Páginas:
1096
Edición:
1
Fecha de publicación:
27/02/2015
ISBN:
9788426721983
Formato:
21x25 cms

Sistemas electrónicos digitales

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Esta nueva edición es el resultado del esfuerzo realizado por los dos autores para convertir el libro en un sistema de autoaprendizaje y adaptarlo a los cambios que los progresos alcanzados por la Microelectrónica en el siglo XX y en la primera década del siglo XXI exigen a la enseñanza y al aprendizaje de la Electrónica Digital.

La Electrónica Digital ha tenido un desarrollo espectacular desde que inició su andadura a finales de la década de 1950 hasta la actualidad, debido principalmente al extraordinario avance de la Microelectrónica. La superación de los diez millones de dispositivos en un único circuito integrado monolítico no solo supuso que los esquemas dejasen de constituir una herramienta válida para describir los sistemas digitales complejos, sino que trajo consigo el que algunos métodos de diseño y de implementación basados en su utilización se abandonasen y fuesen sustituidos por otros que utilizan como herramienta los lenguajes de descripción de sistemas digitales.

Lo expuesto anteriormente, unido a la tendencia, cada vez más acusada por parte de los fabricantes de circuitos integrados, a utilizar las herramientas de diseño asistido por computador para ocultar la forma de implementar el sistema físico (Hardware) y dificultar así la imitación por parte de sus competidores, hace que cada vez sea más difícil aprender los conceptos tecnológicos básicos de forma independiente de las soluciones concretas proporcionadas por aquellos. Los autores consideran que dicho aprendizaje es importante para formar técnicos que tengan capacidad de diseño de sistemas con circuitos integrados de diferentes fabricantes y, por ello, han desarrollado un considerable esfuerzo, basado en su experiencia profesional y docente, para combinar el análisis de los símbolos lógicos con los lenguajes de descripción de sistemas digitales. Dicho esfuerzo se  plasma en esta décima edición en la que se propone el inicio del estudio del lenguaje VHDL en el capítulo 5, después de estudiar en el 3 y en el 4 los bloques funcionales combinacionales, y su ampliación en el capítulo 7, después de estudiar los bloques funcionales secuenciales en el capítulo 6.

Para superar los retos que todo ello supone se utiliza en este libro una estrategia basada en presentar los conceptos comenzando por los más sencillos hasta llegar a los más complejos, tal como propugna el versículo 63 del Tao Te King incluido en la portada interior del libro. Se hace uso para ello de los nuevos formatos electrónicos de almacenamiento de la información que permiten presentar en el papel los principios básicos de los circuitos que han dejado de ser utilizados, como por ejemplo los monoestables y los contadores asíncronos, e incluir una descripción más amplia en un apéndice dentro del disco compacto para aquel lector que quiera analizar con más detalle sus características con el objetivo de comprender por qué se dejaron de utilizar.
Esta edición está orientada a cumplir dos objetivos:

Proporcionar a los ingenieros de las diferentes áreas de las Tecnologías de la Información, como la Informática, la Electrónica y Automática Industriales y la Telecomunicación, los conocimientos básicos necesarios para trabajar en equipos multidisciplinares de diseño de sistemas digitales y colaborar con los científicos en el diseño de sistemas digitales complejos basados en el avance de la nanotecnología electrónica. Por primera vez en esta décima edición del libro se ponen ejemplos reales de productos no solo fabricados en España sino también desarrollados por empresas españolas e iberoamericanas para tratar de demostrar el camino a seguir para elevar la competitividad de nuestros países.

Proporcionar a los ingenieros electrónicos la base necesaria para convertirse en diseñadores del sistema físico de los sistemas digitales complejos.

La complejidad alcanzada por la Electrónica Digital hace que no exista un consenso general en lo que se refiere a las denominaciones de los diferentes circuitos y sistemas. Por ello, en el apéndice 10 se incluye un diccionario de términos en inglés y una propuesta de su equivalente en español, que trata de contribuir a mentalizar a los técnicos de habla hispana sobre la importancia de potenciar la utilización de nuestro idioma en todas las áreas de la Tecnología. Además, en el disco compacto se incluyen las hojas de características de numerosos circuitos integrados que muestran al lector la importancia que tiene aprender los conceptos de forma independiente de las denominaciones utilizadas por los distintos fabricantes.
Mención especial merece el capítulo 11 en el que se presentan los circuitos digitales configurables (Configurable integrated circuits) a través de numerosos ejemplos de circuitos integrados normalizados (Standard off the shelf) de distintos fabricantes, que tiene como objetivo introducir los circuitos que facilitan el diseño de sistemas electrónicos digitales de elevadas prestaciones.

Prólogo a la décima edición ……………………………………………………………………………VII
Introducción a la décima edición ……………………………………………………………………..IX
Capítulo 1. Fundamentos de los sistemas digitales y códigos de numeración ……..1
1.1 Introducción …………………………………………………………………………………………….1
1.1.1 Señales eléctricas analógicas ……………………………………………………………………… 2
1.1.2 Señales eléctricas digitales …………………………………………………………………………. 3
1.1.3 Señales eléctricas temporales …………………………………………………………………….. 5
1.2 Circuitos y sistemas electrónicos digitales y sus aplicaciones …………………. 6
1.3 Representación de los números. Sistemas de numeración ………………………12
1.3.1 Introducción …………………………………………………………………………………………….. 12
1.3.2 Sistema binario de numeración …………………………………………………………………. 13
1.3.3 Sistema octal de numeración ……………………………………………………………………. 15
1.3.4 Sistema hexadecimal de numeración ………………………………………………………… 17
1.4 Códigos binarios …………………………………………………………………………………….18
1.4.1 Códigos decimales codificados en binario …………………………………………………. 19
Códigos BCD ponderados ………………………………………………………………………………………… 19
Códigos BCD no ponderados ……………………………………………………………………………………. 20
1.4.2 Códigos binarios continuos y cíclicos ………………………………………………………… 21
1.4.3 Códigos alfanuméricos ……………………………………………………………………………… 24
1.4.4 Códigos para codificar estados internos y ejecutar acciones ………………………. 27
1.4.5 Códigos detectores de errores …………………………………………………………………… 27
1.4.5.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………. 27
1.4.5.2 Detección de errores en la transmisión de información en paralelo ………………….. 28
1.4.5.3 Detección de errores en la transmisión de información en serie ……………………….. 30
Detección de errores mediante bits de paridad ……………………………………………….. 30
Detección de errores mediante suma …………………………………………………………….. 32
Detección de errores mediante redundancia cíclica ………………………………………….. 33
1.4.6 Códigos correctores de errores …………………………………………………………………. 33
Capítulo 2. Álgebra de Boole y puertas lógicas …………………………………………39
2.1 Definición y postulados …………………………………………………………………………. 39
2.2 Teoremas del álgebra de Boole ……………………………………………………………… 41
2.3 Función de un álgebra de Boole …………………………………………………………….. 49
2.4 Tabla de verdad de una función lógica …………………………………………………… 55
2.5 Funciones lógicas importantes …………………………………………………………….. 56
2.5.1 Función O-exclusiva …………………………………………………………………………………. 56
2.5.2 Función equivalencia o comparación …………………………………………………………. 57
2.6 Representación de una función lógica mediante un esquema de contactos .. 58
2.7 Puertas lógicas y su clasificación ………………………………………………………….. 61
2.7.1 Introducción …………………………………………………………………………………………….. 61
2.7.2 Tipos de salida de las puertas lógicas ………………………………………………………… 61
Salida normal ………………………………………………………………………………………………………….. 62
Salida de tres estados ………………………………………………………………………………………………. 63
Salida de colector o drenador abierto ………………………………………………………………………….. 63
Salida de emisor o surtidor abierto ……………………………………………………………………………… 64
Salida con carga pasiva en el colector o en el drenador …………………………………………………. 64
Salida con carga pasiva en el emisor o en el surtidor ……………………………………………………… 65
Capítulo 3. Sistemas combinacionales ……………………………………………………….69
3.1 Generalidades ………………………………………………………………………………………. 69
3.2 Simplificación de las funciones lógicas ……………………………………………………71
3.2.1 Conceptos generales ………………………………………………………………………………… 71
3.2.2 Método tabular de Karnaugh de simplificación de las funciones lógicas ………. 72
3.2.3 Método numérico de Quine-McCluskey de simplificación de las funciones lógicas ……………………. 79
3.3 Definición y simplificación de las funciones incompletas ……………………….. 79
3.4 Multifunciones: definición y aplicación de los métodos de simplificación ……………….. 84
3.5 Implementación de las funciones lógicas mediante puertas lógicas ……….. 87
3.5.1 Implementación con puertas NO-Y (NAND) y NO-O (NOR) …………………………… 87
3.5.2 Implementación de las funciones lógicas mediante la función «Y por conexión» ………… 96
3.5.3 Implementación de las funciones lógicas con puertas O-exclusiva ………………. 98
3.6 Fenómenos aleatorios en los sistemas combinacionales ……………………….. 98
3.6.1 Introducción …………………………………………………………………………………………….. 98
3.6.2 Fenómenos aleatorios estáticos ………………………………………………………………… 98
3.6.3 Fenómenos aleatorios dinámicos ………………………………………………………………. 99
3.6.4 Eliminación de los fenómenos aleatorios ………………………………………………….. 100
3.7 Bloques funcionales combinacionales de función fija …………………………….102
3.7.1 Introducción …………………………………………………………………………………………… 102
3.7.2 Decodificadores ……………………………………………………………………………………… 104
3.7.2.1 Introducción …………………………………………………………………………………………….. 104
3.7.2.2 Decodificadores no excitadores …………………………………………………………………. 105
3.7.2.3 Decodificadores excitadores ……………………………………………………………………… 116
3.7.3 Codificadores …………………………………………………………………………………………. 124
3.7.4 Multiplexores ………………………………………………………………………………………….. 127
3.7.4.1 Multiplexores implementados con puertas Y y puertas O ………………………………. 129
3.7.4.2 Multiplexores implementados con puertas triestado …………………………………….. 134
3.7.4.3 Multiplexores implementados con interruptores …………………………………………… 137
3.7.4.4 Aplicaciones de los multiplexores ………………………………………………………………. 140
3.7.5 Demultiplexores ……………………………………………………………………………………… 143
3.7.5.1 Demultiplexores implementados con decodificadores ………………………………….. 143
3.7.5.2 Demultiplexores implementados con interruptores ……………………………………….. 144
3.7.6 Comparadores binarios …………………………………………………………………………… 145
3.7.7 Detectores/generadores de paridad …………………………………………………………. 150
3.7.8 Operadores aritméticos …………………………………………………………………………… 152
3.8 Bloques funcionales combinacionales programables …………………………….152
3.8.1 Introducción …………………………………………………………………………………………… 152
3.8.2 Bloques funcionales combinacionales programables no universales ………….. 154
3.8.3 Bloques funcionales combinacionales programables universales ……………… 154
3.8.3.1 Bloques funcionales combinacionales programables universales
completos. Memorias de acceso aleatorio …………………………………………………… 154
3.8.3.2 Bloques funcionales combinacionales programables universales
incompletos …………………………………………………………………………………………….. 162
3.8.3.2.1 Matrices lógicas programables (PLA) ………………………………………….. 163
3.8.3.2.2 Matrices lógicas Y-programables (PAL) ……………………………………….. 168
3.8.3.2.3 Ampliación de la capacidad de las matrices lógicas programables (PLA) y las matrices lógicas Y-programables (PAL) ……. 172
3.8.3.2.4 Matrices lógicas programables de puertas universales ………………….. 176
Capítulo 4. Operaciones y circuitos aritméticos ……………………………………….185
4.1 Generalidades ………………………………………………………………………………………185
4.2 Operaciones en el sistema binario de numeración …………………………………185
4.2.1 Suma aritmética binaria …………………………………………………………………………… 186
4.2.2 Circuitos sumadores ………………………………………………………………………………. 189
4.2.2.1 Circuito sumador secuencial ……………………………………………………………………… 189
4.2.2.2 Circuito sumador en paralelo ……………………………………………………………………… 190
Generación del acarreo en serie ……………………………………………………………………. 190
Generación del acarreo en paralelo ……………………………………………………………….. 191
4.2.3 El circuito sumador total como bloque funcional ……………………………………….. 199
4.2.3.1 Circuito comparador …………………………………………………………………………………. 199
4.2.3.2 Circuitos generadores/detectores de paridad ………………………………………………. 199
Generador/detector de paridad en paralelo ……………………………………………………. 200
Generador/detector de paridad en serie ………………………………………………………… 200
4.2.4 Resta binaria ………………………………………………………………………………………….. 201
4.2.4.1 Representación de los números negativos …………………………………………………… 201
4.2.4.2 Operación de resta con números negativos mediante el convenio
del complemento a dos …………………………………………………………………………….. 204
4.2.4.3 Operación de resta con números negativos mediante el convenio
del complemento a uno …………………………………………………………………………….. 210
4.2.5 Unidad aritmética y lógica ……………………………………………………………………….. 216
4.2.6 Multiplicación binaria ………………………………………………………………………………. 219
4.3 Operaciones aritméticas en los códigos decimales codificados
en binario (BCD) ………………………………………………………………………………….. 223
4.3.1 Introducción …………………………………………………………………………………………… 223
4.3.2 Operaciones aritméticas en el código decimal codificado en binario
natural (BCD natural) ………………………………………………………………………………. 224
4.3.2.1 Suma en el código BCD natural …………………………………………………………………. 224
Sumador de números en BCD natural mediante un circuito combinacional ………… 225
Sumador de números en BCD natural mediante un procesador digital secuencial …. 226
4.3.2.2 Resta en el código BCD natural …………………………………………………………………. 227
4.3.2.3 Suma y resta en el código BCD natural ……………………………………………………….. 230
4.4 Formatos de representación de los números fraccionarios …………………… 232
4.4.1 Representación de los números fraccionarios en coma fija ………………………… 232
4.4.2 Representación de los números fraccionarios en coma flotante …………………. 233
Capítulo 5. Introducción a los lenguajes de descripción de los sistemas digitales. Fundamentos del lenguaje VHDL …………………………….. 239
5.1 Introducción …………………………………………………………………………………………239
5.2 Fundamentos de los lenguajes de descripción de los sistemas digitales … 240
5.2.1 Introducción …………………………………………………………………………………………… 240
5.2.2 Principales elementos de un lenguaje RTL ……………………………………………….. 240
5.3 Lenguajes de descripción de los sistemas digitales ……………………………… 242
5.3.1 Introducción …………………………………………………………………………………………… 242
5.3.2 Descripción de los sistemas digitales complejos ………………………………………. 244
5.3.2.1 Descripción estructural ……………………………………………………………………………… 244
5.3.2.2 Descripción funcional ……………………………………………………………………………….. 245
5.3.2.3 Descripción física o geométrica ………………………………………………………………… 246
5.3.2.4 Descripción mixta …………………………………………………………………………………….. 246
5.3.3 Conceptos generales de los lenguajes de descripción de los sistemas
digitales …………………………………………………………………………………………………. 246
5.3.4 Lenguajes HDL estructurados ………………………………………………………………….. 247
5.3.4.1 Introducción …………………………………………………………………………………………….. 247
5.3.4.2 Características de los lenguajes HDL estructurados ……………………………………… 248
Introducción ……………………………………………………………………………………………… 248
Conceptos básicos de los lenguajes HDL estructurados ………………………………….. 249
Características de los archivos de descripción de los lenguajes HDL estructurados .. 249
5.4 Lenguaje VHDL de descripción de sistemas digitales …………………………… 250
5.4.1 Introducción …………………………………………………………………………………………… 250
5.4.2 Conceptos básicos del lenguaje VHDL …………………………………………………….. 253
5.4.2.1 Identificadores y palabras reservadas …………………………………………………………. 253
5.4.2.2 Comentarios ……………………………………………………………………………………………. 254
5.4.2.3 Tipos de datos …………………………………………………………………………………………. 255
5.4.2.4 Objetos de datos …………………………………………………………………………………….. 256
5.4.2.5 Atributos …………………………………………………………………………………………………. 258
5.4.2.6 Operadores predefinidos …………………………………………………………………………… 259
5.4.2.7 Componentes ………………………………………………………………………………………….. 260
5.4.3 Elementos básicos de la descripción de un sistema digital en VHDL ………….. 261
5.4.3.1 Definición de las bibliotecas ………………………………………………………………………. 261
5.4.3.2 Definición básica de la entidad …………………………………………………………………… 261
5.4.3.3 Definición básica de la arquitectura ……………………………………………………………. 262
5.4.4 Descripción de los sistemas digitales en VHDL …………………………………………. 263
5.4.4.1 Descripción de flujo de datos de los sistemas digitales …………………………………. 264
5.4.4.1.1 Introducción …………………………………………………………………………….. 264
5.4.4.1.2 Sentencias de asignación condicional de señales …………………………. 265
5.4.4.2 Descripción algorítmica de los sistemas digitales ………………………………………… 268
5.4.4.2.1 Introducción …………………………………………………………………………….. 268
5.4.4.2.2 Sentencias secuenciales ……………………………………………………………. 269
5.4.4.3 Descripción estructural de los sistemas digitales ………………………………………… 274
5.4.5 Simulación de la descripción en VHDL de circuitos y sistemas digitales ……… 277
5.4.5.1 Introducción …………………………………………………………………………………………….. 277
5.4.5.2 Generación de los estímulos de prueba ………………………………………………………. 278
5.4.5.2.1 Definición de las señales de prueba ……………………………………………. 279
5.4.5.2.2 Programación de las señales de prueba ………………………………………. 279
5.4.6 Descripción y simulación de sistemas combinacionales en VHDL ………………. 281
5.4.6.1 Puertas lógicas ………………………………………………………………………………………… 282
5.4.6.2 Funciones lógicas implementadas con puertas lógicas interconectadas …………. 284
5.4.6.3 Decodificadores ……………………………………………………………………………………….. 284
5.4.6.4 Multiplexores …………………………………………………………………………………………… 286
5.4.6.5 Comparadores …………………………………………………………………………………………. 288
5.4.6.6 Operadores aritméticos …………………………………………………………………………….. 289
Capítulo 6. Sistemas secuenciales …………………………………………………………. 293
6.1 Conceptos generales …………………………………………………………………………… 293
6.1.1 Fundamentos …………………………………………………………………………………………. 293
6.1.2 Diagrama de estados de un sistema secuencial ………………………………………… 298
6.1.2.1 Especificación de un sistema secuencial mediante los niveles
de las variables de entrada ………………………………………………………………………… 298
6.1.2.2 Especificación de un sistema secuencial mediante los flancos o cambios
de nivel de las variables de entrada …………………………………………………………… 302
6.2 Sistemas secuenciales asíncronos ………………………………………………………. 313
6.2.1 Introducción …………………………………………………………………………………………… 313
6.2.2 Sistemas secuenciales asíncronos caracterizados mediante niveles ………….. 313
6.2.2.1 Sistemas secuenciales asíncronos de realimentación directa ………………………… 313
6.2.2.2 Biestables asíncronos activados por niveles ………………………………………………… 324
6.2.2.3 Diseño de los sistemas secuenciales asíncronos caracterizados por niveles con realimentación mediante biestables R-S ……………………………………………….. 327
6.2.3 Sistemas secuenciales asíncronos caracterizados mediante flancos ………….. 328
6.2.4 Circuitos digitales temporales ………………………………………………………………….. 329
6.2.4.1 Introducción …………………………………………………………………………………………….. 329
6.2.4.2 Circuitos temporizadores …………………………………………………………………………… 330
6.2.4.2.1 Monoestables ………………………………………………………………………….. 331
6.2.4.2.2 Temporizadores analógico-digitales ……………………………………………. 335
6.2.4.3 Generadores de impulsos ………………………………………………………………………….. 338
6.2.4.4 Aplicaciones de los circuitos digitales temporales ………………………………………… 347
6.3 Sistemas secuenciales síncronos ………………………………………………………… 351
6.3.1 Introducción …………………………………………………………………………………………… 351
6.3.2 Biestables sincronizados …………………………………………………………………………. 353
6.3.2.1 Introducción …………………………………………………………………………………………….. 353
6.3.2.2 Biestables sincronizados mediante niveles ………………………………………………….. 355
6.3.2.3 Biestables sincronizados mediante cambios de nivel ……………………………………. 360
6.3.2.3.1 Biestables sincronizados por impulsos ………………………………………… 361
6.3.2.3.2 Biestables sincronizados por flancos …………………………………………… 367
6.3.2.3.3 Biestables sincronizados por flancos con entrada de inhibición ……… 372
6.3.3 Representación gráfica de los biestables síncronos ………………………………….. 374
6.3.4 Sistemas secuenciales síncronos …………………………………………………………….. 374
6.3.4.1 Introducción …………………………………………………………………………………………….. 374
6.3.4.2 Sistemas secuenciales síncronos de aplicación general ………………………………… 381
6.3.4.2.1 Registros de entrada y salida en paralelo …………………………………….. 381
6.3.4.2.2 Contadores síncronos ……………………………………………………………….. 382
6.3.4.2.3 Registros de desplazamiento ……………………………………………………… 387
6.3.4.3 Sistemas secuenciales síncronos asincronizados …………………………………………. 389
6.3.4.4 Bloques funcionales síncronos …………………………………………………………………… 391
6.3.4.4.1 Introducción …………………………………………………………………………….. 391
6.3.4.4.2 Teoría general y símbolos normalizados ………………………………………. 391
6.3.4.5 Contadores ……………………………………………………………………………………………… 399
6.3.4.5.1 Contadores síncronos ……………………………………………………………….. 401
6.3.4.5.2 Aplicaciones de los contadores síncronos …………………………………… 412
6.3.4.6 Registros de desplazamiento …………………………………………………………………….. 421
6.3.4.6.1 Conceptos generales ………………………………………………………………… 421
6.3.4.6.2 Aplicaciones de los registros de desplazamiento ………………………….. 429
6.3.4.7 Registros de entrada y salida en paralelo …………………………………………………….. 434
6.3.4.8 Conjuntos de registros ………………………………………………………………………………. 437
6.3.5 Diseño de los sistemas secuenciales síncronos ……………………………………….. 440
6.3.5.1 Clasificación de los sistemas secuenciales síncronos …………………………………… 441
6.3.5.2 Diseño de los sistemas secuenciales síncronos cableados ……………………………. 442
6.3.5.3 Diseño de los sistemas secuenciales síncronos programables ………………………. 448
6.3.5.3.1 Sistemas secuenciales síncronos implementados con circuitos combinacionales programables completos ………………………………….. 449
6.3.5.3.2 Sistemas secuenciales síncronos programables implementados con circuitos combinacionales programables incompletos …………….. 461
6.3.5.4 Sistemas secuenciales síncronos modulares ……………………………………………….. 480
6.3.5.5 Sistemas secuenciales síncronos semimodulares ………………………………………… 485
6.3.5.6 Aplicaciones de los sistemas secuenciales síncronos ………………………………….. 486
6.3.5.6.1 Introducción …………………………………………………………………………….. 486
6.3.5.6.2 Controladores lógicos síncronos ………………………………………………… 487
6.4 Representación gráfica de las señales de un sistema secuencial síncrono ………………………. 497
6.4.1 Relaciones entre dos señales ………………………………………………………………….. 497
6.4.2 Relación entre varias señales …………………………………………………………………… 498
Capítulo 7. Conceptos y sentencias avanzadas del lenguaje VHDL ………………511
7.1 Introducción ……………………………………………………………………………………….. 511
7.2 Tipos de datos …………………………………………………………………………………….. 511
7.3 Sentencias adicionales del VHDL …………………………………………………………. 512
7.3.1 Otras formas de la sentencia WAIT …………………………………………………………… 512
7.3.2 Sentencias de generación ……………………………………………………………………….. 515
7.3.3 Parámetros genéricos ……………………………………………………………………………… 517
7.3.4 Sentencias de control de la ejecución de bucles ……………………………………….. 518
7.3.4.1 Sentencia LOOP ………………………………………………………………………………………. 518
7.3.4.2 Sentencia FOR combinada con LOOP ……………………………………………………….. 519
7.3.4.3 Sentencia WHILE combinada con LOOP …………………………………………………….. 519
7.3.4.4 Sentencia EXIT …………………………………………………………………………………………. 521
7.3.4.5 Sentencia NEXT ……………………………………………………………………………………….. 522
7.4 Subprogramas …………………………………………………………………………………….. 523
7.4.1 Procedimientos ………………………………………………………………………………………. 523
7.4.2 Funciones ………………………………………………………………………………………………. 525
7.5 Descripción y simulación de bloques funcionales secuenciales en VHDL … 528
7.5.1 Biestables ………………………………………………………………………………………………. 528
7.5.2 Registros de entrada y salida en paralelo sincronizados por flancos …………… 534
7.5.3 Contadores …………………………………………………………………………………………….. 536
7.5.4 Registros de desplazamiento …………………………………………………………………… 542
7.6 Descripción y simulación de los sistemas secuenciales síncronos ……….. 543
Capítulo 8. Tecnologías de implementación de los circuitos digitales ……………551
8.1 Introducción ……………………………………………………………………………………….. 551
8.2 Características generales de los circuitos digitales ………………………………. 553
Cargabilidad de salida (Fan-out) ………………………………………………………………………………………….. 553
Cargabilidad de entrada (Fan-in) ………………………………………………………………………………………….. 554
Tensión umbral (Threshold voltage) ………………………………………………………………………………………. 554
Margen de ruido (Noise margin) ………………………………………………………………………………………….. 554
Curva de inmunidad dinámica al ruido ………………………………………………………………………………….. 555
Tiempo de propagación medio ……………………………………………………………………………………………. 556
Tensión de alimentación …………………………………………………………………………………………………….. 556
Corriente de alimentación ………………………………………………………………………………………………….. 556
Potencia disipada ……………………………………………………………………………………………………………… 556
Producto potencia disipada-tiempo de propagación ………………………………………………………………. 556
8.3 Circuitos digitales con diodos ……………………………………………………………… 557
8.4 Circuitos digitales con transistores ……………………………………………………… 559
8.4.1 Características principales del transistor bipolar en conmutación ………………. 559
8.4.2 Circuitos digitales con componentes discretos. Tecnología resistencia-transistor …………………………. 562
8.4.3 Circuitos bloque de tecnología resistencia-transistor (RTL) ………………………… 563
8.4.4 Circuitos integrados digitales ………………………………………………………………….. 563
8.4.4.1 Introducción …………………………………………………………………………………………….. 563
8.4.4.2 Clasificación de los circuitos integrados digitales …………………………………………. 564
8.4.5 Circuitos integrados digitales monolíticos ………………………………………………… 564
8.4.5.1 Introducción …………………………………………………………………………………………….. 564
Clasificación según la implementación física …………………………………………………. 564
Clasificación según las características funcionales …………………………………………. 564
8.4.5.2 Clasificación de los CIDM según el tipo de semiconductor utilizado ………………. 566
8.4.5.3 Clasificación de los CIDM según el número de dispositivos ………………………….. 566
8.4.5.4 Circuitos integrados de función fija …………………………………………………………….. 569
8.4.5.4.1 Circuitos integrados de función fija normalizados de aplicación general ………………………… 570
8.4.5.4.2 Circuitos integrados de función fija normalizados de aplicación específica ………………….. 571
8.4.5.4.3 Circuitos integrados de función fija especificados por el usuario ……. 572
Circuitos integrados ASIC totalmente a medida ……………………………. 573
Circuitos integrados ASIC semimedida ……………………………………….. 573
8.4.5.5 Circuitos integrados de función variable ……………………………………………………… 576
8.4.5.5.1 CIDM normalizados programables ……………………………………………… 576
8.4.5.5.2 CIDM normalizados configurables ………………………………………………. 579
Dispositivos lógicos programables (PLD) ……………………………………… 580
Conjuntos configurables de circuitos lógicos (FPGA) ………………………. 584
8.4.6 Circuitos integrados digitales monolíticos y mixtos complejos …………………… 584
8.4.6.1 Circuitos híbridos de capa gruesa y fina ……………………………………………………… 586
8.4.6.2 Módulos integrados múltiples ……………………………………………………………………. 587
8.4.6.3 Sistemas en un único circuito integrado ……………………………………………………… 587
8.4.6.4 Sistemas microelectromecánicos ……………………………………………………………….. 592
8.4.7 Circuitos integrados monolíticos digitales bipolares de silicio ……………………. 593
8.4.7.1 Tecnología resistencia-transistor ……………………………………………………………….. 593
8.4.7.2 Tecnología diodo-transistor (DTL) ……………………………………………………………….. 594
8.4.7.3 Tecnología transistor-transistor (TTL) ………………………………………………………….. 597
Características generales ……………………………………………………………………………. 597
Puertas lógicas TTL con salida de colector abierto ………………………………………….. 601
Puertas lógicas TTL con salida triestado ……………………………………………………….. 602
8.4.7.4 Tecnología de alta inmunidad al ruido …………………………………………………………. 604
8.4.7.5 Tecnologías no saturadas ………………………………………………………………………….. 605
8.4.7.5.1 Tecnología TTL Schottky ……………………………………………………………. 605
8.4.7.5.2 Tecnología de acoplamiento por emisor (ECL) ……………………………… 606
8.4.7.6 Tecnología de inyección integrada …………………………………………………………….. 606
8.4.8 Circuitos integrados monolíticos digitales con transistores MOS de silicio ….. 607
8.4.8.1 Introducción …………………………………………………………………………………………….. 607
8.4.8.2 Fundamentos de los transistores MOS ……………………………………………………….. 607
8.4.8.3 Circuitos digitales básicos implementados con transistores MOS ………………….. 614
8.4.8.4 Tecnologías digitales MOS ………………………………………………………………………… 616
8.4.8.4.1 Tecnología MOS estática …………………………………………………………… 616
8.4.8.4.2 Tecnología MOS dinámica …………………………………………………………. 618
8.4.8.4.3 Tecnología CMOS …………………………………………………………………….. 619
Conceptos generales ………………………………………………………………… 619
Puertas CMOS de drenador abierto …………………………………………….. 622
Puertas CMOS de tres estados ………………………………………………….. 622
Biestables CMOS ……………………………………………………………………. 623
Puertas CMOS de transmisión …………………………………………………… 624
Tecnología CMOS dinámica ……………………………………………………….. 626
Resumen de las características de la tecnología CMOS ………………….. 627
8.4.9 Tecnología BiCMOS ……………………………………………………………………………….. 627
8.4.10 Tecnología de arseniuro de galio (GaAs) ………………………………………………….. 630
8.4.10.1 Introducción ………………………………………………………………………………………….. 630
8.4.10.2 Dispositivos electrónicos de arseniuro de galio …………………………………………. 630
8.4.10.3 Puertas lógicas de tecnología arseniuro de galio ……………………………………….. 631
8.5 Nanoelectrónica digital ……………………………………………………………………….. 632
8.5.1 Introducción …………………………………………………………………………………………… 632
8.5.2 Dispositivos nanoelectrónicos …………………………………………………………………. 633
8.6 Encapsulado de los circuitos integrados ……………………………………………… 633
8.7 Zócalos de montaje …………………………………………………………………………….. 636
8.8 Verificación de los circuitos integrados VLSI y ULSI ……………………………… 637
8.8.1 Introducción …………………………………………………………………………………………… 637
8.8.2 Diseño orientado a la verificabilidad …………………………………………………………. 639
8.8.2.1 Técnicas específicas para la verificación externa …………………………………………. 639
8.8.2.2 Técnicas estructuradas para la verificación externa ……………………………………… 641
8.8.2.3 Técnicas estructuradas para la autoverificación …………………………………………… 644
Capítulo 9. Unidades de memoria …………………………………………………………….653
9.1 Introducción …………………………………………………………………………………………653
9.2 Capacidad de una memoria …………………………………………………………………..654
9.3 Forma de acceder a la información ……………………………………………………….656
9.3.1 Memorias de acceso directo ……………………………………………………………………. 657
9.3.2 Memorias de acceso secuencial ………………………………………………………………. 657
9.3.3 Memorias asociativas ……………………………………………………………………………… 658
9.4 Tecnologías de los elementos de memoria …………………………………………….658
9.4.1 Introducción …………………………………………………………………………………………… 658
9.4.1.1 Permanencia de la información ………………………………………………………………….. 659
9.4.1.2 Duración de la memorización …………………………………………………………………….. 659
9.4.2 Elementos de memoria volátiles ………………………………………………………………. 659
9.4.2.1 Elementos de memoria volátiles estáticos …………………………………………………… 659
9.4.2.2 Elementos de memoria volátiles dinámicos …………………………………………………. 660
9.4.3 Elementos de memoria no volátiles ………………………………………………………….. 661
9.4.3.1 Elementos reprogramables basados en transistores MOS …………………………….. 661
9.4.3.1.1 Transistor MOS de puerta flotante borrable con rayos ultravioleta …… 661
9.4.3.1.2 Transistor MOS de puerta flotante y efecto túnel ………………………….. 662
9.4.3.1.3 Transistor MOS de puerta flotante de espesor del aislante reducido .. 663
9.4.3.2 Elementos reprogramables basados en materiales ferroeléctricos ………………….. 664
9.4.3.3 Elementos no reprogramables …………………………………………………………………… 665
9.4.3.3.1 Programables por máscara ………………………………………………………… 665
9.4.3.3.2 Fusibles …………………………………………………………………………………… 666
9.4.3.3.3 Antifusibles ……………………………………………………………………………… 666
9.4.3.3.4 Programables una sola vez ………………………………………………………… 667
9.5 Estructura interna de una memoria ……………………………………………………….667
9.5.1 Memorias de estructura interna aleatoria ………………………………………………….. 668
9.5.1.1 Características generales ………………………………………………………………………….. 668
9.5.1.2 Organización de las memorias de acceso aleatorio ………………………………………. 672
9.5.1.2.1 Organización 2D ………………………………………………………………………. 673
9.5.1.2.2 Organización 3D o por coincidencia ……………………………………………. 674
9.5.1.2.3 Organización 2½D ……………………………………………………………………. 676
9.5.1.3 Forma de realizar las operaciones de escritura y lectura de una memoria de acceso aleatorio ……………….. 677
9.5.1.3.1 Memorias de acceso aleatorio de escritura y lectura no simultáneas …. 677
9.5.1.3.2 Memorias de acceso aleatorio de escritura y lectura simultáneas ……. 678
9.5.1.3.3 Memorias de acceso aleatorio múltiple ……………………………………….. 679
9.5.1.4 Tecnologías de las memorias de acceso aleatorio ………………………………………… 680
9.5.2 Memorias de estructura interna serie ……………………………………………………….. 680
9.5.2.1 Características generales ………………………………………………………………………….. 680
9.5.2.2 Organización de las memorias serie ……………………………………………………………. 681
9.5.2.2.1 Organización en serie bit a bit …………………………………………………….. 681
9.5.2.2.2 Organización en serie posición a posición ……………………………………. 682
9.5.2.3 Tecnologías de las memorias serie ……………………………………………………………… 683
9.6 Memorias de acceso directo ………………………………………………………………..685
9.6.1 Memorias de acceso directo y estructura interna aleatoria ………………………… 686
9.6.1.1 Características generales ………………………………………………………………………….. 686
9.6.1.2 Memorias de acceso aleatorio activas volátiles ……………………………………………. 687
9.6.1.2.1 Introducción …………………………………………………………………………….. 687
9.6.1.2.2 Memorias activas estáticas de escritura y lectura no simultáneas (SRAM) ………….. 688
9.6.1.2.2.1 Memorias SRAM asíncronas …………………………………………… 688
9.6.1.2.2.2 Memorias SRAM síncronas …………………………………………….. 695
9.6.1.2.2.3 Memorias SRAM síncronas de ráfagas (SBRAM) ……………….. 699
9.6.1.2.3 Memorias activas dinámicas de escritura y lectura no simultáneas (DRAM) …………….. 700
Fundamentos de las memorias DRAM …………………………………………. 700
Memorias DRAM avanzadas ………………………………………………………. 708
9.6.1.2.4 Memorias activas volátiles asíncronas de escritura y lectura simultáneas ……………………. 713
9.6.1.2.5 Memorias activas volátiles asíncronas de acceso múltiple …………….. 716
9.6.1.3 Memorias de acceso aleatorio asíncronas activas estáticas no volátiles …………. 720
9.6.1.3.1 Memorias SRAM con sistema de alimentación ininterrumpida ……….. 720
9.6.1.3.2 Memorias de tecnología ferroeléctrica ………………………………………… 721
9.6.1.4 Memorias de acceso aleatorio pasivas ……………………………………………………….. 722
9.6.1.4.1 Memorias totalmente pasivas ……………………………………………………. 723
9.6.1.4.2 Memorias pasivas programables ……………………………………………….. 725
9.6.1.4.3 Memorias pasivas reprogramables ……………………………………………… 725
9.6.1.4.3.1 Memorias pasivas borrables con rayos ultravioleta (EPROM) …. 726
9.6.1.4.3.2 Memorias pasivas reprogramables de efecto túnel (EEPROM) .. 732
9.6.1.4.3.3 Memorias pasivas flash ………………………………………………….. 737
9.6.1.5 Memorias de acceso aleatorio con comunicación serie ………………………………… 741
9.6.1.5.1 Introducción …………………………………………………………………………….. 741
9.6.1.5.2 Memorias activas no volátiles serie ……………………………………………… 742
9.6.1.5.3 Memorias EEPROM serie …………………………………………………………… 742
9.6.1.5.4 Memorias flash serie …………………………………………………………………. 744
9.6.1.6 Diseño de unidades de memoria de acceso aleatorio modulares con bloques funcionales ……………………….. 746
9.6.1.6.1 Elevación del número de bits de cada posición ……………………………. 746
9.6.1.6.2 Elevación del número de posiciones …………………………………………… 747
9.6.1.6.3 Elevación del número de bits de cada posición y del número de posiciones …………………. 749
9.6.2 Memorias de acceso directo y estructura interna serie ………………………………. 751
9.7 Memorias de acceso secuencial ………………………………………………………….. 756
9.7.1 Características generales ………………………………………………………………………… 756
9.7.2 Registros de desplazamiento …………………………………………………………………… 757
9.7.2.1 Registros de desplazamiento estáticos ……………………………………………………….. 757
9.7.2.2 Registros de desplazamiento dinámicos ……………………………………………………… 758
9.7.3 Memorias cola (FIFO) ………………………………………………………………………………. 759
9.7.3.1 Memoria cola implementada con una memoria de estructura interna serie ……………………….. 760
9.7.3.2 Memoria cola implementada con una memoria de estructura interna aleatoria ……………… 761
9.7.4 Memorias pila (LIFO) ……………………………………………………………………………….. 765
9.7.4.1 Memoria pila implementada con una memoria de estructura interna serie ………. 767
9.7.4.2 Memoria pila implementada con una memoria de estructura interna aleatoria …. 769
9.8 Memorias de acceso directo y secuencial ……………………………………………. 770
9.8.1 Conceptos generales ………………………………………………………………………………. 770
9.8.2 Memorias circulares ………………………………………………………………………………… 770
9.9 Memorias asociativas …………………………………………………………………………. 771
9.9.1 Descripción general ………………………………………………………………………………… 771
9.9.2 Implementación del sistema físico ……………………………………………………………. 772
9.9.2.1 Implementación con un comparador por cada posición de memoria ………………. 772
9.9.2.2 Implementación con una memoria de acceso aleatorio y un único comparador . 774
Capítulo 10. Procesadores digitales secuenciales síncronos ………………………777
10.1 Introducción ………………………………………………………………………………………. 777
10.2 Conceptos generales …………………………………………………………………………. 777
10.3 Sistema físico de la unidad operativa …………………………………………………. 789
10.3.1 Introducción ……………………………………………………………………………………….. 789
10.3.2 Estructura de las unidades operativas ………………………………………………….. 797
10.3.2.1 Unidades operativas con registros y un solo bus …………………………………….. 798
10.3.2.2 Unidades operativas con registros y dos buses ………………………………………. 799
10.3.2.3 Unidades operativas con memoria de acceso aleatorio activa (RAM)
sincronizada por flancos y de acceso doble en lectura …………………………….. 802
10.3.2.4 Unidades operativas con memoria de acceso aleatorio activa (RAM)
sincronizada por niveles y de acceso doble en lectura ……………………………… 805
10.3.2.5 Unidades operativas con circuito desplazador combinacional …………………… 808
10.3.2.6 Unidades operativas expansibles …………………………………………………………… 810
10.4 Sistema físico de la unidad de control ………………………………………………… 813
10.4.1 Procesadores digitales secuenciales síncronos con unidad de control
de arquitectura Harvard ……………………………………………………………………….. 813
10.4.2 Procesadores digitales secuenciales síncronos con unidad de control
de arquitectura Princeton …………………………………………………………………….. 815
10.5 Circuitos de interfaz …………………………………………………………………………… 822
10.5.1 Fundamentos ……………………………………………………………………………………… 822
10.5.2 Forma de realizar la transferencia de información ………………………………….. 824
10.5.2.1 Puertos paralelo ………………………………………………………………………………….. 825
10.5.2.2 Puertos serie ……………………………………………………………………………………….. 829
10.5.3 Convertidores de digital en analógico y de analógico en digital ………………. 830
10.5.3.1 Introducción ………………………………………………………………………………………… 830
10.5.3.2 Convertidores de digital en analógico ……………………………………………………. 832
10.5.3.3 Convertidores de analógico en digital …………………………………………………….. 833
10.5.4 Forma de controlar la transferencia ………………………………………………………. 834
10.6 Implementación de los procesadores digitales secuenciales síncronos programables ……………. 835
10.6.1 Introducción ……………………………………………………………………………………….. 835
10.6.2 Computadores de aplicación general ……………………………………………………. 837
10.6.2.1 Introducción ………………………………………………………………………………………… 837
10.6.2.2 Computadores monoprocesador …………………………………………………………… 839
10.6.2.2.1 Unidades operativas con capacidad de operación con números representados en coma flotante ………. 839
10.6.2.2.2 Segmentación de las funciones aritméticas ……………………………. 840
10.6.2.2.3 Almacenamiento de las instrucciones en una memoria de acceso secuencial y solapamiento de la búsqueda
y ejecución de las instrucciones …………………………………………… 841
10.6.2.2.4 Memoria oculta …………………………………………………………………… 844
10.6.2.2.5 Computadores superescalares …………………………………………….. 845
10.6.2.2.6 Ubicación automática de periféricos ……………………………………… 847
10.6.2.3 Procesadores digitales secuenciales síncronos implementados con varios procesadores ………………………….. 848
10.6.2.3.1 Introducción ……………………………………………………………………….. 848
10.6.2.3.2 Sistemas multiprocesador ……………………………………………………. 849
10.6.2.3.3 Sistemas multicomputador …………………………………………………… 852
10.6.3 Computadores de aplicación específica ……………………………………………….. 853
10.6.3.1 Microcontroladores ………………………………………………………………………………. 853
10.6.3.1.1 Introducción ……………………………………………………………………….. 853
10.6.3.1.2 Arquitectura de la unidad de control ……………………………………… 858
10.6.3.1.3 Capacidad de operación en paralelo …………………………………….. 859
10.6.3.1.4 Capacidad de memoria ………………………………………………………… 859
Memoria de datos ……………………………………………………………… 859
Memoria de instrucciones ……………………………………………………. 860
10.6.3.1.5 Circuitos de interfaz de entrada/salida y periféricos internos …….. 860
10.6.3.1.5.1 Puertos paralelo …………………………………………………….. 861
10.6.3.1.5.2 Puertos serie …………………………………………………………. 864
10.6.3.1.5.3 Circuitos de control de la transferencia ………………………. 865
10.6.3.1.5.4 Periféricos internos …………………………………………………. 865
10.6.3.1.6 Desarrollo de sistemas basados en un microcontrolador ………….. 866
10.6.3.2 Autómatas programables ……………………………………………………………………… 866
10.6.3.2.1 Fundamentos de los autómatas programables ………………………… 866
10.6.3.2.2 Recursos físicos (hardware) y de programación (software) ……….. 872
10.6.3.2.2.1 Unidad Central ………………………………………………………. 874
10.6.3.2.2.2 Capacidad de memoria de programa/datos ……………….. 875
10.6.3.2.2.3 Capacidad de entradas y salidas digitales ………………….. 875
10.6.3.2.2.4 Modularidad de entradas y salidas ……………………………. 876
Autómatas programables totalmente modulares ….. 876
Autómatas programables semimodulares …………… 877
Autómatas programables compactos ………………… 878
10.6.3.2.2.5 Módulos específicos de entrada/salida ………………………. 879
10.6.3.2.2.6 Capacidad de interrupción ………………………………………. 880
10.6.3.2.2.7 Interfaz máquina-usuario …………………………………………. 882
10.6.3.2.2.8 Recursos de Comunicaciones ………………………………….. 885
10.6.3.2.2.9 Seguridad ante sabotajes y seguridad ante averías ……… 885
10.6.3.2.2.10 Lenguajes de programación …………………………………….. 886
10.6.3.3 Computadores industriales …………………………………………………………………… 886
10.6.3.4 Procesadores digitales de señales ………………………………………………………… 888
10.6.3.4.1 Introducción ……………………………………………………………………….. 888
10.6.3.4.2 Procesadores digitales de señales de coma fija ………………………. 890
10.6.3.4.3 Procesadores digitales de señales de coma flotante ………………… 892
10.6.3.4.4 Procesadores digitales de señales especializados …………………… 892
10.6.3.4.5 Procesadores digitales de señales de instrucciones
de gran tamaño …………………………………………………………………… 892
10.6.3.5 Computadores integrados de aplicación específica …………………………………. 893
10.6.3.5.1 Computadores integrados de aplicación específica de repertorio de instrucciones fijo …………….. 893
10.6.3.5.2 Computadores integrados de aplicación específica de repertorio de instrucciones variable …………… 896
10.6.3.6 Procesadores digitales configurables …………………………………………………….. 896
Capítulo 11. Introducción a los circuitos digitales configurables y sus aplicaciones ……………905
11.1 Introducción ………………………………………………………………………………………. 905
11.2 Dispositivos lógicos programables …………………………………………………….. 908
11.2.1 Introducción ……………………………………………………………………………………….. 908
11.2.2 Dispositivos lógicos programables simples …………………………………………… 910
11.2.3 Dispositivos lógicos programables complejos ……………………………………….. 919
11.2.3.1 Circuitos CPLD de asignación variable y segmentados ……………………………. 919
Circuitos CPLD de asignación variable ……………………………………………………… 919
Circuitos CPLD segmentados …………………………………………………………………. 919
Circuitos CPLD de asignación variable y segmentados ……………………………….. 925
11.2.3.2 Circuitos CPLD de complejidad muy elevada ………………………………………….. 928
Circuitos CPLD implementados con macroceldas complejas ……………………….. 931
Circuitos CPLD implementados con bloques lógicos complejos ……………………. 932
Circuitos CPLD implementados con recursos de interconexión distribuidos ……. 937
11.2.4 Tecnología de los circuitos PLD ……………………………………………………………. 938
11.2.4.1 Tecnología de fusibles ………………………………………………………………………….. 940
11.2.4.2 Tecnologías de transistores MOS …………………………………………………………… 940
11.2.4.3 Tecnologías de memoria activa estática …………………………………………………. 942
11.2.5 Configuración de los circuitos PLD ………………………………………………………. 942
11.2.5.1 Circuitos PLD configurables fuera del sistema ………………………………………… 943
11.2.5.2 Circuitos PLD configurables en el sistema ………………………………………………. 943
11.2.6 Diseño e implementación de sistemas electrónicos con dispositivos
lógicos programables ………………………………………………………………………….. 945
11.2.6.1 Descripción …………………………………………………………………………………………. 945
11.2.6.2 Simulación funcional ……………………………………………………………………………. 946
11.2.6.3 Configuración del circuito PLD ………………………………………………………………. 947
11.2.6.4 Simulación temporal …………………………………………………………………………….. 947
11.2.6.5 Implementación y prueba …………………………………………………………………….. 948
11.2.6.6 Diagrama detallado del proceso de diseño ……………………………………………… 949
11.3 Conjuntos configurables de puertas (FPGA) ……………………………………….. 950
11.3.1 Introducción ……………………………………………………………………………………….. 950
11.3.2 Organización de los recursos lógicos ……………………………………………………. 953
11.3.2.1 FPGA de organización del tipo terraza …………………………………………………… 953
11.3.2.2 FPGA de organización del tipo cuadrícula ………………………………………………. 954
11.3.2.3 FPGA de organización del tipo mar de puertas ……………………………………….. 955
11.3.3 Bloques lógicos internos ……………………………………………………………………… 956
11.3.3.1 Bloques lógicos internos configurables sencillos …………………………………….. 957
11.3.3.2 Bloques lógicos internos configurables complejos …………………………………… 958
11.3.3.2.1 Bloques lógicos internos configurables basados en multiplexores ………………………. 958
11.3.3.2.2 Bloques lógicos internos configurables basados en tablas de consulta ………………………………………… 959
11.3.3.3 Bloques lógicos internos complejos de función fija ………………………………….. 964
Unidades de memoria ……………………………………………………………………………. 964
Circuitos aritméticos ………………………………………………………………………………. 964
Procesadores digitales …………………………………………………………………………… 965
Controladores de comunicaciones …………………………………………………………… 965
Circuitos de sincronización y distribución del reloj ………………………………………. 965
11.3.4 Bloques lógicos de entrada/salida ……………………………………………………….. 965
11.3.5 Canales de interconexión ……………………………………………………………………. 969
11.3.5.1 Canales de interconexión directos …………………………………………………………. 969
11.3.5.2 Canales de interconexión indirectos ………………………………………………………. 970
11.3.5.3 Unión de canales de interconexión ………………………………………………………… 970
11.3.6 Recursos de sincronización y distribución del reloj ………………………………… 971
11.3.6.1 Estabilidad del generador de impulsos …………………………………………………… 972
11.3.6.2 Tensión de alimentación del generador de impulsos ………………………………… 973
11.3.6.3 Pendiente de cambio del generador de impulsos …………………………………….. 973
11.3.6.4 Sincronización de las variables de entrada …………………………………………….. 974
11.3.6.5 Distribución del reloj …………………………………………………………………………….. 974
Distribución del reloj mediante amplificadores de impedancia de salida reducida .. 974
Distribución del reloj mediante bucles de fase enclavada …………………………….. 975
Distribución del reloj mediante bucles de retardo enclavado ………………………… 979
11.3.7 Tecnología de los interruptores programables ……………………………………….. 980
11.3.7.1 Introducción ………………………………………………………………………………………… 980
11.3.7.2 Circuitos FPGA del tipo SRAM ………………………………………………………………. 981
11.3.7.3 Circuitos FPGA del tipo Flash ……………………………………………………………….. 981
11.3.7.4 Circuitos FPGA del tipo antifusible …………………………………………………………. 981
11.3.8 Configuración de los circuitos FPGA …………………………………………………….. 981
11.3.9 Diseño e implementación de sistemas digitales con circuitos FPGA ……….. 983
11.3.9.1 Introducción ………………………………………………………………………………………… 983
11.3.9.2 Diagrama detallado del proceso de diseño ……………………………………………… 983
11.3.10 Procesadores digitales configurables …………………………………………………. 989
11.3.10.1 Procesadores digitales configurables definidos mediante el sistema físico …. 990
11.3.10.2 Procesadores digitales configurables definidos mediante una herramienta de programación …………. 992
11.3.10.2.1 Procesadores digitales configurables de aplicación específica ……………… 992
11.3.10.2.2 Procesadores digitales programables configurables de repertorio de instrucciones fijo ………… 1003
11.3.10.2.3 Procesadores digitales configurables programables de repertorio de instrucciones flexible ………….. 1005

Apéndice 1. Símbolos lógicos normalizados ……………………………………………1011
A1.1 Introducción …………………………………………………………………………………….. 1011
A1.2 Símbolo gráfico normalizado ……………………………………………………………. 1012
A1.3 Símbolos asociados a las entradas y a las salidas …………………………….. 1014
A1.4 Representación normalizada de los sistemas combinacionales ………… 1017
A1.4.1 Generalidades ………………………………………………………………………………….. 1017
A1.4.2 Puertas lógicas …………………………………………………………………………………. 1017
A1.4.3 Símbolos de bloques funcionales combinacionales …………………………….. 1018
A1.4.3.1 Relación G de dependencia Y (AND) ……………………………………………………. 1020
A1.4.3.2 Relación V de dependencia O (OR) ………………………………………………………. 1021
A1.4.3.3 Relación N de inversión (Negate) …………………………………………………………. 1021
A1.4.3.4 Relación EN de desinhibición (Enable)/Inhibición (Disable) ………………………. 1022
A1.4.3.5 Relación M de modo de operación (Mode) ……………………………………………. 1022
A1.4.3.6 Relación Z de conexión ………………………………………………………………………. 1023
A1.4.3.7 Relación A de direccionamiento (Addressing) ………………………………………… 1023
A1.4.3.8 Combinación de relaciones de dependencia …………………………………………. 1024
Combinación de simultaneidad ……………………………………………………………… 1024
Combinación de exclusión ……………………………………………………………………. 1025
A1.5 Representación normalizada de los sistemas secuenciales ………………. 1025
A1.5.1 Generalidades ………………………………………………………………………………….. 1025
A1.5.2 Indicativos de los sistemas secuenciales ……………………………………………. 1026
A1.5.3 Relaciones de dependencia en sistemas secuenciales ………………………… 1027
A1.5.3.1 Relaciones R de puesta a cero y S de puesta a uno ……………………………….. 1027
A1.5.3.2 Relación C de control …………………………………………………………………………. 1028
De control por nivel ……………………………………………………………………………… 1028
De control por flanco ……………………………………………………………………………. 1028
A1.5.3.3 Relación M de modo de operación ………………………………………………………. 1029
A1.5.3.4 Combinación de relaciones de dependencia …………………………………………. 1030
Combinación de simultaneidad ……………………………………………………………… 1030
Combinación de exclusión ……………………………………………………………………. 1030
A1.5.4 Ejemplos prácticos de sistemas secuenciales …………………………………….. 1032
A1.5.4.1 Biestables síncronos ………………………………………………………………………….. 1032
A1.5.4.2 Registros de entrada y salida en paralelo ……………………………………………… 1033
A1.5.4.3 Contadores ……………………………………………………………………………………….. 1037
Contadores asíncronos ………………………………………………………………………… 1037
Contadores síncronos ………………………………………………………………………….. 1039
A1.5.4.4 Registros de desplazamiento ………………………………………………………………. 1042

Apéndice 2. Sistemas digitales combinacionales
Está en el disco compacto e incluye el análisis de diversos métodos de diseño utilizados en el pasado y los que se incorporaron a las herramientas de diseño asistido por computador. Sus principales apartados son:
A2.1 Simplificación de las funciones lógicas complejas mediante las tablas de Karnaugh
A2.2 Fenómenos aleatorios estáticos de tipo uno y dinámicos en circuitos combinacionales
A2.3 Método numérico de minimización de las funciones lógicas
A2.4 Implementación de las funciones lógicas con circuitos del nivel superior
a dos compuestos por puertas NO-Y (NAND) y NO-O (NOR)
A2.5 Sistemas combinacionales programables no universales
A2.6 Circuitos operadores en BCD natural
A2.7 Implementación de las funciones lógicas con puertas O-exclusiva

Apéndice 3. Sistemas digitales secuenciales
Está en el disco compacto e incluye diversos métodos de análisis y de diseño de los sistemas secuenciales, que se utilizaron cuando los sistemas digitales se implementaban con componentes discretos y con circuitos integrados de escala de integración pequeña y mediana. Sus principales apartados son:

A3.1 Diseño de sistemas secuenciales asíncronos de realimentación directa
A3.2 Biestables asíncronos caracterizados mediante niveles
A3.3 Circuitos temporizadores implementados con monoestables
A3.4 Circuitos generadores de impulsos implementados con monoestables
A3.5 Biestables sincronizados mediante flancos
A3.6 Biestables asíncronos activados por flancos
A3.7 Sistemas secuenciales caracterizados por flancos e implementados con biestables asíncronos activados por flancos
A3.8 Símbolos normalizados de los biestables sincronizados por flancos y de las celdas CAF
A3.9 Sistemas secuenciales síncronos asincronizados
A3.10 Características de los bloques funcionales síncronos
A3.11 Sistemas secuenciales síncronos cableados implementados con biestables sincronizados por flancos
Apéndice 4. Circuitos temporales analógico-digitales
Está en el disco compacto y sus principales apartados son:
A2.1 Introducción
A4.2 Circuito temporal analógico-digital multifuncional                     555
A4.3 Circuito temporal analógico-digital multifuncional                     556
A4.4 Circuito temporal analógico-digital                                                     558

Apéndice 5. Tecnologías de circuitos integrados bipolares
Está en el disco compacto e incluye diversas tecnologías que están obsoletas porque han sido superadas por otras que poseen mejores características como por ejemplo, consumir menos energía, ocupar memos área de silicio, funcionar a mayores frecuencias, etc.
Sus principales apartados son:
A5.1 Introducción
A5.2 Tecnología de inmunidad al ruido elevada
A5.3 Tecnología de acoplamiento por emisor (ECL)
A5.4 Tecnología de inyección integrada

Apéndice 6. Convertidores digital-analógicos y analógico-digitales
Está en el disco compacto y se incluyó en el capítulo 9 de la séptima edición. Sus principales apartados
son:

A6.1 Introducción
A6.2 Convertidores digital-analógicos
A6.3 Convertidores analógico-digitales

Apéndice 7. A mpliación de los dispositivos lógicos programables simples y complejos
Está en el disco compacto y amplía la información sobre los dispositivos lógicos programables incluida
en el capítulo 11. Sus principales apartados son:

A7.1 Introducción
A7.2 Ampliación de los dispositivos lógicos programables simples
A7.3 Ampliación de los dispositivos lógicos programables complejos
A7.4 Dispositivos lógicos programables de Lattice
A7.5 Dispositivos lógicos programables de Xilinx
A7.6 Dispositivos lógicos programables de Altera

Apéndice 8. Lenguajes HDL no estructurados
Está en el disco compacto y amplia la información sobre los lenguajes no estructurados de descripción
de los sistemas digitales que se introducen en el apartado 5.3.3 del capítulo 5. Sus principales
apartados son:

A8.1 Características generales y evolución
A8.2 Lenguaje ABEL

Apéndice 9. Lista de acrónimos en inglés
Está en el disco compacto.

Apéndice 10. P ropuesta de equivalencias de términos de electrónica digital
entre el inglés y el español ………………………………………………..1045
Índice alfabético en inglés y español ……………………………………………………..1047

A color
Páginas:
1096
Edición:
1
Año Publicación:
27/02/2015
ISBN:
9788426721983
Formato:
21x25 cms
Colección

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