Catálogo

Los primeros sistemas digitales se construyeron hace poco más de cincuenta años y su desarrollo en este corto lapso de tiempo resulta increíble. Los cambios en la forma de trabajar en este campo también son muy notables, como es lógico. Particularmente los elementos constructivos utilizables por los ingenieros, así como las herramientas de ayuda al diseño disponibles, avanzan a un ritmo muy rápido y sostenido. La previsión es que esta dinámica se mantendrá en los próximos años tal como ocurre hoy. Para sobrevivir en este medio tan cambiante, para mantenerse en la primera línea del desarrollo, es imprescindible partir de una formación sólida en las materias básicas. Precisamente este libro, concebido como texto para el desarrollo de asignaturas dedicadas al estudio de los sistemas digitales, trata de dar un sólido fundamento en el conocimiento de los mismos. En el estudio de los sistemas digitales son importantes todos los aspectos teóricos, pero también es imprescindible abordar las cuestiones prácticas. Por ello se han incluido ejemplos suficientes en los diferentes capítulos y en todos se propone una abundante relación de ejercicios; con respecto a ellos hay que señalar que en ocasiones se utilizan como ampliación de la teoría, introduciendo algún concepto nuevo que no se ha incluido previamente al no ser fundamental. También, cuando es pertinente, se describen diferentes pastillas de circuito integrado, que son los elementos reales que el diseñador utilizará; no obstante, consideramos que, por lo que respecta al conocimiento de los circuitos integrados, lo que en este libro se incluye es lo imprescindible, siendo aconsejable que los estudiantes se familiaricen con las hojas de características de los diferentes circuitos que se utilicen, tal como se propone a lo largo del libro. Además de los ejercicios sobre papel que en cada capítulo se proponen, un curso completo de Sistemas Digitales incluirá también simulaciones adecuadas y prácticas de laboratorio, en las que se manipulen los circuitos que se describen en el texto, dependiendo ya de las disponibilidades de cada centro. En relación con lo anterior, este texto incluye un CDROM con la herramienta Maxplus II (versión de estudiante), un tutorial para aprender su manejo y una colección de ejemplos y ejercicios de simulación. Además, se pueden simular los ejercicios propuestos en el texto, u otros que se puedan proponer. Hemos preferido no entremezclar las simulaciones con los desarrollos teóricos, por entender que ello puede crear confusión; creemos que las simulaciones y las prácticas de laboratorio deben ir después de conocer bien la teoría, siendo en cualquier caso imprescindibles para una completa formación. Las herramientas incluidas en el CDROM pueden ser un medio excelente para el trabajo autónomo de los estudiantes en todas las cuestiones prácticas involucradas en el diseño de sistemas digitales, analizando diferentes problemas que pueden aparecer en la implementación de los diseños, particularmente los relacionados con las temporizaciones. Este libro es una actualización notable del titulado Diseño lógico, de dos de los autores del presente. En este se mantiene en gran medida la estructura del anterior, que se ha mostrado acertada, pero incluyendo importantes incorporaciones y pequeños cambios en la ordenación de algunas materias. El libro está organizado en catorce capítulos y un apéndice, más un CDROM; los seis primeros cubren el diseño combinacional y los ocho restantes se dedican al diseño de sistemas secuenciales y a la presentación de los microprocesadores y de las herramientas para el diseño de sistemas digitales. El capítulo 1 se dedica principalmente al Álgebra de Boole, como herramienta matemática clave en el diseño de los sistemas digitales. También se describen en él las redes de conmutadores como ejemplos sencillos de sistema digital, así como las puertas MOS y las puertas de transmisión, modeladas como redes de conmutadores. En el capítulo 2 se estudian en detalle las funciones de conmutación, siendo lo más relevante de su contenido la introducción de los mapas de Karnaugh y la iniciación en los procedimientos de minimización. El capítulo 3 aborda casi con exclusividad el método de Quine-McCluskey de minimización. También se estudia la síntesis con sólo puertas NAND o sólo puertas NOR, así como el problema de los riesgos. El capítulo 4 se dedica a diversas cuestiones prácticas de los circuitos digitales y de los diferentes tipos de señales que en los mismos se procesan. En el capítulo 5 se describen diversos módulos combinacionales disponibles en forma de circuitos integrados. En primer lugar están los diseñados para la conducción de la información (multiplexores y demultiplexores), y en segundo lugar se abordan los circuitos lógicos programables (ROM, PAL y PLA). En el capítulo 6, en primer lugar, se condensan los conocimientos matemáticos imprescindibles para entender el funcionamiento de los circuitos aritméticos, que se describen posteriormente. Estos conocimientos aritméticos pueden estar contenidos en los programas de otras asignaturas, por lo que, dependiendo de planes de estudios, esta parte se puede saltar si los estudiantes tienen ya estos conocimientos. Tras describir los circuitos aritméticos combinacionales más sencillos, se pasa a una introducción a la codificación, presentando a continuación algunos circuitos codificadores y decodificadores.
Con el capítulo 7 se entra en el estudio de los sistemas secuenciales. Se estudian los diversos biestables y se introduce la estructura de los sistemas secuenciales síncronos. Con el análisis de un sistema secuencial síncrono se presentan las tablas y diagramas de estados. El capítulo 8 está dedicado a diferentes bloques constructivos secuenciales, disponibles en la mayoría de los casos en forma integrada, como son los registros de desplazamiento, los contadores y las memorias RAM, LIFO y FIFO, así como algunos módulos programables que incluyen elementos de memoria. En el capítulo 9 se abordan los problemas centrales en el diseño de sistemas secuenciales, como son la minimización de las tablas de estados y la asignación de estados, incluyendo también el estudio de los sistemas incompletamente especificados. Si en el temario de alguna asignatura no se incluyera el estudio de los sistemas secuenciales asíncronos, también se podría obviar la consideración de los sistemas secuenciales síncronos incompletamente especificados. El capítulo 10 puede considerarse el último de este nivel descriptivo y está dedicado a los sistemas secuenciales asíncronos en modo fundamental, incluyendo los problemas de riesgos y carreras. El capítulo 11 se dedica a la implementación de algoritmos (ASM), en el nivel descriptivo de transferencias entre registros. Se consideran detalladamente los algoritmos de cálculo y las máquinas algorítmicas, para las que se presentan unidades de control tanto cableadas como microprogramadas. En el capítulo 12 se da una visión actual de los microprocesadores y microcontroladores, desde los de 8 hasta los de 64 bits. El objetivo no es enseñar a diseñar utilizando microprocesadores, sino ofrecer una panorámica completa de las posibilidades que con estos dispositivos se tienen. En el capítulo 13 se describen las distintas alternativas de diseño que hoy ofrece el mercado. Se dedica especial atención a los circuitos lógicos programables y a la herramientas CAD utilizables. En el último capítulo, el 14, se hace una introducción a uno de los lenguajes de descripción del hardware, el VHDL, para el que se incluyen, en el CDROM adjunto al libro, las herramientas necesarias para realizar diseños y simulaciones. Finalmente, como presentación y breve descripción del CDROM que se incluye con el libro, hay un apéndice con las principales indicaciones al respecto. Los últimos capítulos, todos o algunos de ellos, se pueden suprimir al configurar un curso concreto, permitiendo una gran versatilidad en el desarrollo de los programas de las diferentes asignaturas en las que este libro se puede utilizar como texto. Por lo que se refiere a los conocimientos previos exigidos para seguir los temas desarrollados en el libro, sólo se suponen conocimientos matemáticos elementales. El IEEE ha desarrollado un estándar (el 91-1984) para los símbolos lógicos, pero el hecho es que la mayoría de los autores no los usan. Nosotros tampoco utilizamos los símbolos IEEE, pues creemos más adecuados los que aparecen en el texto, por otra parte de uso muy extendido actualmente.
Con respecto al formato o convenciones de numeración, prácticamente no hay comentario alguno que hacer, salvo mencionar que cuando en un capítulo se hace referencia a un problema de otro capítulo, se da en primer lugar el número del capítulo y a continuación el número del problema dentro del mismo. A pesar del cuidado que se ha puesto en la confección del libro, es seguro que más de un error habrá pasado inadvertido. Agradeceríamos a quienes los descubran que nos los comuniquen. De igual forma nos gustaría recibir comentarios o sugerencias de quienes usen este libro, para adecuarlo lo mejor posible a las necesidades reales. Lo último de este prólogo, pero también lo más importante del mismo, son los agradecimientos. En primer lugar, a quien nos introdujo en estas cuestiones, el profesor don José Miró Nicolau, cuyo magisterio ha sido trascendente para nosotros. Además de las personas mencionadas en el prólogo del libro Diseño lógico, a las que por supuesto seguimos agradecidos, deseamos agradecer la colaboración en la elaboración del presente a Francisco Pelayo Valle, María Begoña del Pino Prieto, Julio Ortega Lopera y Antonio García Ríos. Por lo que se refiere a la edición del libro, Concepción Fernández y Amelia Nieva han sido las editoras del mismo y ha sido muy agradable trabajar con ellas. Nuestro agradecimiento a ambas.

Granada, marzo de 2003. Los autores.