I. INTRODUCCIÓN. A cada valor de una señal digital se le llama bit y es la unidad mínima de información.

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1 I. INTRODUCCIÓN 1. SEÑALES Y TIPOS Como vimos en el tema anterior, la electrónica es la rama de la ciencia que se ocupa del estudio de los circuitos y de sus componentes que permiten modificar la corriente eléctrica amplificándola, atenuándola, rectificándola y filtrándola y que aplica la electricidad al tratamiento de la información. Por otro lado el término digital deriva de la forma en que las computadoras realizan las operaciones; i.e. contando dígitos o números. Una señal es la variación de una magnitud que permite transmitir información. Las señales pueden ser de dos tipos: Señales analógicas: aquellas donde la señal puede adquirir infinitos valores entre dos extremos cualesquiera. La variación de la señal forma una gráfica continua. La mayoría de las magnitudes en la naturaleza toman valores continuos, por ejemplo la temperatura. Para pasar de 20 a 25ºC, la temperatura irá tomando los infinitos valores entre 20 y 25ºC. Señales digitales: las cuales pueden adquirir únicamente valores concretos; 1.0. no varían de manera continua. A cada valor de una señal digital se le llama bit y es la unidad mínima de información. 2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS DIGITALES El mejor argumento a favor de la mayor flexibilidad de los sistemas digitales se encuentra en los actuales ordenadores o computadoras digitales, basados íntegramente en diseños y circuitos digitales. Las principales ventajas de los sistemas digitales respecto a los analógicos son: Mayor facilidad de diseño, púes las técnicas están bien establecidas. El ruido (fluctuaciones de tensión no deseadas) afecta menos a los datos digitales que a los analógicos), ya que en sistemas digitales sólo hay que distinguir entre valor alto y valor bajo. Las operaciones digitales son mucho más precisas y la transmisión de señales es más fiable porque utilizan un conjunto discreto de valores, fácil de diferenciar entre sí, lo que reduce la probabilidad de cometer errores de interpretación. Almacenamiento de la información menos costoso Los sistemas digitales presentan el inconveniente de que para transmitir una señal analógica debemos hacer un muestreo de la señal, codificarla y posteriormente transmitirla en formato digital y repetir el proceso inverso. Para conseguir obtener la señal analógica original todos estos pasos deben hacerse muy rápidamente (aunque los sistemas electrónicos digitales actuales trabajan a velocidades lo suficientemente altas como para realizarlo y obtener resultados satisfactorios). Para nosotros los sistemas digitales que tienen mayor interés, por ser los que se pueden implementar electrónicamente, son los sistemas binarios. Un sistema binario es aquel en el que las señales sólo pueden tomar dos valores, que representaremos de ahora en adelante con los símbolos 0 y 1. Por ejemplo, el estado de una bombilla sólo puede tener dos valores (0 apagada, 1 encendida). Conversión de señal analógica a señal digital. Si el valor de la señal en ese instante está por debajo de un determinado umbral, la señal digital toma un valor mínimo (0). Cuando la señal analógica se encuentra por encima del valor umbral, la señal digital toma un valor máximo (1).

2 3. TIPOS DE LÓGICA En los circuitos electrónicos digitales se emplean niveles de tensión distintos para representar los dos bits. Las tensiones que se utilizan para representar los unos y los ceros se les denominan niveles lógicos. Existen distintos tipos de lógica II.SISTEMAS DE NUMERACIÓN El muestreo de una señal consiste en convertir su valor en un valor binario, por lo que es necesario estar familiarizado con los sistemas de numeración. Las cantidades se caracterizan por tener dígitos enteros y fraccionarios, cada uno de estas poseen un valor dado por la cantidad de símbolos que maneja el sistema y otro valor que depende de la posición que ocupe el dígito en la cifra. Si aj indica cualquier dígito de la cifra, b la base del sistema de numeración y además de esto la cantidad de dígitos enteros y fraccionarios son n y k respectivamente, entonces el número representado en cualquier base se puede expresar de la siguiente forma: Donde: j = {n-1, n-2,...2, 1, 0,-1, -2,..., -k} y n + k indica la cantidad de dígitos de la cifra. 2. SISTEMA BINARIO Los ordenadores y en general todos los sistemas que utilizan electrónica digital utilizan el sistema binario. En la electrónica digital sólo existen dos estados posibles (1 o 0) por lo que interesa utilizar un sistema de numeración en base 2, el sistema binario. Dicho sistema emplea únicamente dos caracteres, 0 y 1. Estos valores reciben el nombre de bits (dígitos binarios). Así, podemos decir que la cantidad está formada por 5 bits. Al igual que en el sistema decimal, la información transportada en un mensaje binario depende de la posición de las cifras. Por ejemplo, en la notación decimal, sabemos que hay una gran diferencia entre los números 126 y 621. Cómo sabemos esto? Porque los dígitos (es decir, el 6, el 2 y el 1) se encuentran en posiciones diferentes. Los grupos de bits (combinaciones de ceros y unos) se llaman códigos y se emplean para representar números, letras, instrucciones, símbolos. Cada bit dentro de una secuencia ocupa un intervalo de tiempo definido llamado periodo del bit. En los sistemas digitales todas las señales han de estar sincronizadas con una señal básica periódica llamada reloj (fig. anterior) 3. TRANSFORMACIÓN DE BINARIO A DECIMAL Para pasar de binario a decimal se multiplica cada una de las cifras del número en binario en potencias sucesivas de 2. Por ejemplo, el número 31221, 32 4 en base cuatro tiene n=5 y k=2 con la parte entera: an-1=a4=3; a3=1; a2=2; a1=2; a0=1 y parte fraccionaria a-1=3; a-2=2 1. SISTEMA DECIMAL Su origen lo encontramos en la India y fue introducido en España por los árabes. Es un sistema de base 10; i.e. emplea 10 caracteres o dígitos diferentes para indicar una determinada cantidad: 0, 1, 2, 3,4, 5, 6, 7, 8, y 9. Es un sistema posicional, de manera que el e valor de cada cifra depende de su posición dentro de la cantidad que representa. 4. TRANSFORMACIÓN DE DECIMAL A BINARIO El convertir un número decimal al sistema binario es muy sencillo: basta con realizar divisiones sucesivas por 2 hasta que el último cociente sea inferior a 2 y escribir los restos obtenidos en cada división en orden inverso al que han sido obtenidos.

3 6. Sistema Octal El sistema numérico octal utiliza ocho símbolos o dígitos para representar cantidades y cifras numéricas. Los dígitos son: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}; la base de éste es ocho (8) y es un sistema que se puede convertir directamente en binario como se verá más adelante. 7. Sistema Hexadecimal El sistema numérico hexadecimal utiliza dieciséis dígitos y letras para representar cantidades y cifras numéricas. Los símbolos son: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D,E, F}; la base del sistema es dieciséis (16). También se puede convertir directamente en binario como se verá más adelante. En la siguiente tabla se muestran los primeros veintiuno números decimales con su respectiva equivalencia binaria, octal y hexadecimal. 5. CANTIDAD DE BITS NECESARIOS PARA REPRESENTAR UN NÚMERO La cantidad de dígitos necesarios para representar un número en el sistema binario es mayor que en el sistema decimal. Así, en el ejemplo anterior, para representar el número 11, han hecho falta 4 dígitos en binario. Para representar números grandes harán falta muchos más dígitos. Por ejemplo, para representar números mayores de 255 se necesitarán más de 8 dígitos, porque 2 8 = 256 y podemos afirmar, por tanto, que 255 es el número más grande que puede representarse con ocho dígitos. Como regla general, con n dígitos binarios pueden representarse un máximo de 2 n códigos diferentes. El número más grande que puede escribirse con n dígitos es una unidad menos, es decir, 2 n Transformación entre los sistemas numéricos Los sistemas numéricos pueden transformarse aplicando fórmulas ponderadas que establecen relaciones entre los mismos con respecto al sistema decimal que manejamos cotidianamente. También puede realizarse la operación inversa de transformar un número dado en cualquier base al sistema decimal. Las transformaciones que se manejan normalmente son binarias, octal y hexadecimal. Además, existen transformaciones directas como lo son: binario-octal y binario - hexadecimal. A continuación se explican dichas transformaciones.

4 8.1 Transformación de un número de base cualquiera a sistema decimal El valor de un número en el sistema decimal depende de los dígitos enteros y fraccionarios que posea, conjuntamente con el peso posicional de la base del sistema numérico dado. Por ejemplo, el número de base diez (decimal) 492,86 10 tiene valores posicionales por cada dígito en correspondencia con el producto de la base de dicho sistema. En la figura siguiente se observa que el valor ponderado no es más que la suma de los productos de los dígitos por la base elevada al exponente según corresponda la posición de dicho dígito. base del sistema de numeración. Con j desde -k hasta n-1. Ejemplo 1.1. Transformar a decimal el número binario , Solución: La cantidad de dígitos enteros n = 8; la base del sistema b = 2 y la cantidad de dígitos fraccionarios k = 4. Aplicando la ecuación 1.1 tenemos: Asi: Finalmente Ejemplo 1.2. Transformar a decimal el número hexadecimal 3F06A,AD 16 La parte entera tiene un valor dado en unidades que se obtiene de la forma siguiente: Solución: La cantidad de dígitos enteros n = 5; la base del sistema b = 16 y la cantidad de dígitos fraccionarios k = 2. Aplicando la ecuación 1.1 tenemos: 4*10 2 unidades + 9*10 1 unidades + 2*10 0 unidades = 492 unidades. La parte fraccionaria tiene un valor dado en centésimas que se obtiene de la forma siguiente: La transformación al sistema decimal de un número dado en cualquier base se obtiene con la ecuación: Ejemplo 1.3. Transformar a decimal el número octal ,367 8 Solución: La cantidad de dígitos enteros n = 6; la base del sistema b = 8 y la cantidad de dígitos fraccionarios k = 3. Aplicando la ecuación 1.1 tenemos: 8.2 Transformación de un número decimal a cualquier base Donde k indica la cantidad de dígitos fraccionarios, n la cantidad de dígitos enteros, aj el iésimo dígito y b la Se puede hallar un procedimiento para transformar un número decimal en otro de base b con una cantidad n de dígitos enteros. Para lograr esto se parte de la EC

5 1.1, donde se obtienen particiones sucesivas hasta llegar a la partición n: (a n-1.a n-2.a n-3...a 3.a 2.a 1.a 0, a -1.a -2.a -3...a -k ) b Ejercicios a resolver Taller a resolver Convertir los siguientes números binarios puros a sus equivalentes en base 10 La parte fraccionaria se transforma multiplicando esta última por la base del sistema y tomando como resultado el dígito entero que resulta del producto. Luego se resta el entero absoluto y el resultado se toma para la conversión; se repite de nuevo el procedimiento multiplicando por la base. En este tipo de conversión se debe limitar la cantidad de dígitos necesarios después de la coma. La transformación completa de la parte entera y la fraccionaria da como resultado la cifra de base cualquiera y tiene la siguiente forma: a) b) c) d) e) f) g) h) 0101,11 i) 1001,10 j) ,001 Convertir los siguientes números decimales a sus equivalentes en binario a) 9 b) 64 c) 31 d) 37 e) 131 f) 258,75 g) 0,75 h) 1,625 i) 19,3125 Convertir los siguientes números enteros hexadecimales a decimal a) 13 b) 65

6 c) 3F0 d) D0CE Convertir los siguientes números reales hexadecimales a decimal a) 0,2 b) 12,9 c) F1,A d) C8,D Convertir el número hexadecimal 13,416 a decimal y a binario: a) 13,416 Convertir los siguientes números a binario, octal y decimal a) 3,A216 b) 1B1,916