Puerta lógica
De Wikipedia, la enciclopedia libre
Una puerta lógica, o compuerta lógica, es un dispositivo electrónico que es la expresión física de un operador booleano en la lógica de conmutación. Cada puerta lógica consiste en una red de dispositivos interruptores que cumple las condiciones booleanas para el operador particular. Son esencialmente circuitos de conmutación integrados en un chip.
Claude Elwood Shannon experimentaba con relés o interruptores electromagnéticos para conseguir las condiciones de cada compuerta lógica, por ejemplo, para la función booleana Y (AND) colocaba interruptores en circuito serie, ya que con uno solo de éstos que tuviera la condición «abierto», la salida de la compuerta Y sería = 0, mientras que para la implementación de una compuerta O (OR), la conexión de los interruptores tiene una configuración en circuito paralelo.
La tecnología microelectrónica actual permite la elevada integración de transistores actuando como conmutadores en redes lógicas dentro de un pequeño circuito integrado. El chip de la CPU es una de las máximas expresiones de este avance tecnológico.
Tabla de contenidos |
[editar] Lógica directa
[editar] Puerta SI
La puerta lógica SI, realiza la función booleana igualdad. En la práctica se suele utilizar como amplificador de corriente (buffer en inglés).
La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta SI es:
Su tabla de verdad es la siguiente:
| Entrada A | Salida A |
|---|---|
|
|
|
|
|
|
[editar] Puerta Y (AND)
La puerta lógica Y, más conocida por su nombre en inglés AND, realiza la función booleana de producto lógico. Su símbolo es un punto (·), aunque se suele omitir. Así, el producto lógico de las variables A y B se indica como AB, y se lee A y B o simplemente A por B.
La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta AND es:
Su tabla de verdad es la siguiente:
| Entrada A | Entrada B | Salida AB |
|---|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Su definición se puede dar, como una compuerta que entrega un 1 lógico sólo si todas las entradas están a nivel alto 1.
[editar] Puerta O (OR)
La puerta lógica O, más conocida por su nombre en inglés OR, realiza la operación de suma lógica.
La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta OR es:
Su tabla de verdad es la siguiente:
| Entrada A | Entrada B | Salida A + B |
|---|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Podemos definir la puerta O como aquella que proporciona a su salida un 1 lógico si al menos una de sus entradas está a 1.
[editar] Puerta OR-exclusiva (XOR)
La puerta lógica O-exclusiva, más conocida por su nombre en inglés XOR, realiza la función booleana A'B+AB'. Su símbolo es el más (+) inscrito en un círculo. En la figura de la derecha pueden observarse sus símbolos en electrónica.
La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta XOR es:
Su tabla de verdad es la siguiente:
| Entrada A | Entrada B | Salida A  B |
|---|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Se puede definir esta puerta como aquella que da por resultado uno, cuando los valores en las entradas son distintos. ej: 1 y 0, 0 y 1 (en una compuerta de dos entradas).
Si la puerta tuviese tres o más entradas, la XOR tomaría la función de suma de paridad, cuenta el número de unos a la entrada y si son un número impar, pone un 1 a la salida, para que el número de unos pase a ser par. Esto es así porque la operación XOR es asociativa, para tres entradas escribiríamos: a(bc) o bien (ab)c. Su tabla de verdad sería:
| Entrada A | Entrada B | Entrada C | Salida A B C |
|---|---|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[editar] Lógica negada
[editar] Puerta NO (NOT)
La puerta lógica NO (NOT en inglés) realiza la función booleana de inversión o negación de una variable lógica.
La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta NOT es:
Su tabla de verdad es la siguiente:
| Entrada A | Salida  |
|---|---|
|
|
|
|
|
|
Se puede definir como una puerta que proporciona el estado inverso del que esté en su entrada.
[editar] Puerta NO-Y (NAND)
La puerta lógica NO-Y, más conocida por su nombre en inglés NAND, realiza la operación de producto lógico negado. En la figura de la derecha pueden observarse sus símbolos en electrónica.
La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta NAND es:
Su tabla de verdad es la siguiente:
| Entrada A | Entrada B | Salida  |
|---|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Podemos definir la puerta NO-Y como aquella que proporciona a su salida un 0 lógico únicamente cuando todas sus entradas están a 1.
[editar] Puerta NO-O (NOR)
La puerta lógica NO-O, más conocida por su nombre en inglés NOR, realiza la operación de suma lógica negada. En la figura de la derecha pueden observarse sus símbolos en electrónica.
La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta NOR es:
Su tabla de verdad es la siguiente:
| Entrada A | Entrada B | Salida  |
|---|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Podemos definir la puerta NO-O como aquella que proporciona a su salida un 1 lógico sólo cuando todas sus entradas están a 0. La puerta lógica NOR constituye un conjunto completo de operadores.
[editar] Puerta equivalencia (XNOR)
La puerta lógica equivalencia, más conocida por su nombre en inglés XNOR, realiza la función booleana AB+A'B'. Su símbolo es un punto (·) inscrito en un círculo. En la figura de la derecha pueden observarse sus símbolos en electrónica. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta XNOR es:
Su tabla de verdad es la siguiente:
| Entrada A | Entrada B | Salida  |
|---|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Se puede definir esta puerta comos aquella que proporciona un 1 lógico, sólo si las dos entradas son iguales, esto es, 0 y 0 ó 1 y 1.
[editar] Representación de funciones
Mediante las puertas lógicas básicas NOT, AND y OR podemos representar cualquier función booleana. Las puertas NAND y NOR forman un conjunto de puertas completo, es decir que tan sólo usando un tipo de estas puertas se es capaz de representar cualquier función.
[editar] Simbología
Actualmente se usan dos tipos de símbolos, ambos definidos por el IEEE en la norma ANSI.
El símbolo tradicional es el más usado al ser el más simple para dibujarlo a mano, a la vez que es más visual.
El símbolo rectangular está basado en la IEC 60617-12. Esta simbología ha sido ampliamente aceptada por grandes estándares.
| Type | Símbolo tradicional | Símbolo rectangular |
|---|---|---|
| AND |  |
 |
| OR |  |
 |
| NOT |  |
 |
| En electrónica una puerta NOT se suele llamar inversor. El círculo en el símbolo se llama 'burbuja' y se usa en diagramas de circuitos para indicar una entrada o salida inversora. | ||
| NAND |  |
 |
| NOR |  |
 |
| En la práctica, la puerta lógica más barata y más usada suele ser la puerta NAND. Charles Peirce mostró que las puertas NAND pueden usarse solas (de la misma forma que las puertas NOR) para conseguir los mismos resultados que con otras puertas lógicas.
Puede que alguna vez se encuentre una puerta OR con una burbuja en cada una de sus entradas, ya que por las Leyes de De Morgan se puede demostrar que equivale a una puerta NAND, de la misma forma que una puerta NOR equivale a una puerta AND con burbujas en sus entradas. Son símbolos equivalentes. Existen además dos puertas lógicas, la llamada OR-Exclusiva o XOR y su inversa NOR-Exclusiva o XNOR. Consisten en detectar cuándo las entradas son iguales, para dar 0 en el caso de XOR ó 1 en el caso de XNOR. |
||
| XOR |  |
 |
| XNOR |  |
 |
[editar] Puertas lógicas triestado
Las puertas lógicas triestado (de tres estados), son un tipo de puertas en las cuales la salida tiene, además de los niveles alto y bajo, un tercer estado de alta impedancia normalmente representado por Z. El estado Z se implementa únicamente para facilitar el diseño de los circuitos, y no contiene ninguna información. Esta característica se utiliza en circuitos en los cuales las salidas de varias puertas lógicas se conectan a una única entrada, (evitando así un cortocircuito). Una entrada de control activa una única salida a la vez, dependiendo de la operación lógica requerida por el diseñador, mientras que las otras salidas se mantienen en el estado Z de alta impedancia (también denominado 'deshabilitado').
