puertos y ranuras

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Carlos OjedaCmo funcionan los puertos del PC? Quieres saber cmo se comunica tu ordenador con el resto de dispositivos? qu puerto es mejor y cul el ms rpido?. Este artculo aborda los principales canales estndares para la conexin de perifricos externos al PC: los puertos serie, paralelo, USB y FireWire.

Las ranuras de expansin del PC no son la nica opcin a la hora de conectar perifricos al PC. De hecho, los perifricos externos suelen precisar la instalacin de una tarjeta adaptadora (normalmente PCI), a la cual se conecta el dispositivo en s (disminuyendo, por tanto, el nmero de ranuras disponibles y limitando la capacidad de expansin). Afortunadamente, cualquier PC actual est equipado con diversos puertos para la comunicacin directa con dispositivos externos (ratn, impresora, webcam, asistente personal, etc.), sin necesidad de instalar tarjetas adaptadoras. Cada tipo de puerto est dotado de unas caractersticas y un funcionamiento diferentes, que condicionan el tipo de dispositivos que se pueden conectar. Por ejemplo, la conexin de un mdem sugiere el empleo de un puerto serie, mientras que una impresora invita a la utilizacin del puerto paralelo. Este artculo enfoca el funcionamiento de los puertos externos ms conocidos y de mayor presencia en el mundo del PC, en la actualidad. En primer lugar, se abordarn los puertos serie y paralelo, dos clsicos que todo PC incorpora prcticamente por definicin, y que se emplean con frecuencia para la conexin de ratones, modems e impresoras. A continuacin, hablaremos de dos canales de expansin muy actuales y que gozan de una excelente aceptacin: los buses USB y FireWire. Puertos serie Los puertos serie -tambin conocidos como puertos de comunicaciones (COM)- estn considerados como una interfaz externa fundamental. De hecho, dichos puertos han

acompaado al PC desde hace ms de veinte aos. En general, todo PC incluye dos puertos serie RS-232, denominados COM1 y COM2.

En la actualidad, los fabricantes tienden a emplear medios de conexin ms modernos, como el bus USB. Pero, sin embargo, todava existe multitud de dispositivos diseados para trabajar a travs del puerto serie, incluyendo modems, equipos de medida, receptores GPS, plataformas de sincronizacin para PDA, etc. En general, una caracterstica bsica del puerto serie hace referencia a la velocidad de transferencia de datos que es capaz de ofrecer: muy reducida. La mayora de puertos serie son capaces de ofrecer relaciones de transferencia de hasta 115 kbps. En consecuencia, el puerto serie resulta una eleccin acertada para la comunicacin a velocidades no muy exigentes. Por ejemplo, el funcionamiento de un ratn exige enviar informacin al PC a una velocidad nada llamativa en comparacin con muchos otros perifricos. Por tanto, emplear un puerto serie es una solucin ms que suficiente, y de hecho es la solucin tpica (emplear un canal ms rpido implicara desaprovechar sus posibilidades). Bsicamente, el puerto serie define un conector y un protocolo para el intercambio de informacin. Tal y como su nombre indica, la informacin se transmite y recibe en serie. En otras palabras, toda la informacin a intercambiar circula por un nico cable, moviendo un bit en cada ciclo de transferencia. Por tanto, para enviar una palabra digital de 8 bits, se enviar un bit tras otro, cubriendo un total de 8 ciclos de transferencia. La ventaja fundamental radica en que slo es necesario un cable para el intercambio de informacin, lo que reduce costes. La desventaja principal ya ha sido introducida: la velocidad de transferencia es reducida. De hecho, si se emplearan 8 cables en lugar de uno, la transferencia de un byte requerira tan slo de un ciclo de reloj (lase, se trabajara 8 veces ms rpido). Es importante destacar que los puertos serie son bidireccionales, es decir, permiten enviar y recibir informacin simultneamente. Por ello, realmente existen dos cables dedicados al intercambio de informacin: uno de ellos se emplea para enviar datos y otro para recibirlos. El funcionamiento del puerto serie se implementa, al completo, mediante un chip llamado UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter). Este chip toma palabras digitales

procedentes del bus del sistema, las convierte a formato serie, y las enva al dispositivo de destino aplicando el protocolo pertinente. A su vez, la UART recibe los datos serie del dispositivo externo, y los entrega al sistema en forma de palabras digitales. Por tanto, la CPU no se debe preocupar de los detalles del protocolo de envo/recepcin, quedando libre de dicha carga. La CPU tan slo entrega la informacin a enviar a la UART y sta se encarga de hacer efectivo el envo serie. Para leer datos, se acude a la UART en el momento deseado -que no tiene por qu ser el momento en que los datos estn siendo enviados por el perifrico externo-. Este modo de trabajo exige la existencia de dos elementos de memoria (buffers): uno se emplea para escribir la informacin que la UART debe enviar, mientras que al otro se acude para obtener los datos recibidos. Esto permite, por tanto, escribir los datos a enviar mientras se recibe informacin, y viceversa. La capacidad de dichos elementos de memoria suele oscilar entre 16 y 64 kB. Los conectores correspondientes al puerto serie se presentan en versiones de 9 y 25 terminales, cuyas denominaciones estndares son DB-9 y DB-25, respectivamente. Seales empleadas por el puerto serie Los conectores DB9 y DB25, a pesar de presentar un diferente nmero de terminales, transportan los mismos tipos de seales. El uso principal para el que fue diseado el puerto serie consista en la conexin de un mdem, hecho que se refleja claramente en la disposicin de los terminales.

En primer lugar, se encuentra el cable dedicado al envo de datos en serie hacia el mdem (Transmit Data, TxD), as como el correspondiente a la recepcin de datos procedentes del mdem (Receive Data, RxD). Para inicializar las comunicaciones, el mdem emplea la seal Data Set Ready (DSR) para comunicar que ste se encuentra preparado para iniciar el proceso de intercambio de datos. De forma anloga, la UART utiliza la seal Data Terminal Ready (DTR) para indicar que el PC se encuentra listo.

Una vez iniciada la comunicacin serie, la UART enva la seal Request to Send (RTS) al mdem para consultar si ste est preparado para recibir informacin. El mdem utiliza la seal Clear to Send (CTS) para contestar, indicando que la UART puede enviar datos. Generalmente, los modems actuales trabajan a 56 kbps, mientras que la conexin entre PC y mdem suele ser mucho ms rpida (tpicamente 115 kbps). Aun teniendo en cuenta que el mdem dispone de una memoria para almacenar los datos procedentes del PC, dicha memoria se llena muy rpidamente, mientras que el mdem procesa los datos (es decir, vaca la memoria) con mayor lentitud. Es ah donde se centra la utilidad principal de las seales RTS y CTS: el mdem puede detener la recepcin de datos, y reanudarla cuando es preciso, de forma que la memoria del mdem no se desborde. La seal Ring Indicator (RI) se emplea para detectar la recepcin de una llamada. Por otro lado, la seal Carrier Detect (CD) indica si el mdem se halla conectado a una lnea telefnica. Todas las seales arriba expuestas presentan una naturaleza digital, y por tanto slo pueden presentar dos estados lgicos (1 o 0). Todas las seales se hallan referidas a una misma referencia de tensin (masa), accesible mediante el terminal Signal Ground (GND). Funcionamiento del bus USB Un buen punto de partida para abordar este tema es el cableado del bus. Cada cable USB contiene, a su vez, 4 cables en su interior. Dos de ellos estn dedicados a la alimentacin (5 voltios) y la referencia de tensin (masa). La corriente mxima que el bus puede proporcionar es de 500 mA a 5 voltios de tensin. Los dos cables restantes forman un par trenzado, que transporta la informacin intercambiada entre dispositivos, en formato serie. Tras su encendido, el dispositivo anfitrin -el PC- se comunica con todos los dispositivos conectados al bus USB, asignando una direccin nica a cada uno de ellos (este proceso recibe el nombre de enumeracin). Adems, el PC consulta qu modo de transferencia desea emplear cada dispositivo: por interrupciones, por bloques o en modo iscrono. La transferencia por interrupciones la emplean los dispositivos ms lentos, que envan informacin con poca frecuencia (por ejemplo teclados, ratones, etc.). La transferencia por bloques se utiliza con dispositivos que mueven grandes paquetes de informacin en cada transferencia. Un ejemplo son las impresoras. Finalmente, la transferencia iscrona se emplea cuando se requiere un flujo de datos constante y en tiempo real, sin aplicar deteccin ni correccin de errores. Un ejemplo es el envo de sonido a altavoces USB. Como se puede intuir, el modo iscrono consume un ancho de banda significativo. Por ello el PC impide este tipo de transferencia cuando el ancho de banda consumido supera el 90% del ancho de banda disponible. Para la temporizacin, el bus USB divide el ancho de banda en porciones, controladas por el PC. Cada porcin mueve 1.500 bytes, y se inicia cada milisegundo. Ante todo, el PC asigna ancho de banda a los dispositivos que emplean transferencias iscronas y por

interrupciones, garantizando el ancho de banda necesario. Las transferencias por bloques emplean el espacio restante, quedando en ltima prioridad. El puerto paralelo Las impresoras recuerdan inmediatamente la imagen mental del puerto paralelo, ya que es sta la interfaz mayormente empleada para la conexin de dicho perifrico. Durante el diseo de los primeros PC, IBM introdujo dicho puerto, con el objetivo de conectar una impresora.

Adems de las impresoras, el puerto paralelo ha sido un medio eficaz para la conexin de muchos otros perifricos, como escneres, algunas grabadoras de CD, discos duros externos, discos ZIP, etc. El funcionamiento del puerto paralelo se basa en el envo de un byte completo en cada transferencia, siendo necesa