Qué es una compuerta lógica - Guía para principiantes
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En el mundo de la electrónica y la informática, las compuertas lógicas son componentes fundamentales que permiten el procesamiento y la manipulación de la información digital. Estas compuertas son la base de los circuitos lógicos y juegan un papel crucial en el funcionamiento de los sistemas digitales modernos.
En este artículo, exploraremos en detalle las compuertas lógicas, su historia, su tipo, símbolos y cómo se aplican.
1. ¿Qué es una compuerta lógica?
Las compuertas lógicas son pequeños dispositivos electrónicos digitales que realizan una función booleana con dos entradas y proporcionan una salida. En los datos son los binarios, el valor lógico 1 es positivo y el 0 lógico es negativo. Según la compuerta lógica, la operación lógica difiere y la salida varía. Cada compuerta lógica sigue una tabla de verdad que da las posibles combinaciones de entrada y la respectiva salida obtenida.
El funcionamiento de cada una de las compuertas lógicas se puede entender fácilmente y es similar a la suma y la multiplicación que ya conocemos en la matemática común. Una compuerta lógica es idéntica a un interruptor de luz, de manera que se enciende cuando la salida es uno y se apaga si es 0. muchos dispositivos electrónicos tienen forma de compuertas lógicas, y se utilizan junto con diodos, transistores y relés. Algunas de las familias de transistores más usadas como la serie TTL 7400 de Texas Instruments y la serie CMOS 4000, se fabricaron con la ayuda de compuertas lógicas a pequeña escala.
2. Siete compuertas lógicas básicas
En esta sección, hablaremos en detalle de las siete compuertas lógicas básicas:
01. Compuerta AND
Se puede incluir la compuerta AND en la lista de compuertas lógicas primarias porque a partir de ella se pueden realizar algunas de las próximas compuertas lógicas como la NAND. Realiza la multiplicación o la operación Punto (.) en las entradas lógicas. Como se puede ver A y B son las dos entradas alimentadas a los terminales y O se mantiene como la salida. Cuando se observa cuidadosamente la tabla de verdad de la compuerta AND, la salida es verdadero (1) sólo cuando ambas entradas son verdaderas, en otros casos, la salida es falso (0).
Fuente: www.elprocus.com
02. Compuerta OR
La compuerta OR es una compuerta esencial a diferencia de la AND, ya que a partir de ella se pueden realizar XOR y XNOR. La compuerta OR realiza una simple operación de suma o "+" con las entradas. La salida es falsa o 0 sólo cuando ambas entradas son 0, y para el resto de los casos, la salida es verdadero o 1.
Fuente: www.elprocus.com
03. Compuerta NOT
La compuerta NOT es la más sencilla de todas las compuertas lógicas. Realiza una operación de inversión sobre la única entrada. En NOT sólo hay un terminal, si la entrada es 1, la salida es 0, y si la entrada es 0, la salida es 1.
Fuente: www.elprocus.com
04. Compuerta NAND
La compuerta AND seguida de una compuerta NOT es el concepto real de la compuerta lógica NAND, una de las compuertas universales. Cuando se invierte la salida de la compuerta AND, la resultante es la salida obtenida en el otro terminal. Mira la siguiente tabla de verdad para entender mejor la operación NAND.
Fuente: www.elprocus.com
05. Compuerta NOR
NOR es la combinación o inversión de la compuerta lógica OR y es también una compuerta lógica universal. Cuando cualquiera de las entradas es verdadero, la salida es falso o 0.
Fuente: www.elprocus.com
06. Compuerta XOR
La compuerta XOR también se conoce como compuerta NOR exclusiva. Cuando se observa la tabla de verdad de XOR, se puede encontrar que, si una de las entradas es verdad, el resultado es verdadero o 1.
Fuente: www.elprocus.com
07. Compuerta XNOR
La compuerta XNOR o NOR exclusiva basa su funcionamiento en la compuerta NOR. Cuando hay una inversión en la puerta NOR, se obtiene la puerta XNOR. La salida es justo lo contrario a la compuerta XOR. Si una y solo una de las entradas es verdadera, la salida es falso o 0.
Fuente: www.elprocus.com
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3. Historia de las compuertas lógicas
Principalmente, Gottfried Leibniz perfeccionó la idea de un sistema binario. También propuso en el año 1705 que se pueden combinar los principios aritméticos y lógicos utilizando el sistema numérico binario. Más tarde, en el año 1854, George Boole descubrió el concepto de álgebra de Boole que hace la forma consistente de comparar números para construir decisiones. Luego publicó su trabajo en el libro titulado "investigación de las leyes del pensamiento" en las que se basan las teorías matemáticas de la lógica y las probabilidades. Quería mostrar cómo la matemática puede representar el razonamiento humano.
Más tarde, en 1886, Charles Peirce describió el concepto de funcionamiento lógico en el circuito de conmutación eléctrica. Más tarde, las válvulas Fleming se utilizaron como compuertas lógicas y los relés fueron sustituidos por tubos de vacío en 1907. En 1954, Walther Bothe recibió el Premio Nobel de la Física por la invención de la primera compuerta electrónica AND moderna en el año 1924. Claude Shannon citó entonces la noción de álgebra de Boole en 1937 para el diseño de circuitos de conmutación. Aun así, la investigación y el análisis prevalecen para el desarrollo de compuertas lógicas moleculares.
4. ¿Por qué son importantes las compuertas lógicas?
- La mayoría de los dispositivos o circuitos electrónicos que utilizamos en nuestro día a día están constituidos por compuertas lógicas.
- Todos los dispositivos digitales de la generación actual, como portátiles, computadores, tabletas o teléfonos celulares, utilizan compuertas lógicas. Por ejemplo, consideremos la memoria del ordenador.
- Las compuertas lógicas tienen la funcionalidad de almacenar los datos, por lo que se combinan para formar un circuito “Latch” y cuando se accionan mediante señales de reloj, dan lugar a “Flip-flops”;
- Se conocen como lógica secuencial o lógica combinacional y son responsables de la velocidad y la complejidad.
- Una versión avanzada, la compuerta lógica triestatal encuentra un lugar en la CPU y los buses para realizar múltiples operaciones e incluso soporta plug-ins.
- En la actualidad, el CMOS es la tecnología de desarrollo de microchips en la que las compuertas lógicas son los bloques funcionales básicos.
- Los microprocesadores técnicos utilizados en los circuitos lógicos constan de más de 100 millones de compuertas.
5. Símbolos de las compuertas lógicas
La representación de los símbolos de las compuertas lógicas se ha representado en formato de tabla para facilitar su comprensión.
6. Cómo se aplican las compuertas lógicas - Conoce los ejemplos sobre formularios
Sumador completo
El sumador completo es un buen ejemplo del uso de compuertas lógicas. El sumador completo opera con tres entradas y produce dos salidas, como la suma y el acarreo. Ampliamente utilizado para fines de cálculo, realiza la operación de adición de los datos de entrada. Este proceso tiene lugar en segundos, ya que el tiempo de conmutación es rápido en comparación con el de los circuitos analógicos. El sumador de avance, el sumador BCD y el medio sumador son otras categorías de aplicaciones del sumador utilizadas en los canales digitales.
Fuente: www.geeksforgeeks.org
Pantalla de 7 segmentos en una calculadora
Espero que hayas utilizado calculadoras ya que nuestro siguiente ejemplo representa la combinación de las compuertas lógicas. Aunque damos nuestra entrada en forma de números, esto es lo que ocurre dentro del dispositivo. Cada segmento incluido en la pantalla está conectado a un conjunto de conexión de compuertas lógicas y se denota como a, b, c, d, e, f, y, g. Por ejemplo, cuando se presiona 1 en la interfaz, el proceso siguiente se lleva a cabo, y el segmento f y e se resalta o brilla en la pantalla.
Fuente: www.explainthatstuff.com
7. ¿Cómo crear una compuerta lógica con EdrawMax?
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Antes de comenzar el proceso de diseño, debes tener claro los requerimientos del circuito, y, planificar cómo colocarlos para evitar problemas. También puedes tener ideas de sobre cómo debe ser el diseño, ya que te facilitará el proceso.
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- Paso 3: Selecciona la opción "Circuitos y diagrama lógico", y verás algunas de las opciones como "Lógica analógica y digital" y "Componentes de circuitos integrados".
- Paso 4: Haz clic en la opción "Lógica analógica y digital" de la biblioteca y empieza a crear tu circuito analógico con la ayuda de los símbolos y funciones de las compuertas lógicas que aparecen del lado izquierdo.
- Paso 5: Después de insertar una compuerta, puedes configurarla haciendo clic en el botón de configuración. Puedes cambiar el tipo de compuerta, la entrada y la salida.
8. Limitaciones de las puertas lógicas
Aunque las compuertas lógicas gozan de gran popularidad, existen ciertas limitaciones:
- Para sistemas o un diseño de circuito más complejo, no es recomendable el uso de compuertas lógicas, ya que podría ser complicado colocarlas correctamente y conectarlas.
- Los circuitos que se emplean en la implementación de compuertas lógicas consumen más energía de lo necesario.
- Los circuitos lógicos requieren sistemas de alimentación por batería o fuentes de energía portátiles.
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