Unidad I Sistemas Digitales

Transcripción

1 Unidad I Sistemas Digitales Rafael Vázquez Pérez Arquitectura de Computadoras martes de febrero de 4

2 Agenda. 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 martes de febrero de 4

3 Tema : Electrónica, electrónica analógica y digital. martes de febrero de 4

4 Electrónica El término de la electrónica significa mecánica de los electrones martes de febrero de 4

5 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 varios circuitos eléctricos y electrónicos Cada circuito tiene componentes eléctricos y electrónicos martes de febrero de 4

6 martes de febrero de 4

7 martes de febrero de 4 Motherboard Intel

8 martes de febrero de 4 Motherboard AMD

9 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 martes de febrero de 4

10 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 martes de febrero de 4

11 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. martes de febrero de 4

12 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 martes de febrero de 4

13 Vocabulario Básico de 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 martes de febrero de 4

14 Chips (Circuitos Integrados): pequeñas pastillas que contienen miles y millones de componente discretos integrados en un área muy pequeña (en unos pocos centímetros). Presenta funcionalidades mucho más concretas y aplicadas que los componentes discretos. Ejemplos: martes de febrero temporizador de 4 555, amplificador operacional µ74, memorias, etc. Vocabulario Básico de la Electrónica Componentes de los circuitos Componentes Pasivos Son aquellos que transforman la energía expresándola en forma de corriente o voltaje. LEMENTOS DE UN CIRCUITO ELECTRÓNICO. ircuito electrónico podemos distinguir los siguientes elementos: Ejemplos: resistencias, capacitores, inductores Componentes discretos: pequeños dispositivos electrónicos individuales con una funcionalidad mu genérica y limitada. Ejemplos: resistores, condensadores, relés, diodos, transistores, etc.).

15 Vocabulario Básico de la Electrónica Componentes Activos.- Son aquellos componentes que producen energía en la forma de corriente o voltaje, por ejemplo transistores o tiristores. nentes pasivos Componentes activos. martes de febrero de 4

16 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. martes de febrero de 4

18 Características de la corriente directa.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. martes de febrero de 4

19 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. martes de febrero de 4

20 Propiedades de la Corriente 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 = / f, o sea el período (T) es el inverso de la frecuencia. (f) martes de febrero de 4

21 Corriente Alterna Voltaje Vrms.- Se puede obtener el voltaje equivalente en corriente continua (Vrms) de este voltaje alterno con ayuda de la fórmula Vrms =.77 x Vp. martes de febrero de 4

22 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) martes de febrero de 4

23 Corriente alterna Valor Pico Si se tiene un voltaje RMS y se desea encontrar el voltaje pico: VPICO = VRMS /.77 Ejemplo: encontrar el voltaje Pico de un voltaje RMS VRMS = 2Voltios VPICO= 2 V /.77 = 69.7 Voltios Pico martes de febrero de 4

24 Corriente Alterna El valor promedio de un ciclo completo de voltaje o corriente es cero (). Si se toma en cuenta solo un semiciclo (supongamos el positivo) el valor promedio es: VPR = VPICO x.636 promedio es: VRMS = VPR x. VPR = VRMS x.9 La relación que existe entre los valores RMS y martes de febrero de 4

25 Ley de ohm V=IR I=V/R R= V/I martes de febrero de 4

26 Ejemplo v + - ohms martes de febrero de 4

27 Tema I: Circuitos y sistemas digitales. martes de febrero de 4

28 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... 5 volts aprox. Off... Apagado... volts aprox. martes de febrero de 4

29 Notaciones usadas en sistemas digitales Concepto Termino en Ingles Termino en español 4 Bits Nibble Medio Byte 8 Bits Byte Byte 6 Bits Word Palabra 32 Bits Double Word Palabra Doble 64 Bits Quad Word Cuádruple palabra o parrafo martes de febrero de 4

30 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 y el martes de febrero de 4

31 Sistema 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 2 () El bit mas a la izquierda es el bit mas significativo (MSB More Significative Bit) y tiene un peso de 2 n-, donde n es el numero de bits de todo el numero martes de febrero de 4

32 Sistema numérico binario Ejemplo: Sea el numero Posición MSB LSB n=numero de bits= martes de febrero de 4

33 Sistema numérico binario Cualquier numero puede ser convertido a decimal sumando sus productos de cada bit por su peso Pesos *= *2= 2 + *4= *8= 8 numero decimal martes de febrero de 4

34 Sistema numérico hexadecimal Es un sistema numérico posicional con una raíz o base 6 Se usan los símbolos del al 9 para representar valores entre cero y nueve, y A,B,C,D,E,F para representar los valores entre el y 5 martes de febrero de 4

35 Equivalencias entre los sistemas numéricos principales Hexadecimal Decimal Octal Binario A 2 B 3 C 2 4 D 3 5 E 4 6 F 5 7 martes de febrero de 4

36 Conversiones Convertir 45 a Octal 45/ /8 7 7/8 7 martes de febrero de 4

37 Conversiones Convertir 834 a hexadecimal 834/ / /6 3 martes de febrero de 4

38 Conversiones Convertir 37 a binario 37/ / /2 7 7/2 8 8/2 4 4/2 2 2/2 /2 2 martes de febrero de 4

39 Conversiones Convertir 982 a hexadecimal 982/ / /6 3 3D66 martes de febrero de 4

40 Conversiones Regresar los resultados martes de febrero de 4

41 Conversiones Convertir A24 a octal A martes de febrero de 4

42 Suma y resta binaria Comprender como se hace la suma y resta en decimal No perder la Base Hacer la suma martes de febrero de 4

43 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. martes de febrero de 4

44 Códigos Binarios DECIMAL CODIFICADO EN BINARIO (BCD) Los códigos BCD nos permiten representar cada uno de los dígitos decimales (,...,9) mediante 4 bits. El más sencillo de los códigos BCD es el BCD842 o BCD natural, que consiste simplemente en representar cada dígito decimal por su binario equivalente. martes de febrero de 4

45 Código BCD Dígito Decimal BCD martes de febrero de 4

46 Ejemplos BCD Convertir el 37 decimal a BCD 37 Número en BCD martes de febrero de 4

47 Código BCD Exceso 3 Dígito Decimal BCD Exceso martes de febrero de 4

48 Ejemplos BCD Exceso 3 Convertir el 37 decimal a BCD Exceso 3 37 Número en BCD Exceso 3 martes de febrero de 4

49 Código Gray Dígito Decimal Gray martes de febrero de 4

50 Ejemplos Gray Convertir el 37 decimal a Gray 37 Número en código gray martes de febrero de 4

51 Códigos Alfanuméricos Existen códigos para representar información de tipo alfanumérico. Los mas conocidos ASCII utf8 EBCDIC martes de febrero de 4

52 Carac ter hex dec ASCII A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A A Carac ter hex dec ASCII A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A A Carac ter hex dec ASCII A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A A Carac ter hex dec ASCII A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A A nulo espacio ` 6 SOH! A 4 a 6 STX 2 2 " B b ETX 3 3 # C c EOT 4 4 $ D d ENQ 5 5 % E e ACK 6 6 & F f BELL 7 7 ' G g BS 8 8 ( H h HT 9 9 ) I i LF A * 2 A 4 2 J 4 A j 6 A VT B + 2B 4 3 K 4B k 6B FF C 2, 2 C 4 4 L 4 C 2 l 6 C 2 return D 3-2 D 4 5 M 4 D 3 m 6 D 3 SO E 4. 2E 4 6 N 4E 4 n 6E 4 SI F 5 / 2F 4 7 O 4F 5 o 6F 5 DLE P 5 6 p 7 6 DC Q 5 7 q 7 7 DC R r DC S s DC T t NAK U u SYN V v ETB W w CAN X x EM Y y SUB A 2 6 : 3 A 5 8 Z 5 A 2 6 z 7 A 2 6 ESC B 2 7 ; 3B 5 9 [ 5B 2 7 { 7B 2 7 FS C 2 8 < 3 C 6 \ 5 C C 2 8 GS D 2 9 = 3 D 6 ] 5 D 2 9 } 7 D 2 9 RS E 3 martes de febrero de 4 > 3E 6 2 ^ 5E 3 ~ 7E 3