Electrónica Digital y la lógica secuencial

 Electrónica Digital de Alta Integración

Hola lectores, espero que se encuentren bien, el tema de esta semana será la electrónica digital de alta integración y la lógica secuencial.

empezando con la electrónica digital, empezando por los orígenes:

Tenemos entendido que los Primeros conmutadores surgieron en 1906

Luego vinieron los Transistores en 1950

y los Circuitos Integrados en 1961

Ahora veremos la clasificación de los Circuitos Integrados (en base a los números de TRT´s que tengan. 

-SSI: pequeña escala de integración (de 1 a 100 transistores)  1965

-MSI: media escala de integración (de 100 a 1000 transistores)  1968

-LSI: gran escala de integración (1000 a 10000 transistores)  1976

-VLSI: alta escala de integración (mas de 10,000 transistores)  1980

También tenemos que la clasificación se fundamenta en la cantidad de compuertas utilizadas para implementar la función propia del chip

Como por ejemplos los SSI, los chips solo contienen 13 compuertas, estos se fabrican principalmente empleando tecnologías TTL,CMOS Y ECL.

En los MSI, los chips contienen de 13 a 100 compuertas, e igual se fabrican empleando tecnologías TTL, CMOS Y ECL.

Los LSI, los chips que contienen de 100 a 1000 compuertas, estos se fabrican principalmente con tecnologías, 12L, NMOS Y PMOS.

Para ultimo tenemos los VLSI, que comprende los chips que tienen mas de 1000 compuertas, también se fabrican utilizando 12L, NMOS Y PMOS.

Ahora hablemos acerca de las Familias Lógicas

Familia Lógica de los Circuitos Integrados

Primero debemos entender que con familia lógica nos referimos  a un conjunto de componentes digitales que comparten una tecnología común de fabricación y tiene estandarizada sus características de entrada y salida (mas bien es dicho que son compatibles unos con otros)

Familia de los TTL

Llega a hacer la familia mas antigua y común de todas las familias, estos circuitos son los mas económicos, rápidos y versátiles. Por ejemplo los chips SS Y MSI se fabrican utilizando esta tecnología.

Esta familia esta disponible en 2 versiones, la serie 54 y 74, la primer versión se destina para aplicaciones militares, mientras que a la segunda versión se utiliza a aplicaciones industriales y de propósito general. 

Bien ahora hablemos acerca de la Lógica Secuencial
Lógica Secuencial 
Empezando por, ¿Qué es un Circuito Lógico Secuencial?
Es un circuito  combinacional  cuya  salida  depende  de  los  valores actuales  y  pasados  de  las  señales  de  entrada.

Entremos en materia de su "Estado":

Ahora hablemos de la Cuarta Generación.

En esta:

-Se desarrollo el microprocesador

-Se colocaron mas circuitos dentro de un chip

-Cada chip podía hacer diferentes tareas 

Pero enfoquémonos en los microprocesadores (1971-1988)

Al aparecer los microprocesadores, estamos hablando de un adelanto de la microelectrónica, son circuitos integrados de alta densidad y con una velocidad impresionante. Las microcomputadoras con base en estos circuitos son extremadamente pequeñas y baratas, por lo que su uso se extiende al mercado industrial

Tenemos en mayo de 1973: Primer Microordenador, basado en IBM8008

            •Circuitos LSI Y VLSI

Abaratamiento del producto: generalización

Sistemas con multiprocesador

Sistemas de red (LAN, Internet) Grandes memorias.

Interfaces graficas

Sistemas Operativos Estándar (UNIX,MS-DOS,Windows...)

Lenguajes Lógicos, funcionales.

Se trata  de  circuitos  en los  que  aparecen  lazos  de  “feedback” (realimentación) las salidas del  circuito  pueden  actuar  como  valores  de  entrada.

Sus componentes son:

•Señales  de  entrada  y  Salida  (señales  binarias).

•Señal  de  Reloj  (señal  binaria  con  forma  periódica).

•Lógica  Combinacional (determina  la  salida  y  el  próximo  estado).

•Almacenamiento  (mantiene  información sobre  el  estado  actual).

En los sistemas secuenciales la salida Z en un determinado instante de tiempo ti depende de X en ese mismo instante de tiempo ti y en todos los instantes temporales anteriores.

Para ello es necesario que el sistema disponga de elementos de memoria que le permitan recordar la situación en que se encuentra (estado).

Como un sistema secuencial es finito, tiene una capacidad de memoria finita y un conjunto finito de estados posibles.

Una FSM (finite state machine) que en español significa  máquina finita de estados

Un sistema secuencial dispone de elementos de memoria, cuyo contenido puede cambiar a lo largo del tiempo.

El estado de un sistema secuencial viene dado por el contenido de sus elementos de memoria.

Es frecuente que en los sistemas secuenciales exista una señal que inicia los elementos de memoria con un valor determinado: 

“señal de inicio (reset).”

La señal de inicio determina el estado del sistema en el momento del arranque.

(normalmente pone toda la memoria a cero).

La salida en un instante concreto viene dada por la entrada y por el estado anterior del sistema.

El  estado actual del sistema,  junto con  la entrada,  determinará el estado en el instante siguiente.

“realimentación”

Existen dos tipos de sistemas secuenciales: asíncronos y síncronos

Asincronos:

Los asíncronos son sistemas secuenciales que pueden cambiar de estado en cualquier instante de tiempo en función de cambios en las señales de entrada.

Características:

Son más frecuentes en la vida real.

Existen métodos específicos para diseñar sistemas asíncronos

Sincronos:

Los síncronos son sistemas secuenciales que sólo pueden cambiar de estado en determinados instantes de tiempo, es decir, están “sincronizados” con una señal que marca dichos instantes y que se conoce como:

 “Señal de reloj ( (Clk).”

Características

El sistema sólo hace caso de las entradas en los instantes de sincronismo.

Son más fáciles de diseñar.

Además tenemos los TIPOS DE SINCRONISMO

Sincronismo por nivel (alto o bajo):

El sistema hace caso de las entradas mientras el reloj esté en el nivel activo.(alto o bajo)

Sincronismo por flanco (de subida o de bajada):

El sistema hace caso de las entradas y evoluciona justo cuando se produce el flanco activo. (de subida o de bajada)  

Ahora hablemos de las técnicas de representación  de secuenciales

Tenemos las siguientes técnicas para la representación de secuenciales

Diagramas de transición de estados DTE

Tablas de transición de estados

ANALISIS Y CIRCUITOS SECUENCIALES TEMPORIZADOS

ASIGNACIÓN DE ESTADO

ECUACIONES DE ESTADO

REDUCCIÓN DE ESTADO

Material de Apoyo

Aquí igual  dejare un video de apoyo para mejorar la comprensión del tema.

Gracias por haberme leido☻

 Compuertas Logicas y Circuitos Logicos

Hola lectores espero se encuentren muy bien, el tema de esta ocasión son las compuertas lógicas y los circuitos  Lógicos

Circuitos Lógicos:

 son aquellos que forman la base de cualquier dispositivo en el que se tengan que seleccionar o combinar señales de manera controlada,  se utilizan para adoptar decisiones específicas de 'verdadero-falso' sobre la base de la presencia de múltiples señales

Las señales se pueden generar por conmutadores mecánicos o por transductores de estado sólido. La señal de entrada, una vez aceptada y acondicionada es procesada por los circuitos lógicos digitales. Las diversas familias de dispositivos lógicos digitales, por lo general circuitos integrados, ejecutan una variedad de funciones lógicas a través de las llamadas puertas lógicas (Compuertas Lógicas)

Pero ¿que son las compuertas lógicas?

 Compuertas Lógicas:

 Circuitos lógicos de conmutación que a partir de interruptores booleanos cumplen una condición particular, son bloques del Hardware que producen señales en binario 1 ó 0 cuando se satisfacen los requisitos de entrada lógica.

Son esencialmente Circuitos de conmutación integrados en un Chip.

 En los circuitos digitales es muy común referirse a las entradas y salidas que estos tienen como si fueran altos o bajos. A la entrada alta se le asocia un“1“ y a la entrada baja un "0".Al igual con las salidas.

Bien ya tenemos claro que las compuertas lógicas son dispositivos que operan con aquellos estados lógicos a base de:

Datos de Entrada → Compuerta Lógica → Datos de Salida

Son diseñadas para obtener resultados booleanos (0,1), los cuales se obtienen de operaciones lógicas binarias (suma, multiplicación). 

 Y bien sabemos que cada una de las compuertas lógicas se les representa mediante un Símbolo, y la operación que realiza (Operación lógica) las cuales corresponden con una tabla de Verdad.

Veamos cuales son las Compuertas mas usadas

COMPUERTA AND

esta compuerta produce lo que es la multiplicación lógica

Aquí la salida es 1 si la entrada A y la entrada B están ambas en el binario 1: de otra manera, la salida es 0. bueno claro que estas condiciones son especificadas por la tabla de verdad para la compuerta AND, La tabla muestra que la salida x es 1 solamente cuando ambas entradas A y B están en 1.

COMPUERTA OR

Esta compuerta produce la función sumadora

La salida es 1 si la entrada A o la entrada B o ambas entradas son 1; de otra manera, la salida es 0.

COMPUERTA NOT

El circuito NOT es un inversor que invierte el nivel lógico de una señal binaria. El símbolo algebraico utilizado para el complemento es una barra sobra el símbolo de la variable binaria. Si la variable binaria posee un valor 0, la compuerta NOT cambia su estado al valor 1 y viceversa.

Las compuertas además de tener un nombre, también se pueden identificar con una numeración, la cual es:

 AND = 7408 

OR = 7432 

NOT = 7404 

NAND = 7400 

NOR = 7402 

XOR = 7486

Así también por consiguiente existen familias de circuitos integrados que se distinguen por el material semiconductor con el que realizan las compuertas y su manera de interconexión, dichas familias son:

TTL

Es una tecnología de construcción de circuitos electrónicos digitales. En los componentes fabricado  con tecnología TTLRS los elementos de entrada y salida del dispositivo son transistores bipolares

MOS

el término complementario se refiere a la utilización de dos tipos de transistores en el circuito de salida, en una configuración similar a la de la familia TTL

ECL

son unos circuitos integrados digitales los cuales usan transistores bipolares, pero a diferencia de los TTL en los ECL se evita la saturación de los transistores, esto da lugar a un incremento en la velocidad total de conmutación.

CMOS 

es una de las familias lógicas empleadas en la fabricación de circuitos integrados. Su principal característica consiste en la utilización conjunta de transistores de tipo PMOS y tipo NMOS configurados de forma tal que, en estado de reposo, el consumo de energía es únicamente el debido a las corrientes.

También existen compuertas lógicas combinadas, tales como: 

COMPUERTA NOR

La compuerta NOR es el complemento de la compuerta OR y utiliza el símbolo de la compuerta OR seguido de un círculo pequeño (quiere decir que invierte la señal). La salida es siempre el complemento de la función OR.

COMPUERTA NAND

se indica por el símbolo gráfico, que consiste en una compuerta AND seguida por un pequeño círculo (quiere decir que invierte la señal). Pueden tener más de dos entradas, y la salida es siempre el complemento de la función AND.

COMPUERTA NOR-EX

La compuerta NOR – EX es la negación de la compuerta XOR, cuando las entradas sean iguales se representará una salida en estado “1” y si son diferentes la salida será un estado “0”.

También tenemos los conocidos "buffers" 

Las compuertas buffer o separadores son esencialmente compuertas con una alta capacidad de corriente de salida. Estas características les permite manejar directamente LED’s, que se utilizan principalmente como amplificadores de corriente..

Retomemos la idea los circuitos lógicos (pero hablando en materia binaria) entendiendo que maneja la información binaria en forma binaria es decir con valores de "1" y "0".

Sabiendo que la lógica binaria es la que trabaja con variables binarias y operaciones lógicas del Álgebra de Boole. Así, las variables sólo toman dos valores discretos, V (verdadero) y F (falso), aunque estos dos valores lógicos también se pueden denotar como sí y no, o como 1 y 0

Las aplicaciones que pueden tener los circuitos lógico como los circuitos aritméticos digitales y los codificadores y decodificadores, entre otros, muestran la gran variedad de situaciones en las que se pueden utilizar los circuitos lógicos, si se tiene en cuenta que el diseño digital ha invadido casi todo el entorno del hombre, empezando por los electrodomésticos que se usan en el hogar hasta los más sofisticados computadores, robots y demás equipos de la industria.

Ademas también tienen sus ventajas, como la ventaja clave de que proporcionan exactamente el resultado que se hubiera planteado en la previsión. Salvo muy pequeños errores u obstáculos que puedan surgir en el proceso nunca hay diferencias respecto a la previsión

MATERIAL DE APOYO

al igual que en otras entradas, en caso de que el tema no haya quedado claro dejare por aquí un vídeo para reforzar el conocimiento.

Conclusión

en conclusión podemos observar que es un tema muy fondo lo que veníamos viendo tal cual es, la electrónica digital es mas extenso, lo cual es bueno el hecho de adentrarnos en el conocimiento de los circuitos lógicos, sus compuertas lógicas, funciones y familias de circuitos

haciéndonos ver todo el proceso de la electrónica digital que es algo que hoy en día esta bastante perfeccionado ya que es algo utilizado en el presente actual

cualquier duda o comentario los estaré leyendo, gracias por su atencion☺

Operaciones Logicas

 

Operaciones Lógicas

Hola queridos Lectores ¿Como se encuentran? Espero que bien

La entrada de este Semana trata acerca de las Operaciones Lógicas

Concepto, Las operaciones Lógicas son: son expresiones matemáticas cuyo resultado es un valor booleano (true o false). Dicho de otra manera lo podemos entender como un método de evaluación de estados lógicos (tal como una proposición sea falsa o verdadera).

Otro concepto importante para este tema, es el de:

tablas de verdad: Nos permiten analizar cualquier fórmula y hallar sus valores de verdad, nos dice  si una fórmula es satisfacible, y constituye un procedimiento de decisión que en un número finito de pasos nos dice si una fórmula es una tautología o no.

Se pueden definir operaciones entre variables lógicas, de las que consideramos las siguientes tres: Negación, Disyunción y Conjunción.

Negación

Se aplica a una sola expresión lógica, que puede ser una constante o variable lógica o el resultado de una operación lógica. Si el valor de la expresión es Falso, su negación lo hará verdadero y viceversa. Su seudocodigo es: ¬~

Disyunción

Operación lógica definida para dos operandos. Es verdadera cuando al menos una de las expresiones lo es. En caso contrario es falsa. Su seudocódigo es: OR

Conjunción

Operación lógica definida para dos operandos. Es verdadera únicamente cuando ambas expresiones lo son. En caso contrario es falsa. Su seucódigo es: AND

Operaciones lógicas en la electrónica digital y la informática

Las operaciones lógicas son la base fundamental de la electrónica digital y de los sistemas informáticos. Para que la electrónica y los microprocesadores puedan trabajar con esta lógica, deben trabajar con el sistema de numeración binaria (1 y 0).

Bien ya se había visto anteriormente en el blog, lo que es el sistema de numeración: Binario y de igual manera ya se había mencionado el como se utiliza en la electrónica digital.

La razón del por que se utiliza este sistema es por que el único recurso que tiene la electrónica digital son pulsos de voltaje.
 Por esa razón se codifican con numeración binaria (1 para voltaje alto y 0 para voltaje bajo), y así es como trabajan y se «entienden» entre ellas.
Para entrar en mayor profundidad acerca del sistema de numeración Binario, entendamos su concepto:

Sistema de numeración Binaria

Es un sistema numérico que se utiliza en cualquier dispositivo electrónico digital de la actualidad, tiene reglas parecidas a las que normalmente utilizamos en el sistema decimal.

este sistema solo consta de utilizar 2 dígitos, el 1 y el 0 (por ende solo se representan en cadenas de unos y ceros para representar cualquier numero)

Para convertir un numero binario en su equivalente en decimal, solamente debemos tener consciente las potencias de 2 y luego es cuestión de contar las posiciones.

Algo a tener en cuenta es que al trabajar con binarios los algoritmos en general se aplican de derecha a izquierda. Así que vamos a contar desde la derecha y a cada posición le vamos a asignar una potencia de 2 empezando por el 0.

Así que tenemos claro que el numero 2 se vuelve fundamental

Tenemos que comenzar a dividir por 2 hasta obtener los 1 y 0's

Bien, ya se menciona anteriormente la razón del uso de los 1 y 0, es por los pulsos de voltaje, ya que estos impulsos eléctricos son interpretados por la Unidad Central de Procesamiento realizando distintos cálculos aritméticos y lógicos  que permiten transformar estos Datos Aislados obtenidos en la obtención de una Información que puede ser interpretada, leída y mostrada por otros Dispositivos de Salida, y a su vez interpretada por el usuario.

Damos paso a adentrarnos en el concepto de "electrónica digital"

Electrónica Digital

Es una parte de la electrónica que trabaja con corrientes y tensiones, además también es aquella forma de representación del álgebra booleana, siendo la base de todos los circuitos digitales que conocemos

Su base principal o unidad fundamental son las “puertas lógicas”

El campo de la Electrónica Digital utiliza el VLSI  que ha reducido el tamaño y el área completa de las placas de circuito. Esto mejora la precisión y el rendimiento del sistema

Bien, ahora veremos como se construyen los circuitos lógicos:

Se construye a partir de pequeños circuitos electrónicos llamados puertas lógicas donde Cada puerta lógica está diseñada para realizar una función de lógica booleana.

Hay otra forma de circuito digital que este se construye a partir de tablas de búsqueda

Hay muchas formas de operaciones de diseño de los circuitos lógicos, como:

Los diagramas de decisión binarios

-El álgebra booleana

-Mapas de Karnaugh

-El algoritmo de Quine-McCluskey 

-El método informático heurístico

Para su representación tenemos que la forma clásica de representar un circuito digital es con un conjunto equivalente de puertas lógicas. Cada símbolo lógico está representado por una forma diferente. 

Material de Apoyo

Para mejorar la comprensión del tema dejare aquí un vídeo para material de apoyo visual.

CONCLUSIÓN

Después de toda la información ya vista, sabemos que nos sirve para comprender como funciona toda la electrónica digital, que viene siendo todo dispositivo electrónico que estamos acostumbrados a usar en la actualidad, en nuestro día a día. 
que es lo importante, el mejorar nuestro entendimiento acerca de como funciona lo que esta en nuestro entorno, y de manera personal creo que es muy importante el tener conocimiento acerca de todo esto.

Eso es todo por el dia de hoy, muchas gracias por haberme leído ☺