Parte Bernardo

Question 1

Sistema digital:

Answer 1

Sistema que toma señales digitales como entradas, las procesa, y produce señales digitales como salida.

Question 2

Señal digital:

Answer 2

La informacion se representa discretamente y los valores cambian de acuerdo a intervalos de tiempo discretos y predeterminados.

Question 3

Señal analogica:

Answer 3

Variaciones continuas de la informacion a lo largo del tiempo.

Question 4

Switch:

Answer 4

Dispositivo digital con 2 estados posible, abierto-cerrado.

Question 5

Nibble, Byte y Word

Answer 5

• Nibble: Grupo de 4 bits consecutivos.
  
  • Byte: Grupo de 8 bits consecutivos. Estructura de datos mas pequeña que puede almacenarse.
  • Word: Grupo de 16 bits consecutivos.

Question 6

Diagrama de tiempos:

Answer 6

Representacion grafica de las señales de entrada y salida como funcion del tiempo.

Question 7

Delay de propagacion:

Answer 7

Diferencia de tiempo entre el cambio de inputs y el cambio de output.

Question 8

Logic Design Concepts, Formas, Terminos

Answer 8

• Podemos generar la funcion logica a partir de la tabla de verdad.
  
  • Formas:
    ○ Suma de productos.
    ○ Producto de sumas.
  • Terminos:
    ○ Miniterminos: Producto de las variables de entrada de forma negada (si son 0) o no negada (si son 1).
    ○ Maxitermino: Suma de las variables de entrada de forma negada (si son 1) o no negada (si son 0).

Question 9

Design Examples: Multiplexador, Half Adder

Answer 9

• Multiplexer: Circuito combinacional que tiene un numero (usualmente, una potencia de 2) de entradas de datos (2n) y n entradas selectoras, usadas como numero binario para seleccionar una de las entradas de datos. Tiene una unica salida, con valor igual a la entrada seleccionada.
  
  • Half adder: Circuito digital que suma dos numeros binarios de un bit. La salida es la suma de los bits (s) y su resto (cout).

Question 10

Logic Signals

Para que pueden usarse las variables logicas?

Answer 10

• Las variables logicas pueden usarse para representar señales electronicas como voltaje, corriente, frecuencia:
  ○ Una señal de voltaje con 0 corresponde a 0V y 1 a 5V o 3V
  ○ Una señal sinusoidal con 0 corresponde a una determinada frecuencia y 1 a otra.
  ○ Una señal de corriente con 0 corresponde a 4mA y 1 a 20mA.
  ○ Para switches, 0 corresponde a cerrado y 1 a abierto.

Question 11

Logic Signals

Niveles logicos:

Answer 11

○ Por ejemplo, para señales de voltaje. Se define un “threshold voltage” (limite de voltaje). Cualquier voltaje por debajo del limite corresponde a un valor logico, y por encima corresponde al otro.
○ Sistemas logicos positivos: Voltaje por encima es 1 y por debajo 0.
○ Sistemas logicos negativos: Sentido inverso.
○ Margenes de voltaje:
○ Valor logico 0: Entre 0V y V0,max
○ Valor logico 1: Entre V1,min y 5V
○ Undefined: Entre V0,max y V1,min.

Question 12

Logic Switches

MOSFET:

Answer 12

metal–oxide semiconductor field-effect transistors.

	○ Usados para implementar switches.

Question 13

Tipos de MOSFET:

Answer 13

1. n-channel (NMOS): Cuatro terminales electronicas, gate (G), drain (D), source (S) y body (B). Cuando el voltaje Vg es mayor al limite de voltaje Vth, se establece una conexion entre el source y el drain, y el transistor funciona como un switch cerrado. Si el voltaje es menor al limite, no hay conexion.
2. p-channel (PMOS): Comportamiento opuesto a los NMOS. Actua como switch cerrado para entrada 0 y switch abierto para entrada 1. Mismas terminales que el NMOS.

Question 14

NMOS and PMOS Logic Gates

Redes:

Answer 14

○ Pull up: Tramo del circuito que lleva el voltaje hacia arriba (5V).
○ Pull down: Tramo del circuito que lleva el voltaje hacia abajo (0V).

Question 15

NMOS

Inversor y compuertas:

Answer 15

• Inversor NMOS:
  ○ Cuando VG = 0V, el switch esta abierto y el transistor T1 esta apagado , por lo que no hay corriente a traves de R. El voltaje Vout es igual a VDD (1). En el caso que VG = VDD = 1, el switch esta cerrado y el transistor T1 prendido, por lo que hay conexion con gnd. El voltaje Vout es 0.
  • Compuerta NMOS NAND
  • Compuerta NMOS NOR

Question 16

CMOS Logic Gates

En que consiste? Cuales hay?

Answer 16

• CMOS (Complementary MOS): Consiste de PMOS y NMOS en conjunto. NMOS entre output y ground, PMOS entre output y VDD.

Cuales hay:

1. CMOS Inverter
2. CMOS NAND
3. CMOS NOR

Question 17

Power Dissipation

Explique…

Answer 17

• Cuanto mayor sea la disipacion de potencia, menor sera la vida de la bateria.
  
  • La disipacion de potencia es proporcional al calor generado por el chip o sistema.
  • Un sobrecalentamiento del sistema puede causar que el circuito funcione fuera de su rango normal, generando salidas incorrectas.
  • Ps (Static power dissipation): Potencia consumida cuando la salida o entrada no cambia o cuando el clock esta apagado. Normalmente causado por fuga de corriente, y tambien puede ser causado por el tamaño del transistor, puesto que como son tan pequeños puede saltar un electron del source al drain, por mas que este sin conexion el transistor.
  • Pd (Dynamic power dissipation): Potencia consumida cuando la entrada o salida cambia porn el cambio en las señales electricas.
  • Los circuitos NMOS consumen Pd y Ps, mientras que los CMOS solo consumen Pd. La disipacion es menor en los CMOS que en los NMOS.

Question 18

Combinational Logic

Que es un circuito combinacional?

Como se componene los circuitos secuenciales?

Answer 18

• Circuito combinacional: Combinacion de compuertas interconectadas, cuya salida en un instante depende unicamente de las entradas en ese instante.
  
  • Los circuitos secuenciales se componen de circuitos combinacionales y memorias con m entradas y n salidas.

Question 19

Combinational Logic

Multiplexers, que es?

Answer 19

• Multiplexador: Switch digital con 2M entradas de datos, M entradas selectoras y una unica salida.
  ○ Se denominan 2M:1 multiplexadores, donde 2M es la cantidad de entradas de datos (ej. 2:1 multiplexer o 4:1 multiplexer).

Question 20

Demultiplexers, que es?

Answer 20

• Demultiplexador: Opuesto del multiplexador. Una entrada de datos y M entradas selectoras, que seleccionan entre las 2M salidas, por donde saldra el dato.

Question 21

Decoder, que es? aplicaciones…

Answer 21

• Decodificador: Circuito logico de multiples entradas y multiples salidas, que convierte entradas codificadas en salidas codificadas, donde la codificacion de entradas y salidas es distinta.
  
  • La codificacion mas usada es un codigo binario de N bits, donde una palabra de N bits representa uno entre 2N valores codificados diferentes.
  • Tiene N entradas y 2N salidas como maximo.
  • Ejemplos:
    ○ Direccionar espacios de memoria.
    ○ 7 Segmentos.

Question 22

Encoder, que es? aplicaciones…

Answer 22

• Codificador: Opuesto al decodificador. N salidas y 2N entradas.
  
  • Codifica la entrada a una forma mas compacta.
  • Ejemplos:
    ○ Binary encoder: Una entrada debe ser 1, y la salida indicara que entrada es, de forma binaria.
    ○ Priority encoder: Mas de una entrada puede ser 1, y la salida indicara la entrada de mayor prioridad que esta activada.

Question 23

Arithmetic Circuits

Que es un adder?

Cual es la forma mas eficiente de sumar dos numeros de N bits?

Answer 23

• Adder: Circuito que suma dos numeros de N bits y genera un numero de N bits o un bit que indica overflow.
  
  • La forma mas eficiente de sumar dos numeros de N bits es usar N circuitos que sumen de a 1 bit.

Question 24

Half Adder, explique

Answer 24

• Suma dos bits y produce un numero de 2 bits (entre 0 y 2).
  
  • Bit:
    ○ Menos significativo: s (sum)
    ○ Mas significativo: Cout (carryout)
  • No puede usarse para la construccion de adders mas grandes.

Question 25

Full Adder, explique

Answer 25

• Ademas de dos bits de entrada, tiene una entrada Cin (carry in).
  
  • Produce las mismas salidas que el half adder.

Question 26

Ripple Carry Adder, explique

Answer 26

• Para sumar numeros de N bits.
  
  • Cascada de N full-adders.
  • El primer carry in usualmente se fuerza a 0.
  • Si cada adder tiene un delay de delta t, el circuito completo tiene un delay de n x delta t.

Question 27

Carrry Look Ahead Adder, explique

Answer 27

• Los ripple-carry adders suman como se haria manualmente. El carry-look ahead adder suma mas rapida y eficientemente.
  
  • Se computa el carry-in en paralelo.

Question 28

Que son los dispositivos logicos estadares y que ventajas y desventajas tienen?

Answer 28

Aquellos circuitos logicos que se usan mas comunmentes se los refiere como chips estandares por que su funcionalidad y configuracion cumple con estandares acordados previamente.
Sus ventajas son que son faciles de usar y tiene amplica disponibilidad.
Sus desventajas son que tiene una funcionalidad fija y como generalmente no poseen una funcionalidad compleja es requerido de muchos de estos para cumplir con cierta funcion y eso requerira de mas espacio y mas componentes.

Question 29

Que son los dispositivos logicos de diseño personalizado, que ventajas y desventajas tienen?

Answer 29

Son chips diseñados para cumplir con requisitos especificos, y se los conocen como application specific integrated circuits (ASICs).
La principal ventaja que tienen es que estan optimizados para una aplicación en especifico. Ademas ocupan un area muy pequeña, y esto ocasiona ahorros en los costos.
La desventaja es que son economicamente justificables solamente si se realizan en produccion en masa, tipicamente en cientos de miles de ASICs. Otra desventaja es que requiere del trabajo de ingenieros altamente calificados para realizar su produccion. Otra es que el circuito no puede ser alterado una vez que se fabricó.

Question 30

Que son los dispositivos de logica programable, que desventaja tiene?

Answer 30

Son chips que tienen una estrucutra muy general y contienen switches programables, que permiten al ususario configuran el circuito interno para que realiza la funcion deseada. El programador (usuario final) simplemente debe cambiar la configuracion de esos switches.
Su principal desventaja es que puede que no tengan el mejor rendimiento. El rendimiento de un ASIC o un chip estandar equivalente tiende a ser mejor.

Question 31

Que es un valor logico, una funcion logica y una compuerta logica?

Answer 31

Valores logicos son elementos que pueden tomar un de dos valores, 0 y 1.
De la misma manera, una variable logica solo puede ser igual a 0 o 1.

Una funcion logica es una expression, que describe las operaciones logicas entre sus variables logicas.

Las compuertas logicas se utilizan para representar e implementar expresiones logicas (funciones logicas) y pasar a tener diagramas de circuitos digitales.

Question 32

Que es una tabla de verdad?

Answer 32

Una tabla de verdad es generalmente el primer paso del diseño. El diseñador empieza con una declaracion (statement) de palabras que describe la funcion del sistema digital, y luego identifica los inputs y outpust del sistema y dibuja la tabla de verdad.
Una tabla de verdad consiste en columnas de inputs y outputs que caracterizan a la funcion del circuito digital.