Unidad I “Sistemas Digitales” - Personal · Se trata de componentes capaces de generar, modific...

Unidad I “Sistemas Digitales”

Rafael Vázquez PérezArquitectura de Computadoras

miércoles 5 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

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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.

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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


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