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.