Antecedentes de Los Microcontroladores

8/19/2019 Antecedentes de Los Microcontroladores

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Antecedentes De Los Microcontroladores

En el año de 1969 un equipo de ingenieros japoneses de la compañía BUSICOMllego al país de los Estados Unidos deido a una petici!n para construir algunoscircuitos integrados para calculadoras" Estos nue#os circuitos integrados

deían construirse en ase a sus pro$ectos desarrollados anteriormente" %apetici!n &ue 'ec'a por la compañía I()E%* $ Marcian +o, era el responsale delpro$ecto" El era la persona con m-s e.periencia traajando con computadorasasí que sugiere crear un circuito integrado en donde la &unci!n eradeterminada por un programa almacenado dentro del mismo" Esto signi/co quela con/guraci!n &uera m-s sencilla* pero esto requería de una ma$or memoriaque el pro$ecto propuesto por los ingenieros japoneses" 0espus de unpro&undo an-lisis del pro$ecto* los ingenieros japoneses trataron de encontraruna soluci!n m-s simple al prolema pero la idea de Marcian gano* es asícuando las primeras ideas de un microprocesador son lle#adas acao para sucreaci!n"

2ederico 2aggin &ue la ma$or a$uda que tuo I()E% al trans&ormar $ mejorarcomo construir el nue#o pro$ecto" En solo 9 meses terminaron $ constru$eronel primer concepto del producto" Inmediatamente compran la licencia de lacompañía BUSICOM la cual no tenia idea del gran tesoro que poseían" Intelotiene los derec'os del circuito integrado 1931" 0urante ese mismo año*aparece en el Mercado el primer microprocesador llamado 4554 con lacapacidad de ejecutar 6555 operaciones por Segundo" (o pasa muc'o tiempocuando una compañía mericana solicita a I()E% $ )e.as Instruments lacreaci!n de un microprocesador de 7 its" En aril de 1938 el primermicroprocesador de 7 its aparece en el Mercado ajo el nomre de 7557" Estetenía 4 instrucciones de operaci!n* capacidad de direccionar 'asta 16: dememoria $ traajar con una #elocidad de ;55*555 operaciones por segundo"

Este &ue el precursor de todos los microprocesadores de 'o$" Intel continua consus desarrollos $ en aril de 1934 pone en el Mercado el microprocesador ajoel nomre 7575 con capacidad de direccionar 64: de memoria* con 3instrucciones $ un precio de inicio de


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En estas &ec'as muc'as compañías reconocieron el gran impacto delmicroprocesador e iniciaron sus propios desarrollos"

En 193 ocurrio un e#ento critico para la 'istoria de los microprocesadores* laMOS )ec'nolog$ anunciaa que los microprocesadores 651 $ 658 se #endíana solo


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Arquitectura De Von Neumann

Tradicionalmente los sistemas con microprocesadores se basan en esta arquitectura, en la

cual la unidad central de proceso (CPU), está conectada a una memoria principal única (casi

siempre sólo RAM) donde se guardan las instrucciones del programa y los datos. A dicha

memoria se accede a través de un sistema de buses único (control, direcciones y datos).

En un sistema conarquitectura Von Neumann el tamaño de la unidad de datos o

instrucciones está fijado por el ancho del bus que comunica la memoria con la CPU. Así un

microprocesador de 8 bits con un bus de 8 bits, tendrá que manejar datos e instrucciones de

una o más unidades de 8 bits (bytes) de longitud. Si tiene que acceder a una instrucción o

dato de más de un byte de longitud, tendrá que realizar más de un acceso a la memoria.

El tener un único bus hace que el microprocesador sea más lento en su respuesta, ya que no

puede buscar en memoria una nueva instrucción mientras no finalicen las transferencias de

datos de la instrucción anterior.

Las principales limitaciones que nos encontramos con laarquitectura Von Neumann son:

• La limitación de la longitud de las instrucciones por el bus de datos, que hace queel microprocesador tenga que realizar varios accesos a memoria para buscar instrucciones

complejas.

• La limitación de la velocidad de operación a causa del bus único para datos e

instrucciones que no deja acceder simultáneamente a unos y otras, lo cual impide superponer

ambos tiempos de acceso


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Los ordenadores conarquitectura Von Neumannconstan de las siguientes partes:

Laarquitectura Von Neumann realiza o emula los siguientes pasos secuencialmente:

1)Obtiene la siguiente instrucción desde la memoria en la dirección indicada por el contador

de programa y la guarda en el registro de instrucción.

2) Aumenta el contador de programa en la longitud de la instrucción para apuntar a la

siguiente.

3) Descodifica la instrucción mediante la unidad de control. Ésta se encarga de coordinar el

resto de componentes del ordenador para realizar una función determinada.

4)Se ejecuta la instrucción. Ésta puede cambiar el valor del contador del programa,

permitiendo así operaciones repetitivas.

5) Regresa al paso N° 1.


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Ventajas de esta arquitectura:

*El tamaño de las instrucciones no está relacionado con el de los datos, y por lo tanto puede

ser optimizado para que cualquier instrucción ocupe una sola posición de memoria de

programa, logrando así mayor velocidad y menor longitud de programa.

* El tiempo de acceso a las instrucciones puede superponerse con el de los datos, logrando

una mayor velocidad en cada operación.

Elementos De La Arquitectura Interna

Unidad de Procesamiento.La unidad de procesamiento central ( CPU ) de una computadora digital es el elemento funcionalprincipal del sistema de computación. Consta de dos subunidades funcionales: la unidad de Control(CU) y la unidad aritmética lógica ( ALU ). La unidad de control interpreta instrucciones, ace !ue

las otras unidades de la computadora realicen las funciones !ue se re!uieran para e"ecutar lasinstrucciones.

Unidad de ControlLa unidad de control se encarga de la operación de la computadora. Captura y #ecodifica lasinstrucciones, genera las se$ales de sincroni%ación y establece las series de e&entos !ue ocurrendurante la operación de la computadora. Contiene &arios registros !ue almacenan la información!ue la computadora re!uiere durante su operación, y controla la transferencia de información entreesos registros y otras unidades de la computadora.

Conjunto de Instrucciones'l con"unto de instrucciones se di&ide en grupos con base en el modo de direccionamiento !ue se

utilice. La similitud de las instrucciones de un mismo grupo ace posible utili%ar una descripcióncomn para todo el grupo. Los siguientes tipos de instrucciones representan los ms difundidos enlas computadoras actuales.

Instrucciones con indicación de registros.'n ellas el o los operandos estn todos ubicados en registros del CPU.Las instrucciones de esta categor*a reali%an operaciones aritméticas y lógicas, as* como operacionesde ramificación incondicional con datos contenidos en registros, y mane"an operacionesrelacionadas con las interrupciones.


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Instrucciones de Referencia a la memoria.'n ellas uno o ambos operandos estn en la memoria. +i eiste un solo operando en la memoria, porlo general ay un segundo operando en el registro. 'ste tipo de instrucción suele denominarseinstrucción de longitud de palabra fi"a.

Instrucciones de entrada y salida (I/O) Pro&ocan la transferencia de datos entre un dispositi&o de entrada o salida y un registro del CPU(por lo general el acumulador) o la memoria. 'ntre las unidades comunes de datos transferidos enuna operación indi&idual de -/ se cuentan el bit0 el byte, !ue tiene oco bits0 y la palabra, !ue tienecuatro bytes.

Unidad Aritmética y ógica (AU)La Unidad Aritmética Lógica desempe$a las funciones aritméticas y lógicas del CPU. 'ntre lasfunciones aritméticas generalmente se cuentan la suma y resta de nmeros 1inarios y nmerosdecimales codificados en binario (1C#). 'n algunas microcomputadoras y en todas las macrocomputadoras, la ALU también reali%a la multiplicación y di&isión de nmeros binarios y 1C#

Algoritmos Aritméticos (AU)+e di"o anteriormente !ue la ALU se implementa la suma y resta binarias, ciertas operaciones

booleanas y despla%amientos. /tras operaciones aritméticas, operaciones con 1C# y aritmética depunto flotante, as* como la multiplicación y di&isión de punto fi"o, se deben programar o e"ecutarmediante ard2are etra.

!emoria RA! o memoria "rinci"al# 's un cip en el !ue el procesador almacena de manera temporal los datos e instrucciones con los!ue traba"a. 'l computador para poder funcional necesita colocar su sistema operati&o, losprogramas y datos con los !ue &a a traba"ar, en un lugar donde los pueda encontrar de manerainmediata y fcil (para no tener !ue ir continuamente a buscarlos al disco duro donde se encuentranalmacenados0 esto ser*a 344 &eces ms lento). As* !ue los ubica en un espacio de almacenamiento

temporal, la memoria 5A6 es de acceso aleatorio. A la 5A6 se le conoce como memoria de lectura escritura, para diferenciarla de la 5/6.'s decir !ue en la 5A6, la CPU puede escribir y leer.Por esto, la mayor*a de los programas destinan parte de la 5A6 como espacio temporal paraguardar datos, lo !ue permite rescribir.Como no retiene su contenido, al apagar la computadora es importante guardar la información.La cantidad de memoria 5A6 influye bastante en la &elocidad de la PC. 'ntre ms memoria 5A6tenga, ms rpido traba"a y ms programas puede tener abiertos al mismo tiempo.

!emoria RO!#'s la !ue contiene las instrucciones fundamentales para acer funcionar la computadora, nuncacambia y retiene su información, as* la computadora reciba o no corriente.'s una memoria solo para lectura. Contiene programas esenciales del sistema !ue ni lacomputadora ni el usuario pueden borrar, como los !ue le permiten iniciar el funcionamiento cada

&e% !ue se enciende la computadora.6emoria Cacé: 's una unidad pe!ue$a de memoria ultrarrpida en la !ue se almacenainformación a la !ue se a accedido recientemente o a la !ue se accede con frecuencia, lo !ue e&ita!ue el microprocesador tenga !ue recuperar esta información de circuitos de memoria ms lentos.

$l cac%é +uele estar ubicado en la tar"eta madre (6oterboard), pero a &eces est integrado en el módulo delprocesador.+u capacidad de almacenamiento de datos se mide en 7ilobytes (81). 6ientras ms cacé tenga la


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computadora es me"or, por!ue tendr ms instrucciones y datos disponibles en una memoria ms &elo%.

!emoria e&terna# 9ambién se la conoce como memoria auiliar, ésta es la encargada de brindar seguridad a lainformación almacenada, por cuanto guarda los datos de manera permanente e independiente de!ue el computador esté en funcionamiento, a diferencia de la memoria interna !ue solo mantiene lainformación mientras el e!uipo esté encendido. Los dispositi&os de almacenamiento son discos ycintas principalmente, los discos pueden ser fleibles, duros u ópticos.

'U$ $ CO!O *RA+A,A $ +U -$ -A*O.'n informtica, un bus es un con"unto cableado !ue sir&e para !ue los dispositi&os ard2arepuedan comunicarse entre s*. +on rutas compartidas por todos los dispositi&os y les permitentransmitir información de unos a otros, son, en definiti&a, las autopistas de la información interna,las !ue permiten las transferencias de toda la información mane"ada por el sistema.

+us de datos6ue&e los datos entre los dispositi&os del ard2are: de 'ntrada como el teclado, el escner, elratón, etc.0 de salida como la -mpresora, el 6onitor o la tar"eta de +onido0 y de Almacenamientocomo el #isco #uro, el #is!uete o la 6emoria;las. 'stas transferencias !ue se dan a tra&és del

1us de #atos son gobernadas por &arios dispositi&os y métodos, de los cuales el Controlador PC-,


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Que Son Periféricos?


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'n informtica, periférico es la denominación genérica para designar al aparato o dispositi&oauiliar e independiente conectado a la unidad central de procesamiento de la computadora.

+e consideran periféricos a las unidades o dispositi&os de @ard2are a tra&és de los cuales lacomputadora se comunica con el eterior, y también a los sistemas !ue almacenan o arci&an lainformación, sir&iendo de memoria auiliar de la memoria principal.cita re!ueridaB

+e considera periférico al con"unto de dispositi&os !ue sin pertenecer al ncleo fundamental de lacomputadora, formado por la Unidad central de procesamiento (CPU) y la memoria central,permitan reali%ar operaciones de entradasalida ('+) complementarias al proceso de datos !uereali%a la CPU. 'stas tres unidades bsicas en un computador, CPU, memoria central y elsubsistema de '+, estn comunicadas entre s* por tres buses o canales de comunicación:

• direcciones, para seleccionar la dirección del dato o del periférico al !ue se !uiere acceder,

• control, bsicamente para seleccionar la operación a reali%ar sobre el dato (principalmente

lectura, escritura o modificación) y

• datos, por donde circulan los datos.

Clasificación de "eriféricos

A pesar de !ue el término periférico implica a menudo el concepto de adicional pero no esencialD,mucos de ellos son elementos fundamentales para un sistema informtico. 'l monitor, esprcticamente el nico periférico !ue la gente considera imprescindible en cual!uier computadorapersonal (no lo fue en los primeros computadores) pero a pesar de ello, técnicamente no lo es. 'l

ratón o mouse es posiblemente el e"emplo ms claro de este aspecto. A principios de la década de3EE4 no todas las computadoras personales inclu*an este dispositi&o. 'l sistema operati&o 6+#/+,el ms comn en esa época, ten*a una interfa% de l*nea de comandos para la !ue no era necesaria elempleo de un ratón, todo se ac*a mediante comandos de teto. ;ue con la populari%ación de;inder, sistema operati&o de la 6acintos de Apple y la posterior aparición de Findo2s cuando elratón comen%ó a ser un elemento imprescindible en cual!uier ogar dotado de una computadorapersonal. Actualmente eisten sistemas operati&os con interfa% de teto !ue pueden prescindir delratón como, por e"emplo, algunos sistemas. 'l caso del teclado es también emblemtico, pues en lasnue&as computadoras


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Periféricos de entrada/salida ($/)# sir&en bsicamente para la comunicación de lacomputadora con el medio eterno.Periféricos de almacenamiento# son los dispositi&os !ue almacenan datos e información por

bastante tiempo. La memoria de acceso aleatorio no puede ser considerada un periférico dealmacenamiento, ya !ue su memoria es &oltil y temporal. '"emplos: #isco duro, 6emoria flas,Cinta magnética, 6emoria porttil, #is!uete, Grabadora o lectora de: C#0 #H#0 1luray0 @##H#.

Que Son Los Puertos?

%os puertos de comunicaci!n son 'erramientas que permiten manejar eintercamiar datos entre un computador entre los di&erentes peri&ricos a lacual se encuentran conectados en ese momento en sí* son puertas de enlace

por medio del cual el equipo de c!mputo puede comunicarse a todos losperi&ricos que se encuentren conectados"

Entre los puertos podemos encontrar:

Puerto Paralelo LP!"Sir#en para enla?ar dos dispositi#os* como por ejemplo* la impresora" entre sustipos podemos di&erenciarlos por los numeros de it" Cuando es unidireccional*este puerto contiene 4BI) $ solo trans/ere in&ormaci!n en una sola direcci!n"Cuando es ireccional* contiene 7BI)* el cual es capa? de en#iar in&ormaci!nen dos direcciones" 2ísicamente 'alando* Estos puertos son del tipo 'emra*de unos ;7mm de longitud con 8 pines agrupados en dos 'ileras" Estos se

utili?an normalmente para conectar impresoras* scanners $ en algunos casos'asta dos DCs* aunque en la actualidad dic'os peri&ericos #ienen para conectaren puertos USB"


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Puerto Serial #$M"Estos puertos se utili?an para en#iar $ reciir in&ormaci!n de BI) en BI) &ueradel computador a tra#s de un Nnico cale $ de un determinado so&tGare decomunicaci!n" Estos se identi/can como puertos del COM comunicacionesH"Dor ejemplo* como peri&ericos a conectar est-n los ratones $ los m!dem" Estosconectores son de tipo mac'o $ los 'a$ de 8 tamaños* uno estrec'o* de 9 pines

con una longitud apro.imada de 13mm $ otro anc'o de 8 pines* con unalongitud de unos ;7mm* internamente son iguales 9 pinesH $ reali?an lasmismas &unciones"

Puerto PS%& Sencillamente son puertos paralelos que se utili?an para conectar pequeñosperi&ricos a la DC" El mismo consta por lo general de 6 pines o conectores" %aplaca ase tiene el conector 'emra" En las placas de 'o$ en día se puedendistinguir el teclado del Mouse por sus colores* siendo el teclado por logeneralH el de color #ioleta $ el Mouse el de color #erde"

Puerto 'S( 'niversal Serial (us"Este permite instalar peri&ricos sin tener que arir la maquina para instalarle'ardGare* es decir* que asta con conectar dic'o peri&rico en la parteposterior del computador" Sus caracteristicas mas atracti#as es que se puedenconectar en el cualquier peri&erico que sea compatile sin necesidad dereiniciar la computadora ni con/gurar el sistema" Este es una mejora en los dos


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puertos especi/cados anteriormente" El USB es la tecnología pre&erida para lama$oría de los teclados* Mouse $ otros dispositi#os de entrada de in&ormaci!nde anda estrec'a" El USB tamin esta mu$ e.tendido en c-maras&otogr-/cas digitales* impresoras* esc-neres* m!dems* jo$stic:s $ similares"

Puerto RJ-11

Es un puerto utili?ado en los sistemas tele&!nicos $ es el que se utili?a paraconectar el MO0EM a la línea tele&!nica de manera que las computadoraspuedan tener acceso a Internet" )iene &orma de cuo* $ consta de cuatro calesde los cuales se utili?an solo dos para las cone.iones tele&!nicas"


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Puertos RJ-45

Estas se utili?an comNnmente en las redes de computadoras* sus siglascorresponden a Fegistered Kac: o Cla#ija Fegistrada* que a su #e? es partedel c!digo de regulaciones de Estados Unidos" Este conector se utili?a en la

ma$oría de las tarjetas de et'ernet tarjetas de redH $ #a en los e.tremos de uncale U)D ni#el "

Puertos V)A

Este puerto es utili?ado para los monitores" Este es de &orma rectangular* conun recurimiento pl-stico para aislar las partes $ se uica en la parte posteriorde los monitores $ en la parte trasera del DC* cerca del puerto de S#ideo"


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El protocolo RS-232 es una norma o estándar mundial que rige los

parámetros de uno de los modos de comunicación serial. Por medio deeste protocolo se estandarizan las velocidades de transferencia de datos,la forma de control que utiliza dica transferencia, los niveles de volta!esutilizados, el tipo de ca"le permitido, las distancias entre equipos, losconectores, etc.

#demás de las l$neas de transmisión %&'( ) recepción %R'(, lascomunicaciones seriales poseen otras l$neas de control de flu!o %Hands-hake), donde su uso es opcional dependiendo del dispositivo a conectar.

# nivel de soft*are, la configuración principal que se de"e dar a unacone'ión a trav+s de puertos seriales. RS-232 es "ásicamente laselección de la velocidad en "audios %2, 2, /, etc.(, laverificación de datos o paridad %parida par o paridad impar o sin paridad(,los "its de parada luego de cada dato% ó 2(, ) la cantidad de "its pordato %0 ó /(, que se utiliza para cada s$m"olo o carácter enviado.


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1a orma RS-232 fue definida para conectar un ordenador a un modem. #demás de transmitirse los datos de una forma serie as$ncrona sonnecesarias una serie de seales adicionales, que se definen en la norma.1as tensiones empleadas están comprendidas entre 456-5 voltios.

Puerta serial full d7ple' para comunicación punto a punto a una distanciano superior a 3 metros. 8esde 3 ilos asta 9 ilos.

#omunicaci*n +S&,&

El protocolo FS8;8 es una norma oest-ndar mundial que rige lospar-metros de uno de los modos decomunicaci!n serial" Dor medio de esteprotocolo se estandari?an las#elocidades de trans&erencia de datos* la&orma de control que utili?a dic'atrans&erencia* los ni#eles de #oltajesutili?ados* el tipo de cale permitido* las

distancias entre equipos* los conectores* etc"dem-s de las líneas de transmisi!n ).H $ recepci!n F.H* lascomunicaciones seriales poseen otras líneas de control de Pujo Hands-hake)* donde su uso es opcional dependiendo del dispositi#o a conectar"

ni#el de so&tGare* la con/guraci!n principal que se dee dar a unacone.i!n a tra#s de puertos seriales" FS8;8 es -sicamente laselecci!n de la #elocidad en audios 1855* 8455* 4755* etc"H* la


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#eri/caci!n de datos o paridad parida par o paridad impar o sinparidadH* los its de parada luego de cada dato1 ! 8H* $ la cantidad deits por dato 3 ! 7H* que se utili?a para cada símolo o car-cter en#iado"

%a (orma FS8;8 &ue de/nida para conectar un ordenador a un modem"

dem-s de transmitirse los datos de una &orma serie asíncrona sonnecesarias una serie de señales adicionales* que se de/nen en la norma"%as tensiones empleadas est-n comprendidas entre Q1L1 #oltios"

Duerta serial &ull dNple. para comunicaci!n punto a punto a unadistancia no superior a ;5 metros" 0esde ; 'ilos 'asta 19 'ilos"

Este protocolo est- disponile en lospuertos seriales de la ma$oría de lascomputadoras personales DCH"

El primer puerto serial denominadocomNnmente COM1 tiene asignada lainterrupci!n IFR4 $ sus registros

empie?an en la direcci!n de la memoria;27* $ de a'í en adelante 'asta la ;2E" Dara las m-quinas que tienenun segundo puerto serial este se denomina COM8* tiene asignada lainterrupci!n IFR; $ sus registros se alojan en las direcciones 827 'astala 82E" %os puertos denominados COM; $ COM4 a pesar de que semapean en un espacio di&erente de los puertos anteriores* compartenlas interrupciones* COM1 con COM; $ COM8 con COM4* por esto es mu$


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di&ícil utili?ar los cuatro cuando se trata de 'acerlos &uncionar medianteinterrupciones"

#onector +S&,&D #onector D(- de - .ines"

%a siguiente tala muestra el conector de 9 pines serie que se encuentraen la ma$oría de las DC de 'o$ en día"

SI)NAL PIN No/

Carrier 0etect 1

Fecei#e 0ata 8

)ransmit 0ata ;

0ata )erminal Fead$ 4

Signal round

0ata Set Fead$ 6

Fequest )o Send 3

Clear )o Send 7

Fing Indicator 9

Se0ales de la +S1&,&/


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• +equest !o Send +!S" Esta señal se en#ía de la computadora0)EH al m!dem 0CEH para indicar que se quieren transmitirdatos" Si el m!dem decide que esta OA* asiente por la línea C)S"Una #e? la computadora prende la señal F)S* esperar- que elm!dem asiente la línea C)S" Cuando la señal C)S es a/rmado por

el m!dem* la computadora empe?ar- a transmitir datos"

• #lear !o Send #!S" /rmado por el m!dem despus de reciirla señal de F)S indica que la computadora puede transmitir"

• Data !erminal +ead2 D!+" Esta línea de señal es a/rmada porla computadora* e in&orma al m!dem que la computadora est-lista para reciir datos"

• Data Set +ead2 DS+" Esta línea de señal es a/rmada por elm!dem en respuesta a una señal de 0)F de la computadora" %acomputadora super#isa el estado de esta línea despus de a/rmar0)F para descurir si el m!dem esta encendido"

• +eceive Si3nal Line Detect +SLD" Esta línea de control esa/rmada por el m!dem e in&orma a la computadora que se 'aestalecido una cone.i!n &ísica con otro m!dem" #eces seconoce como detector de portadora C0H" sería un error que unacomputadora transmita in&ormaci!n a un m!dem si esta línea noesta prendida* es decir si la cone.i!n &ísica no &unciona"

• !ransmit Data !D" es la línea por donde el dato se transmite deun it a la #e?

• +eceive Data +D" es la línea por donde el dato se recie de unit a la #e?"

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