Compuertas lógicas

Las compuertas lógicas son circuitos lógicos de conmutación que responden a partir de condiciones particulares y cuya conmutación parte del principio de un interruptor booleano. Son ampliamente utilizadas en el funcionamiento de diferentes semiconductores y microprocesadores. Con el objetivo de obtener señales en binario que puedan ser interpretadas fácilmente por ordenadores cuando se satisfacen los requerimientos de alguna entrada lógica.

Estos circuitos cuentan con gran versatilidad al poder combinarse entre sus tipos y así obtener mayor variedad de operaciones lógicas.

Compuertas lógicas

¿Qué es una compuerta lógica?

Una compuerta lógica por individual es un conjunto de transistores que realizan determinadas operaciones. La mínima operación digital realizable por un dispositivo es la que hace la compuerta lógica. Existen cuatro diferentes tipos de operaciones digitales, son los siguientes:

  • La suma lógica (OR).
  • La multiplicación lógica (AND).
  • La negación lógica (NOT).
  • La comparación lógica (XOR).

Es posible realizar otros tipos de operaciones lógicas combinando los mencionados anteriormente, y partiendo de este concepto es posible obtener toda una variedad de dispositivos como amplificadores, sensores, conmutadores, procesadores, codificadores y decodificadores. La robótica es una de las ramas de aplicación que mayor provecho ha sacado a esta tecnología, y eso ha permitido que otras ramas como la nanotecnología hiciera posible la miniaturización de los circuitos al desarrollar las compuertas lógicas moleculares.

Básicamente, en donde se haga uso de transistores o cualquier otro elemento de conmutación en un circuito sin dudas será posible encontrar al menos una compuerta lógica.

¿Cómo funciona una compuerta lógica?

Una compuerta lógica funciona recibiendo una señal eléctrica, y dependiendo de su magnitud (y definiendo previamente su tensión de histéresis), la configuración que tenga esta compuerta podrá interpretar esta señal con un valor lógico sea 0 o 1. Al igual que una calculadora, las compuertas lógicas reciben un conjunto de datos de entrada y esta ofrece un determinado dato de salida. Dicho dato de salida puede ser redirigido a otro conjunto de compuertas para repetir el procedimiento de manera ilimitada.

La determinación de la selección y conexión de compuertas lógicas en un circuito se vale del algebra booleana (teoría matemática aplicada a la lógica combinatoria), y cuyas respuestas pueden simularse de manera teórica con una herramienta llamada “Tabla de la verdad”. Las magnitudes lógicas solo consideran dos valores posibles, y por esta razón es que resulta práctico para realizar todo tipo de operaciones matemáticas sin margen de error con estos dispositivos.

¿Para qué sirve una compuerta lógica?

Las compuertas lógicas abarcan considerablemente el campo de la electrónica digital al encontrarse presentes en transistores y circuitos integrados, eso con el propósito de realizar operaciones sobre la señal y operar en procesos de computación. A saber, no es posible imaginar un computador o siquiera un sistema operativo sin la influencia de las compuertas lógicas, ya que son estas las que definen el comportamiento de semiconductores como transistores y conmutadores que son incluidos en sistemas digitales.

Es vasta la importancia de estos dispositivos pese a su simpleza, sobra decir que desde su implementación en la cotidianidad establecieron un antes y después, y solo por eso difícilmente dejaran de existir; de allí lo indispensables que resultan.

Ventajas de las compuertas lógicas

Las compuertas lógicas ofrecen muchos beneficios en el campo de los microprocesadores gracias a su comportamiento que en combinaciones permiten realizar operaciones complejas de manera muy simple. Eso sin mencionar que no existe un límite definido de combinaciones de compuertas lógicas para un dispositivo electrónico, así como tampoco para el diseño de un confinamiento físico determinado, por lo que su aplicabilidad aun no muestra tener límites. El diseño y construcción de estos dispositivos ha mejorado considerablemente en la última década, por lo que pueden ser muchos más pequeños y veloces, y eso se traduce en mayor cantidad de puertas y operaciones por milímetro de longitud.

Compuertas lógicas tablas de verdad

¿Qué tipos de compuertas lógicas existen?

Cada tipo de compuerta lógica posee dos variables de entrada designadas como “A” y “B” y una salida binaria designada como “X”. En total existen siete tipos de compuertas lógicas. Todas realizan una operación específica sobre los valores de sus variables de entrada y admiten su conexión con otro tipo de compuertas, estas son:

  • AND: Este tipo de compuerta realiza la multiplicación de los valores de sus variables de entrada, esto significa que su salida será 1 siempre que sus valores de entrada también lo sean. Este tipo de compuertas pueden tener más de dos entradas y su condición de funcionamiento aplica a todas por igual.
  • OR: Esta compuerta realiza una operación sumadora en los valores de sus variables de entrada, esto significa que su valor de salida será 1 siempre que el de uno de sus entradas lo sea; de lo contrario será 0. Este tipo de compuertas pueden tener más de dos entradas y su condición de funcionamiento aplica a todas por igual.
  • XOR: O la compuerta lógica “exclusiva-OR”, es un tipo de compuerta cuyo valor de salida será 1 si únicamente uno de sus valores de entrada lo es, y por convención, para que la salida sea 0 es necesario que ambas entradas sean 0 o 1. Esta compuerta realiza una operación de sumatoria en el producto del inverso de uno de sus valores de entrada con el otro sin invertir y viceversa.
  • NOT: Esta compuerta realiza una operación inversora en el valor de su salida, este tipo particular de compuerta cuenta con una sola entrada que invierte el estado lógico. Es decir, que si su valor de entrada es 0, el de su salida será 1 y viceversa.
  • NAND: Este tipo de compuerta realiza la multiplicación de los valores de sus variables de entrada (porque se comporta de igual manera que una compuerta AND) solo que su valor de salida resulta invertido, eso porque incluyen una compuerta NOT.
  • NOR: Este tipo de compuerta realiza una operación inversora en el valor de su salida (igual que la compuerta OR) solo que su valor de salida resulta invertido.
  • XNOR: O compuerta “exclusiva-NOR”, se trata de una combinación de puerta XOR y posteriormente un inversor. Para que la salida sea 1 es necesario que las entradas sean iguales, y si se requiere que la salida sea 0 entonces las entradas deben ser diferentes.

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