INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DIGITALES

Este libro fue amablemente cedido por el Ing. Fernando Szklanny para ser utilizado por los alumnos de la materia Arquitectura de Computadoras 1109 de la Universidad Nacional de La Matanza. Solo se permite el uso de esta versión a los alumnos de esta materia.

Agradecemos al Ing. Szklanny su gentileza al ceder esta versión digital muy útil durante el aislamiento por Covid-19.

INTRODUCCIÓN  A LOS SISTEMAS  DIGITALES

ING. FERNANDO IGNACIO  SZKLANNY

PRÓLOGO

La segunda edición de esta Introducción a los Sistemas Digitales, surgida  dos años después de la versión inicial, incluye no sólo la revisión y  corrección total de la misma, sino también el agregado de algunos temas  complementarios a los publicados anteriormente.

Es así que se ha ampliado el capítulo 4, referido a funciones lógicas, con  los métodos utilizados para la simplificación de dichas funciones.  Asimismo, se ha agregado el capítulo 5, con una base introductoria a los  circuitos combinatorios.

Planteado así, este trabajo aparece como un texto introductorio, pensado  para aquellos que inician su camino por los circuitos y sistemas digitales,  sin pretender de ninguna manera reemplazar la lectura de las muchas y  muy buenas obras que existen sobre el tema. Tal como lo planteé en el  prólogo de la primera edición, el objetivo era el de ofrecer algo que  sirviese como texto básico para una materia introductoria al hardware de  computadoras en carreras como licenciatura de sistemas, ingeniería de  sistemas, o afines, para alumnos sin conocimientos de hardware ni de los  recursos básicos que sirven como base al hardware de computadoras  (sistema de numeración binaria, álgebra de Boole, lógica electrónica, etc.).

Quedan pendientes para una próxima, y espero que definitiva, edición,  los temas referidos a circuitos secuenciales, así como el aspecto  tecnológico de los circuitos integrados y la lógica electrónica.

Debo a esta altura replantear los agradecimientos a todos aquellos que  insistieron en que el camino iniciado era el correcto. Por consiguiente,  nuevamente quiero agradecer a mi colega, el Ing. Daniel Giullianelli, cuya  insistencia me obligó a decidir de una vez la publicación de aquellos  capítulos que hace ya un tiempo yacían encerrados en una computadora,  y que, al utilizar este texto en su cátedra de Introducción a la Informática,  me puso en la obligación de continuar con el compromiso planteado en la  primera edición de esta modesta obra.

Debo agradecer también al Lic. Fernando Orthusteguy, por su completa  revisión de la primera edición y sus comentarios y sugerencias para  mejorar algunos de los temas desarrollados.

También debo reiterar mi agradecimiento a mis colaboradores docentes  en las cátedras de Sistemas de Computación I en la Universidad Nacional  de La Matanza, de Sistemas de Computación de la Universidad de Morón  y de Técnicas Digitales de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de  Buenos Aires, por cuanto, además de sus continuos aportes a la  metodología de la enseñanza de estos contenidos, fueron lo  suficientemente críticos como para hacerme notar cuantas cosas podrían  haber hecho mejor. Hago mención aquí, reparando la injusticia cometida en la primera edición, a mis colegas docentes Elio De María, Miriam Perez  Berro, Silvia Perrone, Carlos Maidana, Hugo Tantignone, Juan Carlos  Cervellera, Roberto Di Lorenzo, Roberto Landaburu, Francisco Vanni,  Guillermo Beneitez, Carlos Rodríguez, Hugo Pagola, Miguel Martinez,  Pablo Lena, Eduardo Iacobacci, Marcelo Volpi, Hugo Pagola, Facundo  Caram, Veronica Tramanelli, Jorge Fiter, Pablo Pandolfo. Cada uno de  ellos, de alguna manera o de otra, ha hecho algo para que esta segunda  edición esté en camino.

Nuevamente corresponde agradecer a mi familia, por su apoyo y su  paciencia, y en especial a mi hijo Ariel, que ahora, con catorce años, siguió  trabajando en la ilustración de los capítulos que forman esta publicación  con el mismo entusiasmo con el que lo hizo anteriormente.

Por último, debo reiterar el compromiso, ante quienes han intentado  convencerme de la importancia de este trabajo, de intentar llegar a  completar, en el plazo más corto posible, el objetivo inicialmente  planteado

Fernando I. Szklanny

Marzo 2002

INTRODUCCIÓN A  LOS SISTEMAS  DIGITALES

ING. FERNANDO IGNACIO  SZKLANNY

CAPÍTULO I:

CONCEPTOS FUNDAMENTALES I

INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DIGITALES. ING. FERNANDO I. SZKLANNY CAPÍTULO 1: CONCEPTOS FUNDAMENTALES I

1.1.- Introducción

El incesante progreso de los sistemas de computación está asociado con la permanente necesidad  de administrar información en forma cada vez más intensiva. Esta exigencia hace que aquellas  actividades relacionadas con el manejo de la información requieran herramientas y medios que  permitan simplificar y acelerar ese manejo. Operaciones y actividades que no hace mucho tiempo  atrás se resolvían mediante elementos que hoy parecen primitivos (papel y lápiz, regla de cálculo,  ábacos, calculadoras mecánicas, etc.) requieren de sistemas de computación como algo casi  imprescindible.  

No cabe duda de que los progresos tecnológicos, especialmente en el campo de la electrónica y la  microelectrónica, así como en el de las técnicas de programación, han permitido la valorización de  la computadora como herramienta auxiliar para muchas aplicaciones de la vida diaria.  

Y tampoco cabe duda de que otro progreso tecnológico de estos últimos años, producido en el  campo de las comunicaciones, ha vuelto a revolucionar la tecnología, al permitir la  intercomunicación de los sistemas de transmisión de voz y de datos a nivel mundial, con una  sencillez, para el usuario, casi imposible de imaginar hace no muchos años atrás.  

1.2.- Magnitudes físicas

Todos estos progresos tienen que ver fundamentalmente con administración de información.  Dicha información se obtiene, en última instancia, a partir de valores o datos que pueden obtenerse  en función de diferentes procesos o procedimientos físicos. Al hablar de procedimientos físicos, se  piensa habitualmente en lo que se conoce como medición. Desde el punto de vista físico, medir  significa comparar, y de acuerdo con el tipo de datos a medir, esa comparación puede llevarse a  cabo de distintas maneras. El concepto de medición se relaciona con el concepto físico de  magnitud, y la comparación vinculada con esa medición, a su vez, se relaciona con la unidad  correspondiente a esa magnitud.  

Para intentar poner claridad sobre este planteo, se deberán establecer algunas definiciones básicas  que permitan vincular estas consideraciones físicas con el objetivo fundamental de esta obra: la  utilización de los sistemas de computación y su vinculación con el procesamiento electrónico de  información. De acuerdo con la definición tradicional, se llama magnitud a todo aquello que es  capaz de ser medido. Una magnitud física, por consiguiente, implica la posibilidad de determinar  un valor, el que deberá determinarse a través de su comparación con la unidad correspondiente a  dicha magnitud. Dicha unidad, en general, se encuentra definida en la forma de un patrón de  medición, establecido en forma precisa y de carácter universal.

1.3.- Magnitudes continuas y discretas

Dentro del ámbito de la física, la inmensa mayoría de las magnitudes son de tipo continuo. Este  concepto implica que, dentro de un rango de validez aceptado para dicha magnitud, la misma  puede adoptar todos y cada uno de los valores existentes. Dicho de otra manera, entre dos valores  cualesquiera determinados para esa magnitud, siempre podrá encontrarse algún otro valor  intermedio. Dado que esta última definición es iterativa, se puede pensar que una magnitud es  continua cuando, dentro de su rango de validez, es capaz de adoptar infinitos valores distintos. Si  se representa una magnitud de estas características en un diagrama de tiempos, lo que se obtendrá,

CONCEPTOS FUNDAMENTALES I

desde el punto de vista matemático es una función continua F = f(t) tal como se observa en la  figura 1.1.

[pic 1]

No obstante, existen en el universo magnitudes cuya valoración no es continua. Por el contrario, en  estos casos, los distintos valores que las componen están separados entre sí, por lo que no cabe la  posibilidad de encontrar siempre un valor intermedio entre otros dos valores de la magnitud en  cuestión. En estos casos se entenderá que la magnitud es discreta o cuantificada, y su  representación temporal mostrará una función no continua, en la que solamente se podrán tener,  sobre el eje de ordenadas, aquellos valores de la función que correspondan a su cuantificación. La  figura 1.2 muestra un ejemplo de magnitud discreta. Surge de esta definición que el proceso de  medida de una magnitud discreta es a través del conteo de sus valores permitidos. Una magnitud  discreta se mide contando.  

[pic 2]

La necesidad de medición de las diferentes magnitudes determina la existencia de métodos e  instrumentos adecuados para cada una de ellas. Así, se utilizará la balanza para medir pesos, o se  utilizará un recipiente graduado para medir volúmenes o capacidades. De la misma manera, se  pueden establecer dispositivos que permitan medir velocidades, presiones, niveles sonoros,  distancias, temperaturas, etc., por señalar solamente algunas de las magnitudes habitualmente  medidas en la actividad diaria.

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