por carácter, este tipo de impresoras lo hacen línea por línea, consiguiendo una elevada velocidad de impresión, que oscila entre las 5 y 25 ppm.

Presenta las mismas desventajas que margarita. Obsoleta.

Impresoras de bola:

Su analogía con las máquinas de escribir de bolas es obvia. Los caracteres están distribuidos sobre la superficie de una esfera metálica que se posiciona y golpea el papel, a través de la cinta para realizar la impresión.

Presenta las mismas desventajas que margarita. Obsoleta.

Impresoras sin impacto:

Estas clases de impresoras son más caras, rápidas y silenciosas que las de impacto. Su operación también es mas costosa. Corresponde a este grupo los siguientes tipos:

Impresoras de inyección de tinta:

Hay dos tecnologías de inyección de tinta para impresión a color: térmicas y piezo-electrica. La térmica inyecta tinta al papel usando presión a base de calor, lo cual puede causar fragmentación en las gotas, rociado excesivo y defectos en el registro. El otro inconveniente esta en la calidad de la tinta, ya que las impresoras que usan el sistema térmico solo pueden usar tintas resistentes al calor.

En contraste, la tecnología piezo-electrica incorpora un cabezal que a través de impulsos de alta presión inyecta tinta a la hora.

Con el cabezal piezo-electrico se amplia notablemente la posibilidad de selección de tintas y se mejora el proceso de inyección de gotas, controlando así la forma, el tamaño y la posición en las mismas. La correcta velocidad y calibración en el proceso de eyección de gotas, da como resultado imágenes mas vivas y nítidas, evitando efectos borrosos y manchas. Además estas nuevas tintas súper penetrantes, resistentes al agua, secado rápido, aun en transparencias, pueden aplicarse a cualquier material de impresión obteniendo una calidad fotográfica.

Estas brindan una alta calidad de impresión, inclusive a color y son de operación muy silenciosa.

Impresoras láser:

Las impresoras láser tienen excelente calidad de impresión. Son una mezcla de fotocopiadora, computadora y tecnología láser. Por otro lado tienen muy pocas partes mecánicas movibles, son silenciosas, muy veloces y cada vez mas baratas.

Este tipo de impresoras recogen el principio de la xerografía. El elemento de impresión es un láser de baja potencia que genera un rayo que es modulado por un elemento que permite o bloquea el paso de la luz. Un disco de espejos desvía el rayo barriendo repetitivamente el tambor fotoconductor. De esta forma los caracteres o gráficos quedan trazados eléctrostaticamente sobre el tambor. Al girar este último se pega una tinta pulverizada de carbón (llamada toner) que sólo se adhiere a las zonas expuestas al rayo láser por magnetismo, una página a la vez. Finalmente para fijar las imágenes y evitar el manchado, el papel es calentado antes de salir de la impresora.

122

La mayoría de impresoras láser se parecen muy poco a otros tipos de impresoras, no hay tractores, cintas o cabezales móviles de impresión. Son más bien máquinas de peso y tamaño considerables con aparatos tan variados como un panel de control, una bandeja de papel y un conducto de salida del papel.

Impresoras térmicas:

Funcionan mediante un conjunto de agujas fijas, situadas verticalmente, que pueden calentarse independientemente al aplicar una corriente a su correspondiente resistencia. El calor produce una mancha sobre el papel, que debe llevar un tratamiento químico especial. Puede funcionar en modo gráfico. Este tipo de impresoras trata los caracteres secuencialmente, 7 puntos para cada carácter o impresión paralela de 80 puntos, escritos contemporáneamente.

El mecanismo de impresión está formado por 3 cabezas de 28 puntos térmicos cada una, formando un total de 84 puntos. Este método es muy usado en los equipos de Fax. Es lento y el papel de impresión es caro.

Impresoras electroestáticas:

Utiliza un cabezal de grabación por matriz de puntos que permite que las agujas que comprenden la forma buscada del carácter golpee el papel y que este pase a través de una solución o toner, que contiene partículas de tinta con la carga opuesta. Las partículas se adhieren a las zonas cargadas del papel para formar el carácter. Obsoletas.

Plotters:

Los plotters son periféricos que efectúan dibujos de gran tamaño, usados principalmente en los campos de ingeniería y diseño grafico.

La aparición de los plotters hizo surgir un nuevo concepto en computación: el del dibujo automático, que se realiza mediante un sistema capaz de desplazar un útil de dibujo sobre un soporte. Este útil puede ser una plumilla, un bolígrafo presurizado, etc. El soporte puede ser papel, transparencia, etc.

Para conseguir que el útil de dibujo trace toda clase de figuras, el plotters simulará sobre el papel unos ejes de coordenadas. Existen unos plotters que mueven también el papel. Así, con los dos movimientos, uno del útil de dibujo y otro el papel, se consigue mayor precisión.

123

Puertos USB

La falta de flexibilidad en la reconfiguración de todo computador, ha sido siempre el enemigo de todas las personas que sin conocer mucho de computación y hardware, desearían mantener actualizado su Computador. Ciertamente se ha tenido grandes progresos en este sentido, para esto, solo hay que nombrar adelantos en cuanto a interfaces gráficas se refiere; sabiendo que con Windows 95 es mucho mas sencillo configurar una computadora que con  DOS, y que las arquitecturas de BUS nueva como PCI, ISA P&P y PCMCIA se han constituido sujetos importante en todo proceso de reconfiguración. Sin embargo, no todo es auto configurable, basta mencionar ejemplos como, algunas tarjetas de video, tarjetas de red, y tarjetas que son fabricadas bajo la arquitectura ISA, la cual al no demandar altas velocidades de transferencia de datos sirve para abaratar costos.

Todo lo dicho anteriormente, nos sirve para empezar a comprender, que en estos momentos existe una nueva tecnología para facilitar, por ejemplo la reconfiguración de hardware, expansibilidad e interconexión del equipo con otros periféricos, etc. Este es el BUS SERIAL UNIVERSAL (USB).

Definición del bus serie universal

El bus universal en serie, consiste en una norma para bus periférico, desarrollado tanto por industrias de computación como de telecomunicaciones. USB  permite adjuntar dispositivos periféricos a la computadora rápidamente, sin necesidad de reiniciar la computadora ni de volver a configurar el sistema. Los dispositivos con USB se configuran automáticamente tan pronto como se han conectado físicamente. En las computadoras que cuentan con esta tecnología se puede observar dos conectores de este tipo. Además, se pueden unir dispositivos con USB en una cadena para conectar más de dos dispositivos a la computadora mediante otros periféricos USB que serán detallados mas adelante.

Descripción general de la tecnología USB

Las siglas USB corresponden a Universal Serial Bus, Bus Serie Universal, por lo que como su nombre indica, se trata de un sistema de comunicación entre dispositivos electrónicos-informáticos que sólo transmite una unidad de información a la vez. El bus USB puede trabajar en dos modos, a baja velocidad (1,5 Mbps, para dispositivos como teclados, ratones, que no barajan grandes cantidades de información) y a alta velocidad (12 Mbps, para dispositivos como unidades de CDROM, altavoces, módems RTC e ISDN, etctera). En cuanto a la comodidad, el bus USB  se compacta en un cable de cuatro hilos, dos para datos, dos para alimentación. Esto supone un gran ahorro, tanto de espacio como de material. Deacuerdo a estos parámetros, una de las principales ventajas que se obtiene de USB es precisamente su diseño.

El USB organiza el bus en una estructura de árbol descendente, con múltiples dispositivos conectados a un mismo bus, en la que unos elementos especiales, llamados hubs(periférico que será descrito específicamente mas adelante), enrutan las señales en su camino desde un dispositivo al host o viceversa. Primero está el controlador del bus, Este es el interfaz entre el bus USB y el bus del ordenador. De él cuelgan los dispositivos USB. Los hubs, como son un dispositivo USB más, también cuentan. A un hub se puede conectar uno o más dispositivos, que a su vez pueden ser otros hubs, asi tenemos varios dispositivos conectados a un sólo controlador; como máximo alrededor de 126.

124

Ahora, es conveniente resaltar que todos los dispositivos deben seguir reglas de comportamiento básicas, estandarizadas. Por tanto, todos los dispositivos se configuran de la misma forma, y es mucho más fácil gestionar los recursos que proveen; sin embargo, esto no significa que todos los dispositivos son iguales, sino,  que todos tienen un sistema de configuración idéntico. Para proteger sus identidades, existe una clasificación estandarizada,(gestionada por el controlador) y en función de esa clasificación, los dispositivos se manejan de una forma u otra, siempre cumpliendo los estándares, permitiéndo entre otras cosas, una simplificación en la gestión de los dispositivos, ya que un mismo driver sirve para varios dispositivos de diferentes tipos, aparte de poder tener un número casi ilimitado de dispositivos idénticos en un mismo sistema (siempre se pueden añadir nuevos controladores). Además, el hecho de que no tengamos que tocar (inicialmente) nada en el hardware del dispositivo en sí y que todo sea configurable por software nos lleva a la llamada tecnología  Plug'n'Play (conectar y listo).

Objetivos del bus serie universal

Los objetivos de ésta no muy nueva tecnología, apuntan claramente hacia la vista del usuario, USB es una especificación que posibilita conectar dispositivos a una computadora de forma encadenada, sin tener que abrir en absoluto la caja de la computadora o tener que insertar tarjetas. Todo dispositivo USB tiene la capacidad de ser conectado al computador en pleno funcionamiento, sin tener que reiniciarlo, además la configuración del dispositivo nuevo es inmediata y completamente transparente al usuario, tras lo cual el dispositivo está listo para ser empleado sin tocar un tornillo, menos jumpers, canales, IRQ’s, etc. El proceso de conexión USB es tan sencillo como se muestra en la siguiente Figura.

125

Además, y quizás uno de los objetivos fundamentales de la USB, es que ha sido diseñada para que la PC y las comunicaciones remotas especialmente con MODEM, sean una sola unidad. Y es que las tendencias de computación actuales, apuntan a un mundo totalmente intercomunicado electrónicamente empleando uno de los dispositivos mas conocidos como es el computador personal y el medio de comunicación mas diseminado del mundo: el teléfono.

Puertos seriales, paralelos y su expansibilidad

Ha habido intentos de todos los tipos para ampliar las posibilidades de expansión para las  PC´s, desde aumentar el número de puertos serie y paralelo, hasta "buses" específicos como SCSI. El bus SCSI parecía ser la solución ideal, por velocidad y capacidad de transferencia y por el número de dispositivos conectables a la controladora SCSI, hasta 7 dispositivos en cadena y hasta 15 con Ultra Wide SCSI-2, pero su alto costo, junto con sus problemas de configuración, dieron lugar a la aparición del  USB y el FIREWIRE (IEEE 1394).

Aunque en estos tiempos, la tecnología ha avanzado de forma estratosférica, aun se observa la utilización de la transmisión serie en lugar de la paralela masiva; dado que un bus serie es mucho más fácil de cablear, mantener y fabricar, aunque este sea más lento (El puerto serie es capaz de transmitir hasta 112,5 KB/s y el puerto paralelo entre 600KB/s y 15MB/s). Esto de alguna manera implica que actualmente la mayoría de las computadoras, tienen un limite claro de expansibilidad, generalmente traen 4 ranuras PCI, 4 ISA, 2 puertos seriales y 1 paralelo. Un problema frecuente es contar con dos o mas dispositivos que requieren del puerto paralelo, por ejemplo: la impresora, un escáner, etc, mas aun, los puertos de las computadoras seriales y paralelos y de juegos, no son tipo PnP, esto queda demostrado por ejemplo: cuando un usuario va a una tienda y solicita un dispositivo, el vendedor pregunta si desea el mismo interno o externo, para puerto serial o paralelo, con tecnología ISA o PCI, y asi una serie de problemas. La tecnología USB ataca este problema frontalmente, brindando la posibilidad de conectar a una computadora, mas de un dispositivo, compatible y sencillamente. Sin embargo, la introducción de este bus, no marca un final drástico para los usuarios que poseen conectores serie RS-232 de 9 ó 25 pines, o bien centronic de 25 orificios; aun cuando los PC’s que están disponibles en el mercado, siguen manteniendo estos puertos con sus características habituales, aunque con los beneficios que se pueden obtener de esta tecnología(USB), hace prever la desaparición absoluta a través de los años; de todas formas ya existen en el mercado adaptadores de serie y paralelo a USB, como se muestra en la siguiente figura:

126

En resumen, por ahora, las computadoras personales no han de sufrir ningún cambio particular dentro de la forma tradicional a la que se esta acostumbrado. La única diferencia notable se hallará en la parte posterior de las mismas, donde podremos encontrar los dos conectores USB. Los mismos que provienen de una ficha cuyo cable se inserta en una nueva ranura de la tarjeta madre. En las siguientes figuras se pueden observar, la ficha de 2 conectores y la tarjeta madre respectivamente.

Gama de dispositivos USB y su capacidad máxima de conectividad

Así como ha avanzado la tecnología en los distintos periféricos y elementos electrónicos, mejorando ya sea su resolución, sonido, etc. También los dispositivos de conexión han tenido que mejorar a la par de esto; es por eso que en sus primeras instancias USB (versión 1.0), fue diseñado para conectar periféricos como: módems, ratones, teclados, monitores, equipos estereofónicos, lectores de CD de baja velocidad a 4x o 6x, unidades de disquete, digitalizadores de imagen de baja resolución(scanner), teléfonos, conexiones ISDN, impresoras, unidades para almacenamiento en cinta, etc. En resumen toda clase de dispositivos existentes y los que vayan a crearse aprovechando las ventajas USB; la única condición, es que el dispositivo no requiera de rangos de transmisión superiores a los 12 Mbps,( también con la opción de transmisiones a 1,5 Mbps para dispositivos de baja velocidad, entre ellos los mouse) esto significa que las tarjetas de video, tarjetas de red a 100 Mbps y controladoras de discos duros particularmente, seguirían siendo tarjetas conectadas al interior de la PC. Dadas estas velocidades el Universal serial bus, es capaz de soportar hasta 127 dispositivos conectados directamente a la PC o Host USB, y el resto se Irán conectando entre si de forma encadenada o bien empleando Hub USB.

127

Así como se dijo anteriormente, la tecnología de conexión de los computadores a tenido que modificar su características, para poder entregar mayor calidad y a la vez poder subsistir en el mercado de la tecnología, frente a otros competidores, los cuales se aferran fuertemente a la misma arquitectura de conexión (IEEE 1394 Firewire, la que será revisada mas adelante).Estas modificaciones, en el caso de la USB se encuentran en la velocidad de transmisión, con la cual se plantea que en estos momentos los 12 Mbps, serian revisados para dar paso a una velocidad 20 y 30 veces mayor que esta, pudiendo así ofrecer compatibilidad con las aplicaciones de usuario más exigentes sin incrementar el costo o la complejidad con respecto al objetivo anterior.

A principio de 1999, el Grupo Promotor de USB 2.0, compuesto por Compaq, HP, Intel, Lucent, Microsoft, NEC y Philips, anunció un estimado de que la velocidad de USB 2.0 sería de 120 a 240 mega bits por segundo (Mbs), o 10 a 20 veces más rápida que la de USB 1.1. Este incremento más reciente en el objetivo de velocidad eleva la velocidad ahora a 360 a 480 Mbs, o 30 a 40 veces más rápida que la de USB 1.1. La velocidad objetivo revisada y significativamente más alta es el resultado de análisis realizados por el Grupo Promotor de USB 2.0 que concluyen que la velocidad se puede incrementar sin costo o complejidad adicionales con respecto al estimado anterior.

"Este logro en USB 2.0 impulsará aún más el gran momento por el que pasa USB en aplicaciones de usuario aún más exigentes, como la creación de imágenes y los juegos interactivos, y ofrecerá una ruta de actualización efectiva para los dispositivos periféricos USB de hoy", señaló Pat Gelsinger, vicepresidente y gerente general del Grupo de Productos de Escritorio de Intel.

Evolución del USB

El incremento en el ancho de banda de USB 2.0 hará posibles dispositivos periféricos para PC con mayor funcionalidad, incluidas conexiones de Internet de banda ancha más rápidas, cámaras para videoconferencias de mayor resolución, impresoras y escáneres de la siguiente generación y unidades de almacenamiento externo de alta velocidad. Asimismo, USB 2.0 hará más productivas las aplicaciones de hoy, como la reducción del tiempo para descargar un "rollo" de fotografías digitales de unos cuantos minutos en la versión anterior de USB a sólo unos segundos en USB 2.0. Como USB 2.0 es una evolución de la especificación USB 1.1 existente, será totalmente compatible con sistemas y periféricos USB actuales. Incluso con la nueva velocidad pretendida, USB 2.0 funcionará con cables y conectores existentes.

Se calcula que los primeros sistemas y dispositivos periféricos compatibles con la nueva especificación hagan su aparición en el mercado en la segunda mitad de este año (2000).

USB-IF y respaldo del bus serie universal

Cuando alguien menciona la palabra Intel, se tiene la seguridad de estar respaldados por la empresa más grande de fabricación de microprocesadores del mundo; el mencionar a Microsoft no es nada menos, todo el que haya tenido un mínimo roce con computadoras conoce este nombre, y sin duda todos han empleado algún software Microsoft; por su parte IBM es y ha sido siempre uno de los mayores colosos de la computación en el mundo, especialmente en equipos grandes y de alto rendimiento; DEC - Digital Equipment Corporation es otra de las mayores compañías del mundo que cubre muchos aspectos y productos de la computación; Compac es una empresa cuyos productos están distribuidos en todas partes del mundo, y varios de ellos son reconocidos por su calidad; NEC se ha especializado en equipos de imagen como monitores, digitalizadores y otros elementos para el diseño gráfico; finalmente Northern Telecom es una compañía que brinda servicios de telefonía de larga distancia, transmisión de datos por líneas telefónicas estándar, dedicadas, satélite e ISDN especialmente en Estados Unidos y hacia todo el mundo.

Son principalmente estas siete empresas de nivel mundial, y líderes en el mundo de la computación las que se han unido en un gran esfuerzo, y han dado vida finalmente al Bus Serial

128

Universal. Con semejante respaldo, el avance de USB en el mercado es prácticamente imparable, y el conocimiento de esta tecnología resulta ser  una necesidad.

No ajeno a esto se encuentra el termino USB-IF, el cual incumbe particularmente a empresas dedicadas a desarrollar productos USB; de todas formas, vale aclarar que USB-IF proviene de las siglas en ingles Universal serial bus – Implementers Forum o Foro de desarrolladores USB. Esta es una organización sin fines de lucro que agrupa a cientos de empresas en el mundo, donde se ha discutido todas las particularidades de este Bus, y se planifican diversas políticas, incluyendo las de mercado.

En lo que a las empresas Apple y MACINTOSH se refiere, con su línea de computadores, hace algunos años atrás ha sido difícil implementar alguna versión de USB, dado que la arquitectura de esta línea es muy cerrada, pero como el auge de esta arquitectura ha sido lo bastante grande, recién este año se ha podido implementar bajo la línea de los IMAC, sacando al mercado gran cantidad de adaptadores, cables y elementos USB, que sean compatibles tanto con este fabricante como con los de PC’s.

Beneficios del bus serie universal

El trabajo involucrado dentro de la especificación USB es realmente completo, es un estudio realmente minucioso, que comprende aspecto tales como:

Arquitectura del Bus Definiciones de protocolos

Tipos de transacciones

Administración del bus

Señales eléctricas

Especificaciones electrónicas

Conectores

Formas de transmisión

Pero todo esto se puede traducir en beneficios tangibles para el usuario, como los siguientes:

Fácil expansión de periféricos en la PC, no debe hacer falta, mas que conectar el periférico y emplearlo (sin abrir la computadora).

Bajo costo para aplicaciones que demandan velocidades por los 12 Mbps, particularmente aplicaciones multimediales: micrófonos, parlantes, teléfonos, etc.

Soporte completo para transmisión en tiempo real de voz, audio, y video.

Flexibilidad de protocolos para transmisiones mixtas isocronicas y asincrónicas (las cuales serán analizadas mas adelante, ya que es el eje de transmisión de USB).

Cómoda integración de dispositivos de tecnología y fabricantes diferentes.

129

Soporte para plataformas diversas de la línea de las PC’s compatibles (como ya se vio, algunos problemas para MACINTOSH)

Posibilitar la producción de nuevos dispositivos capaces de aprovechar sus ventajas.

Las funciones del USB y el host USB

Dentro de la terminología USB, el computador o la PC que soporta este tipo de bus, se denomina Host USB; mientras que por su parte y dentro de la misma terminología, todo periférico y/o dispositivo, se denomina Función USB, además de esta significación, no existe ningún otro termino oculto dentro de estas dos denominaciones.

Hodt USB:

A diferencia de los dispositivos y los hubs, existe tan solo un host dentro del sistema USB, que como ya dijimos es el computador mismo, particularmente una porción del mismo denominado Controlador USB del Host. Este tiene  la misión de hacer de interfaz entre el computador mismo y los diferentes dispositivos. Existen algunas particularidades respecto a este controlador. Su implementación es una combinación de hardware y software todo en uno, es decir Firmware. Puede proveer de uno o dos puntos de conexión iniciales, denominados Hub raíz, a partir de los cuales y de forma ramificada iran conectándose los periféricos.

FUNCIONES USB:

Dentro de la terminología USB, todos los dispositivos que pueden ser conectados a este bus, a excepción de los Hubs, se denominan Funciones. Son funciones típicas: el ratón, el monitor, altoparlantes, MODEM, etc.

Las funciones o dispositivos periféricos, son capaces de recibir y transmitir información, ya sea del usuario o de control. El común denominador de todas las funciones USB es su cable y el conector del mismo, diseñado y fabricado de acuerdo a las especificaciones del bus, por lo que no cabe preocuparse por la compatibilidad entre equipos de diferentes fabricantes; solamente hay que recordar la empresas que respaldan esta tecnología.

Un aspecto interesante de las funciones, es que pueden ser a la vez nuevos hubs. La siguiente figura muestra un esquema en el que la PC tiene tres puertos, la siguiente función que puede ser

130

un monitor 4, el siguiente 3 y adicionalmente un Hub, provee 4 puertos mas, es un esquema tan sencillo, donde existen 14 puertos disponibles para todo tipo de periférico, entre los que podemos citar: ratón,  tablilla digitalizadora, lápiz óptico, teclado impresora, un teléfono ISDN, etc.

Host USB - Hardware y software:

El computador o Host USB trabaja con los diferentes dispositivos valiéndose del controlador de host compuesto por una parte de hardware y otra de software, de esta forma conjunta, el host es responsable al nivel de hardware, de los siguientes aspectos dentro del sistema USB:

detectar tanto la conexión de nuevos dispositivos USB al sistema como la remoción de aquellos ya conectados, y por supuesto, configurarlos y ponerlos a disposición del usuario, tarea que involucra acciones por software.

Administrar y controlar el flujo de datos entre el host y los dispositivos USB, es decir el movimiento de información generada por el mismo usuario.

Administrar y regular los flujos de control entre el host y los dispositivos USB, es decir la información que se mueve con el objeto de mantener el orden dentro de los elementos del sistema.

Recolectar y resumir estadísticas de actividad y estado de los elementos del sistema.

Proveer de una cantidad limitada de energía eléctrica para aquellos dispositivos que pueden abastecerse con tan solo la energía proveniente del computador (teclado, ratón son dos ejemplos claros).

Por otra parte, a nivel de software las funciones del controlador de Host se incrementan y complican:

Enumeración y configuración de los dispositivos conectados al sistema Administración y control de transferencias isocrónicas de información

Administración y control de transferencias asincrónicas

Administración avanzada de suministro eléctrico a los diferentes dispositivos

Administración de la información del bus y los dispositivos USB

131

Características y arquitectura general del USB

En los anteriores párrafos, se había hablado de algunos beneficios que esta tecnología entregaba tanto al usuario como a las empresas fabricantes, pero las características de USB son muchas mas, aunque algunas revisten ciertos términos técnicos, vale la pena enumerar todas las características de este Bus:

Todos los dispositivos USB deben tener el mismo tipo de cable y el mismo tipo de conector, más allá de la función que cumplan

Los detalles de consumo y administración eléctrica del dispositivo deben ser completamente transparentes para el usuario

El computador debe identificar automáticamente un dispositivo agregado mientras opera, y por supuesto configurarlo

Los dispositivos pueden ser desconectados mientras el computador está en uso

Deben poder compartir un mismo bus tanto dispositivos que requieren de unos pocos Kbps como los que requieren varios Mbps

Más de 127 dispositivos diferentes pueden estar conectados simultáneamente y operando con una misma computadora sobre el Bus Serial Universal

El bus debe permitir 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

Capacidad para manejo y recuperación de errores producidos por un dispositivo cualquiera

Soporte para la arquitectura Conectar y Operar (Plug&Play)

Bajo costo

No se necesita un cable extra de alimentación - la mayoría de los periféricos USB obtienen la alimentación del bus USB, con lo cual no requieren un cable de alimentación adicional

Más rápido - USB transfiere los datos 10 veces más rápido que los puertos serie tradicionales

Vale la pena mencionar que todos los puntos citados anteriormente  son características disponible del Bus Serial Universal, es decir que los usuarios pueden beneficiarse de absolutamente todas estas capacidades. Es importante destacar que esta especificación y como lo veremos en el siguiente punto, no es un trabajo superfluo, ya que ha sido estudiado hasta el detalle máximo.(basta nuevamente recordar el gran soporte de esta tecnología).

Características principales:

Plug and Play

El puerto USB, y por tanto todos los dispositivos con conexión USB, son verdaderamente Plug.n play,  es decir, el dispositivo es detectado automáticamente al conectarlo al equipo y el sistema operativo instala el driver adecuado o nos pide el disco de instalación. Aún más, no es necesario

132

apagar, ni siquiera re iniciar, el equipo para conectar o desconectar los dispositivos, cargándose y descargándose automáticamente de memoria el driver correspondiente.

Hot plugginn (conectar en caliente)

No es necesario apagar, ni siquiera reinicial, el equipo para instalar o desinstalar un dispositivo USB. Algo especialmente interesante si olvidamos conectar un dispositivo al encender el equipo o si simplemente no tenemos suficientes conectores para todos los dispositivos USB. Además, esto permite conservar recursos de memoria, pues cada dispositivo conectado requiere un driver residente, que de este modo sólo se carga cuando se necesita y se descarga al dejar de necesitarlo.

Recursos del dispositivo

Quizá una de las mayores ventajas para los equipos actuales es el hecho de que el puerto USB solamente necesita una IRQ y una dirección de memoria y todos los dispositivos conectados a él, solamente necesitan una ID para su identificación (como en el bus SCSI) dentro de la cadena de 127 dispositivos, sin necesitar más recursos. Si tenemos en cuenta que los puertos estándar (dos serie, un paralelo, un PS/2 para ratón, uno para teclado, un puerto para joystick) consumen 5 IRQs, algunas DMA y múltiples direcciones de memoria, al utilizar dispositivos USB nos estamos ahorrando valiosos recursos del sistema.

Simplicidad

El manejo de los dispositivos USB se hace por software, concretamente por el propio sistema operativo, por lo que los dispositivos USB son más fáciles de fabricar y por tanto más baratos. Además, USB es una tecnología abierta por la que no hay que pagar derechos, lo que siempre abarata los costos de fabricación.

Dispositivos

Se puede conectar hasta un total de 127 dispositivos en cadena o utilizando HUBs USB (concentradores de puertos USB), y cada dispositivo puede tener un cable de hasta 5 metros de longitud, frente a 1 metro para el puerto serie y 4 metros para el puerto paralelo. Además, conectándolos en cadena, el último dispositivo puede estar a 635 metros del ordenador.

Actualmente se encuentran en el mercado monitores, teclados, ratones, cámaras, joysticks, módem, escáneres, impresoras e incluso altavoces (sin necesidad de tarjeta de sonido) con conexión USBN, dispositivos de almacenamiento unidad ZIP, unidad LS-120, CD-ROMs, discos duros externos, etc.

Lo que se debe olvidar a la hora de comprar un dispositivo USB es  que cada dispositivo puede funcionar como HUB, es decir, incluir uno o más conectores USB, de modo que podamos conectar un dispositivo a otro en cadena, y así, por ejemplo un teclado, puede incluir dos conectores USB, uno para el ratón y otro para el joystick, de igual modo el monitor puede servir de HUB y permitir conectar a él por ejemplo los altavoces, o el teclado, al cual a su vez se conectan el ratón y el joystick, etc. Hay que tener en cuenta que muchos dispositivos USB actuales no son más que conversiones de dispositivos existentes por lo que mucho aún no implementan su uso como HUBs, por lo que quizás valga la pena esperar un poco a que haya más dispositivos disponibles.

Velocidad

133

El puerto serie es capaz de transmitir hasta 112,5 KB/s y el puerto paralelo entre 600KB/s y 15MB/s, pero el puerto USB es capaz de llegar a alcanzar entre 1,5MB/s y 12MB/s, por lo que es la conexión ideal para módem de 56K, escáneres (como alternativa de similar costo a los de puerto paralelo), CD-ROMs externos, dispositivos de copia de seguridad externos, etc. Sin embargo, para dispositivos de almacenamiento (especialmente discos duros externos), conexiones de red, cámaras, etc. quizás sea interesante también mostrar, la nueva versión del estándar de conexión, FIREWIRE (IEEE 1394), que maneja transferencias entre 100MB/s y 400MB/s, que permite conectar hasta 63 dispositivos y un cable de 4.5 metros por dispositivo, permitiendo al igual que el  USB la conexión en caliente. El puerto USB no esta destinado a desaparecer (de hecho no hay en el mercado placas con este conector pues los chipsets actuales no lo soportan), sin que se destinará a cierto tipo de dispositivos que requieren una transferencia de datos baja o media (teclados, ratones, joysticks, etc.) mientras que el bus FIREWIRE se destinará a dispositivos que requieren una alta transferencia (escáneres, impresoras, disco duro,  DVD, etc.). Sin embargo, no hay que olvidar, que USB esta modificando sus características, para poder absorber velocidades hasta los 480 Mbps, lo cual dará una dura pelea al estándar IEEE 1394 (del cual se hablará mas adelante)

Plataforma

Para poder utilizar dispositivos USB, hay recordar que el sistema operativo instalado en nuestro equipo debe soportar este nuevo bus. Windows 95 en sus versiones OSR2.1 y OSR2.5 detecta el puerto  USB y soporta dispositivos USB (la versión OSR2.0 también añadiendo el SUPLEMENTO USB), pero es realmente con el sistema operativo Windows 98 que los ya abundantes dispositivos USB no han dado problemas de instalación y funcionamiento, no dejando de lado las ultimas versiones de Windows NT.

Si queremos que los dispositivos USB funcionen, además en la BIOS de nuestra tarjeta madre debemos habilitar la opción ASSIGN USB IRQ - ENABLED. Si queremos utilizar un teclado USB con nuestro equipo, debemos habilitar USB KEYBOARD SUPPORT VIA BIOS  en vez  de VIA OS si queremos utilizar el teclado cuando "Reiniciamos equipo en modo MS-DOS" para ejecutar programas de diagnóstico. Si no lo hacemos así, por ejemplo, no accederemos a la BIOS del sistema al pulsar SUPR/DEL, ni anularemos el test de memoria al pulsar ESC, ni accederemos al "Menú de inicio" al pulsar F8, aunque el teclado funcionará correctamente en Windows 9X.

Uno de los problemas del puerto USB es que suministra solamente 500 miliamperios de electricidad para los dispositivos conectados, que aunque es suficiente potencia para la mayoría de los dispositivos que se conectan a este puerto, resulta escaso cuando conectamos varios dispositivos sin fuente de alimentación propia. Lo que sí podemos hacer es comprar un HUB USB con toma de alimentación eléctrica, para proporcionar la potencia necesaria a aquellos dispositivos que lo requieran (especialmente escáneres e impresoras).

Los Hub's USB

Los Hubs son elementos claves dentro de la arquitectura Conectar y utilizar de USB. Adicionalmente, simplifican de gran manera la sencillez de la interconexión de dispositivos al computador. Las siguientes Figuras muestran hubs USB disponibles en el mercado.

134

 

Bajo una óptica eléctrica e informática, los hubs son concentradores cableados que permiten múltiples conexiones simultáneas. Su aspecto más interesante es la concatenación, función por la que a un hub se puede conectar otro y otro, ampliando la cantidad de puertos disponibles para periféricos

El hub USB tiene la capacidad de detectar si un periférico ha sido conectado a uno de sus puertos, notificando de inmediato al Controlador de Host en el computador, proceso que desata la configuración del equipo nuevo; adicionalmente, los hubs también son capaces de detectar la desconexión de un dispositivo, notificando al Controlador de Host que debe remover las estructuras de datos y programas de administración (drivers) del dispositivo retirado.

Otra de las funciones importantes de los hubs es la de aislar a los puertos de baja velocidad de las transferencias a alta velocidad, proceso sin el cual todos los dispositivos de baja velocidad conectados al bus entrarían en colapso. La protección de los dispositivos lentos de los rápidos ha sido siempre un problema serio dentro de las redes mixtas, como es USB.

El hub está compuesto por dos partes importantes: El Controlador del Hub y el Repetidor del Hub. El Repetidor del Hub tiene la función de analizar, corregir y retransmitir la información que llega al hub, hacia los puertos del mismo. Mantiene una memoria consistente en varios registros de interfaz que le permiten sostener diálogos con el host y llevar adelante algunas funciones administrativas además de las meramente operativas; mientras que el Controlador de Hub puede asemejarse a una pequeña CPU de supervisión de las múltiples funciones que deben desempeñar un hub.

Funcionamiento general de un hub USB

Las tarjetas madre de las computadoras “modernas” tienen normalmente dos conectores estandarizados que sirven para conectar dos dispositivos USB, pero para conectar hasta 127 dispositivos necesitamos utilizar HUBS (concentradores) USB con varios puertos, hasta llegar a totalizar como máximo 127 dispositivos, de modo que un dispositivo USB se puede conectar

135

directamente al conector de la tarjeta madre o a un conector de HUB, sin variar para nada su funcionamiento. De hecho, algunos dispositivos pueden funcionar como HUBs al tener conectores USB incorporados, como los teclados. También podemos conectar un dispositivo a un hub, que a su vez esté conectado a otro hub que está conectado al conector de la tarjeta madre y el funcionamiento del dispositivo será igual que estando conectado directamente al conector de la tarjeta madre. El cable de los dispositivos USB es un cable de 4 hilos con una longitud máxima de 5 metros por dispositivo o HUB, con lo que los dispositivos conectados no tienen por qué estar amontonados encima de una mesa.

Descripción del sistema

La siguiente Figura  muestra la estratificación del sistema USB. El mismo está compuesto por tres áreas claramente demarcadas: (1) el host USB,  (2) los dispositivos USB y, (3) toda la interconexión USB.

La interconexión USB es la manera en la cual los dispositivos USB se conectan y comunican con el host, esto incluye: la topología del bus o el modelo de conexión entre los dispositivos USB y el host; los modelos de flujo de datos, es decir la forma en la que la información se mueve en el sistema entre sus diversos elementos; la planificación USB que define la secuencia en la cual los dispositivos accederán al bus; finalmente, las relaciones entre capas del modelo, y las funciones de cada capa. Este último punto es conveniente aclararlo. El software al igual que todo sistema, a medida que crece se hace más complejo, razón por la cual cuando se lo desarrolla, se procede a subdividirlo en programas más pequeños, cada uno con una tarea específica, pero a los ojos del usuario sigue siendo un todo, aunque en determinados momentos porciones del mismo estén trabajando y otras no, de a cuerdo a las necesidades de operación del momento. Por ejemplo, dentro de un procesador de texto, un determinado momento estará funcionando el editor, otro el corrector, el módulo de almacenamiento en disco, etc.

Dentro del mundo de las redes y la transmisión de datos, los programas de comunicaciones sufren el mismo proceso de estructuración, aunque el término cambia un poco. Cada porción de código o programa que cumple una tarea específica se denomina capa.

Arquitectura general

136

El Bus Serial Universal está dado esencialmente por un cable especialmente diseñado para  la transmisión de datos entre la computadora (cuyo nombre dentro de la terminología USB es host), y diferentes periféricos, que pueden acceder simultáneamente al mismo con el fin de recibir o transmitir datos. Todos los dispositivos conectados acceden al canal o medio para transmitir sus datos de a cuerdo a las normas de administración del host regido por un protocolo que consecutivamente va dando la posibilidad de transmitir a cada periférico, el protocolo USB se parece de cierta forma al protocolo Token Ring.

La arquitectura del bus garantiza la posibilidad de que los periféricos sean conectados y desconectados del host mientras este y otros periféricos están operando normalmente, característica a la que se denomina Conectar y Desconectar Dinámico o simplemente En Caliente, sin perjuicio para ningún dispositivo en funcionamiento

Todos los dispositivos USB responden también a un mismo patrón estandarizado, que más allá de las características propias de cada fabricante, comprende los mismos elementos funcionales.

Estos son:

TRANSCEIVER: El cable USB está compuesto por solo cuatro cables: Vbus, D+, D- y GND. La información y los datos se mueven por los cables D+ y D-, con dos velocidades: 12Mbps o 1.5Mbps, un problema serio de comunicaciones si no existe un dispositivo capaz de manejar esta situación. Este es el Transceiver, fabricado dentro del mismo chip controlador de periférico, y puede verse como la interfaz misma de un dispositivo externo contra el resto del sistema.

SERIAL INTERFACE ENGINE - SIE.- El SIE tiene la función de serializar y deserializar las transmisiones, además maneja los protocolos de comunicación, las secuencias de paquetes, el control CRC y la codificación NRZI.

FUNCTION INTERFACE UNIT - FIU.- Este elemento administra los datos que son transmitidos y recibidos por el cable USB. Se basa y apoya en el contenido y estado de los FIFOs (a continuación).  Monitorea los estados de las transacciones, los buffer FIFO, y solicita atención para diversas acciones a través de interrupciones contra el CPU del host.

FIFOs.- (primero en entrar – primero en salir), El controlador 8x930Ax,(se vera mas adelante) tiene un total de 8 buffer tipo FIFO, cuatro de ellos destinados a la transmisión y cuatro destinados a la recepción de datos. Tanto para la transmisión como para la recepción, los buffer soportan cuatro tareas o funciones, numeradas de 0 a 3. La función 0 tiene reservado en el buffer en espacio de 16 bytes, y se dedica a almacenar información de control relacionada a las transferencias. La función 1 es configurable para disponer de más de 1025 bytes, y finalmente las funciones 2 y 3 disponen cada una de 16 bytes. Estas tres últimas funciones se emplean para el control de interrupciones y transmisiones tanto isocrónicas como las bulk (Ambos términos serán explicados más adelante).

Es importante destacar que el controlador del periférico es totalmente programable, empleando el conjunto de instrucciones MCS51 o MSC251, ambos productos de Intel que ha de ser más de interés de las empresas fabricantes de dispositivos externos USB.

Este controlador adicionalmente posee las siguientes características: Capacidades de puerto serial mejorado, contadores de tiempo de 16 bits, un clock, 4 puertos de entrada y salida de 8 bits, y dos modos de ahorro de energía: inactivo y de bajo consumo. No vale la pena explicar en detalle cada uno de estos, solo hay que entender que estos elementos son capaces de brindarle a todo puerto serial, capacidades de transferencia realmente importantes.

Conectores USB de Seria "A" y serie "B"

137

Existen dos tipos de conectores dentro del Bus Serial Universal. El conector Serie A está pensado para todos los dispositivos USB que trabajen sobre plataformas de PCs. Serán bastante comunes dentro de los dispositivos listos para ser empleados con host PCs, y lo más probables es que tengan sus propios cables con su conector serie A. Sin embargo, esto no se dará en todos los casos, existirán dispositivos USB que no posean cable incorporado, para los cuales el conector Serie B será una característica. Sin embargo este no es un problema, ya que ambos conectores son estructuralmente diferentes e insertarlos de forma equívoca será imposible por la forma de las ranuras. La primera figura  muestra los diferentes tipos de conectores USB, y la Figura siguiente las respectivas ranuras.

138

Topología del Bus

La forma física en la que los elementos se interconectan dentro del sistema USB, puede asemejarse a la topología estrella estratificada piramidalmente. El centro de cada estrella es un hub, un dispositivo que por un lado se conecta al computador o a otro hub y por otro lado, permite conectar al mismo varios dispositivos o en su defecto nuevos hubs.

Esta disposición significa que los computadores con soporte para USB han de tener tan solo uno o dos conectores USB, pero ello no representa poder contar con tan solo dos dispositivos de esta clase, quien sabe un ratón y un teclado. Muchos dispositivos USB han de traer conectores USB adicionales incorporados, por ejemplo un monitor puede tener 3 ó 4 conectores USB donde pueden ir el teclado, el ratón, y algún otro dispositivo. Por su parte el teclado puede tener otros más, y así sucesivamente hasta tener más de 127 dispositivos, todos funcionando simultáneamente.

Aún así, existirán dispositivos específicos destinados a ampliar la cantidad de conectores, estos se denominan hubs, y su funcionamiento como apariencia física está muy cercana a la de los hubs de redes Ethernet. Un hub de 8 puertos o conectores, puede ser acoplado a uno de los puertos USB del computador, ampliando la cantidad de dispositivos que se pueden emplear.

Funcionamiento básico y ámbito de aplicación

Todo el sistema USB es inteligente, esto significa que una vez que se ha insertado un nuevo dispositivo al sistema, el bus automáticamente determina que recursos del host requiere, incluyendo controladores de software (drivers), ancho de banda necesario (el ancho de banda se refiere a la capacidad del canal de comunicaciones que requiere un dispositivo cualquiera para enviar sus datos. Mientras más información manipule el dispositivo, más ancho de banda necesitará, y a la inversa). El mismo proceso se da al remover un dispositivo del equipo, ya que el host automáticamente elimina todos los componentes asociados al mismo con el fin de disponer de los recursos otorgados en su momento para futuros dispositivos.

Este mismo proceso, hace que la configuración y manipulación del software o hardware, sea prácticamente mínima para el usuario, proporcionando una gran ayuda en lo que la  interconexión de dispositivos al computador, pudiendo ser utilizado en cualquier lugar físico en que se tenga esta tecnología.

Controladores (drivers) de hardware

139

Las últimas versiones del sistema operativo Windows 95 trae una gran cantidad de controladores para una gama amplia de dispositivos USB, por lo tanto, lo más probable es que el mismo sistema operativo reconozca y configure el dispositivo de forma inmediata y transparente. (aunque de todas maneras se han detectado fallas de funcionamiento); Adicionalmente el sistema operativo Windows 98, trae especiales refuerzos en cuanto a cantidad de controladores para dispositivos USB y calidad de funcionamiento se refiere. Aunque estos sistemas operativos nunca soportaran  a todos, ni mucho menos controladores de dispositivos que se fabricarán en el futuro, razón por la cual, Windows 95/98 solicitará el disquete o CD de instalación, para aquellos periféricos que no pueda configurar adecuadamente.

Los sistemas operativos ganan en simplicidad. Los drivers para USB están definidos por capas, de forma que la gestión del bus, la configuración básica de los dispositivos, su manejo, etc... lo lleva el sistema operativo, mientras que cada driver específico sólo maneja los dispositivos con los que pueda tratar. De esta forma, tendremos una serie de módulos apilados con unas misiones específicas, que no interfieren la una con la otra.

El driver está organizado por la ya comentada estructura de capas. La parte principal es el USBD, o Universal Serial Bus Driver (gestor del USB). Aquí están contenidas todas las llamadas que los drivers necesitarán para acceder a sus dispositivos.

Debajo de esta capa está el HCD, el Host Controller Driver, que es la parte del sistema USB que se dedica a hablar con cada controlador en particular (esto es necesario ya que así se da soporte a todo tipo de controladores, aunque inicialmente solo existen dos, los UHCI y los OHCI (acrónimos que significan Host Controller Interface -interfase del controlador-, universal para la U y Open -abierto- para la O).

Por encima del USBD, y como driver está el HUBD, el driver de los hubs, que es parte obligada del sistema USBD, ya que es parte activa de la gestión de la configuración de los dispositivos. Esta parte consta de un demonio en activo dentro del mismo núcleo llamado khubdd (Kernel Hub Driver Daemon, demonio en el núcleo del driver de hubs). Este demonio se dedica a esperar a que ocurra algo en los puertos de los hubs donde se conectan los dispositivos, y cuando algo ocurre, lo notifica al USBD, que actúa en consecuencia, lanzando secuencias de desconexión, configuración, desconfiguración, cambio de configuración o forma de trabajo, etc ... en los dispositivos.

Los drivers actúan de una forma similar al HUBD. Un driver, cuando se carga o inicializa, se registra a sí mismo en el sistema USB. Cuando se conecta un dispositivo, se recorre la lista de drivers registrados en busca del que pueda ser más conveniente para este. Cuando se encuentra, se le pide que configure el dispositivo. Si no lo logra, se busca otro; si no se encuentra ninguno, se pedirá que se cargue un módulo con un driver para ese dispositivo. En caso de que no haya ninguno, se dará por imposible y se dejará el dispositivo como no configurado y esperando a que se cargue un driver que lo pueda configurar.

Características "Must have"

El término "Must Have" (Debe Tener), está rutinariamente mencionado en este informe. Está claro que el término hace referencia a la capacidad que debe tener una computadora para soportar el bus USB. 

Adicionalmente, el sistema operativo más difundido en el mundo Windows 95/98, que es distribuido con los mismos equipos por una gran cantidad de fabricantes, viene provisto por todos los controladores (drivers) necesarios para poder manipular este bus sin ningún tipo de problema. El resultado son PCs que están saliendo al mercado con uno o dos puertos USB en su parte posterior listos para ser empleados, como se observa en la siguiente figura.

140

Por supuesto, estas computadoras incluyen los puertos habituales mientras la transición hacia USB se va desarrollando.

Literalmente, todos los fabricantes del mundo han arrancado su producción de dispositivos y computadoras USB, nuevos modelos, vistosas publicidades para equipos como joysticks digitales, teclados, altoparlantes, monitores, etc., pueden ser vistos por todos los rincones de Internet, especialmente en los sitios web de aquellas empresas que venden por esta vía.

Un aspecto más, no todos los sistemas operativos Windows 95 instalados en todas las computadoras del mundo tiene la misma versión, aunque todos ellos presenten como portada ese logo. La especificación USB es soportada por los sistemas operativos Windows 95 cuya versión sea la 4.00.950B o superior (como se señalo anteriormente). Para averiguar este dato, se debe hacer clic con el botón derecho del ratón sobre el icono Mi PC del escritorio, y seleccionar la opción Propiedades.

Modelo lógico funcional del USB

141

El diagrama de la Figura anterior, ilustra el flujo de datos USB a partir de tres niveles lógicos: entre el Software Cliente y la Función, el Controlador USB y el dispositivo, y finalmente la capa física, donde la transmisión realmente sucede. Es importante entender que este modelo es muy parecido al OSI, el estándar de redes, y su comprensión radica en el hecho de que si bien existe un solo canal físico, pero los datos son manejados en cada punto por unidades homólogas o idénticas, tal como si estuviesen sosteniendo una comunicación directa. Por esta razón se las denomina Capas Lógicas.

El nivel superior lógico es el agente de transporte de datos que mueve la información entre el Software Cliente y el dispositivo. Existe un Software Cliente en el host, y un Software De Atención al mismo en cada una de las funciones o periféricos USB. A este nivel, el host se comunica con cada uno de los periféricos en alguna de las varias formas posibles de transmisión que soporta USB. El Software Cliente solicita a los dispositivos diversas tareas y recibe respuestas de ellos a través de esta capa.

La capa lógica intermedia es administrada por el Software de Sistema USB, y tiene la función de facilitarles las tareas particulares de comunicación a la capa superior, cabe decir, administra la parte del periférico con la que la capa superior desea comunicarse, maneja la información de control y comando del dispositivo, etc. Su objetivo es permitir a la capa superior concentrarse en las tareas específicas tendientes a satisfacer las necesidades del usuario, adicionalmente gestiona el control interno de los periféricos.

El acceso al bus es bajo la modalidad de Ficha o Token, lo que involucra siempre complejidad de protocolos, especialmente si agregamos dos velocidades posibles: 12Mbps ó 1.5Mbps. Todos estos algoritmos y procesos son administrados por el Host USB, reduciendo la complejidad del periférico, y lo más importante, el costo final de los dispositivos USB.

La capa física del modelo lógico USB comprende los puertos físicos, el cable, los voltajes y señales, el hardware y funcionamiento del hardware. Esta capa tiene el objetivo de liberar a las capas superiores de todos los problemas relacionados a la modulación, voltajes de transmisión, saltos de fase, frecuencias y características netamente físicas de la transmisión.  

Electrónica y transmisión del USB

Interfase física (eléctrica)

El interfaz de Bus Universal en Serie (USB) se identifica con este icono que se encuentra en la parte posterior de la computadora:

Los pines del conector se identifican a continuación.

Conector Pin Señal

1 +5V

142

2 Datos -

3 Datos +

4 A Tierra

El Bus Serial Universal transfiere señales de información y energía eléctrica a través de 4 cables, cuya disposición se muestra en las siguientes figuras.

 

Por su parte las señales se mueven sobre dos cables y entre segmentos comprendidos entre un par de dispositivos USB, con rangos de velocidad de 12Mbps o 1.5Mbps, para transmisiones de alta y baja velocidad respectivamente. Ambos modos de transmisión son controlados automáticamente por medio de los dispositivos USB de manera transparente al usuario. Es importante notar que siempre ha sido un serio problema manejar velocidades diferentes de transmisión de datos por un mismo cable, y esto no sería posible sin que todos los dispositivos estén preparados para tal efecto.

Los pulsos de reloj o sincronismo son transmitidos en la misma señal de forma codificada bajo el esquema NRZI (Non Return To Zero Invert), uno de los más interesantes sistemas de codificación de información que no vale la pena mencionarlo ahora por su complejidad  eléctrica-electrónica.

Los otros dos cables VBus y GND tienen la misión de llevar suministro eléctrico a los dispositivos, con una potencia de +5V para VBus. Los cables USB permiten una distancia que va de los pocos centímetros a varios metros, más específicamente 5 metros de distancia máxima entre un dispositivo USB y el siguiente. La Figura siguiente muestra el detalle.

143

Es importante indicar que los cables USB tienen protectores de voltaje a fin de evitar cualquier daño a los equipos, son estos mismos protectores los que permiten detectar un dispositivo nuevo conectado al sistema y su velocidad de trabajo.

Protocolo del bus

Toda transferencia de datos o transacción que emplee el bus, involucra al menos tres paquetes de datos. Cada transacción se da cuando el Controlador de Host decide qué dispositivo hará uso del bus, para ello envía un paquete al dispositivo específico. Cada uno de los mismos tiene un número de identificación, otorgado por Controlador de Host cuando el computador arranca o bien cuando un dispositivo nuevo es conectado al sistema. De esta forma, cada uno de los periféricos puede determinar si un paquete de datos es o no para sí. Técnicamente este paquete de datos se denomina Paquete Ficha o Token Packet. Una vez que el periférico afectado recibe el permiso de transmitir, arranca la comunicación y sus tareas específicas; el mismo informará al host con otro paquete que ya no tiene más datos que enviar y el proceso continuará con el siguiente dispositivo.

Este protocolo tiene un sistema muy eficiente de recuperación de errores, empleando uno de los modelos más seguros como es el CRC (Código de Redundancia Cíclica). Y puede estar implementado al nivel de software y/o hardware de manera configurable. De hecho si el control es al nivel de hardware, no vale la pena activar el control por software, ya que sería duplicar tareas innecesariamente.

Transmisión del USB

Transmisión asincrónica

Las distintas formas de transmisión de datos a distancia siempre fueron seriales, ya que el desfase de tiempos ocasionada por la transmisión paralela en distancias grandes impide pensar en esta última como apta para cubrir longitudes mayores a algunos pocos metros.

Sobre ello, la transmisión serial ha topado con el problema de que la información generada en el transmisor sea recuperada en la misma forma en el receptor, para lo cual es necesario ajustar adecuadamente un sincronismo entre ambos extremos de la comunicación. Para ello, tanto el receptor como el transmisor deben disponer de relojes que funcionen a la misma frecuencia y posibilite una transmisión exitosa. Como respuesta a este problema surgió la transmisión asincrónica, empleada masivamente años atrás para la comunicación entre los equipos servidores conocidos como hosts y sus terminales.

En este modelo cabe entender que ambos equipos poseen relojes funcionando a la misma frecuencia, por lo cual, cuando uno de ellos desea transmitir, prepara un grupo de bits encabezados por un BIT conocido como de arranque, un conjunto de 7 u 8 bits de datos, un BIT de paridad (para control de errores), y uno o dos bits de parada. El primero de los bits enviados anuncia al receptor la llegada de los siguientes, y la recepción de los mismos es efectuada. El receptor conocer perfectamente cuántos bits le llegarán, y da por recibida la información cuando verifica la llegada de los bits de parada. El esquema de los datos se muestra en la Figura siguiente.

144

Se denomina transmisión asincrónica no porque no exista ningún tipo de sincronismo, sino porque el sincronismo no se halla en la señal misma, mas bien son los equipos mismos los que poseen relojes o clocks que posibilitan la sincronización. La sincronía o asincronía siempre se comprende a partir de la señal, no de los equipos de transmisión o recepción.

Transmisión sincrónica:

En este tipo de transmisión, el sincronismo viaja en la misma señal, de esta forma la transmisión puede alcanzar distancias mucho mayores como también un mejor aprovechamiento de canal. En la transmisión asincrónica, los grupos de datos están compuestos por generalmente 10 bits, de los cuales 4 son de control. Evidentemente el rendimiento no es el mejor. En cambio, en la transmisión sincrónica, los grupos de datos o paquetes están compuestos por 128 bytes, 1024 bytes o más, dependiendo de la calidad del canal de comunicaciones.

Las transmisiones sincrónicas ocupan en la actualidad gran parte del mundo de las comunicaciones seriales, especialmente las que emplean el canal telefónico.

Transmisiones isocrónicas:

Inicialmente vale la pena aclarar el origen de este término tan extraño, ISO(algún) CRONOS(tiempo). La transmisión isocrónica ha sido desarrollada especialmente para satisfacer las demandas de la transmisión multimedial por redes, esto es integrar dentro de una misma transmisión, información de voz, video, texto e imágenes. La transmisión isocrónica es una forma de transmisión de datos en la cual los caracteres individuales están solamente separados por un número entero de intervalos, medidos a partir de la duración de los bits. Contrasta con la transmisión asincrónica en la cual los caracteres pueden estar separados por intervalos aleatorios. La transferencia isocrónica provee comunicación continua y periódica entre el host y el dispositivo, con el fin de mover información relevante a un cierto momento. La transmisión isocrónica se encarga de mover información relevante a algún tipo de transmisión, particularmente audio y video.

145

Transmisión bulk:

La transmisión Bulk, es una comunicación no periódica, explosiva típicamente empleada por transferencias que requieren usar todo el ancho de banda disponible o en su defecto son demoradas hasta que el ancho de banda completo esté disponible. Esto implica particularmente movimientos de imágenes o video, donde se requiere de gran potencial de transferencia en poco tiempo.

USB permite dos tipos más de transferencias de datos:

Transmisiones de control:

Es un tipo de comunicación exclusivamente entre el host y el dispositivo que permite configurar este último, sus paquetes de datos son de 8, 16, 32 o 64 bytes, dependiendo de la velocidad del dispositivo que se pretende controlar.

Transmisiones de interrupción:

Este tipo de comunicación está disponible para aquellos dispositivos que demandan mover muy poca información y poco frecuentemente. Tiene la particularidad de ser unidireccional, es decir del dispositivo al host, notificando de algún evento o solicitando alguna información. Su paquete de datos tiene las mismas dimensiones que el de las transmisiones de control.

Conjunto integrado de chips:

Un trabajo tan importante como representa USB tiene que de manera alguna mantener compatibilidad hacia atrás, es decir por algún tiempo, los otros tipos de dispositivos que en la forma de tarjetas se insertan a la tarjeta madre, deben trabajar de forma conjunta con el bus USB.

Entre las empresas desarrolladoras de USB, ya antes mencionadas, existen más de 250 otras empresas menores que fabrican semiconductores, computadoras, periféricos y software, todas trabajando por  poner en el mercado la mayor cantidad posible de elementos USB. En todos los casos, la estructura esquemática de los buses es la que se muestra en el esquema siguiente.

 

146

El conjunto de chips PCI de Intel, incluye un controlador de sistema, unidades de control de buses y un chip muy particular desarrollado para integrar las partes: el 82371SB PCI IDE/ISA Xcelerator - PIIX3. El conjunto PCI provee de un puente entre  la memoria principal de la computadora y el caché L2, con un ancho de bus de 64 bits para todo tipo de transferencias.

Además de esto, el PIIX3 permite la interconexión entre el bus PCI y el bus ISA, permitiendo el acceso de los datos al bus USB. Al ser USB un bus serial, y los internos a la computadora son paralelos, hace falta un serializador y deserializador, que en este caso es el denominado Serial Interface Engine -- SIE, elemento que maneja los protocolos de comunicación USB, la programación de secuencia de paquetes, la detección y generación de señales, el control CRC (Código de Redundancia Cíclica), la codificación NRZI, y la identificación de los periféricos con los identificadores del paquete de datos.

En realidad la parte más importante de la estructura de la arquitectura de buses incluyendo al nuevo USB radica en el PIIX3 y el SIE, dos elementos básicos en el movimiento de datos entre los buses.

Chips controladores de USB

Cada uno de los chips controladores USB de Intel tiene una función específica, asi es que cuando el mercado  se vea saturado de diferentes dispositivos USB, se presenten algunas diferencias relacionadas al aspecto del controlador interno del dispositivo. Realmente no es imposible memorizar todos los nombres de los principales controladores disponibles de Intel, así que a manera de referencia vamos a mencionarlos:

El 8x930Ax USB Peripheral Controller, ha sido diseñado para periféricos de PCs, incluyendo joysticks digitales, cámaras y algunos dispositivos relacionados a telefonía.

El 8x930Hx USB Hub Controller, ha sido diseñado para brindar soporte a aquellos dispositivos que además de cumplir su objetivo propio, tienen la función de trabajar como hubs. Entre estos se incluyen monitores, impresoras, teclados, etc. Este controlador también puede dar soporte a hubs natos.

147

El 8x931Ax USB Peripheral Controller, desarrollado también para dispositivos con capacidades complementarias de hub. Este es capaz de soportar 9 múltiples conexiones. Por cierto que este controlador es mejor que el primero.

El hecho de que la más grande empresa de fabricación de microprocesadores del planeta esté fabricando no solamente chips controladores USB, sino también tarjetas madres propias para la tecnología USB está delatando un cambio realmente importante, seguido muy de cerca por todas las empresas relacionadas a computación del mundo que desean mantenerse en el mercado.

IEEE 1394 versus USB

IEEE 1394 Firewire

1394 es el estándar del bus serie definido por IEEE (The Institute of Electrical and Electronic Engineers) denominado así por ser el número del estándar acordado.

Sus principales características son:

Velocidad de transferencia de 400 Mega bits por segundo Hasta 63 dispositivos en la misma conexión

Permite la conexión en caliente al computador

Captura directa de imágenes desde cámaras digitales que tengan este interfaz al computador, sin necesidad de convertir las imágenes y sin perder calidad.

FIRE WIRE, es el interfaz desarrollado por Apple, estándar oficial (IEEE 1394),  ideal para periféricos de alta velocidad y especialmente diseñado para dispositivos multimedia.

Este interfaz permite la conexión del dispositivo al ordenador en caliente,  sin necesidad de reiniciar el equipo, sin necesidad de asignar ID o utilizar terminadores.

Diferencias entre 1394, Fire Wire e I-Link

1394 es el estándar del bus serie definido por IEEE (The Institute of Electrical and Electronic Engineers) denominado así por ser el número del estándar acordado, Fire Wire es el estándar 1394 desarrollado por Apple e i-Link la iniciativa 1394 desarrollada por Sony, por lo que se podría decir que no se diferencian técnicamente en nada.

Esto quiere decir que todos los productos con especificación IEEE 1394, independientemente de la denominación que tengan son compatibles con el estándar especificado.

1394 es el interfaz de audio y video digital que permite la conexión al ordenador en caliente, esto es, sin necesidad de reiniciar el equipo al conectar el dispositivo. Tampoco son necesarios identificadores ni terminadores. Es la forma más sencilla de conexión al ordenador.

IEEE 1394, 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, como se verá más adelante, tiene diferencias tanto en aplicaciones como en prestaciones.

148

Lo mejor de todo es el tipo de cosas que se pueden conectar. Éstas incluyen discos duros, DVD-ROMs y CD-ROMs de alta velocidad, impresoras, escáneres y la novedad: cámaras de fotos digitales, videocámaras DV, televisiones, etc. Gracias al 1394, se podrán conectar cámaras digitales y de DV sin la necesidad de incómodas tarjetas que vienen opcionalmente con estos aparatos.

En el siguiente diagrama, se mostrará físicamente el conector IEEE 1394.

1394 vs USB

Mucha gente confunde el 1394 y el Universal Serial Bus (USB). Ambos son tecnologías que persiguen un mismo método de conectar múltiples periféricos a un ordenador. Ambos permiten que los periféricos sean añadidos o desconectados sin la necesidad de reiniciar. Ambos usan cables ligeros y flexibles con un empleo sencillo, y conectores duraderos.

Pero allí terminan las asimilaciones. Aunque los cables de 1394 y USB pueden parecer a la vista lo mismo, la cantidad de datos que por ellos viaja es bastante diferente. Como muestra la tabla de abajo, la velocidad y la capacidad de transferencia marca la principal distinción entre estas dos tecnologías:

  IEEE 1394 Firewire USB

Número máximo de dispositivos 63 127

Cambio en caliente (agregar o quitar dispositivos sin tener que reiniciar el ordenador) Hot plaggin. Hot plaggin.

Longitud máxima del cable entre dispositivos 4,5 metros 5 metros

Velocidad de transferencia de datos 200 Mbps – 400 Mbps 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 (FIRE WIRE) No

149

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

Hoy por hoy, el 1394 ofrece una transferencia de datos 16 veces superior a la ofrecida por el USB. Eso es porque el USB fue diseñado para no prevenir 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), 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.

La mayoría de los analistas industriales esperan que los conectores 1394 y USB coexistirán 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. Aunque hay que recordar algunos párrafos mas atrás, se hablaba de la evolución de la que estaba siendo objeto el bus serie universal.

Glosario

Plug & Play : Los dispositivos son detectados automáticamente por el sistema operativo, el cuál carga los drivers correspondientes para el funcionamiento del dispositivo.

Hot plugging : no es necesario apagar el computador para conectar cualquier periférico,          es decir conectado en caliente.

USB: Bus serie universal, tecnología de conexión.

IEEE: Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos.

FIREWIRE: estándar de conexión especificado por Apple.

I-LINK: estándar de conexión especificado por Sony.

DRIVERS: Programas o software, que es capaz de controlar un dispositivo, para su correcto funcionamiento.

HUBS: dispositivo que permite la conexión de otros dispositivos a la vez, dado por sus numerosas entradas o puertas.

150

BUS:    Circuito de interconexión eléctrica para transmitir información.

BYTE: Conjunto de 8 bits. Representa un carácter en lenguaje binario.

BIT: Dígito binario, unidad mínima de información de los dos estados 0/1. Abreviación de Binary Digit que puede ser 0 o 1. Es la unidad básica de almacenamiento y proceso de una computadora. 8 bits = 1 byte.

FIRMWARE: Conjunto de programas de sólo lectura que contienen el algoritmo para una función específica. Algoritmo o pequeño programa de bajo nivel grabado en un EEPROM para uso del procesador. También se llama Microcode.

INTERFASE: Circuitos físicos (hardware) o lógicos (software) que  manejan, traducen y acoplan la información de forma tal que sea entendible para dos sistemas diferentes

IRQ: Canal de interrupción. Línea directa entre el microprocesador y la tarjeta periférica para que ésta solicite atención del CPU.

ISA: Arquitectura de 16 bits para tarjetas y dispositivos

PROTOCOLO: Conjunto de reglas establecidas para fijar la forma en que se realizan las transacciones.

TOPOLOGÍA: Descripción de las conexiones físicas de la red, el cableado y la forma en que éste se interconecta.

151

El microprocesador Zilog Z80

El Z80 fue el primer microprocesador de la tercera generación, sin embargo es uno de los microprocesadores de 8 bits más empleado hasta nuestros días, se encuentran versiones mejores del mismo tales como Z80A, Z80B, Z80H, éstas se caracterizan por trabajar a frecuencias superiores de 4 Mcps, 6.5 Mcps y 8 Mcps respectivamente, las características fundamentales del Z80 son:

El transporte de señales se realiza sobre tres buses, el bus de direcciones, el bus de datos, así como el bus de control.

Régimen de interrupción uniforme, con la posibilidad de encadenar las prioridades de los circuitos periféricos.

Alto grado de programabilidad.

Reloj único.

Fuente de voltaje única de +5 Volts.

Un sistema con Z80 se completa con el empleo de memorias estándar de lectura y memorias estáticas o dinámicas de lectura y escritura, además pertenecen al sistema, puertos de entrada y salida paralelo, interfaces de comunicación serie, sistemas contadores temporizadores y circuitos de acceso directo a memoria.

El funcionamiento del sistema consiste en que las instrucciones del microprocesador, que están en la memoria ROM, se ejecutan en una forma secuencial de operación, la fuente de datos es, la propia CPU, los periféricos o las memorias, la transferencia interna de datos es a través del CPU, exceptuando la transferencia de datos en el proceso de acceso directo a memoria.

El Z80 es una versión apreciablemente mejorada tanto en circuiteria como en características de programación del antiguo modelo INTEL 8080, el Z80 resulta ser un microprocesador más rápido y sencillo en el desarrollo de sistemas ya que solo usa una fuente de alimentación de +5 Volts, contiene íntegramente todo el conjunto de instrucciones del 8080, lo cual le permite ejecutar todos los programas escritos para el CPU 8080, contiene el Z80 una expansión adicional de 80 instrucciones de ahí se deriva su nombre, su repertorio suma un total de 156 instrucciones.

El microprocesador Z80 contiene las siguientes unidades funcionales:

1. Unidad aritmética y lógica 2. El contador de programa

3. El apuntador del stack

4. Registros de propósito general

5. Registros de indice

6. Registros de interrupciones

7. Registro de banderas

152

8. Registro para refrescar memorias dinámicas

LA UNIDAD ARITMÉTICA Y LÓGICA (ALU)

Las operaciones del CPU Z80 se realizan con un grupo de dispositivos lógicos conocidos comúnmente como unidad aritmética y lógica (ALU) esta efectúa las siguientes operaciones;

1. Suma binaria. 2. Operaciones lógicas.

3. Complementar a dos.

4. Corrimiento de un bit a la derecha o a la izquierda.

5. Registro de resultados importantes como el acarreo, signo, acarreo auxiliar, paridad o si el resultado es zero.

6. Comparaciones.

7. Poner, Limpiar o probar un bit.

EL CONTADOR DE PROGRAMA (PC)

Es un registro de 16 bits, que continuamente tiene la dirección de la localidad de memoria siguiente que se va a accesar, de esa localidad obtiene el código de la instrucción a ejecutarse, en la CPU el PC se incrementa en uno, cada vez que el microprocesador lee el código de la instrucción contenida en la localidad direccionada, de esta forma el contador del programa direcciona secuencialmente las localidades de la memoria ROM, donde se encuentra almacenado el programa.

EL APUNTADOR DEL STACK (SP)

El microprocesador Z80 cuenta con el registro de pila (SP) o stack pointer que contiene una dirección de memoria RAM a partir de la cual y en forma descendente, se almacenan los contenidos de un par de registros, o a partir del cual en forma ascendente se obtienen los últimos dos datos de 8 bits almacenados en esa área, el SP es un registro de 16 bits, para almacenar en el stack el contenido de un par de registros se utiliza la instrucción PUSH y para cargar a un par de registros con los dos últimos bytes del stack se utiliza la instrucción POP.

REGISTROS DE PROPÓSITO GENERAL

El microprocesador Z80 contiene 14 registros de 8 bits separados en dos grupos:

GRUPO 1; A, B, C, D, E, H, y L

GRUPO 2; A', B', C', D', E', H' y L

Todas las instrucciones trabajan con los registros del grupo 1, con las instrucciones EX y EXX se logra el intercambio entre los contenidos de los registros del grupo 1 con los contenidos de los registros del grupo 2, el grupo 2 se utiliza en cierta forma como stack del grupo 1, dentro de la propia CPU.

153

Con los 14 registros de propósito general se efectuan por medio de las instrucciones las siguientes funciones;

1. Recibir datos desde la memoria. 2. Enviar datos hacia la memoria.

3. Incrementar o decrementar en uno su contenido.

4. Formar una dirección con el contenido de un par de registros.

5. Transferir datos entre los registros.

6. Obtener un operando durante las funciones de la ALU.

REGISTROS DE ÍNDICE IX e IY.

Estos son registros de 16 bits cada uno y conservan direcciones base que se usan para modo de direccionamiento indexado, en este modo un registro de índice se usa como base para apuntar a una región de la memoria. La dirección efectiva de la localidad de memoria a donde se va a depositar el dato o de donde se va a leer, se obtiene, al sumar el contenido del registro de índice y el valor de 8 bits contenido en el campo de "desplazamiento" de las instrucciones que emplean direccionamiento con índice, estos desplazamientos se especifican con números enteros signados con el complemento a dos.

REGISTRO DE INTERRUPCIONES

El Z80 opera en modo de interrupción en el que responde como una "llamada" indirecta en respuesta a una solicitud de interrupción. El registro I se usa para este propósito almacenando los 8 bits más significativos de la dirección indirecta mientras que el dispositivo que interrumpe proporciona los 8 bits menos significativos de la dirección índice, esta característica permite que las rutinas servicio de las interrupciones se localicen en cualquier parte de la memoria y que se puedan accesar en un tiempo muy corto.

BANDERAS DE ESTADO

El microprocesador Z80 tiene un registro de 8 Flips Flops, para monitorear ciertos resultados de las operaciones de la ALU, a la información que almacenan estos flips-flops se conoce como banderas de estado, las banderas se actualizan después de cada operación con alguno de los registros, no todas las operaciones modifican a todas las banderas, de los 8 bits del registro de banderas, únicamente seis registran información útil para el programador, cuatro de estas banderas se prueban, esto es, se usan como condiciones de salto (JP), llamada (CALL), o regreso (RET), estas banderas son:

La paridad o sobreflujo (P/V). El registro "P" se utiliza para realizar funciones auxiliares necesarias para el usuario, le sirven para interpretar los resultados, es uno cuando el resultado de la operación lógica del complemento a dos produce un acarreo, de otro forma es un cero lógico..

SIGN (S); Set if into the result of ALU operation the most significant bit = 1, otherwise reset.

ZERO (Z); Set if result of ALU operation is zero otherwise it is reset.

AUXILIARY CARRY; Set if carry out results b3 into b4 otherwise reset.

154

CARRY (C); Set if result of addition or subtraction operation result in a carry or borrow of the highest order bit, otherwise reset.

Terminales del microprocesador Z80

El Z80 es un microprocesador de 8 bits y cuenta con 158 instrucciones y 10 modos de direccionamiento. El circuito integrado del microprocesador Z80 se deposita en un encapsulado Dual In Line de 40 terminales, de las cuales 5 son únicamente de entrada, 24 son de salida y 8 son bidireccionales, además, existen dos que sirven para conectar la fuente de alimentación y otra más que es la entrada del reloj.

                          

Todas ellas tienen características eléctricas compatibles con la tecnología TTL, el intervalo de voltajes de entrada para un cero lógico es; 0.3 £ Vil £ 0.8 volts, el intervalo del voltaje de entrada para un uno lógico es; 2.0 £ Vih £ Vcc, el voltaje máximo de salida para un cero lógico es; Vol=0.4Volts, y el voltaje mínimo de salida para un uno lógico es; Voh=2.4Volts

El Z80 opera con una fuente de alimentación de +5.0 Volts conectada a la terminal 11, (pin 11), la tierra de la fuente se conecta a la terminal GND, (pin 29), el consumo típico de corriente para el Z80 es de 90 mA.

Cuenta con 18 registros de 8 bits y 4 registros de 16 bits, todos los registros del Z80 se implementan con una RAM estática, los registros incluyen 2 bancos de 6 registros de propósito general, que se usan individualmente como registros de 8 bits, o en pares como registros de 16 bits, existen también 2 bancos de registros denominados "acumulador" y "banderas", además cuenta con 6 registros de propósito especial, 4 registros de 16 bits, PC, SP, IX e IY, y 2 registros de 8 bits, el registro del refresh "R" y el registro de interrupciones "I", la aritmética de 8 bits de las funciones, y las instrucciones lógicas de la CPU se ejecutan en la ALU, la ALU reliza las siguientes funciones son:

1. Sumar. 2. Restar.

3. Función lógica AND.

4. Función lógica OR.

5. Función lógica OR-EX.

155

6. Comparación.

7. DespIazamientos a la derecha y a la izquierda.

8. Incrementar bytes.

9. Decrementar bytes.

10. Poner bits en uno lógico.

11. Poner bits en zero lógico y

12. Comprobar el estado de los bits

LÍNEAS DE DIRECCIONES (A0 - A15), Pines 30-40, 1-5 respectivamente

Se forman con 16 líneas de direcciones, tienen la facultad de establecerse en tercer estado, estas señales proporcionan las direcciones correspondientes a intercambios de datos entre la memoria, la CPU y los puertos de los periféricos, la capacidad de direccionamiento con 16 bits es de 64 Kbytes y 256 puertos de entrada y salida, son activas en estado alto, los 8 bits menos significativos se usan para permitirle al usuario seleccionar los 256 puertos E/S, (A0-A7), en donde A0 es el bit menos significativo.

LÍNEAS DE DATOS (DO - D7), Pines 14, 15, 12, 8, 7, 9, 10 y 13

Se forman con 8 líneas de datos bidireccionales con capacidad del tercer estado, son activas en nivel alto, se utilizan para el intercambio de datos con la memoria, y periféricos de E/S.

CICLO DE MAQUINA UNO (M1),

Salida activa en nivel bajo, indica que en este ciclo de máquina uno el microprocesador va a obtener el código operacional de una instrucción, en las instrucciones que tienen un código operacional de 2 bytes esta señal se opera al obtener cada uno de los bytes del código operacional, al igual que para indicar el reconocimiento de un ciclo de interrupción cuando ocurre (IORQ)'.

REQUERIMIENTO DE MEMORIA (MREQ)', Pin 19

Salida activa en nivel bajo, esta señal indica una petición que interrelaciona a la memoria con la CPU, obtiene una dirección valida de las líneas de direccionamiento, esta terminal tiene capacidad del tercer estado.

REQUERIMIfNTO DE E/S (IORQ), Pin 20

Es salida triestado activa en nivel bajo, esta señal indica que la mitad baja del bus de direcciones mantiene una dirección válida de E/S, para efectuar una operación de lectura o escritura de E/S, se genera esta señal cuando el ciclo de maquina 1 (M1) reconoce una interrupción, indica que el vector de respuesta de la interrupción se coloca en el bus de datos, las operaciones de reconocimiento de interrupción ocurren durante el ciclo de maquina 1, mientras que las operaciones de E/S nunca se producen durante este ciclo.

LECTURA (RD), Pin 21

156

Salida triestado activa en nivel bajo, indica que la CPU desea leer datos desde la memoria de un dispositivo externo de E/S, el dispositivo E/S se direcciona a la memoria o al periférico, se usa esta terminal para dirigir los datos al bus de datos de la CPU.

ESCRITURA (WR)', pin 22

Salida triestado activa en nivel bajo, indica que el bus de datos de la CPU va a obtener datos válidos para ser almacenados en la memoria o en algún dispositivo de E/S.

REFRESCO DE LA MEMORIA DINÁMICA (RFSH)', Pin 28

Salida activa en nivel bajo, indica que los siete bits inferiores de las líneas de direccionamiento contienen una dirección válida de refresco de memoria, se utiliza para el mantenimiento de datos en memorias dinámicas, con esta se efectúa una lectura de refrescamiento para todas las memorias dinámicas.

PARO (HALT), Pin 18

Salida que activa en nivel bajo, indica que la CPU realiza una instrucción por software de paro (HALT), y que espera una interrupción (NMI)' o (INT)' antes de que continue la operación, mientras permanezca en este estado la CPU ejecuta operaciones NOP, para mantener activo el refresco de las memorias dinámicas, al aplicarse un reset se continua con la operación.

ESPERA (WAIT), Pin 24

Es una entrada activa en nivel bajo, le indica al microprocesador que la memoria direccionada o los dispositivos periféricos de E/S no son tan rápidos como para realizar una transferencia de datos a la velocidad de la CPU, o no están listos para una transferencia de información, la CPU continua con el estado de espera durante todo el tiempo que esta terminal es activa, esto les permite a los otros dispositivos sincronizarse con la CPU.

REQUISICIÓN DE INTERRUPCIÓN MASCARABLE (INT), Pin 16

Entrada activa en nivel bajo, esta terminal se acciona con dispositivos E/S externos, una requisición (INT)' se atiende al final de la instrucción que se ejecuta, si el enable interno del Flip Flop de interrupción IFF1 controlado por software se encuentra habilitado, y si la requisición de bus no esta activa, al aceptar la CPU una interrupción envía una señal de reconocimiento, la petición de E/S se realiza durante el ciclo de máquina 1, al principio del siguiente ciclo de instrucción, esta petición solo es valida bajo control del programa interno, reconociendo la CPU tres modos diferentes de interrupción.

INTERRUPCIÓN NO MASCARABLE (NMI)', Pin 17

Entrada que se activa con un flanco de bajada mediante un impulso que identifica una interrupción obligada, posiciona al contador de programa (PC) en la dirección 0066h desde donde continua el proceso, esta tiene una prioridad más alta que la interrupción (INT)' y siempre se reconoce al final de la instrucción que se ejecuta, independientemente del estado del IFF1, el contador de programa PC se almacena automáticamente en el stack pointer externo de forma que el usuario regrese al programa en el mismo punto del que fué interrumpido.

REHABILITACIÓN (RESET), Pin 26

157

Entrada que se activa con un flanco de bajada mediante un impulso, obliga a la CPU a reiniciar su actividad, coloca al contador de programa (PC) en la localidad de inicio de memoria 0000h, desde donde empieza el proceso, durante este tiempo el bus de direcciones y el bus de datos adquieren el estado de alta impedancia y todas las terminales de control de salida adquieren el estado inactivo.

REQUERIMIENTO DE LAS TERMINALES DE LA CPU (BUSRQ), Pin 25

Esta entrada es activa en nivel bajo, le indica a la CPU que coloque todas sus líneas en estado de alta impedancia, (tan pronto el ciclo de maquina 1 actual termine), a petición del periférico externo que desea tomar el control del sistema, regresa el control a la CPU cuando esta señal (BUSRQ)' pasa al nivel alto, se utiliza para pedir que el bus de direcciones, el bus de datos y las terminales de salida triestado del bus de control vayan a un estado de alta impedancia de tal forma que otros dispositivos controlen esos buses.

ENTREGA DE LAS TERMINALES DE LA CPU (BUSAK)', Pin 23

Salida activa en nivel bajo, es una indicación para el periférico que efectúa una petición (BUSRQ)' de que su petición ha sido concedida por parte del microprocesador, sirve para indicar al dispositivo que solicita este reconocimiento, que el bus de direcciones, el bus de datos y el bus de las terminales de control triestado han sido puestos en su estado de alta impedancia y que el dispositivo externo puede ahora controlar estas terminales.

RELOJ (CK), Pin

Entrada configurada por un tren de impulsos útiles, es la diferencia que permite la secuencia de tiempos de operación, se implanta físicamente con un oscilador de onda cuadrada cuya frecuencia depende del tipo de características de la CPU Z80, requiere oscilación de una fase con niveles TTL, una forma de satisfacer todos los requerimientos de voltaje es por medio de una resistencia de activación "pull up" de 330 ohms conectada entre +Vcc y la terminal de salida de un oscilador implantado con circuitos TTL que generen oscilaciones.

ALIMENTACIÓN POSITIVA DE +5 VOLTS (Vcc), Pin 11

Esta es una entrada de alimentación de tensión de +5 volts con un 5 % de tolerancia.

TIERRA (GND), Pin 29

Terminal de alimentación negativa, requiere un potencial de 0.0 volts que sirven de referencia para la interconexión de los dispositivos.

158

Procesadores Pentium

En esta práctica vamos a tratar de exponer las características más importantes de la familia de procesadores más vendida en los últimos años, los procesadores Intel Pentium. Comenzaremos con el Pentium enunciando sus propiedades y partes internas más características para a continuación pasar a los más recientes Pentium II y Pentium III de los cuales proporcionaremos información de la tecnología añadida a su predecesor Pentium y sus aplicaciones en la actualidad.

El primer miembro de la arquitectura Intel, el 8086, apareció en 1977. En 1980 el 8088 una variante del primero. Este último fue elegido por IBM para ser implantado en sus ordenadores. Durante los años ochenta, fueron apareciendo el 286, 386 y el 486. Cada vez se iba añadiendo más potencia y nuevas funcionalidades: 32 bits, direccionamiento virtual, unidad de coma flotante, memoria caché interna, etc.

Todos ellos estaban diseñados para ser compatibles y así poder seguir utilizando el mismo software. A esto se le denomina compatibilidad binaria. Incluso en los ultimos Pentium se puede ejecutar cualquier programa escrito años atrás que se utilizaba con un PC con procesador 8088.

El primer Pentium salió el 17 de Mayo de 1993, se sigue la evolución de los Intel, ofrece mucha más potencia de cálculo y sigue siendo 100% compatible a nivel software. Los desarrollos en las técnicas de diseño de semicomputadores y en la fabricación de los mismos han hecho posible utilizar procesos tecnológicos con geometrías inferiores a la micra que integran muchos transistores en un mismo chip. De los 29.000 transistores que componían el 8086 se ha pasado a 3`1 millones que tiene el Pentium, usando una tecnología BiCMOS de 0`8 micras. El primer procesador Pentium estaba disponible a partir de frecuencias de bus de 60 y 66 MHz, para las cuales proporciona una potencia de cálculo de 100 y 112 MIPS (Millones de instrucciones por segundo), existiendo modelos a mayor velocidad como los más rápidos que llegaban a frecuencias de 200 MHz, 266 MHz , hoy en día los Pentium III llegan a frecuencias de 500 MHz.

Existen dos segmentos de mercado para los cuales un ordenador basado en el procesador de la familia Pentium puede ser una solución muy aconsejable. Uno de ellos es el de los ordenadores personales con altas prestaciones, y el otro para el uso como servidores de redes de área local y sistemas multiprocesador. Como ordenador de sobremesa, los procesadores de la familia Pentium tiene la enorme ventaja de que sobre él funcionan todos los principales sistemas operativos, como pueden ser UNIX, Windows 95, Windows NT, OS/2, Solaris... Todas las aplicaciones actuales funcionan mucho más rápido bajo un Pentium gracias a sus grandes prestaciones y especialmente se desarrollan estos procesadores para aumentar al máximo las posibilidades de las aplicaciones 3D, de tratamiento de imágenes, de vídeo, sonido y de reconocimiento de la voz. Con toda la potencia necesaria para el software con capacidad para Internet de la próxima generación.

Pentium

Arquitectura interna

El procesador Pentium es un miembro de la familia Intel de procesadores de propósito general de 32 bits. Al igual que los miembros de esta familia, el 386 y el 486, su rango de direcciones es de 4 Goctetos de memoria física y 64 Toctetos de memoria virtual. Proporciona unas prestaciones más elevadas gracias a una arquitectura mucho más optimizada. Su bus de datos es de 64 bits. Las distintas unidades funcionales con las que cuenta el procesador Pentium son entre otras cosas dos caches denominadas data cache y code cache, el prefetcher, unidad de paginación, etc.

Unidades de enteros superescalar

159

El Pentium se basa en un diseño superescalar. Esto significa que en su interior hay más de una unidad de ejecución dedicadas a realizar las mismas funciones. En el caso del Pentium tenemos dos unidades de enteros de 32 bits que operan en paralelo. Ambas constan de una segmentación de instrucciones de cinco etapas: Prefetch de instrucciones, Decodificación, Cálculo de la dirección efectiva, ejecución y escritura de los resultados. Cada una de ellas es capaz de funcionar independientemente de la otra. El resultado es como existieran dos procesadores del tipo 486 trabajando al mismo tiempo, por lo que el Pentium podría proporcionar dos resultados enteros por ciclo de reloj.

Cada unidad de proceso interno tiene su propia unidad aritmético-lógica, su circuito de generación de direcciones exclusivo y un interfaz especifico con la memoria caché de datos. Los resultados de las operaciones se almacenan en la caché interna y no se transfieren a la memoria principal a no ser que sea necesario.

Sin embargo ambas unidades son exactamente iguales. Una de ellas es más completa que la otra ya que puede ejecutar todo tipo de instrucciones. La otra sólo realiza operaciones simples y del núcleo RISC. No puede ejecutar instrucciones de compatibilidad, aquellas que precisan de la ejecución de un microprograma interno. Este microcódigo también ha sido mejorado respecto al que incorporan el 486. El bloqueo en la ejecución paralela de instrucciones se realiza de forma totalmente transparente al software y al usuario.

Este bloqueo se produce también cuando existen dependencias entre los operandos de las instrucciones. Por ejemplo, si una instrucción realiza una operación que deja el resultado en el registro EDX, la siguiente si utiliza el registro EDX como uno de los operandos origen para cualquier otra operación.

De cualquier forma, el Pentium intenta paralelizar al máximo la ejecución de las instrucciones, siempre que se cumplan todos los requisitos para garantizar la integridad de los datos. Valores medidos indican que el procesador Pentium es capaz de ejecutar una media de 1´3 instrucciones por cada ciclo de reloj, rompiendo, por tanto, la mítica barrera de conseguir la ejecución de una instrucción en cada ciclo de reloj.

Funcionamiento del pipeline

El prefetcher manda una dirección a la code cache (caché de instrucciones), la cual comprueba si esta existe. Si está presente, una línea de información (32 bytes) es mandada a uno de los buffers de prefetch. Este buffer de prefetch transfiere las instrucciones a la unidad decodificadora donde son decodificadas. Inicialmente las instrucciones están decodificadas para determinar si pueden ser pares. Si lo son, una instrucción irá al "U" pipeline, y la otra ira al "V" pipeline. Las instrucciones serán pares si no existen dependencias entre ellas. ( Se dice que existe dependencias entre instrucciones cuando una instrucción deba de completar su ejecución antes de que la otra comience.) Existe en esta arquitectura un predictor de branch que va mirando si una instrucción de este tipo se pudiera producir.

Cuando se predice un branch, la dirección de esta instrucción es demandada por la code cache. Si se encuentra allí, una línea de código se manda al otro prefetch buffer de tal manera que se impida ningún retraso cuando la instrucción branch se produzca. Si no se da ninguna instrucción de este tipo ambos pipelines de instrucciones son tratados conjuntamente, realizando los prefetchings línealmente.

Con esta arquitectura se pueden entrar y salir dos instrucciones en cada etapa del pipeline. A esto en inglés se denomina Pairing instrucción, lo cual permite ejecutar dos instrucciones al mismo tiempo en cada unidad de ejecución. El pipeline que se utiliza en el Pentium es de cinco etapas, como lo hacían los procesadores más antiguos de intel, como el 486. Durante el primer ciclo de

160

reloj un par de instrucciones realizan el prefetch .en el segundo ciclo de reloj, las dos instrucciones se tratan en paralelo en cada uno de los "U" o "V" pipelines, mientras otro par de instrucciones hacen el prefetch. Después de realizar el fetch de las instrucciones pasan a la etapa de decodificación, tercer ciclo de reloj. En el último ciclo de reloj las dos instrucciones son ejecutadas. Esto quiere decir que el máximo número de instrucciones que puede ejecutar el procesador Pentium son dos.

Como he indicado anteriormente existen dos unidades de ejecución dedicados respectivamente a cada uno de los pipelines. Cada unidad de ejecución maneja un conjunto de registros, cuando se finaliza el resultado de un computo, la información es escrita en estos registros. Mientras las unidades de ejecución no terminen de escribir los datos ninguna otra instrucción se podrá ejecutar.

Unidades de memoria caché

La memoria caché está dividida en dos subsistemas de memoria en dos subsistemas de memoria caché totalmente independientes. Ambos son del mismo tamaño, ocho Koctetos. Uno se dedica a almacenar las instrucciones y el otro, los datos. Así pues, tenemos dos memorias caché, una para código y otra para datos. Este esquema acelera las prestaciones y la capacidad de transferencia del procesador. Por ejemplo, durante la prebusqueda, las instrucciones se obtienen de la memoria caché de instrucciones. Si hubiera una única memoria caché, no podría realizarse un acceso a un dato al mismo tiempo. Con memorias caché independientes para instrucciones y datos, ambas operaciones, de búsqueda y acceso a datos, pueden realizarse simultáneamente.

Ambas están organizadas como memorias asociativas de dos vías, mucho más eficiente que si fueran de correspondencia directa. El tamaño de la línea es de 32 octetos, el doble que en el 486, ya que el bus externo del Pentium es de 64 bits, el doble que en el 486. De esta forma, en un acceso de tipo ráfaga se puede llenar una línea completa de la caché, igual que ocurría con el 486. Los dos buses independientes que abastecen a la cachés internas, desde la unidad de bus externo, son de 64 bits cada uno.

Cada caché tiene su propio interfaz con cada una de las unidades de enteros, por lo que se puede proveer de datos o instrucciones al mismo tiempo a las dos unidades de ejecución para la realización de dos operaciones independientes en un mismo ciclo de reloj. El bus que parte de la caché de datos es de 64 bits. El que conecta la caché de instrucciones con los registros de prebusqueda de instrucciones es de 256bits. Cuando se precisa almacenar instrucciones o datos en la caché correspondiente y ésta está totalmente ocupada con valores válidos, se usa el algoritmo ppseudo-LRU para sustituir la línea que tenga menos probabilidad de ser nuevamente referenciada.

Las cachés son del tipo escritura obligada ("Write back") por lo que los resultados de las operaciones o actualizaciones no se transfieren a la memoria principal, sino que se quedan dentro del procesador Pentium hasta que sea preciso actualizar aquella. Esta técnica es mucho más eficiente que la utilizada en el 486, tipo de escritura inmediata, donde los datos se almacenan en la caché y en la memoria principal al mismo tiempo.

En el tipo de escritura obligada, las operaciones se terminan antes, al no existir la fase de escritura en memoria principal. Existen dos situaciones en las que se producen este tipo de escrituras. Uno de los casos es cuando hay que eliminar de la caché para introducir otros nuevos, cuando ésta se halla totalmente llena. Entonces, los datos a reemplazar tienen que ser escritos en la memoria principal antes de nada.

La otra situación se da cuando otro procesador, DMA o maestro de bus intenta acceder a una posición de memoria cuyo dato está almacenado en la caché interna del Pentium. Como el dato puede no puede estar actualizado, este acceso se detiene hasta que el procesador escribe el dato

161

en la memoria principal Una vez que ésta se ha actualizado, se permite que continué el acceso del otro maestro de bus al dato ya actualizado. En sistemas multiprocesador hay que asegurar la consistencia de los datos entre la memoria principal y las memorias cache de todos los procesadores que integren el sistema multiprocesador. Para ello, la caché de datos utiliza el protocolo MESI.

De cualquier modo, el Pentium puede configurarse dinámicamente para trabajar con esquemas de caché del tipo escritura inmediata, si es necesario. El uso de una memoria caché de segundo nivel aumentará significativamente las prestaciones. Para equipos de sobremesa 128 ó 256 Koctetos es un valor óptimo. En el caso de servidores de redes de área local, 256 o 512 Koctetos es el valor más recomendable.

Unidad de interconexión con el bus

El procesador Pentium tiene el mismo rango de direccionamiento que los 386 y 486, esto es debido que también utiliza bus de direcciones de 64 bits. El subsistema de memoria debe estar ordenado en ocho grupos de ocho bits cada uno, es decir 64bits, para adecuarse al bus del procesador.

Si el bus de memoria es de 128 bits, los resultados serán mejores se la memoria está organizada en dos bancos de 64 bits cada uno, de forma que un acceso se haga en un banco y el siguiente al otro banco, para permitir la recuperación de los chips de memoria y obtener un mejor tiempo de acceso.

Existe una diferencia en el tamaño de la página de memoria con la que puede trabajar el Pentium. Además del clásico tamaño de página de 4 Koctetos, el Pentium tiene una posibilidad de trabajar con tamaños de página de 4Moctetos. Este tamaño tan grande es ideal en entornos gráficos, adaptadores de vídeo del tipo "Frame Buffer" y sistemas operativos multitarea. Evita una elevada frecuencia de cambio de las páginas y, además, hace que disminuya en gran medida la probabilidad de ausencia en memoria de la página pedida.

Con el uso cada vez mayor de grandes objetos, que ocupan gran cantidad de memoria esta nueva característica eleva el rendimiento en gran medida. Lo más importante es que estas ventajas resultan transparentes al software de aplicación.

Al ser la caché interna del tipo escritura obligada, la ocupación del bus externo por el procesador es mucho menor. Los valores que se obtienen dependen del tipo de aplicación y el diseño del subsistema de memoria. Como ejemplo de referencia, para un sistema ideal, sin estados de espera, la ocupación del bus, es aproximadamente, del 15% cuando se utiliza AUTOCAD sobre dos, un 17% para una aplicación Unix y un 28% para la hoja de calculo Excel sobre Windows.

En cuanto al tipo de ciclos del bus, los valores medios corresponden a un 36% de prebusqueda de instrucciones, un 21% de lecturas de datos, un 36% de escrituras de datos y el 7% restante son escrituras obligadas de datos. El tipo de ciclo de bus de ráfaga permite cargar 256 bits en la caché de datos de una vez. El bus externo de 64 bits es capaz de transferir datos entre la memoria y el procesador a velocidad que pueden llegar a 528 Moctetos por segundo. Esto significa que, por ejemplo, el contenido completo de un disco fijo de 100Moctetos pasaría por este bus en menos de un quinto de segundo. Esta velocidad de transferencia es superior en más de tres veces al ancho de banda del bus de un 486 a 50MHz (160 Moctetos).

El bus del procesador Pentium funciona en un modo llamado Pipeline. En este modo, se puede comenzar un segundo ciclo de bus antes de que haya terminado el primero. Con ello, se da más tiempo al subsistema de memoria para decodificar la dirección del siguiente acceso, con lo que los chips de memoria pueden ser más lentos y, por tanto, más baratos.

162

El uso de un bus local de altas prestaciones, como puede ser el PCI, permite obtener el máximo rendimiento en aplicaciones intensivas en gráficos, entrada/salida en disco, accesos a red local, etc. En la siguiente figura se puede ver el diagrama de bloques de un ordenador Pentium haciendo uso de un bus PCI.

Monitor de prestaciones

Desarrollar aplicaciones es cada vez más complejo y precisa de una cuidadosa realización para evitar que la mayor parte del tiempo se pierda en ciertas rutinas o selecciones del código que no son excesivamente importantes. Para facilitar el trabajo de los desarrolladores de software, el procesador Pentium incorpora un monitor de prestaciones y una unidad de depuración software.

El procesador posee una serie de contadores internos y unidades de rastreo y traza que permiten conocer su estado, el tiempo que se emplea en la realización de operaciones y las instrucciones que se ejecutan. Desde el exterior al procesador se puede interactuar con el procesador con esta unidad vía unos puertos serie accesibles por unas patillas especificas.

Se puede medir el número de ciclos que el procesador emplea en operaciones internas que afectan a la lectura y escritura de datos, a la presencia o ausencia de datos o código en las memorias caché internas, las interrupciones o la utilización del bus. También es posible conocer cuánto tiempo el procesador tiene que esperar hasta que se consigue el control del bus externo. Así, es más fácil optimizar el diseño del bus de memoria y del propio subsistema de memoria para conseguir un sistema más rápido.

La unidad de traza detecta cuando se produce cierta condición de bifurcación o los saltos a subrutinas o si la ejecución se produce en determinada sección de código o que instrucción ha provocado una interrupción, etc. Por tanto, es posible detectar los cuellos de botella donde el sistema se ralentiza o la aplicación pierde una gran parte de tiempo inútilmente, y optimizarlos para conseguir las mejores prestaciones y el mejor tiempo de respuesta.

Los desarrolladores de herramientas de software, como compiladores, pueden optimizar el código generado para sacar partido de la arquitectura superescalar y aumentar el paralelismo en la ejecución de las instrucciones.

Unidad de redundancia funcional

Se emplean una serie de técnicas para asegurar la integridad de los datos. La detección de errores se realiza tanto externamente como internamente. Cada octeto del bus de datos lleva asociado un bit de paridad, lo que hace un total de ocho bits de paridad para todo el bus de datos. Los bits de paridad son comprobados por el procesador en cada lectura. A su vez, el Pentium genera un bit de paridad por cada octeto de los 64 bits que componen cada escritura hacia el exterior. También el bus de direcciones añade un bit de paridad por cada octeto. Así, hay cuatro bits de paridad para las direcciones que se generan y comprueban en cada acceso de escritura o lectura, respectivamente.

Mediante este método, el procesador Pentium es capaz de detectar si se ha producido un error en el bus de direcciones o en el de datos. Por tanto, el Pentium, no sólo detecta que el dato leído o escrito es correcto, sino que también es capaz de saber si la dirección de memoria es correcta.

Internamente, también se hacen controles de paridad en la cache interna, en los registros internos y en la memoria ROM que almacena el microcódigo. Hay otro tipo de recursos que asegura la fiabilidad del procesador. Siempre, después de una reinicialización, se realiza un autodiagnóstico interno que comprueba que, al menos, un 70 % de los dispositivos internos funcionan adecuadamente.

163

El Pentium implementa un sistema de redundancia funcional de una forma muy simple. Basta con poner dos procesadores Pentium en el mismo bus, uno trabajando en el modo Maestro y el otro como comprobador. Los dos procesadores ejecutan las mismas instrucciones al mismo tiempo. El que actúa como comprobador chequea cada resultado obtenido por el maestro con el suyo propio. Si existe discrepancia, se produce una interrupción de máxima prioridad que detiene el sistema y avisa que los dos procesadores no están de acuerdo en los resultados de la ejecución del programa.

Unidad de predicción de bifurcaciones

El Pentium aumenta prestaciones mediante el empleo de una pequeña caché especifica de 256 posiciones llamada BTB ("Branch Target Buffer"). Esta es la encargada de hacer una predicción dinámica de hacia donde van a bifurcar las instrucciones de salto condicional, consultando en la BTB las últimas 256 instrucciones de ese tipo por las que el flujo de ejecución del código haya pasado.

Cuando una instrucción conduce a un salto, la BTB recuerda dicha instrucción y la dirección del salto efectuado y predice en qué dirección se va a producir el salto la próxima vez que se ejecute. Si la predicción es correcta, la bifurcación se realiza en cero ciclos de reloj, puesto que ésta ya se realizó, y se siguieron buscando instrucciones en dicha dirección. Si falta la predicción hay una penalización de tiempo pues hay que anular todas las operaciones efectuadas con las instrucciones que seguían al salto, Intel calcula una tasa de acierto en la predicción del 90%.

Unidad de coma flotante

Esta unidad se ha rediseñado totalmente respecto a la que se usa el 486. Sin embargo, mantiene compatibilidad 100% binaria con ella. Incorpora un cauce segmentado de instrucciones de ocho etapas, que permite obtener resultados partiendo de instrucciones de coma flotante en cada ciclo de reloj. Las cuatro primeras etapas son las mismas que se poseen las unidades de enteros. La quinta y la sexta, corresponden a la ejecución de las instrucciones de coma flotante. La séptima etapa se encarga de escribir el resultado en los registros adecuados y la octava realiza el informe de posibles errores que se hayan producido.

Esta unidad hace uso de nuevos algoritmos que aceleran la ejecución de las operaciones e incluye elementos de hardware dedicados, como son : un multiplicador, un sumador y un divisor. Instrucciones de suma, multiplicación y carga de datos se ejecutan tres veces más rápido que en un 486.

En cuanto al banco de registros de trabajo, el Pentium, como sus predecesores, dispone de 16, ocho de los cuales actúan como registros de propósito general (EAX, EBX, ECX, EDX, ESP, ESI, EBP, EDI). Al igual que en el 386, 486, dispone de 6 registros de segmento (CS, DS, EX, FS, GS, SS), un registro puntero de instrucciones (EIP), y un registro de señalizadores (EFLAGS), con señalizadores de control (TF, IF, ID, IOPL, NT, RF, VM, AC, VIF y VIP), y señalizadores de estado (CF, PF, AF, ZF, SF, OF).

Diagrama de conexionado

El Pentium se presenta en una cápsula del tipo PGA , con 273 patas, distribuidas matricialmente en 21 filas y 21 columnas.

La distribución funcional de las patitas es la siguiente y su análisis permite comprender la extraordinaria potencia de control y los enormes recursos del procesador.

Alimentación

164

Hay 50 patitas, designadas como Vcc, que sirven para recibir la alimentación de +5V, y otras 49 (Vss), para conectarse a tierra.

El consumo normal del procesador es de 13 W y alcanza un máximo de 16 W. Esta elevada potencia, ocasiona que la temperatura que adquiere la cápsula ronde a los 70 grados centígrados, por eso es conveniente tener un ventilador en el procesador de tal manera que se disipe un poco de este calor.

Señal de reloj

CLK (E) : Por esta pata se proporciona la frecuencia estable que regula el ciclo de trabajo del procesador.

Señal de Inicialización

RESET (E) : Su activación fuerza al procesador a comenzar la ejecución en su estado conocido e invalidar las cachés internas.

INIT(E) : Similar a RESET, pero sin invalidar las cachés.

Señales de direcciones 

A3-A31 (E/S) : Líneas bidireccionales, como 486, de dirección.

BE7# -BE0#(S) : Determinan los bytes a acceder.

A20M#(E) : Se pone a 0 cuando se trabaja en Modo Real y en el primer Megabyte de memoria.

AP(S) : Paridad para la dirección, que genera la CPU .

APCHK # (S) : Se activa cuando el procesador ha detectado un error de paridad en el bus de direcciones.

Señales de datos

D0-D63 (E/S) : Patitas del bus de datos.

DP7-DP0 (E/S) : Bits de paridad de los bytes del bus de datos.

PCHK #(S) : Se activa al detectarse error de paridad en los datos.

PEN # (E) : Indica si se ha generado una excepción en la detección de un error de paridad en un ciclo de lectura.

Señales de error

IERR # (S) : Se activa al detectarse error de paridad interna, o bien, de redundancia general.

BUSCHK # (E) : Permite detectar cuando no se ha completado correctamente un ciclo de bus. Al activarse la CPU mira la dirección y las señales de control.

165

Señales para definir el ciclo de bus

M/IP # (S) : Distingue entre los ciclos de memoria y de E/S.

D/C #(S) : Distingue entre datos, código y ciclos especiales.

W/R #(S) : Ciclos de escritura y lectura.

CACHE # (S) : Si el ciclo es de lectura, indica que hay capacidad en la caché mientras que si es de escritura, si hay que realizar una "escritura obligada".

SYSC (S) : Se activa en las transferencias con LOCK, para indicar que hay más de 2 ciclos LOCK juntos.

Señales de control del bus

ASD # (S) : Indica ciclo de bus rápido.

BRDY # (E) : Indica que el sistema externo ha ofrecido un dato válido en respuesta a una lectura, o bien, que ha aceptado un dato se es de escritura.

NA #(E) : El sistema de memoria externo está preparado para aceptar un nuevo ciclo de bus, aunque no se haya completado la transferencia del ciclo actual.

Señales de control de la caché

KEN # (E) : Determina si el ciclo actual es cacheable o no.

WB/WT #(E) : Permite definir una línea de cache de datos como de escritura obligada o diferida.

AHOLD (E/S) : Inhabilita el uso del bus de direcciones en el siguiente ciclo de reloj.

EADS # (S) : Indica presencia de una dirección válida.

HIT # (S) : Se activa para reflejar la validez de una línea en el ciclo requerido.

HITM # (S) : Aceptación de una modificación de una línea, inhibe el acceso a datos de otro bus maestro hasta que la línea sea escrita por completo.

INV (E) : Determina el estado final de la caché (S ó I) si se acepta el ciclo.

FLUSH # (E) : Cuando se activa, fuerza al procesador a la escritura obligada de todas las líneas en la cache de datos, e invalida las cachés internas.

Señales de caché de páginas

PCD (S) : Reproduce el nivel lógico del bit PCD del registro CR3, que indica página de caché externa.

PWT (S) : Refleja el nivel lógico del bit PWT (escritura obligada).

166

Señales de Orden de Escritura

EWBE #(E) : indica si está pendiente un ciclo de escritura para que rechace el procesador todas las escrituras siguientes a todas las líneas en la cache de datos.

Señales de arbitraje del bus

BOFF # (E) : Al activarse se abortan todos los ciclos de bus que no se han completado.

BREQ (S) : Indica al sistema que el procesador ha generado una petición de bus.

HOLD (E) : Petición de bus.

HLDA (S) : Indica la cesión del bus por parte del Pentium.

Señales de interrupción

INTR (E) : Petición de interrupción mascarable, que depende del señalizador IF del registro EFLAGX.

NMI (E) : Petición de interrupción no mascarable.

Señales de error en coma flotante

FERR # (S) : Su activación indica la producción de un error no enmascarable en la unidad de coma flotante.

IGNNE # (E) : Si el bit EN = 0 del CR0, el procesador ignora las excepciones mascarables de carácter numérico.

Señales de SMM (Modo de Gestión del Sistema)

SMI # (E) : Su activación provoca la entrada del procesador en el estado o modo de gestión del sistema, que caracteriza a los procesadores de Intel a partir del 386 SL.

SMIACT # (S) : Su activación indica que el procesador en modo SMM.

Señales de chequeo de redundancia funcional

FRCMC # (E) : Determina si el procesador está configurado en modo maestro o modo controlador.

Señales de punto de ruptura (PB) y monitor de ejecución (PM)

PM/PB [1 :0] BP [3 :2] (S) : Las líneas BP[1 :0] de punto de ruptura están multiplexadas con las PM [0 :1]. PB1 y PB0, en el registro de control de depuración, determinan si las líneas están configuradas como PM o BP. Dichas líneas quedan configuradas como PM después de un RESET.

BP0-3 se corresponden con los registros de depuración DR0-DR3. Indican un punto de ruptura cuando los registros de depuración están programados para testear puntos de ruptura.

Señales de segmento de ejecución

167

BT3-BT0 (S) : BT0-BT2 proporcionan las salidas de las bifurcaciones y BT3 da el tamaño del operando.

IV (S) : Se activa durante un ciclo de reloj para indicar que la instrucción del cauce V ha terminado su ejecución.

IU (S) : Igual que la anterior, pero en el cauce U.

IBT (S) : Indica la opción escogida en la instrucción de salto.

Señales del modo de prueba

R/S # (E) : Cuando esta línea pasa de nivel alto a bajo, interrumpe al procesador en la siguiente instrucción, dejándole en estado inactivo.

PRDY (S) : Indica que el procesador BUS UNIT .

La unida de bus sirve de interfaz físico entre el procesador Pentium y el resto del sistema, esta constituido por:

Write Buffers. El Pentium emplea dos write buffers, uno para cada uno de las pipelines internos. Estos buffers guardan 64 bits. Si la unidad de bus está ocupada haciendo porque se está realizando un ciclo de bus, la escritura desde las unidades de ejecución se realiza guardando su valor en estos buffers, lo que permite a las unidades de ejecución seguir trabajando.

Address Drivers and Receivers. Durante los ciclos de reloj los address drivers ponen una dirección en el bus de direcciones local del procesador.

Bus master Control. Permiten al procesador demandar los buses.

Bus control Logic. Permite controlar cuando un ciclo de bus se va a realizar.

Level Two (L2) Cache control. El Pentium permite controlar a L2, la cache secundaria, de tal manera que se puede coger información de ella cuando se necesite, además cuando se utilice la política de write-back controla cuando se debe de transferir una instrucción de escritura a través de la memoria principal.

Internal Cache Control.

Control y generación de paridad.

Pentium II

El procesador Intel Pentium II, surgió, al igual que su antecesor Pentium, para los sistemas de sobremesa comerciales de uso general, portátiles, PC domésticos de rendimiento y servidores de nivel básico.

En este procesador se combinan los avances de la arquitectura Intel P6 con las extensiones del conjunto de instrucciones de la tecnología MMX™ para ofrecer un rendimiento excelente en las aplicaciones de PC actuales y del futuro.

168

Además, el procesador Pentium II proporciona un notable rendimiento para el software avanzado de comunicados y multimedia, incluidas potentes funciones de tratamiento de imágenes y gráficos realistas, videoconferencias y la posibilidad de ejecutar vídeo de pleno movimiento y a toda pantalla.

La combinación de estas tecnologías hacen del procesador Pentium II la opción ideal para la ejecución de cargas de trabajo de modernas aplicaciones con funciones multimedia y un uso intensivo de datos en sistemas operativos avanzados.

Los microprocesadores actuales se utilizan para ejecutar una amplia gama de aplicaciones de software. En concreto, la utilización de aplicaciones multimedia, 3D e Internet ha experimentado un tremendo auge en los últimos años y se prevé que esta tendencia continúe en el futuro.

Basado en la avanzada tecnología de proceso CMOS de 0,25 micras de Intel, el núcleo del procesador tiene 7,5 millones de transistores aproximadamente. Disponible en PC de sobremesa, estaciones de trabajo, servidores y sistemas portátiles, a velocidades de reloj de 300 MHz a 450 MHz, el procesador Pentium II también incorpora funciones avanzadas como, por ejemplo, arquitectura de bus doble independiente, una caché de nivel 2 dedicada, ejecución dinámica, código de corrección de errores y escalabilidad a sistemas de doble procesador.

Los procesadores Pentium II para sistemas de sobremesa, estaciones de trabajo y servidores están disponibles en el formato de encapsulado de contacto único de Intel (S.E.C.) para disponibilidad de volúmenes grandes, mayor protección durante el manejo y compatibilidad con las plataformas más utilizadas. El procesador Pentium II está respaldado por los más de 25 años de experiencia de Intel en la fabricación de microprocesadores fiables y de alta calidad.

Características del procesador Intel Pentium II

El procesador Pentium II es totalmente compatible con toda una biblioteca de software para PC basado en sistemas operativos tales como MS-DOS*, Windows* 3.1, Windows para Trabajo en Grupo* 3.11, Windows* 98, Windows* 95, OS/2*, UnixWare*, SCO UNIX*, Windows* NT, OPENSTEP*, y Sun Solaris*. Entre las características de arquitectura del procesador Pentium II se incluyen:

Tecnología de ejecución dinámica

La Ejecución Dinámica es una innovadora combinación de tres técnicas de procesamiento diseñada para ayudar al procesador a manipular los datos más eficientemente. Éstas son la predicción de salto múltiple, el análisis del flujo de datos y la ejecución especulativa.

La ejecución dinámica hace que el procesador sea más eficiente manipulando datos en lugar de sólo procesar una lista de instrucciones. La forma en que los programas de software están escritos puede afectar al rendimiento del procesador. Por ejemplo, el rendimiento del software será afectado negativamente si con frecuencia se requiere suspender lo que se está haciendo y "saltar" a otra parte en el programa. También pueden producirse retardos cuando el procesador no puede procesar una nueva instrucción hasta completar la instrucción original. La ejecución dinámica permite al procesador alterar y predecir el orden de las instrucciones. La Ejecución Dinámica consta de:

Predicción de salto Múltiple:

Predice el flujo del programa a través de varias ramificaciones: mediante un algoritmo de predicción de salto múltiple, el procesador puede anticipar los saltos en el flujo de las instrucciones. Éste predice dónde pueden encontrarse las siguientes instrucciones en la memoria con una

169

increíble precisión del 90% o mayor. Esto es posible porque mientras el procesador está buscando y trayendo instrucciones, también busca las instrucciones que están más adelante en el programa. Esta técnica acelera el flujo de trabajo enviado al procesador.

Análisis del Flujo de Datos:

Analiza y ordena las instrucciones a ejecutar en una sucesión óptima, independiente del orden original del programa: mediante el análisis del flujo de datos, el procesador observa las instrucciones de software decodificadas y decide si están listas para ser procesadas o si dependen de otras instrucciones. Entonces el procesador determina la sucesión óptima para el procesamiento y ejecuta las instrucciones en la forma más eficiente.

Ejecución Especulativa:

Aumenta la velocidad de ejecución observando las instrucciones posteriores al contador de programa y ejecutando las instrucciones que posiblemente van a necesitarse. Cuando el procesador ejecuta las instrucciones (hasta cinco a la vez), lo hace mediante la "ejecución especulativa". Esto aprovecha la capacidad de procesamiento superescalar del procesador Pentium II tanto como es posible para aumentar el rendimiento del software. Como las instrucciones del software que se procesan están basadas en predicción de salto, los resultados se guardan como "resultados especulativos". Una vez que su estado final puede determinarse, las instrucciones se colocan en su orden original y formalmente se les asigna un estado de máquina.

En la ejecución dinámica se incorporan los conceptos de ejecución especulativa y no por orden. La implementación que el procesador Pentium II hace de estos conceptos elimina las limitaciones de la secuencia lineal de la ejecución de instrucciones con las fases tradicionales de recogida y ejecución de la instrucción. Se pueden descodificar hasta 3 instrucciones por ciclo de reloj. Estas instrucciones descodificadas se colocan en un "buffer", que puede contener hasta 40 instrucciones, que se pueden ejecutar desde este "buffer" cuando están disponibles sus operadores (a diferencia del orden de instrucciones). Se pueden ejecutar hasta 4 por ciclos de reloj.

Supercanalización

El canal de la familia de procesadores P6 consta de aproximadamente 12 fases frente a las 5 del procesador Pentium y las 6 del procesador Pentium con tecnología MMX, lo que hace posible que el procesador Pentium II obtenga una frecuencia aproximadamente un 50% superior a la del procesador Pentium con la misma tecnología de fabricación. El sofisticado mecanismo de predicción de bifurcación de dos niveles y de formación adaptable de la arquitectura del procesador Pentium II es fundamental para mantener la eficacia de la microarquitectura supercanalizada.

Arquitectura de bus doble independiente (DIB)

Esta arquitectura consta de dos buses diferentes que proceden del procesador Pentium II: el bus de caché L2 y el bus de sistema (que se utiliza para solicitudes de E/S y memoria). La velocidad del bus de caché L2 se escala con la frecuencia del procesador. En el procesador Pentium II a 266 MHz, el bus de caché L2 funciona a 133 MHz, el doble de la velocidad de los sistemas con procesador Pentium. El bus de sistema para ambos procesadores funciona a 66 MHz. El resultado es que el procesador Pentium II a 266 MHz triplica el ancho de banda máximo del bus del sistema de procesador Pentium más rápido que sólo dispone de un bus ejecutándose a una velocidad máxima de MHz. Además, como la velocidad de los accesos a la caché L2 es uno de los factores más importantes a la hora de determinar el rendimiento global, el rendimiento del sistema se escalará bien con frecuencias de procesador más altas. A diferencia del bus de sistema del procesador Pentium, el bus de sistema del Pentium II admite hasta 8 solicitudes de bus pendientes (4 por procesador). Con esto se consigue un mayor paralelismo entre los procesadores y la E/S,

170

así como soporte para un escalado de rendimiento sin problemas a un sistema de 2 procesadores. La señalización eléctrica GTL+ del bus de sistema facilita su migración a frecuencias más altas a medida que se introducen en el mercado tecnologías DRAM de rendimiento más elevado.

Tecnología Intel MMX de alto rendimiento

La tecnología MMX de Intel es una mejora importante de la arquitectura Intel que hace posible que los PC ofrezcan prestaciones más sofisticadas multimedia y de comunicaciones. Esta tecnología incluye 57 instrucciones orientadas a operaciones de gran paralelismo con tipos de datos multimedia y de comunicaciones. Estas instrucciones utilizan una técnica conocida como SIMD (instrucción única, datos múltiples) para facilitar un rendimiento superior en informática multimedia y de comunicaciones. Los procesadores Intel que incluyen tecnología MMX son totalmente compatibles con las generaciones anteriores de arquitectura Intel y con la base instalada de software. Para mejorar aún más el rendimiento, el procesador Pentium II, al igual que el procesador Pentium con tecnología MMX, puede ejecutar 2 instrucciones Intel MMX a la vez.

Combinación de escritura

Con la tecnología de combinación de escritura (Write Combining) de la arquitectura P6 se puede conseguir un rendimiento E/S en gráficos muy elevado. Esta característica combina varias escrituras en una parte de la memoria (por ejemplo, en el "buffer" de marcos para el controlador de vídeo) declarada como tipo WC en una única operación de escritura de ráfaga, muy adecuada para el bus, que se ve optimizado para las transferencias de ráfagas. El chipset combina aún más estas escrituras, llevando a una elevada velocidad de E/S de gráficos, lo que mejora aún más el rendimiento multimedia y hace posible un vídeo con un movimiento más realista y además un rendimiento de gráficos rápido y también realista.

Cachés

El procesador Pentium II tiene 32 K de caché L1 sin bloqueo, dividida en 16 K de caché de instrucciones y 16 K de caché de datos. Cada caché se ejecuta en la frecuencia del procesador y proporciona acceso rápido a los datos más utilizados. El procesador Pentium II tiene 512 K de caché L2 unificada para código y datos, y sin bloqueo. Hay un bus de 64 bits dedicado para facilitar mayor velocidad de transferencia de datos entre el procesador y la caché L2 . El canal de coma flotante admite formatos IEEE* 754 de 32 y 64 bits, así como formato de 80 bits. La FPU tiene compatibilidad de código de objetos con las FPU del procesador Pentium y del i486™. El bus GTL+ proporciona un soporte sin problemas para dos procesadores y ofrece así una solución SMP rentable. Este bus puede utilizarse para mejorar significativamente el rendimiento de las aplicaciones y del sistema operativo en entornos multitarea o multilectura o para comprobación de redundancia funcional.

Funciones de prueba y control del rendimiento

Built-in Self Test (BIST) proporciona cobertura única contra fallos integrada para el microcódigo y PLA grandes, además de pruebas de caché de instrucciones, caché de datos, Translation Lookaside Buffers (TLB) y ROM. Con el mecanismo de puerto de acceso a pruebas estándar y la arquitectura de exploración de límites según la norma IEEE 1149.1 puede probar el procesador Pentium II con una interfaz estándar. Contadores internos de rendimiento para controlar el rendimiento y contar los eventos.

Pentium III

El procesador Intel Pentium III, el procesador de Intel más avanzado y potente para PC de sobremesa, presenta varias funciones nuevas para un rendimiento, productividad y capacidad de

171

gestión máximos. Para los usuarios que interactúan con Internet o que trabajan con aplicaciones multimedia con muchos datos, las innovaciones más importantes son las extensiones "Streaming SIMD" del procesador Pentium III, 70 instrucciones nuevas que incrementan notablemente el rendimiento y las posibilidades de las aplicaciones 3D, de tratamiento de imágenes, de vídeo, sonido y de reconocimiento de la voz. Con toda la potencia necesaria para el software con capacidad para Internet de la próxima generación, los procesadores Pentium III seguirán ofreciendo a los usuarios de PC unas prestaciones excepcionales bien entrado el futuro.

El procesador Intel Pentium III ofrece excelentes prestaciones para todo el software para PC y es totalmente compatible con el software existente basado en la arquitectura Intel. El procesador Pentium III a 500 y 450 MHz amplía aún más la potencia de proceso al dejar margen para una mayor exigencia de rendimiento para funciones de Internet, comunicaciones y medios comerciales. El software diseñado para el procesador Pentium III libera todas las posibilidades multimedia del procesador, incluido el vídeo de pantalla completa y movimiento pleno, gráficos realistas y la posibilidad de disfrutar al máximo de Internet. Los sistemas basados en el procesador Pentium III también incluyen las últimas funciones para simplificar la gestión del sistema y reducir el coste total de propiedad para entornos de empresas grandes y pequeñas. El procesador Pentium III ofrece un rendimiento excepcional para las aplicaciones actuales y del futuro, así como la calidad, fiabilidad y compatibilidad que puede esperarse de la primera empresa de microprocesadores del mundo.

Los microprocesadores actuales se utilizan para ejecutar una amplia gama de aplicaciones de software. En concreto, la utilización de aplicaciones multimedia, 3D e Internet ha experimentado un tremendo auge en los últimos años y se prevé que esta tendencia continúe en el futuro, por lo que se debería considerar una amplia gama de programas de prueba a la hora de evaluar el rendimiento del procesador y del sistema. Los usuarios y compradores de PC deberían tener en cuenta los diferentes niveles de rendimiento, incluida productividad, multimedia, 3D e Internet.

En determinados programas de prueba 3D y multimedia, el procesador Pentium III ha demostrado ventajas sustanciales en cuanto a rendimiento. En comparación con el procesador Pentium II 450 MHz, por ejemplo, el procesador Pentium III 450 MHz muestra una mejora en el rendimiento del 29% en MultimediaMark* 99 y del 74% en la prueba de transformación e iluminación 3D de Winbench* 99. El aumento de rendimiento del procesador Pentium III 500 MHz en estos programas de prueba 3D y multimedia es incluso mayor, y ofrece el rendimiento en PC de sobremesa más alto de Intel en productividad y aplicaciones de Internet.

Hoy en día hay muchos desarrolladores trabajando en aplicaciones de próxima generación que elevarán el rendimiento del procesador Pentium III a nuevas cotas. A medida que se actualizan los programas de prueba que tengan en cuenta estas aplicaciones y los programas de pruebas sintéticos hacen lo propio para aprovechar al máximo las posibilidades del procesador Pentium III.

El procesador Intel Pentium III ofrece nuevos niveles de rendimiento y productividad para las aplicaciones y sistemas operativos actuales más exigentes. Este procesador incorpora funciones avanzadas para sacar el máximo partido de la arquitectura de empresa "Wired for Management" y del entorno de proceso constante que llevará la productividad comercial a nuevas cotas en el nuevo milenio.

El procesador Pentium III presenta las extensiones "Streaming SIMD" que incluyen 70 nuevas instrucciones para acelerar el proceso y mejorar los resultados en las aplicaciones existentes y las de próxima generación, incluidas aplicaciones avanzadas de tratamiento de imágenes, sonido y vídeo 3D, acceso a la web, reconocimiento de voz, nuevas interfaces de usuario y otras aplicaciones de tecnología de vanguardia.

Basado en la tecnología avanzada de proceso CMOS de 0,25 de Intel, el núcleo del procesador tiene más de 9,5 millones de transistores. Presentado a velocidades de 450 MHz y 500 MHz, elprocesador Pentium III también incorpora funciones avanzadas como 32K de caché de nivel 1 sin

172

bloqueo y 512K de caché de nivel 2 sin bloqueo para acceso rápido a datos de prioridad, almacenamiento caché para un máximo de 4GB de espacio en memoria direccionable y escalabilidad a sistemas de proceso dual con hasta 64GB de memoria física. Un número de serie de procesador con comunicación automática proporciona a las aplicaciones de seguridad, autenticación y gestión del sistema una nueva y potente herramienta para identificar sistemas individuales.

Los procesadores Pentium III están disponibles en el formato de encapsulado de contacto único 2 de Intel (S.E.C.C.2) para disponibilidad de volúmenes grandes, mayor protección durante el manejo y compatibilidad con los procesadores de alto rendimiento del futuro. La compatibilidad con la plataforma 400BX AGPset de amplia utilización garantiza también la compatibilidad con los sistemas existentes y un ciclo de calificación corto para obtener el máximo rendimiento de la inversión.

Características del procesador Intel Pentum III

El procesador Pentium III es totalmente compatible con toda una biblioteca de software para PC basado en sistemas operativos tales como MS-DOS*, Windows* 3.1, Windows para Trabajo en Grupo* 3.11, Windows* 98, Windows* 95, OS/2*, UnixWare*, SCO UNIX*, Windows* NT, OPENSTEP*, y Sun Solaris*. Entre las características de arquitectura del procesador Pentium III se incluyen:

Extensiones "Streaming SIMD"

Las extensiones "Streaming SIMD" constan de 70 nuevas instrucciones que incluyen: instrucciones únicas, datos múltiples para coma flotante, instrucciones de enteros SIMD adicionales e instrucciones para el control del almacenamiento caché. Entre las tecnologías que se benefician de las extensiones "Streaming SIMD" se incluyen las aplicaciones avanzadas de tratamiento de imágenes, sonido y vídeo, y reconocimiento de la voz. Más concretamente:

Visualización y manipulación de imágenes de mayor resolución y calidad. Vídeo MPEG2 y sonido de alta calidad, y codificación y decodificación MPEG2

simultáneas.

Menor utilización de la CPU para aplicaciones de reconocimiento de voz, así como una mayor precisión y tiempos de respuesta más rápidos.

Número de serie del procesador Intel

El número de serie del procesador, el primero de los módulos de montaje diseñados por Intel para la seguridad del PC, actúa como número de serie electrónico para el procesador y, por extensión, para su sistema y usuario, y sirve para que las redes y aplicaciones identifiquen al usuario y al sistema. Este número de serie se utilizará en aplicaciones que se beneficien de métodos más estrictos de identificación de sistemas y usuarios como, por ejemplo, los iguientes:

Aplicaciones que utilicen funciones de seguridad: acceso gestionado a nuevo contenido y servicios de Internet, intercambio de documentos electrónicos.

Aplicaciones de gestión: gestión de activos, carga y configuración remotas del sistema.

Tecnología de mejora de medios Intel MMX

173

La tecnología Intel MMX se ha diseñado como un conjunto de 57 instrucciones de enteros de uso general y cuatro tipos de datos que se aplican fácilmente a las necesidades de una amplia variedad de aplicaciones de comunicaciones y multimedia. Entre los aspectos destacados de esta tecnología se incluyen:

Técnica de instrucción única, datos múltiples (SIMD). Ocho registros de tecnología MMX de 64 bits.

Tecnología de ejecución dinámica.

Predicción de bifurcación múltiple: predice la ejecución del programa a través de varias bifurcaciones lo que acelera el flujo de trabajo al procesador.

Análisis de flujo de datos: crea una planificación reorganizada y optimizada de las instrucciones mediante el análisis de las dependencias entre instrucciones.

Ejecución especulativa: ejecuta las instrucciones de forma especulativa y, basándose en esta planificación optimizada, garantiza la actividad constante de las unidades de ejecución superescalar del procesador lo que potencia al máximo el rendimiento global.

Funciones de prueba y control del rendimiento

Built-in Self Test (BIST) proporciona cobertura única contra fallos integrada para el microcódigo y matrices lógicas grandes, además de pruebas de caché de instrucciones, caché de datos, Translation Lookaside Buffers (TLB) y ROM. Con el mecanismo de puerto de acceso a pruebas estándar y la arquitectura de exploración de límites según la norma IEEE 1149.1 puede probar el procesador Pentium III y las conexiones del sistema con una interfaz estándar.

Contadores internos de rendimiento para controlar el rendimiento y contar los eventos. Incluye un diodo integrado en el chip que puede utilizarse para controlar la temperatura del chip. El sensor térmico situado en la placa madre puede controlar la temperatura del chip del procesador Pentium III para la gestión térmica.

Otras funciones destacadas del procesador Pentium III

El encapsulado S.E.C.C.2., diseñado por Intel, facilita la disponibilidad de volúmenes altos, una mejor protección durante el manejo y un factor de forma común para compatibilidad con futuros procesadores de alto rendimiento.

La arquitectura de doble bus independiente (DIB) de alto rendimiento (bus del sistema y bus de caché) proporciona un ancho de banda mayor, rendimiento y escalabilidad con futuras tecnologías de sistemas.

El bus de sistema admite varias transacciones para incrementar la disponibilidad del ancho de banda. También proporciona un soporte sin problemas para dos procesadores, lo que hace posible el multiproceso simétrico bidireccional de bajo coste y proporciona un incremento significativo del rendimiento para sistemas operativos multitarea y aplicaciones multilectura.

Una caché unificada, sin bloqueo de dos niveles y 512K mejora las prestaciones al reducir el tiempo medio de acceso a la memoria y al proporcionar acceso rápido a los últimos datos e instrucciones utilizados. El rendimiento mejora mediante un bus caché de 64 bits dedicado. La velocidad de la caché L2 se escala con la frecuencia del núcleo del procesador. Este procesador

174

también incorpora cachés de nivel independientes y de 16K, una para instrucciones y otra para datos.

Los procesadores Pentium III a 500 y 450 MHz admiten almacenamiento caché para un máximo de 4 GB de espacio en memoria direccionable.

El procesador dispone de funcionalidad de código de corrección de errores (ECC) en el bus de caché de nivel 2 para aplicaciones en las que la intensidad y fiabilidad de los datos es esencial.

La unidad de coma flotante canalizada (FPU) admite los formatos de 32 y 64 bits especificados en la norma IEEE 754 así como un formato de 80 bits.

Señales del bus de sistema de solicitud y respuesta/dirección con protección de paridad con un mecanismo de reintento para garantizar una elevada integridad y fiabilidad de los datos.

175