Apuntes Digital

Tecnología 4º ESO

Unidad 2: ELECTRÓNICA DIGITAL

1. INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DIGITAL El uso de señales eléctricas analógicas hizo posible un gran desarrollo de las comunicaciones y el almacenamiento de información durante el siglo XX. El teléfono, la radio, la televisión, la grabación y reproducción del sonido y de la imagen son quizá los mejores ejemplos. Las señales analógicas son fáciles de crear y reproducen la información original con gran calidad. Sin embargo, tienen algunos inconvenientes: 1. Se necesita mucha memoria para almacenarlas. 2. Pierden calidad cuando se transmiten a través de cables, ondas, u otros medios. Las tecnologías que utilizaban señales analógicas llegaron a un límite en su desarrollo hacia la década de 1980. Paralelamente, los ordenadores, que utilizan señales digitales, llegaron en esas fechas a un nivel de maduración suficiente para salir de las grandes empresas, los ejércitos o las universidades y empezar a utilizarse en muchos notros ámbitos. En 1981, por ejemplo, aparece el primer ordenador personal (PC). Resultó evidente que la nueva tecnología digital se podía utilizar para mejorar la ya vieja tecnología analógica. Empieza la Era Digital. Pero, ¿qué quiere decir "digital"? Digital quiere decir, simplemente, que está hecho de números. La palabra digital viene de "dígito", número (o más correctamente número de una sola cifra). Una señal digital no utiliza una magnitud eléctrica, como la tensión eléctrica, cuyo valor sube o baja con el fin de representar información, sino que utiliza números. Las señales analógicas son señales continuas, entre dos valores analógicos hay un número infinito de valores intermedios posibles. Se pueden representar gráficamente con una línea curva continua. Las señales digitales por el contrario, son discretas, no pueden tomar cualquier valor, solamente algunos valores determinados. Una señal digital se representa como una línea escalonada, con cambios bruscos de valor.

Señal digital

I.E.S SANTA CLARA

1

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA

Tecnología 4º ESO

Unidad 2: ELECTRÓNICA DIGITAL

2. SISTEMA DE NUMERACIÓN BINARIO. ¿Por qué los sistemas digitales utilizan ceros y unos? Los humanos utilizamos un sistema de numeración que tiene 10 números (del 0 al 9). Cuando pasamos del número 9 volvemos a empezar de nuevo añadiendo un número más a la segunda fila. Su nombre es sistema decimal y, como usa 10 números, se dice que es de base 10. No utilizamos el sistema decimal porque sea el mejor sistema para contar, sino sencillamente porque tenemos 10 dedos. Nuestra biología condiciona nuestra manera de contar. Hay muchos otros sistemas de numeración posibles. Si los pulpos tuvieran matemáticas, por ejemplo, seguro que utilizarían 8 números para contar, ya que tienen 8 tentáculos. Cuando los ingenieros empezaron a diseñar circuitos digitales tuvieron que decidir con qué sistema de numeración funcionarían. La respuesta que dieron, como pasa muchas veces en tecnología, es: "con el más sencillo posible". Pues bien, el sistema de numeración más sencillo no tiene 10 números, ni 8, tiene solo dos números, el 0 y el 1, y su nombre es sistema binario. Es un sistema de numeración de base 2. Cualquier número decimal se puede representar en binario como una combinación de 0 y 1, a la derecha puedes ver una tabla con el equivalente binario de los 10 primeros números decimales. La segunda razón por la que los sistemas digitales utilizan el sistema binario es porque se puede implementar fácilmente con interruptores y, por tanto, se pueden diseñar circuitos electrónicos capaces de calcular, como los microprocesadores que tienen los ordenadores. Por ejemplo: • Un interruptor cerrado equivale a un 1 y un interruptor abierto, a un 0. • Los ceros y unos también se pueden representar como niveles de tensión. Un nivel de tensión elevado (por ejemplo, 5 V), representa un 1 y un nivel de tensión bajo (por ejemplo, 0 V), un 0. • O también una bombilla encendida sería un 1 y una bombilla apagada, un 0. La unidad de información es el bit. La unidad mínima de información, denominada bit, es cada uno de los estados, 0 o 1, que puede tener un número en el sistema binario. La

palabra bit proviene de la expresión inglesa binary digit, dígito binario. Un único bit apenas contiene información. Se deben juntar muchos bits, siguiendo un orden determinado, para reunir cantidades significativas de información. En informática también es muy común el término byte, que es un conjunto de 8 bits. ¿Por qué se agrupan así los bits? Porque en los primeros ordenadores los datos entraban al microprocesador de 8 en 8. La mínima cantidad de información que un ordenador procesaba era de 8 bits. Ahora, con microprocesadores más potentes, entran más datos a la vez, pero siempre en múltiplos de 8: 16 bits, 32 bits, 64 bits. I.E.S SANTA CLARA

2

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA

Tecnología 4º ESO Unidad 2: ELECTRÓNICA DIGITAL Como un byte también es una cantidad de información muy pequeña, normalmente se utilizan múltiplos. Los más usuales son: kilobyte (mil bytes), megabyte (un millón de bytes) y gigabyte (mil millones de bytes). La electrónica digital emplea las señales eléctricas para transmitir información. Esta información se envía en forma de 0 y 1. En la siguiente tabla se muestra la relación entre los números decimales (de 0 a15) y los números binarios correspondientes: Números en sistema decimal

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

3

2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

Números en sistema binario 22 21 20 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1

3. Las puertas lógicas. Las puertas lógicas son circuitos integrados que emplean la lógica matemática binaria (Álgebra de Bool) basada en dos números: 0 y 1 y varias operaciones ( +, x, la negación) para procesar información. Una puerta lógica tiene una o más entradas, pero solo una salida. Para describir el funcionamiento de estas puertas se utilizan las tablas de verdad.

I.E.S SANTA CLARA

3

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA

Tecnología 4º ESO Unidad 2: ELECTRÓNICA DIGITAL Las principales puertas lógicas son las siguientes: A) La puerta lógica AND (Y) Tabla de verdad A B S 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1

B) La puerta lógica OR (O) A

S

B

Tabla A 0 0 1 1

de verdad B S 0 0 1 1 0 1 1 1

C) La puerta lógica NOT Tabla de verdad A S

A S

D) La puerta lógica NAND

E) La puerta lógica NOR

I.E.S SANTA CLARA

0

1

1

1

Tabla A 0 0 1 1

Tabla A 0 0 1 1

de verdad B S 0 1 1 1 0 1 1 0

de verdad B S 0 1 1 0 0 0 1 0

4

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA