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• Nicole Valdivia

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2019

TIPOS DE INTERFACES USB, conectores pinado

INTEGRANTES: -

HUAMAN CUSINGA ASTRID KAROLINE – 16190022 DEL VALLE POMASUNCO PILAR -- 16190294 ÑIQUEN ORTEGA ROEL -- 15190085

FIEE | SERVICIOS DE TELECOMUNICACIONES II

Tipos de Interfaces USB

I.

ANTECEDENTES

El USB (Universal Serial Bus) es una interfaz para la transmisión serie de datos y la distribución de energía, desarrollado por el Foro de desarrolladores del USB (USB IF). El USB IF (Universal Serial Bus ImplementersForum) estuvo integrado, en sus inicios, por 7 de las compañías líderes en el mundo de las telecomunicaciones: Digital Equipment Corporation, NEC, Compaq, Intel, Northern Telecom, Microsoft e IBM, producto del esfuerzo conjunto de estas se publicó en el año 1996 la primera versión del estándar USB. Las causas que propiciaron su origen están directamente relacionadas con las principales deficiencias que poseían los ordenadores en la primera mitad de la década del 90, tales como: la escasez de determinados recursos (líneas de interrupción IRQs y canales de acceso directo a memoria DMAs), las limitantes en cuanto a capacidad de expansión y rendimiento, así como la lentitud de los puertos serie y paralelo, y la diversidad de interfaces para conectar dispositivos a los ordenadores. [1] II.

ELEMENTOS Y CONCEPTOS

El funcionamiento del bus serie es complejo y, en concordancia, su especificación incluye un gran número de conceptos y procedimientos que se relacionan entre sí. Para realizar una explicación breve que resuma el funcionamiento del bus, se decidió partir de su modelo lógico funcional, el cual se muestra en la figura 1.

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Se puede apreciar en la figura, que se identifican dos extremos en la comunicación, el Host USB y el periférico. Los periféricos se encadenan al bus USB usando una topología en bus o estrella. En caso de usar una topología en estrella, es imprescindible contar con otro elemento en el bus, denominado Hub USB, el cual no se representa en la figura. A continuación se presenta cada uno de forma breve [2]: • Host USB: existe tan solo un host dentro del sistema USB, denominado Controlador USB del Host. Este maneja las transacciones con los controladores de los dispositivos. En un principio sólo podía formar parte de una computadora, luego se extendió su uso para los dispositivos, de manera que en las transacciones no tuviera que intervenir necesariamente una máquina. Su implementación es una combinación de hardware y software, es decir Firmware. Puede proveer de uno o dos puntos de conexión inicial, denominados Hub raíz, a partir de los cuales irán conectándose los periféricos de forma ramificada. • Periférico (conocido también como Función): existe un gran conjunto de periféricos que pueden conectarse al bus USB y con el avance de la tecnología aumenta la cantidad de estos. Cada uno tiene su controlador USB, específico según la funcionalidad del periférico y menos complejo que el controlador del host. • Hubs USB: son concentradores cableados que se componen de dos partes, el Controlador del Hub y el Repetidor, cuyas funciones principales son: - Permitir múltiples conexiones simultáneas al bus USB. - Detectar si un periférico ha sido conectado o desconectado a uno de sus puertos, notificando de inmediato al Host USB. - Aislar a los puertos de baja velocidad de las transferencias a alta velocidad.

1. EL MODELO LÓGICO FUNCIONAL DEL USB Se compone de tres niveles lógicos, como se muestra en la figura 1. Pueden identificarse: Del lado del host: -Software Cliente - Software del Sistema USB

- Capa Física: Controlador del Host.

Del lado del periférico: - Función

- Dispositivos lógicos USB

- Capa Física: Controlador del periférico.

2. TIPOS DE CONECTORES [3] 

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USB Tipo A: Con forma de rectángulo y conexiones internas, es el USB más reconocido por los usuarios. Los cables incorporan el USB macho en sus extremos y el USB hembra es el puerto en sí. USB Tipo B: También se conoce como USB de impresoras, ya que es frecuente encontrarlos en estos periféricos. Su forma es más cuadrada que el de tipo A.

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USB Tipo C: Es un conector reversible por su simetría. Incorporado en los últimos modelos de móviles. Mini USB: Existen de 5 pines u 8 pines. Es frecuente verlos en discos duros externos, cámaras de fotos, MP3, MP4 y otros reproductores de música. Micro USB: Extendido en la mayoría de modelos móviles para cargar la batería o transmitir datos a través de él.

3. FUNCIONAMIENTO DEL USB Una característica de la arquitectura USB es que puede proporcionar fuente de alimentación a los dispositivos con los que se conecta, con un límite máximo de 15 V por dispositivo. Para poder hacerlo, utiliza un cable que consta de cuatro hilos (la conexión a tierra GND, la alimentación del BUS y dos hilos de datos llamados D- y D+). [4]

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

El estándar USB permite que los dispositivos se encadenen mediante el uso de una topología en bus o de estrella. Por lo tanto, los dispositivos pueden conectarse entre ellos tanto en forma de cadena como en forma ramificada.

La ramificación se realiza mediante el uso de cajas llamadas concentradores que constan de una sola entrada y varias salidas. Algunos son activos (es decir, suministran energía) y otros pasivos (la energía es suministrada por el ordenador).

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La comunicación entre el host (equipo) y los dispositivos se lleva a cabo según un protocolo (lenguaje de comunicación) basado en el principio de red en anillo. Esto significa que el ancho de banda se comparte temporalmente entre todos los dispositivos conectados. El host (equipo) emite una señal para comenzar la secuencia cada un milisegundo (ms), el intervalo de tiempo durante el cual le ofrecerá simultáneamente a cada dispositivo la oportunidad de "hablar". Cuando el host desea comunicarse con un dispositivo, transmite una red (un paquete de datos que contiene la dirección del dispositivo cifrada en 7 bits) que designa un dispositivo, de manera tal que es el host el que decide "hablar" con los dispositivos. Si el dispositivo reconoce su dirección en la red, envía un paquete de datos (entre 8 y 255 bytes) como respuesta. De lo contrario, le pasa el paquete a los otros dispositivos conectados. Los datos que se intercambian de esta manera están cifrados conforme a la codificación NRZI. Como la dirección está cifrada en 7 bits, 128 dispositivos (2^7) pueden estar conectados simultáneamente a un puerto de este tipo. En realidad, es recomendable reducir esta cantidad a 127 porque la dirección 0 es una dirección reservada. (Consultar más adelante). Debido a la longitud máxima de 5 metros del cable entre los dos dispositivos y a la cantidad máxima de 5 concentradores (a los que se les suministra energía), es posible crear una cadena de 25 metros de longitud. Los puertos USB admiten dispositivos Plug and play de conexión en caliente. Por lo tanto, los dispositivos pueden conectarse sin apagar el equipo (conexión en caliente). Cuando un dispositivo está conectado al host, detecta cuando se está agregando un nuevo elemento gracias a un cambio de tensión entre los hilos D+ y D-. En ese momento, el equipo envía una señal de inicialización al dispositivo durante 10 ms para después suministrarle la corriente eléctrica mediante los hilos GND y VBUS (hasta 100 mA). A continuación, se le suministra corriente eléctrica al dispositivo y temporalmente se apodera de la dirección predeterminada (dirección 0). La siguiente etapa consiste en brindarle la dirección definitiva (este es el procedimiento de lista). Para hacerlo, el equipo interroga a los dispositivos ya conectados para poder conocer sus direcciones y asigna una nueva, que lo identifica por retorno. Una vez que cuenta con todos los requisitos necesarios, el host puede cargar el driver adecuado.

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III.

ESTÁNDARES Y APLICACIONES.

El bus USB, como su nombre lo indica, es un bus serie bidireccional y de bajo coste, diseñado como una extensión en la arquitectura estándar del PC y orientado principalmente a la integración de periféricos, y en sus orígenes, dirigido a la integración de dispositivos telefónicos en los ordenadores. [5] El estándar USB 1.0 ofrece dos modos de comunicación: 12 Mb/s en modo de alta velocidad y 1,5 Mb/s de baja velocidad. El estándar USB 1.1 brinda varias aclaraciones para los fabricantes de dispositivos USB, pero no cambia los rasgos de velocidad. Los dispositivos certificados por el estándar USB 1.1 llevan el siguiente logotipo:

El estándar USB 2.0 permite alcanzar velocidades de hasta 480 Mbit/s. Los dispositivos certificados por el estándar USB 2.0 llevan el siguiente logotipo:

Si no lleva ningún logotipo, la mejor manera de determinar si un dispositivo es de USB de alta o baja velocidad es consultar la documentación del producto, siempre y cuando los conectores sean los mismos.

La compatibilidad entre USB 1.0, 1.1 y 2.0 está garantizada. Sin embargo, el uso de un dispositivo USB 2.0 en un puerto USB de baja velocidad (es decir 1.0 o 1.1) limitará la velocidad a un máximo de 12 Mbit/s. Además, es probable que el sistema operativo muestre un mensaje que indique que la velocidad será restringida. USB OTG (USB On-The-Go). USB OTG es una variación de la especificación USB 2.0 publicada en diciembre de 2001, que permite comunicarse a todo tipo de unidades con USB directamente entre ellas, sin la necesidad de un ordenador. Incluso después de que el cable está conectado y las unidades se están comunicando, las dos unidades pueden "cambiar" de rol bajo el control de un programa. USB 3.0. La versión 3.0 del estándar se presentó en el año 2008 y al igual que las versiones anteriores mantiene la compatibilidad con sus predecesores. La principal novedad técnica del USB 3.0 es que eleva a 4.8 gigabits/s la capacidad de transferencia, que en el estándar anterior era de 480 Mb/s

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USB Inalámbrico. Certified Wireless USB (abreviado Wireless USB o W-USB) es la especificación de una extensión inalámbrica del estándar USB cuya versión más reciente es la 1.0, aprobada en el año 2005, y tiene como objetivo principal aumentar la disponibilidad de soluciones de conectividad basadas en USB. La compatibilidad con los dispositivos actuales se mantendrá a través de adaptadores que pueden convertir en inalámbricas las conexiones USB actuales. La tecnología W-USB permite tasas de transmisión de hasta 480 Mbps (como el USB 2.0.) en un rango de tres metros, y de 110 Mbps en una zona de hasta 10 metros. Funciona en el margen de frecuencias que va entre los 3.1 y los 10.6 GHz, usando la plataforma Ultra-WideBand [5]. Utiliza un método de división de tiempo (time-divisionmultipleaccess) para dividir el ancho de banda disponible entre los dispositivos que tenga conectado.

IV.

CONCLUSIONES.

El USB es una interfaz que ha solucionado varios problemas que presentaban los ordenadores, tales como: los problemas de expansión, pues permite la conexión de hasta 127 periféricos a una única puerta de un PC, con detección y configuración automáticas, sin necesidad de interrumpir el trabajo del ordenador para instalar software adicional o reiniciar el mismo para detectar los nuevos dispositivos, algo que con los puertos convencionales serie y paralelo no podía realizarse. Además ejecuta un uso eficiente de los recursos al direccionar con una IRQ y una dirección de memoria a todos los dispositivos que tenga conectado. En sus inicios no ofrecía elevadas velocidades de transferencia de datos, pero en su evolución ha logrado alcanzar hasta los 4.8Gbps en su versión 3.0, manteniendo siempre la compatibilidad con versiones anteriores. Dada la versatilidad del USB se puede conectar una amplia variedad de dispositivos, tales como: ratones, teclados, impresoras, escáneres, grabadoras, discos duros, módems, cámaras digitales, entre otros, ofreciendo de esta forma una interfaz única para diversos elementos. Por todo lo antes expuesto se puede asegurar que el éxito del USB está basado en su capacidad para resolver las deficiencias de expansión, universalidad, facilidad de conexión y desconexión en caliente, que le dieron origen, así como su fácil adaptación a las nuevas necesidades de los usuarios. La mayoría de los fabricantes de tecnologías incluyen las soluciones USB como parte de sus productos. [6]

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V.

BIBLIOGRAFIA Y REFERENCIAS:

[1] Brodín Trujillano, Eloy; Giménez Pastor, Adrián “El bus USB (Universal Serial Bus)”. Universidad de Valencia. Disponible en: http://usuarios.multimania.es/kurganz/index.html [2] “Bus Serie Universal y descripción de la IEEE 1394”.julio 2004. Disponible enhttp://platea.pntic.mec.es/~alopez1/web_Eldad/_gs_srca/CI/Puertos%20USB.pdf [3] Brodín Trujillano, Eloy; Giménez Pastor, Adrián. “El bus USB, Características Generales”. Universidad de Valencia. Disponible en: http://usuarios.multimania.es/kurganz/caracteristicas.html [4] CCM.net “USB (Bus de serie universal)” https://es.ccm.net/contents/407-usb-bus-de-serie-universal

Disponible

en:

[5] Penalva, Javier. “Wireless USB” Artículo publicado el 14 de abril de 2008. [6].__. “USB 3.0 and SATA 3.0 Gbps Interface Standards: When Technology Takes The Faster Lane”, consultado: Diciembre, 2009

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