Unidad I
“Sistemas Digitales”
Rafael Vázquez Pérez Arquitectura de Computadoras
Agenda
1. Electrónica, electrónica analógica y digital. 2. Circuitos y sistemas digitales.
3. Sistemas de representación, binaria, octal y hexadecimal.
4. Conversión entre sistemas de representación. 5. Códigos binarios
6. Tablas de verdad de sistemas digitales
Tema 1:
Electrónica, electrónica analógica y digital.
Electrónica
•
El término de la electrónica significa “mecánica de los electrones”¿ Que es la electrónica ?
•
Es la rama de la ciencia y tecnología que se ocupa de los circuitos eléctricos que involucran componentes eléctricos y electrónicosMotherboard o tablero madre
•Cuenta con varios circuitos eléctricos y electrónicos
•Cada circuito tiene componentes eléctricos y electrónicos
Motherboard Intel
Motherboard AMD
•
Actualmente la electrónica influye en nosotros todos los días•
Algunos de los Gadgets que usamos diariamente que utilizan la electrónica•
Computadoras•
TV´s•
Teléfonos Móviles•
Camaras DigitalesAplicaciones de la
electrónica
•
Comunicaciones de Datos•
Los datos pueden ser transmitidos por medio de LAN (local Area Networks), WAN (Wide Area Networks) y otros medios de transmisiónAplicaciones de la
electrónica (continuación)
•
Propagación de Ondas Electromagnéticas.•
Incluye radio comunicaciones, radares, televisión, micro-ondas, comunicaciones satelitales, rayos x y otras.•
Procesamiento de Datos.•
Incluye computación aplicada a la administración de oficinas, bancos,procesamiento de palabras, animaciones, computación matemática, etc.
Aplicaciones de la
electrónica (continuación)
•
Procesos de Control•
Aplicado a la robótica, control devehículos automotores y aero-espaciales.
•
Control de plantas industriales•
Investigación•
Puede ser usado en la investigación de física de partículasVocabulario Básico
de la Electrónica
•
Circuitos Eléctricos•
Existen 2 tipos de circuitos eléctricos•
Analógicos.- Son aquellos circuitos que usan unrango continuo de voltaje
•
Ejemplos: Bulbos, Transistores, amplificadoresoperacionales, etc
•
Digitales.- Circuitos que usan niveles discretos devoltaje
•
Ejemplos: Computadoras, relojes electrónicosVocabulario Básico
de la Electrónica
•
Componentes de los circuitos•
Componentes Pasivos•
Son aquellos que transforman la energíaexpresándola en forma de corriente o voltaje.
•
Ejemplos: resistencias, capacitores, inductores3
2.1.- ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ELECTRÓNICO.
En un circuito electrónico podemos distinguir los siguientes elementos:
• Componentes discretos: pequeños dispositivos electrónicos individuales con una funcionalidad muy genérica y limitada.
Ejemplos: resistores, condensadores, relés, diodos, transistores, etc.).
• Chips (Circuitos Integrados): pequeñas pastillas que contienen miles y millones de componentes
discretos integrados en un área muy pequeña (en unos pocos centímetros). Presentan funcionalidades mucho más concretas y aplicadas que los componentes discretos.
Ejemplos: temporizador 555, amplificador operacional µ741, memorias, etc.
• Tarjetas: la asociación de componentes discretos y chips sobre una placa constituye una tarjeta. Las tarjetas presentan funcionalidades muy complejas y avanzadas.
Un dispositivo electrónico puede estar formado por una o varias tarjetas, de distinta complejidad. Ejemplos: tarjeta de video, tarjeta de sonido, modem, etc.
En este tema nos centraremos exclusivamente en el estudio de los componentes discretos de un circuito electrónico. A estos elementos se les conoce como COMPONENTES ELECTRÓNICOS.
2.1.- TIPOS DE COMPONENTES ELECTRÓNICOS.
Los componentes electrónicos se pueden dividir en dos tipos:
1) Componentes pasivos.
Son aquellos componentes que actúan como meros receptores y consumidores de la señal eléctrica. No generan ni ganancia ni control de la señal eléctrica.
Los componentes pasivos son resistores, condensadores y bobinas.
2) Componentes activos.
Se trata de componentes capaces de generar, modificar o amplificar la señal eléctrica. Algunos ejemplos de componentes activos son el diodo y el transistor.
Vocabulario Básico
de la Electrónica
•
Componentes Activos.- Son aquellos componentesque producen energía en la forma de corriente o voltaje, por ejemplo transistores o tiristores.
4
Componentes pasivos Componentes activos.
4) En esta imagen tenemos una colección de componentes electrónicos básicos. ¿Puedes reconocerlos e indicar si son pasivos o activos?
(Ver con Zoom x250)
3. RESISTORES.
En este apartado del tema se estudiarán los distintos tipos de resistores existentes:
Resistores fijos.
Resistores variables.
Resistores dependientes (LDR y termistores).
Varios resistores (fijos, variables, LDR, y NTC) montados en una placa protoboard.
Corriente Directa
• Es el flujo de corriente que se dirige en una sola dirección. La corriente directa es un tipo de corriente eléctrica la cual se conoce como corriente continua.
• Esta corriente eléctrica es utilizada para energizar diferentes circuitos eléctricos y electrónicos; en la radio electrónica es utilizada para la polarización de diferentes dispositivos como resistencias, transistores, válvulas al vacío, y así para el correcto funcionamiento de un aparato electrónico; la corriente directa es creada por reacciones químicas, por acción de la luz o por inducción eléctrica.
Características de la
corriente directa
• 1.TENSIÓN (E o V = Volt).-Es la fuerza con la que son impulsados los
electrones libres, de un conductor originado por una diferencia de potencial la cual puede ser originada a su vez por una fuente de electricidad.
• 2.INTENSIDAD ( I = Ampere ).- Es la cantidad de electrones que fluyen por un circuito o un conductor originado por la aplicación de un voltaje
eléctrico, esta corriente causará diferentes afectos tales como presión, sonido, calor, luz, magnetismo, etc.
• 3.RESISTENCIA ( R = Ohms ).- Es la oposición que presenta un dispositivo al paso de la corriente eléctrica.
• 4.POTENCIA ( P o W = Watts ).- Es el grado de facilidad o dificultad que presenta un elemento para realizar un trabajo, el elemento que realiza una potencia en un circuito electrónico es la resistencia, esta potencia
electrónica esta regida por la tensión o intensidad.
Corriente Alterna
• La corriente alterna (como su nombre lo indica) circula por durante un
tiempo en un sentido y después en sentido opuesto, volviéndose a repetir el mismo proceso en forma constante.
• Este tipo de corriente es la que nos llega a nuestras casas y la usamos para alimentar la TV, el equipo de sonido, la lavadora, la refrigeradora,etc.
•
Propiedades de la
Corriente Alterna
•
Frecuencia:(f)•
Si se pudiera contar cuantos ciclos de esta señal de voltaje suceden en un segundo tendríamos lafrecuencia de esta señal, con unidad de ciclos / segundo, que es lo mismo que Hertz o Hertzios.
•
Periodo:(t)•
El tiempo necesario para que un ciclo de la señal anterior se produzca, se llama período (T) y tiene la fórmula: T = 1 / f, o sea el período (T) es elinverso de la frecuencia. (f)
Corriente Alterna
•
Voltaje Vrms.- Se puede obtener el voltaje equivalente en corriente continua (Vrms) de este voltaje alterno con ayuda de lafórmula Vrms = 0.707 x Vp.
Corriente Alterna
•
Voltaje pico a pico•
Analizando el gráfico se ve que hay un máximo y un voltaje mínimo.•
La diferencia entre estos dos voltajes es el llamado voltaje pico-pico (Vpp) y es igual al doble del Voltaje Pico (Vp)Corriente alterna
•
Valor Pico Si se tiene un voltaje RMS y se desea encontrar el voltaje pico:VPICO = VRMS / 0.707
•
Ejemplo: encontrar el voltaje Pico de un voltaje RMSVRMS = 120Voltios
VPICO= 120 V / 0.707 = 169.7 Voltios Pico
Corriente Alterna
•
El valor promedio de un ciclo completo de voltaje o corriente es cero (0). Si se toma en cuenta solo un semiciclo (supongamos el positivo) el valorpromedio es:
VPR = VPICO x 0.636
•
La relación que existe entre los valores RMS y promedio es:•
VRMS = VPR x 1.11•
VPR = VRMS x 0.9Ley de ohm
V=IR I=V/R
R= V/I
Ejemplo
+ -10 v 10 ohms martes 11 de febrero de 14
Tema 1I:
Circuitos y sistemas digitales.
Introducción
•
Los sistemas de computo están construidos en base a la electrónica digital•
Los circuitos de la electrónica digital operan solamente en uno de 2 estados posibles:•
On ... Encendido...1... 5 volts aprox.•
Off ... Apagado...0... 0 volts aprox.Notaciones usadas en
sistemas digitales
Concepto Termino en Ingles Termino en español
4 Bits Nibble Medio Byte
8 Bits Byte Byte
16 Bits Word Palabra
32 Bits Double Word Palabra Doble
64 Bits Quad Word Cuádruple palabra oparrafo
Sistema numérico
binario
•
El sistema numérico binario es usado en computadoras digitales, CD players ymuchos otros gadgets el día de hoy.
•
Es un sistema numérico posicional con una raíz o base 2•
Con este sistema numérico representamos valores numéricos usando 2 símbolos, el 0 y el 1Sistema numérico
binario
•
En cualquier número binario el bit menos significativo (LSB Less Significative Bit) es el bit mas a la derecha y tiene un peso de 20(1)
•
El bit mas a la izquierda es el bit massignificativo (MSB More Significative Bit) y
tiene un peso de 2n-1, donde n es el numero
de bits de todo el numero
Sistema numérico
binario
Ejemplo: Sea el numero 1100010101
1 1 0 0 0 1 0 1 0 1
LSB
MSB 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0Posición
n=numero de bits= 10
Sistema numérico
binario
•
Cualquier numero puede ser convertido a decimal sumando sus productos de cada bit por su peso 1 0 1 1 23 22 21 20 8 4 2 1 Pesos 1*1= 1 1*2= 2 0*4= 0 1*8= 8 + 11 numero decimal martes 11 de febrero de 14Sistema numérico
hexadecimal
•
Es un sistema numérico posicional con una raíz o base 16•
Se usan los símbolos del 0 al 9 pararepresentar valores entre cero y nueve, y A,B,C,D,E,F para representar los valores entre el 10 y 15
Equivalencias entre los
sistemas numéricos principales
Hexadecimal Decimal Octal Binario
0 0 0 0000 1 1 1 0001 2 2 2 0010 3 3 3 0011 4 4 4 0100 5 5 5 0101 6 6 6 0110 7 7 7 0111 8 8 10 1000 9 9 11 1001 A 10 12 1010 B 11 13 1011 C 12 14 1100 D 13 15 1101 E 14 16 1110 F 15 17 1111 martes 11 de febrero de 14
Conversiones
•
Convertir 451 a Octal 451/8 57 2 57/8 7 1 7/8 0 7 7128 martes 11 de febrero de 14Conversiones
•
Convertir 834 a hexadecimal 834/16 52 2 52/16 3 4 3/16 0 3 34216 martes 11 de febrero de 14Conversiones
•
Convertir 137 a binario 137/2 68 1 68/2 34 0 34/2 17 0 17/2 8 1 8/2 4 0 4/2 2 0 2/2 1 0 1/2 0 1 100010012 martes 11 de febrero de 14Conversiones
•
Convertir 982 a hexadecimal 982/16 61 6 61/16 3 13 3/16 0 3 3D616 martes 11 de febrero de 14Conversiones
•
Regresar los resultadosConversiones
•
Convertir A24 a octalA 2 4 1010 0010 0100 101000100100 5 0 4 4 50448 martes 11 de febrero de 14
Suma y resta binaria
•
Comprender como se hace la suma y resta en decimal•
No perder la Base•
Hacer la sumaCódigos Binarios
•
No toda la información que maneja un sistema digital es numérica, e inclusive, para la información numérica a veces no es conveniente utilizar el sistema binario.•
Por ello es conveniente idear formas diferentes de representar (codificar) información diversa usando solamente ceros y unos.•
Existen algunos códigos tanto para información numérica como alfanumérica, cuyo uso se hageneralizado por diversas razones, la mayoría de las veces de conveniencia, aunque no siempre.
Códigos Binarios
•
DECIMAL CODIFICADO EN BINARIO(BCD)
•
Los códigos BCD nos permiten representarcada uno de los dígitos decimales (0,...,9) mediante 4 bits.
•
El más sencillo de los códigos BCD es elBCD8421 o BCD “natural”, que consiste simplemente en representar cada dígito decimal por su binario equivalente.
Código BCD
Dígito Decimal BCD 0 0000 1 0001 2 0010 3 0011 4 0100 5 0101 6 0110 7 0111 8 1000 9 1001 martes 11 de febrero de 14Ejemplos BCD
Convertir el 137 decimal a BCD 137 0001 0011 0111 000100110111 Número en BCD martes 11 de febrero de 14Código BCD Exceso 3
Dígito Decimal BCD Exceso 3
0 0011 1 0100 2 0101 3 0110 4 0111 5 1000 6 1001 7 1010 8 1011 9 1100 martes 11 de febrero de 14
Ejemplos BCD Exceso 3
Convertir el 137 decimal a BCD Exceso 3 137 0100 0110 1010 Número en BCD Exceso 3 010001101010 martes 11 de febrero de 14
Código Gray
Dígito Decimal Gray
0 0000 1 0001 2 0011 3 0010 4 0110 5 0111 6 0101 7 0100 8 1100 9 1101 martes 11 de febrero de 14
Ejemplos Gray
Convertir el 137 decimal a Gray 137 0001 0010 0100 Número en código gray 000100100100 martes 11 de febrero de 14
Códigos Alfanuméricos
•
Existen códigos para representar información de tipo alfanumérico.•
Los mas conocidos•
ASCII•
utf8•
EBCDIC1 1 1 1 1 1 1 3 1 7 F del 1 1 1 1 1 0 1 3 1 5 F _ 1 1 1 1 1 1 0 6 3 3 F ? 1 1 1 1 1 0 0 3 1 1 F US 0 1 1 1 1 1 1 3 0 7E ~ 0 1 1 1 1 0 1 3 0 5E ^ 0 1 1 1 1 1 0 6 2 3E > 0 1 1 1 1 0 0 3 0 1E RS 1 0 1 1 1 1 1 2 9 7 D } 1 0 1 1 1 0 1 2 9 5 D ] 1 0 1 1 1 1 0 6 1 3 D = 1 0 1 1 1 0 0 2 9 1 D GS 0 0 1 1 1 1 1 2 8 7 C | 0 0 1 1 1 0 1 2 8 5 C \ 0 0 1 1 1 1 0 6 0 3 C < 0 0 1 1 1 0 0 2 8 1 C FS 1 1 0 1 1 1 1 2 7 7B { 1 1 0 1 1 0 1 2 7 5B [ 1 1 0 1 1 1 0 5 9 3B ; 1 1 0 1 1 0 0 2 7 1B ESC 0 1 0 1 1 1 1 2 6 7 A z 0 1 0 1 1 0 1 2 6 5 A Z 0 1 0 1 1 1 0 5 8 3 A : 0 1 0 1 1 0 0 2 6 1 A SUB 1 0 0 1 1 1 1 2 5 7 9 y 1 0 0 1 1 0 1 2 5 5 9 Y 1 0 0 1 1 1 0 5 7 3 9 9 1 0 0 1 1 0 0 2 5 1 9 EM 0 0 0 1 1 1 1 2 4 7 8 x 0 0 0 1 1 0 1 2 4 5 8 X 0 0 0 1 1 1 0 5 6 3 8 8 0 0 0 1 1 0 0 2 4 1 8 CAN 1 1 1 0 1 1 1 2 3 7 7 w 1 1 1 0 1 0 1 2 3 5 7 W 1 1 1 0 1 1 0 5 5 3 7 7 1 1 1 0 1 0 0 2 3 1 7 ETB 0 1 1 0 1 1 1 2 2 7 6 v 0 1 1 0 1 0 1 2 2 5 6 V 0 1 1 0 1 1 0 5 4 3 6 6 0 1 1 0 1 0 0 2 2 1 6 SYN 1 0 1 0 1 1 1 2 1 7 5 u 1 0 1 0 1 0 1 2 1 5 5 U 1 0 1 0 1 1 0 5 3 3 5 5 1 0 1 0 1 0 0 2 1 1 5 NAK 0 0 1 0 1 1 1 2 0 7 4 t 0 0 1 0 1 0 1 2 0 5 4 T 0 0 1 0 1 1 0 5 2 3 4 4 0 0 1 0 1 0 0 2 0 1 4 DC4 1 1 0 0 1 1 1 1 9 7 3 s 1 1 0 0 1 0 1 1 9 5 3 S 1 1 0 0 1 1 0 5 1 3 3 3 1 1 0 0 1 0 0 1 9 1 3 DC3 0 1 0 0 1 1 1 1 8 7 2 r 0 1 0 0 1 0 1 1 8 5 2 R 0 1 0 0 1 1 0 5 0 3 2 2 0 1 0 0 1 0 0 1 8 1 2 DC2 1 0 0 0 1 1 1 1 7 7 1 q 1 0 0 0 1 0 1 1 7 5 1 Q 1 0 0 0 1 1 0 4 9 3 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 7 1 1 DC1 0 0 0 1 1 1 1 6 7 0 p 0 0 0 0 1 0 1 1 6 5 0 P 0 0 0 0 1 1 0 4 8 3 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 6 1 0 DLE 1 1 1 1 0 1 1 1 5 6 F o 1 1 1 1 0 0 1 1 5 4 F O 1 1 1 1 0 1 0 4 7 2 F / 1 1 1 1 0 0 0 1 5 F SI 0 1 1 1 0 1 1 1 4 6E n 0 1 1 1 0 0 1 1 4 4E N 0 1 1 1 0 1 0 4 6 2E . 0 1 1 1 0 0 0 1 4 E SO 1 0 1 1 0 1 1 1 3 6 D m 1 0 1 1 0 0 1 1 3 4 D M 1 0 1 1 0 1 0 4 5 2 D -1 0 1 1 0 0 0 1 3 D return 0 0 1 1 0 1 1 1 2 6 C l 0 0 1 1 0 0 1 1 2 4 C L 0 0 1 1 0 1 0 4 4 2 C , 0 0 1 1 0 0 0 1 2 C FF 1 1 0 1 0 1 1 1 1 6B k 1 1 0 1 0 0 1 1 1 4B K 1 1 0 1 0 1 0 4 3 2B + 1 1 0 1 0 0 0 1 1 B VT 0 1 0 1 0 1 1 1 0 6 A j 0 1 0 1 0 0 1 1 0 4 A J 0 1 0 1 0 1 0 4 2 2 A * 0 1 0 1 0 0 0 1 0 A LF 1 0 0 1 0 1 1 9 6 9 i 1 0 0 1 0 0 1 9 4 9 I 1 0 0 1 0 1 0 4 1 2 9 ) 1 0 0 1 0 0 0 9 9 HT 0 0 0 1 0 1 1 8 6 8 h 0 0 0 1 0 0 1 8 4 8 H 0 0 0 1 0 1 0 4 0 2 8 ( 0 0 0 1 0 0 0 8 8 BS 1 1 1 0 0 1 1 7 6 7 g 1 1 1 0 0 0 1 7 4 7 G 1 1 1 0 0 1 0 3 9 2 7 ' 1 1 1 0 0 0 0 7 7 BELL 0 1 1 0 0 1 1 6 6 6 f 0 1 1 0 0 0 1 6 4 6 F 0 1 1 0 0 1 0 3 8 2 6 & 0 1 1 0 0 0 0 6 6 ACK 1 0 1 0 0 1 1 5 6 5 e 1 0 1 0 0 0 1 5 4 5 E 1 0 1 0 0 1 0 3 7 2 5 % 1 0 1 0 0 0 0 5 5 ENQ 0 0 1 0 0 1 1 4 6 4 d 0 0 1 0 0 0 1 4 4 4 D 0 0 1 0 0 1 0 3 6 2 4 $ 0 0 1 0 0 0 0 4 4 EOT 1 1 0 0 0 1 1 3 6 3 c 1 1 0 0 0 0 1 3 4 3 C 1 1 0 0 0 1 0 3 5 2 3 # 1 1 0 0 0 0 0 3 3 ETX 0 1 0 0 0 1 1 2 6 2 b 0 1 0 0 0 0 1 2 4 2 B 0 1 0 0 0 1 0 3 4 2 2 " 0 1 0 0 0 0 0 2 2 STX 1 0 0 0 0 1 1 1 6 1 a 1 0 0 0 0 0 1 1 4 1 A 1 0 0 0 0 1 0 3 3 2 1 ! 1 0 0 0 0 0 0 1 1 SOH 0 0 0 0 0 1 1 0 6 0 ` 0 0 0 0 0 0 1 0 4 0 @ 0 0 0 0 0 1 0 3 2 2 0 espacio 0 0 0 0 0 0 0 0 0 nulo ASCII A6A5A4A3A2A1A0 dec hex Carac ter ASCII A6A5A4A3A2A1A0 dec hex Carac ter ASCII A6A5A4A3A2A1A0 dec hex Carac ter ASCII A6A5A4A3A2A1A0 dec hex Carac ter
En resumen, el código A S CII consta entre otros, de los siguientes grupos de caracteres:
letras minúsculas de la “a” a la z
6 1 al 7 A
letras mayúsculas de la A a la Z
4 1 al 5 A
dígitos del 0 al 9
3 0 al 3 9
códigos de control y comunicaciones
0 al 1 9
Caracteres
Rango (hexadecimal)
3.5.1.- CODIGO DE SIETE SEGMENTOS.
Capítulo 3 Códigos Binarios
24
