Circuitos Combinatorios

Un circuito combinatorio es un arreglo de compuertas lógicas con un conjunto de entradas y salidas.
Las n variables de entrada binarias vienen de una fuente externa, las m variables de salida van a un destino externo, y entre éstas hay una interconexión de compuertas lógicas. Un circuito combinatorio transforma la información binaria de los datos de entrada a los datos de salida requeridos.
Un circuito combinatorio puede describirse mediante una tabla de verdad que muestre la relación binaria entre las n variables de entrada y las m variables de salida. Puede especificarse también con m funciones booleanas, una por cada variable de salida. Cada función de salida se expresa en término de las n variables de entrada.
El análisis de un circuito combinatorio comienza con un diagrama de circuito lógico determinado y culmina con un conjunto de funciones booleanas o una tabla de verdad.
El diseño de circuitos combinatorios parte del planteamiento verbal del problema y termina con un diagrama de circuito lógico. Pasos:
1- Se establece el problema
2- Se asignan letras a las variables de entrada y salida
3- Se deriva la tabla de verdad que define la relación entre entradas y salidas
4- Se obtienen las funciones booleanas simplificadas para cada salida
5- Se traza el diagrama lógico

**Semisumador.
Un circuito combinatorio que ejecuta la suma de dos bits se llama semisumador.
Las variables de entrada de un semisumador se llaman bits sumando y cosumando. Las variables de salida se llaman suma y acarreo.
**Sumador completo o total.
Es un circuito combinatorio que forma la suma aritmética de tres bits de entrada. Consiste de tres entradas y dos salidas. Dos de las variables de entrada representan los dos bits significativos a sumarse. La tercera representa el acarreo de la posición menos significativa previa.

Flip-Flops

El tipo más común de circuitos secuenciales es el tipo síncrono. Estos emplean señales que afectan los elementos de almacenamiento sólo en instantes discretos de tiempo. La sincronización se logra con un dispositivo de tiempo llamado generador de pulso de reloj, que produce un tren periódico de pulsos de reloj. Los elementos de almacenamiento se afectan solo con la llegada del pulso de sincronización. Los circuitos secuenciales síncronos raramente manifiestan problemas de inestabilidad y su temporización se descompone fácilmente en pasos discretos independientes.
Los elementos de almacenamiento empleados en los circuitos secuenciales con reloj se llaman flip-flops. Un flip-flop es una celda binaria capaz de almacenar un bit de información. Tiene dos salidas, una para el valor normal y una para el valor complementario del bit almacenado. Un flip-flop mantiene un estado binario hasta que es dirigido por un pulso de reloj para que cambie el estado.
** Flip-flop SR
Tiene tres entradas, S (de inicio), R (reinicio o borrado) y C (para reloj). Tiene una salida Q, y a veces también tiene una salida complementada. Hay un pequeño triángulo enfrente de la letra C, para designar una entrada dinámica. Denota el hecho de que el flip-flop responde a una transición positiva (de 0 a 1) de la señal de reloj.
Si no hay una señal en la entrada de reloj C, la salida del circuito no puede cambiar independientemente de cuáles sean los valores de las entradas S y R. Sólo cuando la señal cambia de 0 a 1 puede la salida afectarse de acuerdo con los valores de las entradas.
Este flip-flop no debe recibir pulsos de reloj cuando S=R=1 ya que produce un estado siguiente indeterminado.
** Flip-flop D
Un flip-flop SR se convierte a un flip-flop D insertando un inversor entre S y R y asignando el símbolo D a la entrada única. La entrada D se muestra durante la ocurrencia de una transición de reloj de 0 a 1.
La salida Q recibe su valor de la entrada D cada vez que la señal de reloj pasa a través de una transición de 0 a 1.
Aunque el flip-flop D tiene la ventaja de tener sólo una entrada, tiene la desventaja de que su tabla característica no tiene una condición Q(t + 1) = Q(t) “sin cambio”.
** Flip-flop JK
Las entradas J y K se comportan como las entradas S y R para iniciar y reiniciar el flip-flop. Cuando las entradas J y K son ambas igual a 1, una transición de reloj alterna las salidas del flip-flop a su estado complementario.
** Flip-flop T
Este flip-flop se obtiene del tipo JK cuando las entradas J y K se conectan para proporcionar una entrada única designada por T. El flip-flop T tiene sólo dos condiciones. Ecuación característica: Q(t + 1) = Q(t)  T.
** Flip-flop disparado por el flanco
Sirve para sincronizar el cambio de estado durante una transición de pulso de reloj. En este tipo de flip-flop, las transiciones de la salida ocurren a un nivel específico de pulso de reloj. Cuando el nivel de pulso de entrada excede este nivel de umbral, las entradas se tienen de manera que el flip-flop no responde a cambios adicionales de las entradas hasta que el pulso de reloj regresa a 0 y ocurre otro pulso.
La transición de reloj positiva efectiva incluye un tiempo mínimo llamado tiempo de establecimiento, en el cual la entrada D debe permanecer en un valor constante antes de la transición, y un tiempo definido llamado tiempo de retención, en el cual la entrada D no debe cambiar después de la transición positiva.
** Flip-flop amo-esclavo
Este tipo de circuito consta de dos flip-flops. El primero es el amo y responde al nivel positivo del reloj; el segundo es el esclavo y responde al nivel negativo del reloj. El resultado es que la salida cambia durante la transición de la señal del reloj de 1 a 0.

Circuitos Secuenciales

Un circuito secuencial es una interconexión de flip-flops y compuertas. Las compuertas por sí mismas constituyen un circuito combinatorio, pero cuando se incluyen junto con los flip-flops, el circuito complemento se clasifica como un circuito secuencial.
El bloque de un circuito combinatorio recibe señales binarias de las entradas externas y de las salidas de los flip-flops. Las salidas del circuito combinatorio van a las salidas externas y a las entradas de los flip-flops. Las compuertas en el circuito combinatorio determinan el valor binario que va a almacenarse en los flip-flops después de cada transición de reloj. Las salidas de los flip-flops, a su vez, se aplican a las entradas del circuito combinatorio y determinan el comportamiento del circuito.
Un circuito secuencial se especifica por una secuencia de tiempos de las entradas externas, salidas externas y estados binarios de los flip-flops internos.
Ecuación de entrada de los flip-flops
La parte del circuito combinatorio que genera las entradas a los flip-flops se describe por medio de un conjunto de expresiones booleanas llamadas ecuaciones de entrada de los flip-flop.
Tabla de estado
El comportamiento de un circuito secuencial se determina por sus entradas, sus salidas y el estado de sus flip-flops. Un circuito secuencial se especifica por una tabla de estado que relaciona las salidas y los estados siguientes como una función de las entradas y de los estados presentes.
La sección de entrada da un valor de x para cada estado presente posible. La sección de estado siguiente muestra los estados de los flip-flops en un período de reloj después a un tiempo t + 1.
Diagrama de estado
La información disponible en una tabla de estado se puede representar gráficamente con un diagrama de estado. El estado se representa con un círculo y la transición entre estados se indican con líneas que conectan los círculos.

Circuitos Integrados

Un circuito integrado (CI) es un pequeño cristal de silicio semiconductor, llamado microcircuito, que contiene los componentes electrónicos para las compuertas digitales. Las diversas compuertas se conectan dentro del microcircuito para formar los circuitos requeridos.
La diferenciación entre los microcircuitos que tienen unas cuantas compuertas internas y aquellos que tienen cientos o miles se hacen con una referencia preestablecida para dispositivos de integración en pequeña, mediana y gran escala.
Los dispositivos de integración en escala pequeña (SSI) contienen distintas compuertas independientes en un solo encapsulado. Por lo general, el número de compuertas es menor que 10.
Los dispositivos de integración en escala mediana (MSI) tienen de 10 a 200 compuertas en un solo encapsulado.
Los dispositivos de integración en escala grande (LSI) contienen entre 200 y unos miles de compuertas en un solo encapsulado.
Los dispositivos de integración en escala muy grande (VLSI) contienen miles de compuertas en un solo encapsulado.
Los circuitos integrados digitales se clasifican tambien por la tecnología de circuitos a la que pertenecen. El circuito básico de cada tecnología es una compuerta NAND, NOR o NOT. Los componentes electrónicos que se emplean en la construcción del circuito básico sirven de ordinario para dar nombre a la tecnología.
La familia lógica transistor-transistor (TTL) fue una evolución de una tecnología previa con base en diodos y transistores para la compuerta básica NAND. Los diodos fueron reemplazados por transistores para mejorar el funcionamiento del circuito.
La familia lógica de emisor acoplado (ECL) proporciona los circuitos digitales de mas alta velocidad en forma integrada.
El transistor metal óxido semiconductor (MOS) es unipolar ya que depende del flujo de un solo tipo de portador, como electrones (canal n) o huecos (canal p). Al MOS del canal n se lo conoce como NMOS y al del canal p como PMOS.
La tecnología del MOS complementario (CMOS) tiene transistores PMOS y NMOS conectados de modo complementario en todos los circuitos. Las ventajas de los CMOS sobre los bipolares son la alta densidad de integración de los circuitos, una técnica de procesamiento mas simple durante la fabricación y un funcionamiento mas económico debido a su consumo de energía mas bajo.



Fuente: Arquitectura de Computadoras - Autor: Morris Manno

Espero les sea de utilidad a las personas que les interesa este tema. Ya voy a postear mas de esto.
Saludos y espero que guste!
Comenten jaja

A pedido de metallmaxi aca van las imagenes de los Flip-flops

Flip-flop SR

Circuitos combinatorios, secuenciales, e integrados y Flip-f

Flip-flop D

pc

Flip-flop JK (no encontre la tabla pero apenas la tenga la pongo)

circuitos

Flip-flop T

computadora