Lección L1.3. (2/2) Sistemas electrónicos digitales

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Del curso dictado por Universitat Autònoma de Barcelona

Sistemas Digitales: De las puertas lógicas al procesador

158 calificaciones

Universitat Autònoma de Barcelona

Sistemas Digitales: De las puertas lógicas al procesador

158 calificaciones

En este curso aprenderemos los fundamentos del diseño de los circuitos digitales actuales, siguiendo una orientación eminentemente práctica. A diferencia de otros cursos más "clásicos" de Circuitos Digitales, nuestro interés se centrará más en el Sistema que en la Electrónica que lo sustenta. Este enfoque nos permitirá sentar las bases del diseño de Sistemas Digitales complejos. Se trata de un curso muy adecuado para estudiantes de primeros cursos de carreras de Ingenierías cercanas a las TIC (Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones), y para todas aquellas personas que deseen introducirse en el mundo de los Sistemas Digitales. Por otra parte, este primer curso de Sistemas Digitales es un paso obligado para aquellas personas que deseen posteriormente profundizar en temas como el hardware de computadores y/o los circuitos integrados de aplicación específica, con todas las aplicaciones que ello implica (robótica, biónica, control industrial, etc.). Al acabar el curso serás capaz de: * Diseñar Sistemas Digitales de complejidad media. * Comprender la descripción de Sistemas Digitales mediante lenguajes de alto nivel como VHDL. * Comprender el funcionamiento de los computadores a su nivel más básico (lenguaje máquina), así como su materialización e interpretación a través de sistemas digitales algorítmicos. ACLARACIONES * Puedes realizar el curso de manera gratuita. Con ello puedes acceder a todo los contenidos (vídeos, lecturas, cuestionarios, foros). Sin embargo, no permite la opción de obtener un certificado. * Obtener el certificado implica cumplir una serie de requisitos, entre los cuales, abonar el coste asociado.

De la lección

¿Qué son los Sistemas Digitales?

<b><font size=4 color=#B22222><b>Clicka en "v Más" para leer cuales son los objetivos de este módulo</b></font> </b><br/><br/><b>TEMA 1:</b><br/>Este módulo es una introducción a los sistemas digitales. Contiene: <ol><li>Los vídeos de las lecciones_L y los ejercicios correspondientes, y </li><li>Dos vídeos_P en los que se introduce el procesador que iremos diseñando a lo largo del curso. </ol><br/> Lee el "Índice de las lecciones" para más informació.

Lección L1.3. (1/2) Sistemas electrónicos digitales13:09

Lección L1.3. (2/2) Sistemas electrónicos digitales8:54

Conoce a los instructores

Elena Valderrama
Professor
Departamento de Microelectrónica y Sistemas Electrónicos. UAB.
Jean-Pierre Deschamps
Professor
Lluis Terés
Professor
Centro Nacional de Microelectrónica del CSIC
Merce Rullan
ProfesoraTitular
Departamento de Microelectrónica y Sistemas Electrónicos. UAB.
Joaquín Saiz Alcaine
Ingeniero Informático
Departamento de Microelectrónica y Sistemas Electrónicos. UAB.
David Bañeres
Profesor Agregado
Estudios de Informática, Multimedia y Telecomunicación. UOC.
Juan Antonio Martínez
Collaborator
APSI - UAB

Siguiendo razonamientos similares you se pueden definir muchas otras

puertas lógicas, como por ejemplo, la puerta NOR.

La puerta NOR solo es una puerta que la salida es 0, sí y

solo sí, alguna de las entradas son 1.

O la puerta NAND de 3, 4, o todas las entradas que queramos,

que se pueden generalizar fácilmente, que es una puerta que

saca una tensión 0 por su salida, sí y solo sí,

todas las entradas estén a 1 voltio;

estén en un 1 lógico.

Otra puerta interesante que utilizaremos mucho, la puerta AND.

La puerta AND dice, la tensión de salida es 1;

saco un 1 por la salida, sí y solo sí todas las entradas están a 1.

Fijaros que es el comportamiento complementario de la NAND.

De hecho, la puerta NAND se llama así porque viene de la contracción

de la NO-AND La puerta AND y la NO-AND son, son inversas.

De hecho, cuando trabajemos con circuito,

la puerta AND se construye como una puerta NAND seguida de un inversor.

Más componentes, podemos definir la puerta OR

que genera una salida 1, sí y solo sí al menos una de las entradas es 1.

La puerta OR

también, otra vez, se puede construir a partir de la puerta NOR más un inversor.

O la puerta AND de 3, 4, o todas las

entradas que queramos, que su comportamiento es: la salida es 1

sí y solo sí todas las entradas toman el valor 1.

Todas estas puertas las iremos viendo más adelante, o sea que si ahora no

conseguís recordarlas todas no preocuparos, no tiene ninguna importancia.

Otros componentes básicos interesantes son los buffers,

como este que os muestro aquí.

cuya función es simplemente dejar pasar la información.

Fijaros que la salida simplemente es siempre igual a la entrada.

y, visto así, podíais pensar que es un dispositivo un poco tonto, ¿no?

Lo que ocurre es que aquí hay unas consideraciones electrónicas en las que no

vamos a entrar pero: el buffer transmite el valor de entrada a la salida,

pero además la señal de salida tiene una potencia mayor,

es decir, en el fondo el buffer es un amplificador.

Y otro componente, muy similar a este primero,

y que es muy útil en algunas ocasiones, es el llamado buffer tri-state.

El buffer tri-state es básicamente un buffer que le hemos puesto una

tercera señal, una tercera entrada, que es la señal de control.

Si en esta señal de control ponemos una tensión alta, un 1 lógico,

esto se comporta exactamente igual que el buffer que hemos visto antes,

es decir, la tensión de entrada se transmite a la salida.

Por el contrario, si en la línea de control ponemos una tensión baja,

0 voltios, simplemente la salida queda permanentemente

en circuito abierto, queda eléctricamente desconectada del resto del circuito.

Pues este es el funcionamiento del buffer tri-state.

Y vamos ya a por el último módulo que vamos a explicar,

que es la memoria ROM.

La memoria ROM, vamos a dibujarlo aquí, es un dispositivo que permite guardar

información en forma de filas las cuales reciben el nombre de <b>palabras</b>.

Y cada una de estas palabras lleva asociada una <b>dirección</b>.

Esta sería la palabra de dirección 0, la palabra de dirección 1, etc...

la palabra de dirección m.

De manera que por las entradas, lo que entra es una dirección,

es decir, si por aquí entramos por ejemplo un 0010,

el dos, lo que hace esta memoria es

coger el contenido de la palabra de dirección 2 y volcarla a la salida.

¿De acuerdo?

Físicamente una memoria ROM es un conjunto de cables horizontales

y verticales, que en principio están aislados, no se tocan entre sí, pero

que en algunos lugares quedan conectados por unos elementos de acoplo,

elementos de acoplo que pueden ser resistencias, diodos,

transistores, etc.

De forma que para leer una palabra de memoria lo que se

hace es mandar una corriente eléctrica,

mandar una intensidad, por una de estas líneas horizontales.

Esta corriente, en el caso de que la intersección entre la fila y la columna

no haya ningún elemento de acoplo, evidentemente esta intensidad no puede

llegar hasta la salida, pero en aquellos sitios donde hay un elemento de acoplo,

esta intensidad puede llegar hasta la salida indicando que aquí había algo.

... Y este algo es lo que vamos a interpretar como un uno, es decir,

esta primera palabra guarda la información 0, porque aquí no

hay elemento de acoplo, 1 porque hay elemento de acoplo, ... 1001.

Si llevando una corriente por esta línea aquí no veré ninguna corriente, aquí

veré la corriente y esto lo interpretaré como un 1, aquí viene corriente,

lo interpretaré como un 1, aquí y aquí no la veré, y aquí sí porque hay un

elemento de acoplo y veré corriente, cosa que interpretaré como un 1.

Es así como se obtiene la información de una palabra dada.

Esto sería el símbolo

de una memoria ROM. A las líneas de entrada se les suele llamar líneas de

dirección porque en el fondo están,

están definiendo la dirección de la palabra que queremos obtener.

Y a las líneas de salida se les suele dar el nombre de líneas de datos.

Una memoria ROM la podemos ver como un elemento del

catálogo que para cada valor de la entrada, a 0 y a 1,

genera una salida que coincide con la información que tiene guardada,

tal como resume esta tabla.

En general las memorias ROM se identifican por el número de palabras y

por el tamaño de las palabras.

En este caso concreto hemos puesto como ejemplo una memoria de 2<sup>2</sup>,

4 palabras, de 1, 2, 3, 4, 5, 6 bits por cada palabra.

Este 2 pequeñito del exponente hace referencia que para direccionar 4

palabras yo necesito 2 señales de entrada, 2 líneas de dirección.

En general hablaremos de memorias ROM de 2<sup>n</sup> palabras,

de m bits por palabra, donde esta n significará el número de bits de entrada,

el número de bits de la dirección.

Bien, por último vamos al concepto más importante de la semana.

¿En qué consiste la síntesis de un sistema digital electrónico?

Veamos.

Por un lado tenemos una primera idea de la función que queremos que haga el

sistema ¿no?

Queremos diseñar un circuito que se encargue de controlar la caldera,

etc, etc.

Por otro lado, tenemos un catálogo de componentes, puertas lógicas,

memoria ROM y muchas otras que iremos viendo a lo largo del curso.

Sintetizar el sistema consiste en generar una descripción jerárquica

en forma de bloques cada vez más sencillos de forma que los bloques finales

puedan construirse directamente utilizando los componentes del catálogo.

Y este va a ser el tema central de este curso.

Bueno, pues con esto acabamos la primera semana.

Como resumen, en este tema hemos estudiado qué entendemos por un sistema

electrónico digital, hemos visto lo que significa la codificación binaria y

hemos visto lo que significan electrónicamente los ceros y los unos,

Hemos visto el concepto de catálogo de componentes y hemos estudiado algunos de

ellos, y finalmente hemos logrado definir el objetivo de este curso,

la <b>síntesis de sistemas electrónicos digitales</b>.

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