Fundam entos de Hardw are 163
11. Componentes electrónicos.
11.1 Nivel electrónico y nivel lógico.
Nos referimos al nivel electrónico de una computadora cuando hablamos de los
componentes básicos que conforman los circuitos de la UCP y que son, entre otros,
resistencias, condensadores, diodos y transistores, en su mayoría implementados en
circuitos integrados formando circuitos
lógicos. Estos componentes permiten
establecer relaciones entre tensiones de corriente que, combinadas entre sí,
producen estructuras físicas con propiedades lógicas elementales. Las señales
eléctricas que circulan por una computadora pueden utilizar distintas tensiones que
se asocian a los dos valores del sistema binario.
En la mayoría de los casos se asignan al valor 0 lógico tensiones entre 0 y 0.2 voltios,
mientras que al valor lógico 1 se le asignan tensiones entre 0.8 y 3.5 voltios,
existiendo una zona de separación entre ambos (zona
prohibida) que oscila entre los
0.3 y los 0.7 voltios. Los circuitos más elementales de la computadora son las
puertas
lógicas, que realizan funciones booleanas sencillas. Las más comunes son
AND, OR, NOT, XOR, NAND Y NOR.
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2011
-‐
MMP
, 164
Fundam entos de Hardw are
Desde un punto de vista de la lógica, los elementos de la computadora formados por
componentes de nivel electrónico están organizados en estructuras capaces de
realizar funciones lógicas de mayor complejidad que las puertas lógicas mencionadas
antes. Estas estructuras son los circuitos combinacionales y los circuitos secuenciales.
§ Circuitos
combinacionales son aquellos en los que sus salidas dependen en un
momento determinado exclusivamente de sus entradas. En esta definición se está
suponiendo que el tiempo de propagación de las señales a través del circuito es lo
suficientemente pequeño, de manera que cualquier variación en el valor de las
entradas afecta “instantáneamente” a las salidas.
El circuito de este tipo más significativo es el sumador que realiza directamente
la suma en binario de dos números. Es conocido que de las cuatro operaciones
aritméticas principales (suma, resta, multiplicación y división), la única
imprescindible es la suma en el sentido de que escogiendo adecuadamente la
representación numérica y con los algoritmos correspondientes, las restantes
operaciones se pueden realizar a base de sumas.
El circuito sumador está basado en circuitos
semisumadores que se encargan
de sumar dos bits teniendo en cuenta si se ha producido acarreo. Acoplando
debidamente estos semisumadores obtenemos un sumador completo (con 4
semisumadores obtenemos un sumador de cuatro bits). Otros circuitos
combinacionales típicos son el complementador (cambia un conjunto de bits por
sus contrarios) utilizado para restar por medio de la suma, y el desplazador
(desplaza una posición hacia la derecha o hacia la izquierda un conjunto de bits
con lo que se consigue multiplicar o dividir por 2 el número representado).
Semisumador
§ Circuitos
secuenciales son aquellos en los que sus salidas dependen, además de
sus entradas, de algún suceso ocurrido con antelación, por
lo que se puede decir que en cierta manera necesitan
memoria. Es decir, un circuito secuencial puede producir
salidas diferentes para la misma combinación de entradas
si éstas se aplican en instantes diferentes. Los principales
circuitos secuenciales son los biestables, también
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, Fundam entos de Hardw are 165
llamados flip-‐flop1, circuitos capaces de tomar en su salida dos valores estables
que dependerán de sus entradas y del estado de su salida en el instante anterior.
Son utilizados, sobre todo, para la realización de registros. Un flip-flop se obtiene
acoplando dos circuitos inversores de forma que la salida de uno sea la entrada de
otro y viceversa
Los circuitos secuenciales pueden ser síncronos o asíncronos 2. Como la propia
denominación indica, los síncronos están regidos por el tiempo (es decir, su
funcionamiento está marcado por un reloj que va marcando
pasos (Rl) generando secuencias de unos y ceros a intervalos
regulares), los asíncronos se basan en el retardo de
propagación de la señal entre las puertas lógicas que forman
el biestable para memorizar el estado del circuito en un
momento determinado. En el primer caso la transición en las
variables de estado tiene lugar sólo cuando Rl toma el valor 1,
manteniéndose el sistema en el mismo estado cuando toma el valor 0. Estamos
hablando de biestables
RS.
Como sabemos, para operar en código binario el ordenador dispone de una red
extensa y compleja de circuitos lógicos interconectados. Recordemos que un circuito
lógico es una combinación de elementos de conmutación, es decir, de puertas
lógicas. Se trata, en definitiva, de operar con los valores lógicos verdadero o falso (1 o
0) según el álgebra de Boole y sus leyes que son las que rigen a los elementos de
conmutación en la construcción de circuitos lógicos.
Se denomina función
lógica u operando
lógico a la relación que liga dos o más
valores binarios y da como resultado un valor también binario, determinado según la
tabla de verdad de la función. Combinando adecuadamente estas funciones mediante
el uso de puertas lógicas (nivel electrónico) conseguimos circuitos más complejos
(nivel lógico).
11.2. Elem entos de conm utación.
Como su nombre indica, son conmutadores que abren o cierran un circuito. Las
puertas lógicas AND están formadas, como se aprecia en el gráfico, por dos
conmutadores (interruptores) conectados en serie, mientras que una puerta OR está
formada por dos conmutadores conectados en paralelo.
AND OR NOT
Representación
gráfica
en
circuitería
de
las
puertas
básicas.
1
También se les denomina elementos de memoria.º
2
Los asíncronos son más difíciles de diseñar y analizar, aunque generalmente son más rápidos que los
síncronos.
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11. Componentes electrónicos.
11.1 Nivel electrónico y nivel lógico.
Nos referimos al nivel electrónico de una computadora cuando hablamos de los
componentes básicos que conforman los circuitos de la UCP y que son, entre otros,
resistencias, condensadores, diodos y transistores, en su mayoría implementados en
circuitos integrados formando circuitos
lógicos. Estos componentes permiten
establecer relaciones entre tensiones de corriente que, combinadas entre sí,
producen estructuras físicas con propiedades lógicas elementales. Las señales
eléctricas que circulan por una computadora pueden utilizar distintas tensiones que
se asocian a los dos valores del sistema binario.
En la mayoría de los casos se asignan al valor 0 lógico tensiones entre 0 y 0.2 voltios,
mientras que al valor lógico 1 se le asignan tensiones entre 0.8 y 3.5 voltios,
existiendo una zona de separación entre ambos (zona
prohibida) que oscila entre los
0.3 y los 0.7 voltios. Los circuitos más elementales de la computadora son las
puertas
lógicas, que realizan funciones booleanas sencillas. Las más comunes son
AND, OR, NOT, XOR, NAND Y NOR.
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Desde un punto de vista de la lógica, los elementos de la computadora formados por
componentes de nivel electrónico están organizados en estructuras capaces de
realizar funciones lógicas de mayor complejidad que las puertas lógicas mencionadas
antes. Estas estructuras son los circuitos combinacionales y los circuitos secuenciales.
§ Circuitos
combinacionales son aquellos en los que sus salidas dependen en un
momento determinado exclusivamente de sus entradas. En esta definición se está
suponiendo que el tiempo de propagación de las señales a través del circuito es lo
suficientemente pequeño, de manera que cualquier variación en el valor de las
entradas afecta “instantáneamente” a las salidas.
El circuito de este tipo más significativo es el sumador que realiza directamente
la suma en binario de dos números. Es conocido que de las cuatro operaciones
aritméticas principales (suma, resta, multiplicación y división), la única
imprescindible es la suma en el sentido de que escogiendo adecuadamente la
representación numérica y con los algoritmos correspondientes, las restantes
operaciones se pueden realizar a base de sumas.
El circuito sumador está basado en circuitos
semisumadores que se encargan
de sumar dos bits teniendo en cuenta si se ha producido acarreo. Acoplando
debidamente estos semisumadores obtenemos un sumador completo (con 4
semisumadores obtenemos un sumador de cuatro bits). Otros circuitos
combinacionales típicos son el complementador (cambia un conjunto de bits por
sus contrarios) utilizado para restar por medio de la suma, y el desplazador
(desplaza una posición hacia la derecha o hacia la izquierda un conjunto de bits
con lo que se consigue multiplicar o dividir por 2 el número representado).
Semisumador
§ Circuitos
secuenciales son aquellos en los que sus salidas dependen, además de
sus entradas, de algún suceso ocurrido con antelación, por
lo que se puede decir que en cierta manera necesitan
memoria. Es decir, un circuito secuencial puede producir
salidas diferentes para la misma combinación de entradas
si éstas se aplican en instantes diferentes. Los principales
circuitos secuenciales son los biestables, también
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llamados flip-‐flop1, circuitos capaces de tomar en su salida dos valores estables
que dependerán de sus entradas y del estado de su salida en el instante anterior.
Son utilizados, sobre todo, para la realización de registros. Un flip-flop se obtiene
acoplando dos circuitos inversores de forma que la salida de uno sea la entrada de
otro y viceversa
Los circuitos secuenciales pueden ser síncronos o asíncronos 2. Como la propia
denominación indica, los síncronos están regidos por el tiempo (es decir, su
funcionamiento está marcado por un reloj que va marcando
pasos (Rl) generando secuencias de unos y ceros a intervalos
regulares), los asíncronos se basan en el retardo de
propagación de la señal entre las puertas lógicas que forman
el biestable para memorizar el estado del circuito en un
momento determinado. En el primer caso la transición en las
variables de estado tiene lugar sólo cuando Rl toma el valor 1,
manteniéndose el sistema en el mismo estado cuando toma el valor 0. Estamos
hablando de biestables
RS.
Como sabemos, para operar en código binario el ordenador dispone de una red
extensa y compleja de circuitos lógicos interconectados. Recordemos que un circuito
lógico es una combinación de elementos de conmutación, es decir, de puertas
lógicas. Se trata, en definitiva, de operar con los valores lógicos verdadero o falso (1 o
0) según el álgebra de Boole y sus leyes que son las que rigen a los elementos de
conmutación en la construcción de circuitos lógicos.
Se denomina función
lógica u operando
lógico a la relación que liga dos o más
valores binarios y da como resultado un valor también binario, determinado según la
tabla de verdad de la función. Combinando adecuadamente estas funciones mediante
el uso de puertas lógicas (nivel electrónico) conseguimos circuitos más complejos
(nivel lógico).
11.2. Elem entos de conm utación.
Como su nombre indica, son conmutadores que abren o cierran un circuito. Las
puertas lógicas AND están formadas, como se aprecia en el gráfico, por dos
conmutadores (interruptores) conectados en serie, mientras que una puerta OR está
formada por dos conmutadores conectados en paralelo.
AND OR NOT
Representación
gráfica
en
circuitería
de
las
puertas
básicas.
1
También se les denomina elementos de memoria.º
2
Los asíncronos son más difíciles de diseñar y analizar, aunque generalmente son más rápidos que los
síncronos.
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