PDF de programación - Manual teorico sobre el funcionamiento, lógica y estructura de la Arquitectura de Computadores

MANUAL TEORICO SOBRE EL
FUNCIONAMIENTO, LÓGICA Y

ESTRUCTURA DE LA

ARQUITECTURA DE LOS

COMPUTADORES

ELABORADO POR :

RONALD ALPÍZAR PORRAS



1998



MANUAL TEORICO SOBRE EL FUNCIONAMIENTO, LÓGICA Y ESTRUCTURA DE LA ARQUITECTURA DE LOS
COMPUTADORES
Ronald Alpízar Porras #950114
LÓGICA DIGITAL :

Computador : sistema digital capaz de proveer información binaria por medio de pulsos llamados
señales, una señal está representada por un pulso cuantificable con cierta intensidad. Diferentes cantidades
se utilizan para representar los valores boléanos 0(cero) ó 1(uno).


Cada señal debe estar asociada a cierto rango de tolerancia que permite operar los circuitos.

2

1 binario

0 binario

3.5
3 v
2.5
1

0.5 v

0

Señal

Señal

Tolerancia de la señal 1

Tolerancia de la señal 0



LÓGICA POSITIVA Y NEGATIVA :


valor binario 1.

Estos conceptos tienen que ver con la manera en que los sistemas digitales interpretan el 0 y el 1.
Si un sistema opera con lógica positiva(L+), usara un pulso de corriente más alto para representar el

3 v

0.5 v

L+

0

1

3 v

0.5 v

L-

1

0



La lógica negativa(L -) usa un pulso mas bajo para representar el valor binario 1 y uno mas alto para el


0.

COMPUERTAS LÓGICAS(Ko) :

que producen con iguales salidas un único valor el cual será 1 ó 0.

Son bloques de hardware capaces de responder de diferente forma a la combinación de sus entradas

Ko

0 / 1



Son usadas para desarrollar diferentes circuitos lógicos capaces de procesar distintos valores



boléanos; en la entrada produce los mismos valores según se plantees en una tabla de verdad.
V V F V
V V V V 1
V F V V

verdad.

lógica.

V V F F
V V V F 0
V F V F

Cada Ko por sí sola va a ser representada por un símbolo gráfico que responde siempre a una tabla de

Ejemplo 0 = 1, 1 = 0; y tendrá una función algebraica para facilitar la comprensión de como opera su

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3

NOMBRE

SIMBOLO

FUNCION

ALGEBRAICA

TABLA DE
VERDAD

NOT

BUFFER
(inversor o
complemento
separador)

AND

OR

NAND

NOR

XOR

XNOR exclusivo

X = A
X = A1

X = A

X = A * B
X = AB

X = A + B

X = AB
X = (AB)1

X = (A+B)
X = (A+B)1

X = A B
X = A1B + AB1

X = A B
X = A1B1 + AB

0 1

1 1

0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1



El Buffer es una Ko (Ko = compuerta) que no produce ningún cambio en los valores, si no que se usa

NOTA :

con el fin de ampliar o refrescar una señal digital.



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EXPRESIONES ALGEBRAICAS :

Cada función digital puede ser expresada en una expresión algebraica si conocemos los valores
algebraicos de las diferentes Ko de cada expresión algebraica, puedo obtener el diagrama del circuito lógico si
conozco la sismología.
1- F = NOT A AND B OR C
Expresión algebraica

F = A1 B + C

4

A
B
C

F

2- F = NOT (A OR B) + NOT B AND NOT C OR NOT A

A

B

C

4- F = B1D1 + A1D1C + AC1B1

F



B

D

A

C

F
0
1
1
1
0
1
0
1



A B C A' B C
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1

0
1
0
1
0
1
0
1

0
0
1
1
0
0
1
1

0
0
1
1
0
0
0
0

F



Minitérminos : Cada una de las posibles combinaciones de entrada en un circuito lógico.
[Circuitos integrados (CI's)]
FAMILIAS DE CIRCUITOS LÓGICOS :

A-CI's Digitales : Un CI es un pequeño cristal semiconductor de silicio denominado pastilla, que
contiene componentes eléctricos tales como diodos, transistores, condensadores y resistencias. Los diversos
componentes se conectan dentro de la pastilla para formar un circuito electrónico. La pastilla es montada en
un paquete plástico o de metal y las conexiones se hacen por soldadas por afuera para hacer el CI.
Beneficios de usar CI's:
1. menor tamaño
2. menor costo de producción
3. menor requerimiento de potencia
4. más confiabilidad contra fallas
5. más velocidad de ejecución
6. menor ó eliminación de cableado externo
NOTA :

1-Los CI's se presentan en dos formas, 1) chips tipo DIP(double in-line packet) los cuales poseen
patas en dos de sus lados y generalmente son rectangulares y 2) los de tipo Reticular ó plano; que tienen
patas en sus cuatro lados y normalmente son cuadrados.



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TTL(transistor transistor logic)
ECL(lógica acoplada por emisor)
MOS(semiconductores de metal oxido)
CMOS(semiconductores de metal oxido complementario)

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B-Familias : Los CI's digitales se clasifican por su función, y por pertenecer a una familia de circuitos

lógicos especifica. Cada familia tiene su propio tiene su propio circuito básico electrónico a partir del cual se
desarrollan sus funciones y circuitos más complejos. El circuito básico en una familia es un NOR o un NAND.
Los CI de más uso comercial son :



NOTA : La mayoría de estos circuitos vienen en paquetes de tamaño estándar y un numero de patas
que van de los 14 a los 64. Cada uno de los circuitos tiene un numero para su designación numérica el cual es
impuesto por el fabricante y luego se publica un catalogo en el cual se da información sobre la composición de
cada chip. Los TTL usan 5400 ó 7400 ó algunos 3000 y 9000.
ECL = 10000; CMOS y MOS = 4000, algunos CMOS 54C00 ó 74C00.

1. S.S.I. (small scale integration) usan varias Ko [menos de 10 Ko].
2. M.S.I. (medium scale integration) usan de 10 a 100 Ko.
3. L.S.I. (large scale integration) microprocesadores, memoria, y pastillas para calculadora.
4. V.L.S.I. (very large scale integration) microprocesadores más complejos y arreglos de memoria.
COMPARACIÓN ENTRE FAMILIAS DE CIRCUITOS LÓGICOS :

Existen cuatro características que permiten evaluar y completar las diferentes familias de circuitos
lógicos, parámetros que a la vez determinan cuales son los mas convencionales para determinar su uso o
función.

su operación normal (K = corriente) .
1. Carga estándar se define como : una cantidad de K necesaria para la entrada de una Ko.
2. Disipación de potencia : la potencia consumida por la Ko y que es suministrada por la fuente de poder.
3. Retardo de propagación : es el tiempo de retardo de transición promedio para una señal que se propaga de
una a una entrada a una salida, cuando la señal cambia de valor es equivalente a la velocidad de operación
de un circuito y la velocidad de un circuito es inversamente proporcional al retardo de propagación; entre
más alto sea el retardo de propagación, más rápido es el equipo.

El FAN OUT : determina el numero de cargas estándar que puede exitar la salida de un Ko sin dañar

C-Complejidad de los CI's :

4. Margen de ruido : el mínimo voltaje de ruido que produce un cambio indeseado en la salida.

MUESCA
O PUNTO

14

.

1

74500

8

7

Los TTl soportan hasta

12 voltios



Permiten encontrar la función más simple desde el punto de vista que ocupen menos hardware.
Ventajas de utilizar una función más simple.

Son herramientas que permiten simplificar el diseño de las funciones digitales.
Se sabe que dos funciones digitales son equivalentes sí y sólo sí satisfacen de igual forma a una tabla

Si dos circuitos satisfacen idénticamente una tabla de verdad se dice que son equivalentes.
MAPAS DE KARNAUGH (K) :


de verdad.


1. más velocidad
2. menor disipación de potencia
3. menor costo de producción
4. más confiabilidad

Para hacer un mapa K, requerimos aplicar una serie de reglas y manejar algunos conceptos ya
establecidos como una recetab : Minitérmino : Cada una de las posibles combinaciones de las variables de
entrada..
bReglas : 1) N variables


2N minitérminos; ABC = 23 = 8 minitérminos (0 - 7)

2) Los minitérminos se enumeran de 0 a 2N - 1.

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Para hacer un mapa K se debe desarrollar una matriz o cuadricula. Un mapa de dos variables produce una
matriz de 2 x 2; uno de tres produce una de 4 columnas y 2 filas; y uno de cuatro produce una de 4 x 4; en cada
casilla de esa matriz se presentan los minitérminos en un orden preestablecido.
Se dibuja una línea diagonal en la esquina superior izquierda donde se representan los valores de

entrada. Sobre cada columna y cada fila se escriben las posibles valores que adoptan esas variables en forma
de receta.

6

B

A
0

1

A

B

1
1

3

0
0

2

A B Minitérmino
0 0 0
0 1 1
1 0 2
1 1 3


BC

A
0

1

A

00
0

4

01
1

5

B

11
3

7

10
2

6

0
0
1
1
0
0
1
1

0
1
0
1
0
1
0
1

0
1
2
3
4
5
6
7

C
A B C Minitérmino
0
0
0
0
1
1
1
1



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CD

AB
00

01

11

10

A

00
0

4

01
1

5

12

13

8

9

C

11
3

7

15

11

10
2

6

14

10

B

D

B
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1

C
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1



D
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1

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

A
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1

Por ultimo se dibuja una llave y sobre ella se escr