Circuitos Logicos- Definicion

Todos los circuitos cuyos componentes realizan operaciones análogas a las que indican los operadores lógicos se llaman "Circuitos Lógicos" o "circuitos digitales".

Los Circuitos Lógicos están compuestos por elementos digitales como la compuerta AND (Y), compuerta OR (O), compuerta NOT (NO) y otras combinaciones muy complejas de los circuitos antes mencionados.

Un circuito lógico es aquél que maneja la información en forma binaria, es decir, con valores de "1" y "0".

Estos dos niveles lógicos de voltaje fijos representan:

"1" nivel alto o "high".

"0" nivel bajo o "low".

La electrónica moderna usa electrónica digital para realizar perfeccionamientos en la tecnología, muchas veces nos vemos frente a éstos sin darnos cuenta, el llamado efecto "Caja Negra".

CIRCUITO LOGICO

En el circuito lógico digital existe transmisión de información binaria entre sus circuitos. A primera instancia esto nos parece relativamente simple, pero los circuitos electrónicos son bastante complejos ya que su estructura está compuesta por un número muy grande de circuitos simples, donde todos deben funcionar de la manera correcta, para lograr el resultado esperado y no obtener una información errónea.

Historia de los circuitos logicos

En 1854, George Boole publica "Una investigación sobre las leyes del pensamiento", describiendo un sistema de lógica simbólica y razonamiento (que sería la base del diseño de computadoras digitales).

 En el año 1919, dos físicos de los EE.UU., Eccles y  Jordan, inventan el circuito de conmutación electrónica  llamado flip-flop, que sería crítico para los sistemas de cómputo electrónico. En el año 1920, a su vez, el checo

Karel Cepel utiliza por primera vez la palabra "Robot" (que significa "Trabajo obligatorio") en una obra de teatro.

En 1930, en el MIT (EE.UU.),Vannevar Bush construye otro analizador diferencial. Este era un dispositivo electromecánico que podía usarse para integrar ecuaciones diferenciales.

En 1935, IBM empieza a vender una máquina de escribir eléctrica (la 601) que también servía como calculadora en base a tarjetas perforadas.

 En 1936 Konrad Zuse termina de construir (a los 26 años) la computadora Z1 en la sala de la casa de sus padres. Su representación numérica usaba punto flotante  binario. Nunca estuvo operativa debido a la precisión limitada de las partes mecánicas.

PRIMERA GENERACION(1940-1955)

Se utilizan tubos al vacío. Eran enormes (20.000 tubos) y lentas (un ciclo ≈ 1 seg.) Un solo grupo diseñaba, construía, programaba, operaba y mantenía cada máquina. Toda la programación se hacía en lenguaje máquina. No existían los sistemas operativos.

Algunos ejemplos de primera generación son:

•              Colossus(1945): Fue usada en la segunda guerra mundial para decifrar los mensajes de los alemanes

•              Eniac(1946): ENIAC no tenia siquiera la potencia que puede tener hoy en día una calculadora de bolsillo.

•              Manchester Mark I (1948): Primera máquina que funcionó con un programa almacenado.

SEGUDA GENERACION.(1956-1965)

Se introducen los transistores. Distinción entre diseñadores, constructores, programadores, operadores y personal de mantenimiento.

Los operadores toman las tarjetas del programa y colocan también los del compilador.

Se crea el proceso por lotes que agrupa trabajos.

Algunos ejemplos de segunda generación son:

•              Transistor (1947)

•              JOHNNIAC (1954): Maquina que funcionaba con tarjetas

•              IBM 704 (1955): Primera máquina comercial con hardware de punto flotante

•              IBM 7094: Buena para hacer cómputos, se utilizaba con fines científicos.

•              ERMA, General Electric (1959)

•              Invención del mouse (1964).

TERCERA GENERACION (1965-1980)

Se introducen los circuitos integrados, lo cual es una gran ventaja en el precio y desempeño del computador.

Se introduce el sistema IBM 360 altamente compatible.

Se introduce la multiprogramación.

Se introducen los discos duros.

Se introduce el tiempo compartido entre usuarios.

Algunos ejemplos de la tercera generación son:

•              BM 360 (1964): Software compatible con IBM 7094, 1401 entre otros.

•              Primer microprocesador en un chip Intel 4004 (1971).

•              ALTAIR 8800 (1975).

•              Apple l (1976)

•              Apple ll (1978)

CUARTA GENERACION (1980 EN ADELANTE)

Usan LSI (large scale integration)

•              Intel 8080 (8 bits) -> IBM PC (1980) con DOS.

•              Intel 80286 (1983), 80386 (1985) y 80486 (1989)

•              GUI (graphical User Interface) -> Macintosh

•              Microsoft adopta GUI y desarrolla Windows (sobre DOS)

•              Microsoft saca Windows 95 como sistema operativo,

•              luego Windows 98 (basado en 16 bits), Windows NT (32

•              bits) con ideas de VAX VMS.

•              Windows NT 5.0 se transformó en Windows 2000

•              Windows 98 se transformo en Windows Me

•              Windows XP

Algunos ejemplos de cuarta generación son:

•              IBM PC (1981)

•              Disco Duro Memorex 10MB (1983)

•              IBM PC/AT (1983)

•              Sony introduce el CD (1984)

•              Intel Pentium (1993)

Tipos de elementos digitales

Estas combinaciones (ya mencionadas) dan lugar a otros tipos de elementos digitales. Aquí hay un listado de algunos de éstos.

•              Compuerta NAND (No Y)

•              Compuerta NOR (No O)

•              Compuerta OR exclusiva (O exclusiva)

•              De multiplexores o de multiplexadores

•              Decodificadores

•              Codificadores

•              flip-flops

•              Memorias

•              microcontroladores

•              microprocesadores

·               multiplexores o multiplexadores

Circuitos Logicós Combinatorios

Un circuito combinatorio es un arreglo de compuertas lógicas con un conjunto de entradas y salidas.

Las "n" variables de entrada binarias vienen de una fuente externa, las m variables de salida van a un destino externo, y entre éstas hay una interconexión de compuertas lógicas. Un circuito combinatorio transforma la información binaria de los datos de entrada a los datos de salida requeridos.

Un circuito combinatorio puede describirse mediante una tabla de verdad que muestre la relación binaria entre las n variables de entrada y las m variables de salida. Puede especificarse también con m funciones booleanas, una por cada variable de salida. Cada función de salida se expresa en término de las n variables de entrada.

El análisis de un circuito combinatorio comienza con un diagrama de circuito lógico determinado y culmina con un conjunto de funciones booleanas o una tabla de verdad.

El diseño de circuitos combinatorios parte del planteamiento verbal del problema y termina con un diagrama de circuito lógico. Pasos:

1-        Se establece el problema

2-        Se asignan letras a las variables de entrada y salida

3-        Se deriva la tabla de verdad que define la relación entre entradas y salidas

4-        Se obtienen las funciones booleanas simplificadas para cada salida

5-        Se traza el diagrama lógico

Semisumador.

Un circuito combinatorio que ejecuta la suma de dos bits se llama semisumador.

Las variables de entrada de un semisumador se llaman bits sumando y consumando. Las variables de salida se llaman suma y acarreo.

Sumador completo o total.

Es un circuito combinatorio que forma la suma aritmética de tres bits de entrada. Consiste de tres entradas y dos salidas. Dos de las variables de entrada representan los dos bits significativos a sumarse. La tercera representa el acarreo de la posición menos significativa previa.

Circuitos Lógicos Secuenciales

En los circuitos secuenciales se guarda memoria de estado. Las salidas no dependen tan solo del valor de las entradas en un instante dado, sino que también están determinadas por el estado almacenado en el circuito. Dicho de otra forma, un circuito secuencial tiene memoria. En los circuitos secuenciales se distinguirá entre circuitos secuenciales asíncronos y síncronos.

Un circuito secuencial asíncrono evoluciona ante cualquier cambio en las entradas de forma inmediata, no tiene periodicidad de funcionamiento, se rige por eventos. Aunque los circuitos secuenciales más básicos siempre tendrán una parte con comportamiento asíncrono, para los circuitos secuenciales complejos no es deseable que sigan este comportamiento (los cambios de estado se producen de forma esporádica, ante eventos en las entradas, sin periodicidad, se pueden producir comportamientos que dependen del orden de sucesión de eventos cuando no se desea ese comportamiento etc.)

Los circuitos secuenciales complejos se diseñan para comportamiento síncrono, los cambios se producen de forma periódica y controlada, ante cambios de una señal denominada señal de reloj (“clock”).

 Todas las entradas se muestrean de forma simultánea en un instante determinado por la señal de reloj, la evolución del estado y las salidas queda determinada por el valor que tenían las entradas y el estado en el instante de muestreo.

Circuitos Lógicos Integrados

Un circuito integrado (CI) es un pequeño cristal de silicio semiconductor, llamado microcircuito, que contiene los componentes electrónicos para las compuertas digitales. Las diversas compuertas se conectan dentro del microcircuito para formar los circuitos requeridos.

La diferenciación entre los microcircuitos que tienen unas cuantas compuertas internas y aquellos que tienen cientos o miles se hacen con una referencia preestablecida para dispositivos de integración en pequeña, mediana y gran escala.

Los dispositivos de integración en escala pequeña (SSI) contienen distintas compuertas independientes en un solo encapsulado. Por lo general, el número de compuertas es menor que 10.

Los dispositivos de integración en escala mediana (MSI) tienen de 10 a 200 compuertas en un solo encapsulado.

Los dispositivos de integración en escala grande (LSI) contienen entre 200 y unos miles de compuertas en un solo encapsulado.

Los dispositivos de integración en escala muy grande (VLSI) contienen miles de compuertas en un solo encapsulado.

Los circuitos integrados digitales se clasifican también por la tecnología de circuitos a la que pertenecen. El circuito básico de cada tecnología es una compuerta NAND, NOR o NOT. Los componentes electrónicos que se emplean en la construcción del circuito básico sirven de ordinario para dar nombre a la tecnología.

La familia lógica transistor-transistor (TTL) fue una evolución de una tecnología previa con base en diodos y transistores para la compuerta básica NAND. Los diodos fueron reemplazados por transistores para mejorar el funcionamiento del circuito.

La familia lógica de emisor acoplado (ECL) proporciona los circuitos digitales de mas alta velocidad en forma integrada.

El transistor metal óxido semiconductor (MOS) es unipolar ya que depende del flujo de un solo tipo de portador, como electrones (canal n) o huecos (canal p). Al MOS del canal n se lo conoce como NMOS y al del canal p como PMOS.

La tecnología del MOS complementario (CMOS) tiene transistores PMOS y NMOS conectados de modo complementario en todos los circuitos. Las ventajas de los CMOS sobre los bipolares son la alta densidad de integración de los circuitos, una técnica de procesamiento mas simple durante la fabricación y un funcionamiento mas económico debido a su consumo de energía mas bajo.

Circuitos Lógicos Programables

Un CLP es una máquina electrónica la cual es capaz de controlar máquinas e incluso procesos a través de entradas y salidas. Las entradas y las salidas pueden ser tanto analógicas como digitales.

Las formas como los CLP intercambian datos con otros dispositivos son muy variadas. Típicamente un CLP puede tener integrado puertos de comunicaciones seriales que pueden cumplir con distintos estándares de acuerdo al fabricante.