Unidad Didáctica I: Circuitos de Lógica Digital y
Componentes Digitales
Circuitos de Lógica Digital
1.1 Compuertas lógicas...
Observando el funcionamiento de la unidad AND se comprende fácilmente que
las entradas pueden ser aumentadas indefinidamen...
La función O exclusiva (“exclusive OR” según el idioma ingles) se caracteriza
porque su salida esta a nivel 1 siempre y cu...
Si se usan solamente las leyes del álgebra booleana puede suceder que una
posible simplificación pudiera ser omitida. Tamb...
Componentes Digitales
2.1 Circuitos Integrados
Un circuito integrado (CI) es una pastilla o chip
muy delgado en el que se ...
Los codificadores pueden, también, proporcionar otras operaciones de
conversión, tal como ocurre en las calculadoras de bo...
en un banco de registros, pero antiguamente se usaban biestables individuales,
memoria SRAM o formas aún más primitivas.
E...
 Los registros de propósito específico guardan información específica del
estado del sistema, como el puntero de pila o e...
representar un operando, una instrucción, o un grupo de caracteres
alfanuméricos o cualquier información codificada binari...
Unidad didáctica i circuitos de_logica_digital
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Unidad didáctica i circuitos de_logica_digital

451

Published on

0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
451
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
17
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Unidad didáctica i circuitos de_logica_digital

  1. 1. Unidad Didáctica I: Circuitos de Lógica Digital y Componentes Digitales Circuitos de Lógica Digital 1.1 Compuertas lógicas Compuertas lógicas: Una compuerta lógica es un circuito lógico cuya operación puede ser definida por una función del álgebra lógica, cuya explicación no es el objeto de esta obra. Veamos entonces las compuertas lógicas básicas, para ello definamos el término “tabla de la verdad”, por utilizarse a menudo en las técnicas digitales. Se llama tabla de verdad de una función lógica a una representación de la misma donde se indica el estado lógico “1” o “0” que toma la función lógica para cada una de las combinaciones de las variables de las cuales depende. Inversor: Un inversor es un circuito lógico que tiene una sola entrada y una sola salida. La salida del inversor se encuentra en el estado lógico “1” si y solo si la entrada se encuentra en el estado lógico “0”. Esto significa que la salida toma el estado lógico opuesto al de la entrada. Compuerta lógica AND : Las puertas lógicas AND (o Y en castellano) son circuitos de varias entradas y una sola salida, caracterizadas porque necesitan disponer de un nivel 1 en todas las primeras para que también la salida adopte ese nivel. Basta con que una o varias entradas estén en el nivel 0 para que la salida suministre también dicho nivel. Todas las unidades AND o derivadas del AND, deben tener señal simultánea en todas sus entradas para disponer de señal de salida
  2. 2. Observando el funcionamiento de la unidad AND se comprende fácilmente que las entradas pueden ser aumentadas indefinidamente. Las compuertas AND pueden tener más de dos entradas y por definición, la salida es 1 si cualquier entrada es 1. Compuerta lógica NAND: La función NO-Y, llamada mas comúnmente NAND es la negación de la función Y (AND) precedente. Así como en una puerta Y se necesita que exista nivel 1 en todas las entradas para obtener el mismo nivel en la salida, en una NAND el nivel de la salida seria 0 en las mismas condiciones. Por el contrario, cuando hay un nivel 0 en alguna de las entradas de una puerta Y la salida esta a nivel 0, mientras que en iguales circunstancias en una puerta NAND el nivel de salida seria 1. Una designación más adecuada habría sido AND invertido puesto que Es la función AND la que se ha invertido Compuerta lógica OR: La función reunión, también llamada O, al traducir su nombre ingles OR, es la que solo necesita que exista una de sus entradas a nivel 1 para que la salida obtenga este mismo nivel. La expresión algebraica de esta función, suponiendo que disponga de dos entradas, es la siguiente: s = a + b. Es suficiente que tenga señal en cualquiera de sus entradas para que de señal de salida (OR). Las compuertas OR pueden tener más de dos entradas y por definición la salida es 1 si cualquier entrada es 1. Compuerta lógica NOR: La función NOR consiste en la negación de la O, o sea, así como esta suministra nivel 1 a su salida si cualquiera de las entradas que posee está a nivel 1, una puerta NOR se comporta justamente al revés. En la función NOR es suficiente aplicarle una cualquiera de sus entradas para que niegue su salida. la NOR pueden tener más de dos entradas, y la salida es siempre el complemento de las funciones AND u OR, respectivamente. Compuerta lógica EX - OR :
  3. 3. La función O exclusiva (“exclusive OR” según el idioma ingles) se caracteriza porque su salida esta a nivel 1 siempre y cuando también lo estén un número impar de sus entradas. Para conseguir la función O exclusiva de 3 entradas pueden usarse funciones O exclusiva de dos entradas para acoplarse entre si. Compuerta lógica EX - AND: La función Y exclusiva (exclusive AND en inglés) se emplea para verificar comparaciones entre sus entradas. En efecto su salida presenta nivel 1 cuando sus entradas se encuentran en el mismo nivel, sin importar que dicho nivel sea 1 o 0 Compuerta lógica EX - NOR: Es la función negada de la compuerta EX - OR y es el contrario de la EX - OR, su salida presenta nivel 1 cuando sus entradas se encuentran en el mismo nivel, sin importar que dicho nivel sea 1 o 0, al igual que las EX - AND Compuerta lógica EX - NAND : Es la función negada de la compuerta EX - AND y es el contrario de la EX - AND, Para conseguir la función O exclusiva de 3 entradas pueden usarse funciones O exclusiva de dos entradas para acoplarse entre si. 1.2 Simplificación por mapas Un método general para simplificar un circuito consiste en encontrar primero la función booleana que representa el circuito, luego simplificar la función y finalmente dibujar el circuito de la función simplificada. Surgen algunos problemas o inconvenientes e la simplificación de circuitos. A veces puede ser difícil o imposible decir, sólo por la forma de la función booleana, cual de varios circuitos es le más simple. El mejor circuito puede depender del costo relativo del alumbrado y de los conmutadores requeridos.
  4. 4. Si se usan solamente las leyes del álgebra booleana puede suceder que una posible simplificación pudiera ser omitida. También es posible que cierto paso sea más fácil de reconocer si se expresa en términos de una de las leyes duales en lugar de la otra; por lo anterior se sugiere otro método de simplificación que puede ser útil y es el siguiente: para simplificar una función f se toma el dual de f y se simplifica la expresión resultante. Si se toma otra vez el dual, se obtiene de nuevo la función f pero en una forma diferente que, generalmente, será más simple que la original. 1.3 Flips-Flops Un biestable también llamado báscula (flip-flop en inglés), es un multivibrador capaz de permanecer en un estado determinado o en el contrario durante un tiempo indefinido. Esta característica es ampliamente utilizada en electrónica digital para memorizar información. El paso de un estado a otro se realiza variando sus entradas. Dependiendo del tipo de dichas entradas los biestables se dividen en:  Asíncronos: Sólo tienen entradas de control. El más empleado es el biestable RS.  Síncronos: Además de las entradas de control posee una entrada de sincronismo o de reloj. Si las entradas de control dependen de la de sincronismo se denominan síncronas y en caso contrario asíncronas. Por lo general, las entradas de control asíncronas prevalecen sobre las síncronas. La entrada de sincronismo puede ser activada por nivel (alto o bajo) o por flanco (de subida o de bajada). Dentro de los biestables síncronos activados por nivel están los tipos RS y D, y dentro de los activos por flancos los tipos JK, T y D.
  5. 5. Componentes Digitales 2.1 Circuitos Integrados Un circuito integrado (CI) es una pastilla o chip muy delgado en el que se encuentran miles o millones de dispositivos electrónicos interconectados, principalmente diodos y transistores, y también componentes pasivos como resistencia o capacitores. Su área puede ser de un cm2 o incluso inferior. Algunos de los circuitos integrados más avanzados son los microprocesadores que controlan múltiples artefactos: desde computadoras hasta electrodomésticos, pasando por los teléfonos móviles. La fabricación de circuitos integrados es un proceso complejo y en el que intervienen numerosas etapas. Cada fabricante de circuitos integrados tiene sus propias técnicas que guardan como secreto de empresa, aunque las técnicas son parecidas. Los dispositivos integrados pueden ser tanto analógicos como digitales, aunque todos tienen como base un material semiconductor, normalmente el silicio. 2.2 Codificadores y Decodificadores Un codificador es un bloque combinacional hecho para convertir una entrada no binaria en una salida de estricto orden binario. En otras palabras, es un circuito integrado por un conjunto de componentes electrónicos con la habilidad para mostrar en sus terminales de salida un word binario (01101, 1100, etc.), equivalente al número presente en sus entradas, pero escrito en un código diferente. Por ejemplo, un Octal-to-binary encoder es un circuito codificador con ocho entradas (un terminal para cada dígito Octal, o de base 8) y tres salidas (un terminal para cada bit binario).
  6. 6. Los codificadores pueden, también, proporcionar otras operaciones de conversión, tal como ocurre en las calculadoras de bolsillo con el teclado: El Keyboard (teclas, llaves) encoder convierte la posición de cada tecla (No. 9, No. 3, No. 5, + , %, etc.) en su correspondiente word asignado previamente. Un ejemplo de lo anterior es el teclado codificador en ASCII (American Standard Code for Information Interchange), que genera el word de 7 bits 0100101 cuando es presionada la tecla del porcentaje(%). El decodificador es un circuito combinacional diseñado para convertir un número binario (entrada) en word de "unos" y "ceros" (niveles altos y bajos de voltaje) con un orden distinto, para ejecutar un trabajo especial. En otras palabras, el word que sale es diferente al word que entró, aunque tenga la misma cantidad de bits. En Electrónica Digital es a menudo necesario pasar un número binario a otro formato, tal como el requerido para energizar los siete segmentos de los display hechos con diodos emisores de luz, en el orden adecuado para que se ilumine la figura de un individual número decimal. Los decodificadores son también usados en los microprocesadores para convertir instrucciones binarias en señales de tiempo, para controlar máquinas en procesos industriales o implementar circuitos lógicos avanzados. El decodificador convierte números binarios en sus equivalentes Octales (base 8), decimales (base 10) y Hexadecimales (base 16). 2.3 Registros En arquitectura de ordenadores, un registro es una memoria de alta velocidad y poca capacidad, integrada en el microprocesador, que permite guardar y acceder a valores muy usados, generalmente en operaciones matemáticas. Los registros están en la cumbre de la jerarquía de memoria, y son la manera más rápida que tiene el sistema de almacenar datos. Los registros se miden generalmente por el número de bits que almacenan; por ejemplo, un "registro de 8 bits" o un "registro de 32 bits". Los registros generalmente se implementan
  7. 7. en un banco de registros, pero antiguamente se usaban biestables individuales, memoria SRAM o formas aún más primitivas. El término es usado generalmente para referirse al grupo de registros que pueden ser directamente indexados como operandos de una instrucción, como está definido en el conjunto de instrucciones. Sin embargo, los microprocesadores tienen además muchos otros registros que son usados con un propósito específico, como el contador de programa. Por ejemplo, en la arquitectura IA32, el conjunto de instrucciones define 8 registros de 32 bits. Tipos de registros  Los registros de datos son usados para guardar números enteros. En algunas computadoras antiguas, existía un único registro donde se guardaba toda la información, llamado acumulador.  Los registros de memoria son usados para guardar exclusivamente direcciones de memoria. Eran muy usados en la arquitectura Harvard, ya que muchas veces las direcciones tenían un tamaño de palabra distinto que los datos.  Los registros de propósito general (en inglés GPRs o General Purpose Registers) pueden guardar tanto datos como direcciones. Son fundamentales en la arquitectura Von Neumann. La mayor parte de las computadoras modernas usa GPRs.  Los registros de coma flotante son usados para guardar datos en formato de coma flotante.  Los registros constantes tienen valores creados por hardware de sólo lectura. Por ejemplo, en MIPS el registro $zero siempre vale 0.
  8. 8.  Los registros de propósito específico guardan información específica del estado del sistema, como el puntero de pila o el registro de estado. 2.4 Unidad de Memoria Los registros de un computador digital pueden ser clasificados del tipo operacional o de almacenamiento. Un circuito operacional es capaz de acumular información binaria en sus flip-flops y además tiene compuertas combinacionales capaces de realizar tare as de procesamiento de datos. Un registro de almacenamiento se usa solamente para el almacenamiento temporal de la información binaria. Esta información no puede ser alterada cuando se transfiere hacia adentro y afuera del registro. Una unidad de memoria es una colección de registros de almacenamiento conjuntamente con los circuitos asociados necesarios par a transferir información hacia adentro y afuera de los registros. Los registros de almacenamiento en una unidad de memoria se llaman registros de memoria. La mayoría de los registros en un computador digital son registros de memoria, a los cuales se transfiere la información para almacenamiento y se encuentran pocos registros operacionales en la unidad procesadora. Cuando se lleva a cabo el procesamiento de datos, la información de los registros seleccionados en la unidad de memoria se transfiere primero a los registros operacionales en la unidad procesadora. Los resultados intermedios y finales que se obtienen en los registros operacionales se transfieren de nuevo a los registros de memoria seleccionados. De manera similar, la información binaria recibida de los elementos de entrada se almacena primero en los registros de memoria. La información transferida a los elementos de salida se toma de los registros en la unidad de memoria. Una unidad de memoria almacena información binaria en grupos llamados palabras, cada palabra se almacena en un registro de memoria. Una palabra en la memoria es una entidad de n bits que se mueven hacia adentro y afuera del almacenamiento como una unidad. Una palabra de memoria puede
  9. 9. representar un operando, una instrucción, o un grupo de caracteres alfanuméricos o cualquier información codificada binariamente. La comunicación entre una unidad de memoria y lo que la rodea se logra por medio de dos señales de control y dos registros externos. Las señales de control especifican la dirección de la trasferencia requerida, esto es, cuando una palabra debe ser acumulada en un registro de memoria o cuando una palabra almacenada previamente debe ser transferida hacia afuera del registro de memoria. Un registro externo especifica el registro de memoria particular escogido entre los miles disponibles; el otro especifica la configuración e bits particular de la palabra en cuestión. Referencia Bibliográfica  http:// www.electronica2000.com  http://www.micropik.com/provisional/pag_cir_int.htm

×