UNIVERSIDAD DE CORDOBA FACULTAD DE
CIENCIAS BASICAS E INGENIERIAS PROGRAMA DE
INGENIERIA DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES
TEMA 1 INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DIGITALES Y SISTEMAS NUMERICOS
DOCENTE: ING. CARLOS A. PIÑEREZ CALAO
Universidad de Córdoba, Comprometida con el Desarrollo Regional
Desarrollar habilidades
Fortalecer las habilidades básicas
• La expresión oral escrita
Desarrollar las especializadas
• Análisis y síntesis de problemas
• Aplicar los conocimientos en la práctica.
• Metodología en la detección y corrección de fallas
• Uso eficiente de Internet y la computadora.
Además de conocimientos es
indispensable las actividades dentro y
fuera del aula con el propósito de:
• Trabajo individual
• Trabajo colaborativo
• Capacidad para
organizar y planificar
• Aprender por cuenta
propia
Es importante la reflexión del alumno respecto de sus propios
procesos de conocimiento, que constituye uno de los aspectos fundamentales
para desarrollar la capacidad de aprender por cuenta propia.
Además de proporcionarle los recursos para que desarrolle:
Habilidades
Escala Bastante Mucho Regular Poco Nada
5 4 3 2 1
Aprendizaje autónomo y
continuo 4.07
Habilidades básicas en
programación 4.10
Manejo efectivo del software
para el diseño digital 4.13
Diseñar sistemas digitales
Secuenciales 4.21
Análisis y síntesis de
sistemas digitales 4.25
Generar nuevas ideas 4.21
Método para detectar
y corregir fallas 4.28
Aplicar los conocimientos a
la práctica 4.35
Diseñar sistemas digitales
combinacionales 4.47
El profesor será un medio o enlace entre el alumno y la información
Profesor Facilitador
• Mayor claridad
• Optimización del tiempo de exposición del maestro
• Oportunidad de llevar a cabo actividades dentro del aula
• Permitir que los alumnos se expresen y participen en el proceso enseñanza aprendizaje.
La exposición del curso
Propósito general
Contribuir a desarrollar la primera etapa de la competencia del diseño e
implementación de sistemas digitales, aplicando una metodología de diseño
para los sistemas digitales tanto combinacionales como secuenciales
basada en la aplicación de los fundamentos teóricos y prácticos del algebra
booleana.
Contenidos Temáticos
I.- Introducción a los Sistemas Digitales
II.- Sistemas Numéricos
III.- Álgebra Booleana
IV.- Minimización de Funciones Booleanas.
Contenidos Temáticos
Examen Final
V.- Diseño Combinacional.
VI.- Flip-Flops.
VII.- Diseño Secuencial.
Criterios y Mecanismos para la Calificación ,
Acreditación y Evaluación.
• Exámenes Parciales
• Examen final
• Proyectos obligatorios,
• Tareas (actividades)
Además de
Proyectos Adicionales para aprobar el curso.
Ponderación
La calificación final de cada nota parcial estará compuesta de la
siguiente manera
Examen de Medio Termino 25 %
Examen Parcial 30 %
Actividades 15 %
Practicas de laboratorio 30 %
Total 100 %
55 %
Sistemas Digitales Principios y Aplicaciones
Ronald J. Tocci, 2004
Fundamentos de Sistemas Digitales
T. L. Floyd, 2005
Sistenas Digitales Principios y Prácticas
WAKERLY, 2005
Sistemas Digitales y Electrónica Digital Juan Angel Garza Garza, 2005
Fundamentos de diseño Digital Cesar A. Leal FIME UANL
Bibliografía
Actualizada
INTRODUCCION
La electrónica digital le ha permitido al hombre agilizar procesos, incrementar las capacidades de almacenamiento de datos, exactitud en los pronósticos y resultados, simulación de todo tipo de evento del mundo real, implementar sistemas de seguridad empleando la biometría, incrementar las velocidades de transferencia de datos, multiplexar las comunicaciones y todo ese gran entorno de avances tecnológicos que envuelve el mundo de hoy.
La electrónica digital le permitirá al ingeniero de sistemas
estudiar los principios fundamentales y aplicaciones básicas con las cuales podrá implementar aplicaciones a las telecomunicaciones, combinando el hardware y el software.
OBJETIVOS
• Distinguir entre las representaciones analógicas y digitales
• Estudiar los sistemas numéricos que hacen parte de la lógica digital y aprender a realizar conversiones entre sistemas.
CONTENIDO UNIDAD 1 • REPRESENTACIONES NUMÉRICAS
• SISTEMAS DIGITALES Y ANALÓGICOS
• SISTEMAS NUMÉRICOS EMPLEADOS EN TÉCNICAS DIGITALES
• CONVERSIONES ENTRE SISTEMAS NUMÉRICOS
• CÓDIGOS BINARIOS
• CÓDIGOS ALFANUMÉRICOS
• CONCEPTO DE: BYTE, NIBBLE Y PALABRA
• MÉTODO DE PARIDAD PARA LA DETECCIÓN DE ERRORES
Definiciones
• Sistema
• Digital
• Analógico
Sistema
Un Sistema Comprende un conjunto de componentes
que presentan una estructura organizada, habiendo
entre ellas una relación tal que lleve al sistema a
alcanzar los objetivos propuestos por el mismo.
Ludwig Von Bertalanffy (1901-1972)
biólogo, reconocido por haber formulado la Teoría de sistemas
Sistema (system)
Conjunto de partes o elementos
organizadas y relacionadas que
interactúan entre sí para lograr
un objetivo.
DICCIONARIO INFORMÁTICO
http://www.alegsa.com.ar/Dic/sistema.php
Los sistemas reciben (entrada) datos,
energía o materia del ambiente y
proveen (salida) información, energía
o materia.
Sistema
1. Conjunto de reglas o principios sobre una materia
racionalmente enlazados entre sí.
2. Conjunto de cosas que relacionadas entre sí
ordenadamente contribuyen a determinado objeto.
3. Biol. Conjunto de órganos que intervienen en alguna
de las principales funciones vegetativas. Sistema
nervioso.
www.rae.es
Sistema 2.- Conjunto de cosas o partes coordinadas según una ley, o que,
ordenadamente relacionadas entre sí, contribuyen a determinado
objeto o función.
Diccionario General de la Lengua Española Vox
Sistema
Medio o manera usados para hacer una cosa.
Manera de estar dispuesto un aparato o utensilio.
Sistema Una primera clasificación de los sistemas podría ser la siguiente.:
Existen sistemas naturales (los generados por la naturaleza) y sistemas
artificiales (hechos por el hombre).
Está claro que los sistemas electrónicos se encuentran dentro de los
sistemas artificiales.
Digital
Adjetivo. De los dedos o relativo a ellos: huella digital.
Que expresa o suministra los datos
por medio de números
El pequeño LAROUSE ilustrado 2004
1, 2, 3
Digital
El término: Digital Se refiere a "cantidades discretas" como la cantidad de
personas en un una sala, cantidad de libros en una
biblioteca, cantidad de autos en una zona de
estacionamiento, cantidad de productos en un
supermercado.
Física: Se dice del aparato o instrumento que mide cantidades y las
representa con números dígitos: reloj digital.
Instrumento Que suministra su información mediante números: reloj
circuito.
Digital
DIGITAL
• Cualquier señal o modo de transmisión que utiliza valores discretos en lugar de un espectro continuo de valores (como las
señales analógicas).
DICCIONARIO INFORMÁTICO
http://www.alegsa.com.ar/Dic/digital.php
Representación de información de modo binario (2 estados).
Suele utilizarse en pedagogía y psicología para hablar de la
destreza digital.
Esta destreza interviene en los trabajos de precisión, como en el
manejo de piezas finas, que exigen un desarrollo adecuado de la
motricidad fina.
Sistema que usa muestras digitales (valores discretos
codificados en binario) para representar señales analógicas.
http://www.definicion.org/digital
Digital
Era Digital ?
Audio Digital MP3, Video Digital MPEG, Multimedia, cámaras
digitales Megapixels, Disco Duro Mega Bytes, Flash Memory,
USB, Internet, correo electrónico, páginas web, Módem, home
page, tarjeta de red, CD, PDF, DOC, XLS, Laptop, Compras en
línea, Firma Digital, velocidad de conexión Kbps, servidor,
webcam, interfaz, escáner, operadores booleanos, MODEM,
puerto de impresora, PPP, foros de discusión, chats, y por
supuesto, cibercomunidades, facebook, ftolog, medios virtuales,
hipertextos y portales, Iphone, 3G, blueray, bluetooth, Sata.
Analógico, ca adjetivo. Análogo Que tiene analogía con algo .
Física. Que representa de manera continua en el tiempo la
evolución de una magnitud: señal analógica.
Sistemas Analógicos Estas magnitudes son:
Temperatura, presión, longitud, velocidad, tensión, intensidad,
aceleración, etc. que tienen un carácter continuo o analógico.
Según la naturaleza de la información que lleva la señal eléctrica, esta
puede clasificarse en:
• Analógica
• Digital
El modelo matemático que la describe es una función continua, por
tanto transporta una información analógica y puede tomar infinitos
valores frente al tiempo.
Señal analógica:
Señal digital: el modelo matemático que la describe es una función que
sólo puede tomar un conjunto finito de valores, que transporta una
información digital.
PULSOS
Señal Digital:
El tipo de señal con la que trabajaremos en electrónica digital será un caso
particular de la señal digital, la señal digital binaria,
Que toma dos valores lógicos, normalmente uno y cero
Señal Digital:
Analógico
Que tipo de reloj usas ?
Digital
Analógico
Cual sistema crees que tenga una respuesta mas rápida ?
Digital
El proceso que consiste en convertir una señal o variable analógica
en digital se denomina digitalización.
En la figura se muestra la digitalización de una señal analógica
senoidal con una resolución de 3 bits.
Codificación analógica y digital
La mayoría de los sistemas electrónicos construidos procesan señales
digitales, pero el mundo físico es fundamentalmente analógico como
hemos visto.
En consecuencia un sistema digital muy a menudo debe tratar con señales
analógicas en su punto de contacto con el mundo exterior (sus entradas)
Codificación analógica y digital
CONVERSION ANALOGICO-DIGITAL
(ADC, Analogic to Digital Conversion) La conversión Analógico-Digital consta de varios
procesos:
Muestreo
Cuantización
Codificación
Muestreo
Cuantización
Codificación
:
Cuales serán las principales ventajas de los
sistemas Digitales ?
1.- Los Sistemas Digitales generalmente son más fáciles
de diseñar.
2.- Facilidad para almacenar, procesar y trasmitir la
información.
Ventajas de los Sistemas Digitales
3.- Programación de la operación.
4.- Los circuitos digitales se afectan menos con el ruido.
Ventajas de los Sistemas Digitales
Cuando empleamos técnicas digitales existe sólo una desventaja:
El mundo real es fundamentalmente analógico
Limitaciones de los Sistemas Digitales
Un sistema digital
• Es cualquier dispositivo destinado a la generación, transmisión, procesamiento o almacenamiento de señales digitales.
• Para el análisis y la síntesis de sistemas digitales binarios se utiliza como herramienta el álgebra de Boole.
Fuente http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_digital
Un sistema digital
Para la implementación de los circuitos digitales, se utilizan
puertas lógicas (AND, OR y NOT), construidas generalmente a
partir de transistores.
Estas puertas siguen el comportamiento de algunas funciones
del booleanas.
• Según el propósito los sistemas digitales se clasifican en:
• a) sistemas de propósitos especiales
• b) sistemas de propósitos generales.
Estos últimos permiten el cambio de su comportamiento
mediante la programación de algoritmos de soluciones de
problemas específicos.
Fuente http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_digital
Para aprovechar las técnicas digitales cuando se tienen entradas y salidas
analógicas, se siguen los 3 pasos:
1.-Convertir las entradas analógicas a la forma digital
2.-Almacenar y Procesar la información digital
3.-Convertir las salidas digitales a la forma analógica del
mundo real.
Conclusiones
ELECTRÓNICA
CIENCIA QUE ESTUDIA LOS FENÓMENOS
RELACIONADOS CON EL TRANSPORTE DE
CARGA ELÉCTRICA EN MEDIOS
MATERIALES JUNTO CON LA
CONSTRUCCIÓN DE DISPOSITIVOS,
CIRCUITOS Y SISTEMAS BASADOS EN
ESTOS.
Esta ciencia se divide en dos grandes ramas:
Analógica y Digital
ELECTRÓNICA DIGITAL
se encarga de sistemas electrónicos en los cuales la información está codificada en dos únicos estados. A dichos estados se les puede llamar "verdadero" o "falso", o más comúnmente 1 y 0, refiriéndose a que en un circuito electrónico hay (1- verdadero) tensión de voltaje o hay ausencia de tensión de voltaje ( 0 - falso).
ELECTRÓNICA DIGITAL VS ANALÓGICA
ELECTRÓNICA
DIGITAL ANALÓGICA
SOLO DOS ESTADOS POSIBLES PARA CODIFICAR
LA INFORMACIÓN
INFINIDAD DE ESTADOS POSIBLES PARA CODIFICAR
LA INFORMACIÓN
REPRESENTACIONES NUMÉRICAS
REPRESENTACIÓN
DE VALORES
NUMÉRICOS
CANTIDADES
DIGITALES
CANTIDADES ANALÓGICAS
DÍGITOS QUE CAMBIAN EN INCREMENTOS DISCRETOS
(PASO A PASO)
PUEDEN VARIAR A TRAVÉS DE UN INTERVALO CONTINUO DE
VALORES
ANALÓGICO VS DIGITAL
SISTEMAS DIGITALES Y ANALÓGICOS
• SISTEMAS DIGITALES
Combinación de dispositivos diseñados para manipular
información que solo puede representarse en forma digital o tomar valores discretos
• SISTEMAS ANALÓGICOS
Dispositivos que pueden manipular cantidades físicas que
varían sobre un intervalo continuo de valores
ELECTRÓNICA DIGITAL
• AUMENTO DE FIABILIDAD EN EL PROCESAMIENTO Y TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN
• SOPORTE MATEMÁTICO ADECUADO, COMO SON LAS ÁLGEBRAS DISCRETAS
• TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN ADECUADAS
• AMPLIA DISTRIBUCIÓN COMERCIAL
• AMPLIAS APLICACIONES EN MÚLTIPLES CAMPOS
TIPOS DE CIRCUITOS DIGITALES
• CIRCUITOS COMBINACIONALES
• Las salidas únicamente son función del valor de las entradas y no de la historia anterior del circuito; por lo tanto, no tienen memoria y el orden de la secuencia de entradas no es significativo.
CIRCUITOS SECUENCIALES
Se caracterizan por el hecho de que las salidas dependen de la historia anterior del circuito además de la combinación de entradas; por lo que estos circuitos sí disponen de memoria y el orden de la secuencia de entradas sí es significativo
LIMITACIONES DE LAS TÉCNICAS DIGITALES
• El mundo real es analógico
• El procesamiento de las señales digitales lleva tiempo
SISTEMAS NUMÉRICOS
Sistema Numérico
Se llama sistema numérico al conjunto ordenado de símbolos o dígitos y a las reglas con que se combinan para representar cantidades numéricas. Existen diferentes sistemas numéricos, cada uno de ellos se identifica por su base.
Dígito
Un dígito en un sistema numérico es un símbolo que no es combinación de otros y que representa
un entero positivo.
Bit
Es un dígito binario (Abreviación del inglés binary digit), es decir, un 0 o un 1.
LOS SISTEMAS NUMÉRICOS
Notación
En adelante, para distinguir entre los diferentes sistemas numéricos encerraremos entre paréntesis el número y le añadiremos un subíndice, indicando la base que se está usando.
Sin embargo, si no se usa subíndice se deberá entender que el número está en base diez, a menos que se diga lo contrario.
Ejemplos:
35 = (35)10 = 35 base 10 (sistema decimal)
(110100)2 = 1101002= 110100 base 2 (sistema binario)
(34)16 = 3416= 34 base 16 (sistema hexadecimal)
Código decimal binario (BCD)
El código decimal binario (BCD Binary Code Decimal) es utilizado para expresar los diferentes dígitos decimales con un código binario. Por consiguiente, el código BCD tiene diez grupos de código y resulta práctico para convertir entre decimal y BCD
Decimal Dígito en BCD
0 0000
1 0001
2 0010
3 0011
4 0100
5 0101
6 0110
7 0111
8 1000
9 1001
El código 8421
El código 8421 pertenece al grupo de códigos BCD. El nombre 8421 indica los diferentes pesos de los cuatro bits binarios (23, 22, 21, 20).
Con un número de 4 bits se pueden representar 24 combinaciones posibles, pero al emplear el código 8421 se incluyen solamente 10 grupos de código binario, en consecuencia las combinaciones 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 1111 no se utilizan.
Ejemplo
Convertir a BCD el número decimal 6498.
Reemplazando por los valores de la tabla 1.1.4. se obtiene,
649810 =(0110 0100 1001 1000)8421
Códigos alfanuméricos
Permiten codificar caracteres del lenguaje natural en un conjunto de bits.
Al igual que con los números, no existe una única norma para codificar los caracteres alfanuméricos
es un código binario de un grupo de elementos que constan de diez dígitos decimales, las 26 letras del alfabeto y cierto número de de símbolos especiales como el $. El número total de elementos en un grupo alfanumérico es mayor de 36. Por lo tanto debe codificarse con un mínimo de seis bits (26 = 64 ).
El ASCII ( The American Standard Code for Information Interchange, Código Estándar estadounidense para el intercambio de información) es un código desarrollado por el Instituto Estadounidense de Normas.
Procede directamente de la definición de byte: 1B = número de bits necesarios para codificar un carácter. Utiliza 7 bits para representar cada carácter, y el octavo como bit de paridad para detectar errores. Las 128 variaciones distintas que se pueden conseguir con 7 bits permiten incluir en esta codificación las mayúsculas y minúsculas del abecedario inglés.
BYTE
Un byte consiste de 8 bits y puede representar cualquiert tipo de datos o de información.
¿Cuántos bytes hay en una cadena de 32 bits?
Solución
32/8 = 4 hay cuatro bytes en una cedena de 32 bits.
NIBBLE
Abarca la mitad de un byte.
¿Cuántos nibbles hay en un byte?
Solución
2
PALABRA
Es un grupo de bits que representa una cierta unidad de informacion.
La computadora personal en su escritorio puede manejar ocho bytes a la vez, por lo tanto tiene un tamaño de palabra de 64bits.
Dependiendo de la longitud (medida en número de bits) del registro, este se denomina de acuerdo ala siguiente tabla
MÉTODO DE PARIDAD PARA LA DETECCIÓN DE ERRORES
Un bit de paridad es un dígito binario que indica si el número de bits
con un valor de 1 en un conjunto de bits es par o impar. Los bits de paridad conforman el método de detección de errores más simple.
Hay dos tipos de bits de paridad: bit de paridad par y bit de paridad impar.
El bit de paridad par se pone a 1 si el número de unos en un conjunto de bits es impar, haciendo de esta forma que el número total de bits (datos+paridad) sea par.
El bit de paridad impar se pone a 1 si el número de unos en un conjunto de bits es par, haciendo de esta forma que el número total de bits (datos+paridad) sea impar.
Nótese que este método detecta los errores, pero no los corrige.