Sistemas digitales: numeración, puertas lógicas y circuitos combinacionales

Resumen

Este documento introduce los fundamentos de los sistemas digitales: los sistemas de numeración decimal y binario, las puertas lógicas y sus niveles de señal. Después describe los circuitos combinacionales básicos (decodificador, codificador, multiplexor, demultiplexor y comparador) y las funciones básicas de los sistemas de control.

Puntos clave

El sistema binario es el utilizado mayoritariamente por los dispositivos digitales, mientras que el decimal se basa en potencias de 10.
Las señales digitales son de nivel bajo (0, cercano a 0 V) o de nivel alto (1, cercano a 5 V).
Las puertas lógicas básicas son NOT, AND, NAND, OR y NOR.
El decodificador activa una sola de sus salidas según la combinación binaria de entrada.
El codificador realiza la función inversa al decodificador y, en general, tiene 2^n entradas y n salidas.
El multiplexor conecta una de sus entradas de datos a la salida según las líneas de control, y el demultiplexor hace lo contrario.
Un sistema de control recibe señales de entrada, procesa la información, la almacena y emite señales de salida.

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Fundamentos de los Sistemas Digitales

Sistemas de Numeración

El sistema decimal: Consiste en un sistema de numeración posicional que parte como base aritmética de las potencias del número 10.
El sistema binario: Es el sistema utilizado mayoritariamente por los dispositivos digitales.

Puertas Lógicas y Señales

Las puertas lógicas son elementos que componen los circuitos digitales que realizan una función de procesamiento determinada. Las señales pueden ser de dos tipos:

Señales de nivel bajo o nivel 0: Asociadas a tensiones cercanas a 0 V.
Señales de nivel alto o nivel 1: Asociadas a tensiones cercanas a 5 V.

Existen diferentes tipos de puertas lógicas: NOT, AND, NAND, OR, NOR.

Circuitos Combinacionales

Decodificador: Es un circuito digital que tiene como entrada una información codificada en binario y tiene tantas salidas como posibles combinaciones binarias distintas de entrada, activándose en cada momento una sola de ellas.
Codificador: Es un circuito digital que realiza la función inversa al decodificador. Posee, en general, 2ⁿ entradas y n salidas de código en las que aparece codificado en binario puro el valor de la entrada que haya sido activada. Si no se activa ninguna entrada, la salida también permanece inactiva (número binario cero).
Multiplexor: Es un circuito digital con varias entradas de datos y una sola salida, controlado por un número determinado de líneas de control. Dependiendo del estado de las líneas de control, conecta la salida con una de las entradas. Funciona como un conmutador de n posiciones realizado con puertas lógicas.
Demultiplexor: Es un circuito digital que realiza la función contraria a la del multiplexor; por tanto, posibilita la conexión de la entrada de datos con alguna de las salidas, dependiendo de la combinación de las líneas de control.
Comparador: Es un circuito digital que tiene por entradas dos números binarios de n bits cada uno (A y B), determinando a su salida si uno es menor, mayor o igual que el otro.

Estructura de los Sistemas de Control

Las funciones básicas de los sistemas de control son:

Recibir las señales de entrada.
Procesar la información.
Almacenar información en su memoria.
Emitir señales de salida.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre un codificador y un decodificador?

El decodificador tiene una entrada binaria y tantas salidas como combinaciones posibles, activando solo una. El codificador realiza la función inversa: a partir de una entrada activa genera el código binario correspondiente.

¿Qué hace un multiplexor?

Es un circuito con varias entradas de datos y una sola salida. Las líneas de control determinan qué entrada se conecta con la salida, funcionando como un conmutador.

¿Para qué sirve un comparador digital?

Compara dos números binarios de n bits (A y B) y determina a su salida si uno es menor, mayor o igual que el otro.