Puerto paralelo

An Wang , Robert Howard y Prentice Robinson comenzaron el desarrollo de una impresora de bajo costo en Centronics , una subsidiaria de Wang Laboratories que producía terminales de computadora especializadas . La impresora utilizaba el principio de impresión matricial , con un cabezal de impresión que consistía en una fila vertical de siete pines metálicos conectados a solenoides . Al aplicar energía a los solenoides, el pin se desplazaba hacia adelante para golpear el papel y dejar un punto. Para crear un glifo de carácter completo , el cabezal de impresión recibía energía en pines específicos para crear un patrón vertical único; luego, el cabezal se movía ligeramente hacia la derecha y el proceso se repetía. En su diseño original, un glifo típico se imprimía como una matriz de siete puntos de alto y cinco de ancho, mientras que los modelos "A" utilizaban un cabezal de impresión con nueve pines y formaban glifos de nueve por siete puntos. ^{[ 2 ]}

Esto dejó pendiente el problema de enviar los datos ASCII a la impresora. Si bien un puerto serie lo hace con el mínimo de pines y cables, requiere que el dispositivo almacene en búfer los datos a medida que llegan bit a bit y los convierta de nuevo en valores multibit. Un puerto paralelo simplifica esto; el valor ASCII completo se presenta en los pines de forma completa. Además de los ocho pines de datos, el sistema también necesitaba varios pines de control, así como conexiones a tierra. Wang tenía un excedente de 20.000 conectores de cinta micro Amphenol de 36 pines que se utilizaron originalmente para una de sus primeras calculadoras. La interfaz solo requería 21 de estos pines; el resto estaban conectados a tierra o no estaban conectados. El conector se ha asociado tan estrechamente con Centronics que ahora se le conoce popularmente como el" Conector Centronics ". ^{[ 3 ]}

La impresora Centronics Modelo 101 , que incorpora este conector, se lanzó en 1970. ^{[ 3 ]} El host enviaba caracteres ASCII a la impresora utilizando siete de los ocho pines de datos, poniéndolos en alto a +5 V para representar un 1. Cuando los datos estaban listos, el host ponía el pin STROBE en bajo, a 0 V. La impresora respondía poniendo la línea BUSY en alto, imprimiendo el carácter y luego volviendo a poner BUSY en bajo. El host podía entonces enviar otro carácter. Los caracteres de control en los datos provocaban otras acciones, como CRo EOF. El host también podía hacer que la impresora iniciara automáticamente una nueva línea poniendo la línea AUTOFEED en alto y manteniéndola así. El host tenía que vigilar cuidadosamente la línea BUSY para asegurarse de que no alimentaba los datos a la impresora demasiado rápido, especialmente dadas las operaciones de tiempo variable como la alimentación de papel. ^{[ 2 ] [ 4 ]}

La interfaz de la impresora se convirtió rápidamente en un estándar de facto de la industria , pero los fabricantes utilizaban diversos conectores en el lado del sistema, por lo que se requería una variedad de cables. Por ejemplo, NCR utilizaba el conector de cinta micro de 36 pines en ambos extremos de la conexión, los primeros sistemas VAX utilizaban un conector DC-37 , Texas Instruments utilizaba un conector de borde de tarjeta de 25 pines y Data General utilizaba un conector de cinta micro de 50 pines. Cuando IBM implementó la interfaz paralela en el IBM PC , utilizó el conector DB-25F en el extremo de la interfaz que daba al PC, creando el cable paralelo que ahora conocemos, con un DB25M en un extremo y un conector de cinta micro de 36 pines en el otro.

En teoría, el puerto Centronics podía transferir datos a una velocidad de hasta 75 000 caracteres por segundo. Esto era mucho más rápido que la impresora, que promediaba unos 160 caracteres por segundo, lo que significaba que el puerto permanecía inactivo gran parte del tiempo. El rendimiento dependía de la rapidez con la que el host respondía a la señal de OCUPACIÓN de la impresora solicitando más datos. Para mejorar el rendimiento, las impresoras comenzaron a incorporar búferes para que el host pudiera enviarles datos más rápidamente, en ráfagas. Esto no solo redujo (o eliminó) los retrasos debidos a la latencia al esperar la llegada del siguiente carácter desde el host, sino que también liberó al host para realizar otras operaciones sin causar una pérdida de rendimiento. El rendimiento mejoró aún más al usar el búfer para almacenar varias líneas e imprimir en ambas direcciones, eliminando el retraso mientras el cabezal de impresión volvía al lado izquierdo de la página. Estos cambios duplicaron con creces el rendimiento de una impresora que, por lo demás, no había sufrido cambios, como fue el caso de los modelos Centronics como el 102 y el 308. ^{[ 4 ]}

IBM lanzó el IBM Personal Computer en 1981 e incluyó una variante de la interfaz Centronics; solo las impresoras con el logotipo de IBM ( con la marca Epson ) podían usarse con el IBM PC. ^{[ 5 ]} IBM estandarizó el cable paralelo con un conector DB25F en el lado del PC y el conector Centronics de 36 pines en el lado de la impresora. Pronto, los fabricantes lanzaron impresoras compatibles tanto con el estándar Centronics como con la implementación de IBM.

El adaptador de impresora paralelo original de IBM para el IBM PC de 1981 fue diseñado para admitir bidireccionalidad limitada, con ocho líneas de salida de datos y cuatro de entrada. Esto permitía utilizar el puerto para otros fines, no solo para imprimir. Esto se lograba permitiendo que los dispositivos en ambos extremos del cable escribieran en las líneas de datos, lo que requería que los puertos del host fueran bidireccionales. Esta función tuvo poco uso y se eliminó en revisiones posteriores del hardware. Años después, en 1987, IBM reintrodujo la interfaz bidireccional con su serie IBM PS/2 , donde podía habilitarse o deshabilitarse para garantizar la compatibilidad con aplicaciones que no esperaban que un puerto de impresora fuera bidireccional.

A medida que el mercado de impresoras se expandió, aparecieron nuevos tipos de mecanismos de impresión. Estos a menudo admitían nuevas funciones y condiciones de error que no podían representarse en los relativamente pocos pines de estado del puerto existente. Si bien la solución de IBM podía admitir esto, no era trivial de implementar y en ese momento no contaba con soporte. Esto dio lugar al sistema Bi-Tronics, introducido por HP en su LaserJet 4Si en abril de 1993. ^{[ 6 ]} Este sistema utilizaba cuatro pines de estado existentes, ERROR, SELECT, PE y BUSY, para representar un nibble , utilizando dos transferencias para enviar un valor de 8 bits. El modo Bi-Tronics, ahora conocido como modo nibble, se indicaba cuando el host ponía la línea SELECT en alto, y los datos se transferían cuando el host cambiaba la línea AUTOFEED a bajo. Otros cambios en los protocolos de comunicación mejoraron el rendimiento, alcanzando 400 000 cps a la impresora y unos 50 000 cps de vuelta al host. ^{[ 7 ]} Una ventaja importante del sistema Bi-Tronics es que puede ser controlado completamente por software en el host y utiliza hardware que no ha sido modificado; todos los pines utilizados para la transferencia de datos de vuelta al host ya eran líneas de impresora al host.

La introducción de nuevos dispositivos como escáneres e impresoras multifunción exigió un rendimiento mucho mayor del que podían soportar los canales de retorno de estilo Bi-Tronics o IBM. Otros dos estándares se han popularizado para estos fines. El Enhanced Parallel Port (EPP), definido originalmente por Zenith Electronics , es similar al modo de bytes de IBM en concepto, pero modifica los detalles del protocolo de enlace para permitir hasta 2 MB/s. ^{[ 8 ]} El Extended Capability Port (ECP) es esencialmente un puerto completamente nuevo en la misma carcasa física que también añade acceso directo a memoria basado en ISA y codificación de longitud de ejecución para comprimir los datos, lo que resulta especialmente útil al transferir imágenes simples como faxes o imágenes escaneadas en blanco y negro. ECP ofrece un rendimiento de hasta 2,5 MB/s (20 Mbps) en ambas direcciones. ^{[ 9 ]}

Todas estas mejoras se recopilan como parte del estándar IEEE 1284. La primera versión de 1994 incluía el modo Centronics original ("modo de compatibilidad"), los modos nibble y byte, así como un cambio en el protocolo de enlace que ya se utilizaba ampliamente; la implementación original de Centronics requería que el indicador BUSY cambiara de estado con cada cambio en cualquier línea de datos (busy-by-line), mientras que IEEE 1284 requiere que BUSY cambie de estado con cada carácter recibido (busy-by-character). Esto reduce la cantidad de cambios de estado de BUSY y las interrupciones resultantes en ambos lados. Una actualización de 1997 estandarizó los códigos de estado de la impresora. En 2000, los modos EPP y ECP se incorporaron al estándar, así como varios estilos de conectores y cables, y un método para conectar en cadena hasta ocho dispositivos desde un solo puerto. ^{[ 9 ]}

Algunos sistemas host o servidores de impresión pueden usar una señal estroboscópica con una salida de voltaje relativamente baja o una conmutación rápida. Cualquiera de estos problemas puede provocar impresión nula o intermitente, caracteres faltantes o repetidos, o impresión de datos ilegibles. Algunos modelos de impresora pueden tener un interruptor o configuración para establecer el estado de ocupado por carácter; otros pueden requerir un adaptador de protocolo de enlace.

Dataproducts introdujo una implementación muy diferente de la interfaz paralela para sus impresoras. Utilizaba un conector DC-37 en el lado del host y un conector de 50 pines en el lado de la impresora, ya fuera un DD-50 (a veces denominado incorrectamente "DB50") o el conector M-50 en forma de bloque; el M-50 también se conocía como Winchester. ^{[ 10 ] [ 11 ]} La interfaz paralela de Dataproducts estaba disponible en una versión de línea corta para conexiones de hasta 50 pies (15 m) y una versión de línea larga que utilizaba señalización diferencial para conexiones de hasta 500 pies (150 m) . La interfaz de Dataproducts se encontraba en muchos sistemas mainframe hasta la década de 1990, y muchos fabricantes de impresoras la ofrecían como opción.  

Con el tiempo, se diseñaron diversos dispositivos para funcionar con un puerto paralelo. La mayoría eran unidireccionales (de un solo sentido), diseñados únicamente para responder a la información enviada desde el PC. Sin embargo, algunos dispositivos, como las unidades Zip, podían funcionar en modo bidireccional. Las impresoras también adoptaron el sistema bidireccional, lo que permitió enviar diversa información de estado.

La mayoría de los sistemas compatibles con PC en las décadas de 1980 y 1990 tenían de uno a tres puertos, con interfaces de comunicación definidas de la siguiente manera:

• Puerto paralelo lógico 1: Puerto de E/S 0x3BC a 0x3BF, IRQ 7 (normalmente en adaptadores gráficos monocromo)
• Puerto paralelo lógico 2: Puerto de E/S 0x378 a 0x37F, IRQ 7 (tarjetas de E/S dedicadas o mediante un controlador integrado en la placa base).
• Puerto paralelo lógico 3: Puerto de E/S 0x278 a 0x27F, IRQ 5 (tarjetas de E/S dedicadas o mediante un controlador integrado en la placa base).

Si no hay ningún puerto de impresora en 0x3BC, el segundo puerto de la fila (0x378) se convierte en el puerto paralelo lógico 1 y 0x278 en el puerto paralelo lógico 2 para la BIOS. A veces, los puertos de impresora se puentean para compartir una interrupción a pesar de tener sus propias direcciones de E/S (es decir, solo se puede usar uno controlado por interrupción a la vez). En algunos casos, la BIOS también admite un cuarto puerto de impresora, pero la dirección base para este difiere significativamente entre los fabricantes. Dado que la entrada reservada para un cuarto puerto de impresora lógico en el Área de Datos de la BIOS (BDA) se comparte con otros usos en máquinas PS/2 y con tarjetas gráficas compatibles con S3, normalmente requiere controladores especiales en la mayoría de los entornos. En DR-DOS 7.02, las asignaciones de puertos de la BIOS se pueden cambiar y anular usando las directivas LPT1 , LPT2 , LPT3 (y opcionalmente LPT4 ) de CONFIG.SYS .

Los sistemas basados ​​en DOS ponen a disposición los puertos paralelos lógicos detectados por la BIOS bajo nombres de dispositivo como LPT1 , LPT2 o LPT3 (que corresponden a los puertos paralelos lógicos 1, 2 y 3, respectivamente). Estos nombres derivan de términos como Line Print Terminal , Local Print Terminal (ambos abreviados como LPT ) o Line Printer. Se utilizó una convención de nomenclatura similar en los sistemas ITS y DEC , así como en CP/M y 86-DOS ( LST ).

En DOS , se podía acceder a las impresoras paralelas directamente desde la línea de comandos . Por ejemplo, el comando " " redirigía el contenido del archivo AUTOEXEC.BAT al puerto de la impresora. También estaba disponible un dispositivo PRN como alias para LPT1. Algunos sistemas operativos (como Multiuser DOS ) permiten cambiar esta asignación fija por diferentes medios. Algunas versiones de DOS utilizan extensiones de controlador residentes proporcionadas por MODE, o los usuarios pueden cambiar la asignación internamente mediante una directiva CONFIG.SYS PRN =n (como en DR-DOS 7.02 y versiones posteriores). DR-DOS 7.02 también proporciona soporte integrado opcional para LPT4 si la BIOS subyacente lo admite.TYPE C:\AUTOEXEC.BAT > LPT1:

PRN, junto con CON, AUX y algunos otros, son nombres de archivo y directorio no válidos en DOS y Windows, incluso en Windows XP y versiones posteriores. Este conjunto de nombres de archivo y directorio no válidos también afecta a Windows 95 y 98 , que presentaban una vulnerabilidad de ruta de dispositivo en MS-DOS que provocaba el bloqueo del equipo si el usuario escribía "C:\CON\CON", "C:\PRN\PRN" o "C:\AUX\AUX" en la barra de direcciones del Explorador de Windows o mediante el comando Ejecutar. Microsoft ha publicado un parche para solucionar este problema; sin embargo, las nuevas instalaciones de Windows 95 y 98 no incluyen esta corrección y seguirán presentando este problema.

PRINTTambién existía un comando especial " " para lograr el mismo efecto. Microsoft Windows todavía se refiere a los puertos de esta manera en muchos casos, aunque esto suele estar bastante oculto.

En SCO UNIX y Linux , el primer puerto paralelo está disponible a través del sistema de archivos como /dev/lp0. Los dispositivos IDE de Linux pueden usar un controlador paride (IDE de puerto paralelo). ^{[ 14 ]}

Tradicionalmente, los sistemas IBM PC han asignado sus tres primeros puertos paralelos según la configuración que se muestra en la tabla siguiente (si existen los tres puertos de impresora).

Si hay una ranura sin usar, las direcciones de puerto de las demás se mueven hacia arriba. (Por ejemplo, si no existe un puerto en 0x3BC, el puerto en 0x378 se convertirá entonces en el primer puerto paralelo lógico). ^{[ 18 ]} La dirección base 0x3BC suele ser compatible con los puertos de impresora en los adaptadores de pantalla MDA y Hercules , mientras que los puertos de impresora proporcionados por el chipset de la placa base o las tarjetas de expansión rara vez permiten ser configurados a esta dirección base. Por lo tanto, en ausencia de un adaptador de pantalla monocromo, una asignación común para el primer puerto paralelo lógico (y por lo tanto también para el controlador de dispositivo DOS LPT1 correspondiente) hoy en día es 0x378, aunque el valor predeterminado sigue siendo 0x3BC (y sería seleccionado por la BIOS si detecta un puerto de impresora en esta dirección). Las líneas IRQ también suelen ser configurables en el hardware. Debe evitarse asignar la misma interrupción a más de un puerto de impresora y normalmente hará que uno de los puertos correspondientes funcione solo en modo de sondeo. Las direcciones de puerto asignadas a la ranura se pueden determinar leyendo el Área de Datos de la BIOS (BDA) en 0000h:0408h.

Asignación de bits a pines para el puerto paralelo estándar (SPP):

~ indica una inversión de hardware del bit.

En versiones de Windows que no utilizaban el núcleo de Windows NT (así como DOS y otros sistemas operativos), los programas podían acceder al puerto paralelo con las subrutinas outportb() e inportb(). En sistemas operativos como Windows NT y Unix ( NetBSD , FreeBSD , Solaris , 386BSD , etc.), el microprocesador opera en un anillo de seguridad diferente y el acceso al puerto paralelo está prohibido, a menos que se utilice el controlador necesario. Esto mejora la seguridad y la resolución de conflictos de dispositivos. En Linux, inb() y outb() se pueden usar cuando un proceso se ejecuta como root y se utiliza el comando ioperm() para permitir el acceso a su dirección base ; alternativamente, ppdev permite el acceso compartido y se puede usar desde el espacio de usuario si se establecen los permisos adecuados.

La biblioteca multiplataforma para el acceso a puertos paralelos, libieee1284, también está disponible en muchas distribuciones de Linux y proporciona una interfaz abstracta para los puertos paralelos del sistema. El acceso se gestiona mediante una secuencia de apertura, reclamación, liberación y cierre, lo que permite el acceso concurrente en el espacio de usuario.