ARQUITECTURA DE COMPUTADORES QUINTO SEMESTRE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

SEDE MANIZALES

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

QUINTO SEMESTRE

PROFESOR: ALFONSO PIO AGUDELO

INDICE

1. PRINCIPIOS DE ELECTRONICA

• Fundamentos de electricidad

• Teoría de circuitos

• Semiconductores

• Cristales de Silicio, Germanio

• Dopado de un semiconductor

• Diodo

• El transistor

2. SISTEMAS DIGITALES

• Sistema de representación de datos

• Sistemas numéricos

• Compuertas lógicas

• Álgebra Booleana

• Simplificación mapas de Karnaugh

• Circuitos lógicos combinatorios

3. CIRCUITOS INTEGRADOS

• Circuitos lógicos MSI

• Decodificador

• Codificador

• Demultiplexor

• Multiplexor

• Lógica programable (PLA)

4. DISPOSITIVOS DE MEMORIA

• Flip Flops

• Almacenamiento y transferencia de datos en serie

• Almacenamiento y transferencia de datos en paralelo

• Aritmética digital

• Contadores y registros

• Conexiones con la CPU

5. LA COMPUTADORA

• Microprocesador

• Memoria

• Dispositivos de entrada y salida

• Programación a bajo nivel (Assembler)

• Arquitectura de computadores:

• SISC

• SIMD

• MISD

• MIMD

• RISC

• CISC

INTRODUCCIÓN

De acuerdo a nuestra concepción actual de la materia, la carga eléctrica es una propiedad que nace de la estructura misma de la materia, de su estructura atómica.

Esta idea consiste en que la materia está compuesta por átomos, los cuales están formados por la misma cantidad de cargas eléctricas positivas y negativas (además de partículas eléctricamente neutras).

Coulomb encontró experimentalmente que la fuerza de atracción o repulsión, entre cargas de signos opuestos o iguales, respectivamente, son directamente proporcionales al producto de la magnitud de sus cargas e inversamente proporcionales al cuadrado de distancia que las separa.

Para lograr que un cuerpo quede cargado eléctricamente requerimos que haya en él un exceso de uno de los dos tipos de carga (+ o -), lo cual podemos lograr haciendo uso de diferentes procesos: frotamiento, inducción y contacto.

Los materiales, desde la perspectiva del fenómeno eléctrico, pueden clasificarse como:

- Conductores.

- Semiconductores.

- Aislantes.

Esta clasificación se hace considerando la facilidad o dificultad con que tales materiales permiten que la carga eléctrica fluya a través de ellos. En los conductores existen electrones cuya fuerza eléctrica que los unen a la estructura atómica son más débiles que en el caso de los semiconductores o aislantes, en los que tales fuerzas son considerablemente mayores. No se trata, pues, de una clasificación en la que algunos materiales conducen y otros no, sino de una clasificación en base al trabajo necesario para separar un electrón de su estructura atómica y lograr que fluya a través del material.

1. PRINCIPIOS DE ELECTRICIDAD

La Electricidad categoría de fenómenos físicos originados por la existencia de cargas eléctricas y por la interacción de las mismas. Cuando una carga eléctrica se encuentra estacionaria, o estática, produce fuerzas eléctricas sobre las otras cargas situadas en su misma región del espacio; cuando está en movimiento, produce además efectos magnéticos. Los efectos eléctricos y magnéticos dependen de la posición y movimiento relativos de las partículas con carga. En lo que respecta a los efectos eléctricos, estas partículas pueden ser neutras, positivas o negativas. La electricidad se ocupa de las partículas cargadas positivamente, como los protones, que se repelen mutuamente, y de las partículas cargadas negativamente, como los electrones, que también se repelen mutuamente. En cambio, las partículas negativas y positivas se atraen entre sí. Este comportamiento puede resumirse diciendo que las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de distinto signo se atraen.

CORRIENTE ELÉCTRICA

El termino corriente eléctrica, se emplea para describir la tasa de flujo de carga que pasa por alguna región de espacio. La mayor parte de las aplicaciones prácticas de la electricidad tienen que ver con corrientes eléctricas. Por ejemplo, la batería de una luz de destellos suministra corriente al filamento de la bombilla cuando el interruptor se conecta. Una gran variedad de aparatos domésticos funcionan con corriente alterna. En estas situaciones comunes, el flujo de carga fluye por un conductor, por ejemplo, un alambre de cobre.

Es posible también que existan corrientes fuera de un conductor. Por ejemplo, un haz de electrones en el tubo de imagen de un Televisor constituye una corriente.

DEFINICIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA

La corriente eléctrica es el flujo de carga eléctrica (electrones, iones, partículas cargadas, etc.), que normalmente viaja (es empujada) a través de conductor eléctrico.

La corriente eléctrica que pasa por un material conductor; tiene como unidad de medida el Amperio y se representan con la letra A. El Amperio corresponde al flujo de carga de un Coulomb por segundo.

RESISTENCIA Y LEY DE OHM

Las cargas se mueven en un conductor para producir una corriente bajo la acción de un campo eléctrico dentro del conductor. Un campo eléctrico puede existir en el conductor en este caso debido a que estamos tratando con cargas en movimiento, una situación no electrostática.

Bibliografía

• Física Tomo II

Cuarta Edición

Autor: Raymond A. Serway

Editorial: McGraw-Hill

• Enciclopedia Encarta 2002

Biblioteca de Consulta

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RESISTENCIA ELÉCTRICA

La cantidad de corriente que fluye en un circuito depende del voltaje que suministra la fuente de voltaje. El flujo de corriente también depende de la resistencia que opone el conductor al flujo de carga: La resistencia de un cable depende de la conductividad del material del que está hecho y también del espesor y de la longitud del cable. La resistencia eléctrica es menor en los cables gruesos que en los delgados. Los cables largos oponen más resistencia que los cortos.

Además, la resistencia depende de la temperatura. Cuanto más se agitan los átomos dentro del conductor, mayor es la resistencia que el mismo opone al flujo de carga. En la mayoría de los casos, un aumento de temperatura se traduce en un incremento en la resistencia del conductor.

La resistencia eléctrica se mide en unidades llamadas ohms (Ω) en honor a George Simon Ohm, físico alemán que puso a prueba distintos tipos de cable en diversos circuitos para determinar el efecto de la resistencia del cable en la corriente.

• ¿Que es la carga eléctrica y donde se ubica?

Los antiguos griegos ya sabían en el siglo V a.c. que al frotar ciertas sustancias éstas adquieren la propiedad de atraer cuerpos de masa reducida. Una de las sustancias que manifiestan este fenómeno con mayor facilidad es el Ámbar, cuya denominación en griego, ELEKTRÓN, se aplicó al proceso que tenía lugar en él.

Cuando un cuerpo está electrizado, se dice que presenta una cierta carga eléctrica que caracteriza las propiedades de atracción y repulsión del mismo.

Pueden utilizarse tres métodos para cargar eléctricamente un objeto:

1) contacto con otro objeto de distinto material (como por ejemplo, ámbar y piel) seguido por separación.

2) Contacto con otro cuerpo cargado.

3) Inducción.

Tomada de la Enciclopedia Larousse.

Estos tres objetos muestran la forma en que las cargas eléctricas afectan a conductores y no conductores. Una varilla negativamente cargada (A) afecta a la distribución de cargas de un conductor (B) y un no conductor (C) cercanos. En los lados de B y C más próximos a A se induce una carga positiva, mientras que en los lados más alejados aparece una carga negativa. En el conductor (B), la separación de la carga afecta a todo el objeto, porque los electrones pueden moverse libremente. En el no conductor (C), la separación se limita a la distribución de los electrones dentro de cada átomo. El efecto se nota más si el no conductor está cerca del objeto cargado.

Tomada de la Enciclopedia Larousse.

Dos varillas con cargas del mismo signo se repelen. Para observarlo pueden frotarse dos varillas del mismo material (por ejemplo, vidrio) empleando el mismo método (por ejemplo, un paño de seda). Al ser del mismo material y haber sido frotadas de la misma forma, las varillas adquieren cargas del mismo signo. Si se cuelga una varilla de un hilo de forma que pueda girar y se le acerca la otra, la primera gira alejándose de la segunda, lo que demuestra que las cargas se repelen. Si las dos varillas tuvieran cargas de signo opuesto, la primera se acercaría a la segunda, puesto que las cargas de distinto signo se atraen.

¿Que fenómenos físicos demuestran la existencia de la carga eléctrica?.

Aquí van algunos fenómenos físicos:

• Un globo se pega a un pulóver porque,

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