presentacion usb
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EL54D - Taller de Diseño de Sistemas Digitales Primavera 2008
Protocolo USB y USB Flash Drive
Rodrigo Alarcón R.
EL54D - Taller de Diseño de Sistemas Digitales Primavera 2008
Agenda
1.- Definiciones de USB y USB Flash Drive.
2.- Protocolos USB 1.1 y 2.0.
3.- Estructura Interna de USB Flash Drive.
4.- USB Flash Drive v/s Otras formas de memoria portátil.
5.- Desarrollo Actual: USB 3.0
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1.- Definiciones
� USB� Estándar de Bus Serial creado para interconectar dispositivos de E/S al computador.
� USB Flash Drive.� Dispositivo de Almacenamiento de Datos integrado con un conector USB.
� Utiliza Memoria Flash (tipo especial de EEPROM)
� Capacidad de Almacenamiento hasta 64 GB
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Ejemplos
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2.- Protocolos USB
� Hasta el momento se han desarrollado dos
versiones masivas del protocolo USB:
� Protocolo USB 1.1 (1998)
� Protocolo USB 2.0 (2000)
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Protocolo USB 1.1
� Nivel Físico:
� Velocidad:� Low Speed: 1.5 Mbits/s en teclados, mouse, joysticks, entre otros.
� Full Speed: 12 Mbits/s (1.5 MB/s).
� Niveles Lógicos:� Nivel Bajo: 0.0 – 0.3 [V]
� Nivel Alto: 2.8 – 3.6 [V]
� Codificación:� NRZI (Non Return to Zero Inverted) con Bit Stuffing
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Protocolo USB 1.1
� Conectores:� Standard-A y Standard-B, conector macho y conector hembra.
� Terminales:
GroundNegroGND4
Data +VerdeD+3
Data -BlancoD-2
+5VRojoVcc1
DescripciónColorID Pin
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Protocolo USB 1.1
� Topología:� Existe un único Host al cual se conectan los dispositivos en topología estrella.
� Se permite la conexión de hasta 127 dispositivos.
� Se permiten hasta 5 niveles anidados mediante Hubspara extender la cantidad de puertos disponibles.
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Protocolo USB 1.1
� Topología:
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Protocolo USB 1.1
� Nivel Lógico:� Al conectar un nuevo dispositivo
���� Host USB interrumpe al SO
� El SO consulta al dispositivo:
����¿Qué es? ¿Qué ancho de banda necesita?
� Si existe suficiente ancho de banda:
���� SO asigna una dirección única (1-127)
���� Esta dirección la ubica en los registros de configuración del dispositivo.
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Protocolo USB 1.1� La transmisión a través del Host se realiza mediante tramas bidireccionales cada 1.00 [ms] ± 500 [ns]
� Cada trama contiene uno o más paquetes
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Protocolo USB 1.1
� Tipos de Tramas:� De control:
� Configurar dispositivos, dar órdenes y preguntar por su estado.
� Isocrónicas: � Para dispositivos en tiempo real que necesitan enviar o aceptar datos a intervalos precisos.
� De volumen (Bulk): � Transferencias grandes, que no requieren tiempo real.
� De interrupción: � Necesarias pues USB no reconoce interrupciones
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Protocolo USB 1.1
� Tipos de Paquetes:� Start of Frame:
� Indica el inicio de una nueva trama: SOF
� Token:� Tipo de transacción a realizar en la trama: IN, OUT, SETUP
� Datos: � Transmiten hasta 1024 bytes de información: Data0, Data1
� Handshake: � Para confirmar datos o reportar errores: ACK, NAK, STALL
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Protocolo USB 1.1
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Protocolo USB 2.0
� Nivel Físico:� Velocidad:
� Incorpora Hi - Speed: 480 Mbit/s. (60 MB/s)
� Niveles Lógicos:� Nivel Bajo: - 400 [mV]
� Nivel Alto: +400 [mV]
� Codificación:� NRZI (Non Return to Zero Inverted) con Bit Stuffing
� Optimiza el Ancho de banda:� Permite conexión de dispositivos más lentos sin afectar la velocidad global.
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Protocolo USB 2.0
� Conectores:� Incorpora Mini-B, conector macho y conector hembra.
� Terminales:
GroundNegroGND5
NingunoID4
Data +VerdeD+3
Data -BlancoD-2
+5VRojoVcc1
DescripciónColorID Pin
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Protocolo USB 2.0
� Nivel Lógico:
� Tramas:
�Mantiene los tipos de tramas y de paquetes
existentes en USB 1.1
�Adicionalmente, define un tiempo de microtrama de
125 [µµµµs] ± 62.5 [ns]
�Añade paquetes nuevos, para implementar las nuevas
funciones y protocolos que se han incorporado.
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3.- Estructura Interna de USB Flash
DriveEstá compuesto por:
1. Conector USB macho tipo A
2. Controlador USB de almacenamiento masivo.
3. Puntos de Test
4. Chip de Memoria Flash
5. Oscilador de Cristal: reloj principal del dispositivo
6. LED
7. Interruptor de Seguridad contra escrituras
8. Espacio disponible para segundo chip de memoria Flash.
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Estructura Interna de USB Flash Drive
� Memoria Flash:
� Memoria de tipo EEPROM que se borra y se programa
en grandes bloques.
� Controlador USB Masivo:
� Implementa el controlador USB
� Contiene un pequeño procesador RISC
� Pequeño número de memorias RAM y ROM.
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Estructura Interna de USB Flash Drive
� ¿Cómo funciona el Controlador USB Masivo?
� Implementa los protocolos de comunicación definidos para dispositivos de almacenamiento que se conectan mediante USB.
� Cada SO puede leer los dispositivos de almacenamiento masivo, mediante un soporte nativo, sin necesidad de DriversAdicionales.
� Esto permite, que el SO detecte el dispositivo y lo trate tal cual si fuese un Disco Duro. (Leer, Escribir, Formatear en cualquier sistema de archivos).
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4.- USB Flash Drive v/s Otras formas
de memoria portátil
� Medios Ópticos (CD, DVD)� Ventajas:
� Son de menor costo
� Desventajas:
� Menor velocidad de Lectura.
� Dado su tamaño, son de menor portabilidad.
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USB Flash Drive v/s Otras formas de
memoria portátil
� Disco Duro Externo� Ventajas:
� En sectores consecutivos, la tasa de lectura de datos mucho mayor.
� Dado un tamaño de capacidad, éstos alcanzan costos menores a los de los USB Flash Drive.
� Desventajas:
� Son más frágiles, más vulnerables a la exposición de campos magnéticos.
� La fragmentación puede reducir significativamente el desempeño del Disco Duro.
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5.- Desarrollo Actual: USB 3.0
� Especificación para eXtensible Host ControllerInterface (xHCI) publicada el 13 de Agosto de 2008
� Permite tasas de 4.8 Gbits/s (600 MB/s)
� Para esto utilizará pines adicionales, pero manteniendo la compatibilidad con USB 2.0
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Protocolo USB y USB Flash Drive
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