Unidad I “Sistemas Digitales” - Personal · placa protoboard. martes 11 de febrero de 14....

Unidad I “Sistemas Digitales”

Rafael Vázquez PérezArquitectura de Computadoras

martes 11 de febrero de 14

Agenda1. 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 electrónicos

Motherboard o tablero madre

•Cuenta con var ios c i rcu i tos 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 Digitales


Aplicaciones 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 transmisión


Aplicaciones 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 de vehículos automotores y aero-espaciales.

• Control de plantas industriales

• Investigación

• Puede ser usado en la investigación de física de partículas


Vocabulario Básicode la Electrónica

• Circuitos Eléctricos

• Existen 2 tipos de circuitos eléctricos

• Analógicos.- Son aquellos circuitos que usan un rango continuo de voltaje

• Ejemplos: Bulbos, Transistores, amplificadores operacionales, etc

• Digitales.- Circuitos que usan niveles discretos de voltaje

• Ejemplos: Computadoras, relojes electrónicos



• Componentes de los circuitos

• Componentes Pasivos

• Son aquellos que transforman la energía expresándola en forma de corriente o voltaje.

• Ejemplos: resistencias, capacitores, inductores

3

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.



• Componentes Activos.- Son aquellos componentes que 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 lacorriente 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 laCorriente Alterna

• Frecuencia:(f)

• Si se pudiera contar cuantos ciclos de esta señal de voltaje suceden en un segundo tendríamos la frecuencia 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 el inverso 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 la fórmula 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 = 120VoltiosVPICO= 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 valor promedio 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 0.9


Ley de ohmV=IR

I=V/R

R= V/I


Ejemplo

+-

10 v

10 ohms


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 y muchos 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 1



• 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 mas significativo (MSB More Significative Bit) y tiene un peso de 2n-1, donde n es el numero de bits de todo el numero



Ejemplo: Sea el numero 1100010101

1 1 0 0 0 1 0 1 0 1

LSBMSB 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0Posición

n=numero de bits= 10



• 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

Pesos1*1= 11*2= 20*4= 01*8= 8

+

11numero decimal


Sistema numérico hexadecimal

• Es un sistema numérico posicional con una raíz o base 16

• Se usan los símbolos del 0 al 9 para representar 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 Binario0 0 0 00001 1 1 00012 2 2 00103 3 3 00114 4 4 01005 5 5 01016 6 6 01107 7 7 01118 8 10 10009 9 11 1001A 10 12 1010B 11 13 1011C 12 14 1100D 13 15 1101E 14 16 1110F 15 17 1111


Conversiones

• Convertir 451 a Octal

451/8 57 2

57/8 7 1

7/8 0 7

7128


Conversiones

• Convertir 834 a hexadecimal

834/16 52 2

52/16 3 4

3/16 0 3

34216


Conversiones

• Convertir 137 a binario

137/2 68 168/2 34 034/2 17 017/2 8 18/2 4 04/2 2 02/2 1 01/2 0 1

100010012


Conversiones

• Convertir 982 a hexadecimal

982/16 61 661/16 3 133/16 0 3

3D616


Conversiones

• Regresar los resultados


Conversiones

• Convertir A24 a octal

A 2 4

1010 0010 0100

101000100100

5 0 4 4

50448


Suma y resta binaria

• Comprender como se hace la suma y resta en decimal

• No perder la Base

• Hacer la suma


Códigos 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 ha generalizado 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 representar cada uno de los dígitos decimales (0,...,9) mediante 4 bits.

• El más sencillo de los códigos BCD es el BCD8421 o BCD “natural”, que consiste simplemente en representar cada dígito decimal por su binario equivalente.


Código BCDDígito Decimal BCD

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001


Ejemplos BCDConvertir el 137 decimal a BCD

137

0001 0011 0111

000100110111 Número en BCD


Código BCD Exceso 3Dígito Decimal BCD Exceso 3

0 0011

1 0100

2 0101

3 0110

4 0111

5 1000

6 1001

7 1010

8 1011

9 1100


Ejemplos BCD Exceso 3Convertir el 137 decimal a BCD Exceso 3

137

0100 0110 1010

Número en BCDExceso 3

010001101010


Código GrayDígito Decimal Gray

0 0000

1 0001

2 0011

3 0010

4 0110

5 0111

6 0101

7 0100

8 1100

9 1101


Ejemplos GrayConvertir el 137 decimal a Gray

137

0001 0010 0100

Número en códigogray

000100100100


Códigos Alfanuméricos

• Existen códigos para representar información de tipo alfanumérico.

• Los mas conocidos

• ASCII

• utf8

• EBCDIC


11111113 17Fdel11111013 15F_11111106 33F?11111003 11FUS

01111113 07E~01111013 05E^01111106 23E>01111003 01ERS

10111112 97 D}10111012 95 D]10111106 13 D=10111002 91 DGS

00111112 87 C|00111012 85 C\00111106 03 C<00111002 81 CFS

11011112 77B{11011012 75B[11011105 93B;11011002 71BESC

01011112 67 Az01011012 65 AZ01011105 83 A:01011002 61 ASUB

10011112 57 9y10011012 55 9Y10011105 73 9910011002 51 9EM

00011112 47 8x00011012 45 8X00011105 63 8800011002 41 8CAN

11101112 37 7w11101012 35 7W11101105 53 7711101002 31 7ETB

01101112 27 6v01101012 25 6V01101105 43 6601101002 21 6SYN

10101112 17 5u10101012 15 5U10101105 33 5510101002 11 5NAK

00101112 07 4t00101012 05 4T00101105 23 4400101002 01 4DC4

11001111 97 3s11001011 95 3S11001105 13 3311001001 91 3DC3

01001111 87 2r01001011 85 2R01001105 03 2201001001 81 2DC2

10001111 77 1q10001011 75 1Q10001104 93 1110001001 71 1DC1

0001111 67 0p00001011 65 0P00001104 83 0000001001 61 0DLE

11110111 56Fo11110011 54FO11110104 72F/11110001 5FSI

01110111 46En01110011 44EN01110104 62E.01110001 4ESO

10110111 36 Dm10110011 34 DM10110104 52 D-10110001 3Dreturn

00110111 26 Cl00110011 24 CL00110104 42 C,00110001 2CFF

11010111 16Bk11010011 14BK11010104 32B+11010001 1BVT

01010111 06 Aj01010011 04 AJ01010104 22 A*01010001 0ALF

100101196 9i100100194 9I10010104 12 9)100100099HT

000101186 8h000100184 8H00010104 02 8(000100088BS

111001176 7g111000174 7G11100103 92 7'111000077BELL

011001166 6f011000164 6F01100103 82 6&011000066ACK

101001156 5e101000154 5E10100103 72 5%101000055ENQ

001001146 4d001000144 4D00100103 62 4$001000044EOT

110001136 3c110000134 3C11000103 52 3#110000033ETX

010001126 2b010000124 2B01000103 42 2"010000022STX

100001116 1a100000114 1A10000103 32 1!100000011SOH

000001106 0`000000104 0@00000103 22 0espacio000000000nulo

ASCIIA6A5A4A3A2A1A0

dechexCaracter

ASCIIA6A5A4A3A2A1A0

dechexCaracter

ASCIIA6A5A4A3A2A1A0

dechexCaracter

ASCIIA6A5A4A3A2A1A0

dechexCaracter

En resumen, e l código A SCII consta entre otros, de los siguientes grupos de caracteres:

letras minúsculas de la “a” a la z61 al 7 Aletras mayúsculas de la A a la Z41 al 5 A

dígitos de l 0 a l 930 al 39 códigos de control y comunicaciones0 al 19

CaracteresRango (hexadecimal)

3.5.1.- CODIGO DE SIETE SEGMENTOS.

Capítulo 3 Códigos Binarios

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