sabelotodo




Señales digitales

Veamos como se maneja la información en un circuito digital.

Consideremos un circuito telegráfico construido en casa como se muestra en la figura siguiente:


Esquema de la transmisión de clave morse

Para simplificar la discusión, pongamos una lámpara como receptor de la señal en lugar de un generador de sonido como se usaba en los antiguos telégrafos.


Usando el código Morse, un operador está enviando un mensaje al otro mediante un código de pulsos de corriente y voltaje largos y cortos, corrientemente llamados puntos y rayas, de manera que si mantiene apretado el interruptor un tiempo corto se encenderá el bombillo brevemente generando un punto, y si lo hace por un tiempo largo se enviará una raya, así tenemos que la letra T por ejemplo se envía como una simple raya (pulso largo) . La letra H se manda como cuatro puntos (pulsos cortos) . El número 7 es dos rayas seguidas por tres puntos etc.

El operador que envía, mantendrá todos sus puntos de la misma duración, y todas las rayas también así como las pausas entre letra y letra, dando al operador que recibe la posibilidad de determinar que es un punto, y que es una raya, así como cuando termina una letra y empieza la otra de forma tal que pueda interpretar el mensaje.

Este simple procedimiento constituye la primera forma digital de enviar información utilizada por el hombre desde hace mas de un siglo, en ella la información es transportada en un código de patrones de solo dos estados (brillo y oscuridad) con el paso del tiempo, es decir solo dos niveles de señal se utilizan para identificar la información en cualquier instante de tiempo.


Es fácil darse cuenta que si se tabulan mas combinaciones de puntos y rayas puede incrementarse la cantidad de caracteres como por ejemplo los signos (+, -, etc.), los símbolos (#, @. %, etc.), los signos de puntuación ( ; “ etc) y otros.

En el sistema digital descrito, los dos niveles de la señal son interpretados de acuerdo a su duración es decir, la duración del brillo identifica si es un punto (corto) o una raya (largo) y la duración en tiempo de la oscuridad dice si aún estamos dentro del código de una letra (corto) o cambiamos a otra letra (largo). Además la cantidad de puntos y rayas para identificar cada símbolo no sigue un patrón fijo, así tenemos que algunas letras solo tienen una raya y otras pueden en cambio, tener hasta cinco para transmitir un número relativamente pequeño de caracteres. Resulta entonces evidente que su uso para transmitir señales complejas, con cientos o miles de caracteres el código se complicaría notablemente, estas, entre otras, fueron las razones por lo que el sistema de códigos con el uso de puntos y rayas fue abandonado y en su lugar se utiliza el sistema de transmisión digital binario.

Transmisión digital binaria.

Utilicemos para esto el modo como un ordenador envía información de una parte del sistema a otra, por ejemplo, veamos como la computadora le "dice" a la impresora qué letra o signo de puntuación o número así como los espacios vacíos que debe escribir en la hoja de papel.

esquema

Supongamos que nuestra impresora está unida a la computadora a través de un cable conector con dos hilos uno positivo y otro de tierra por el cual la computadora puede enviar un patrón de señales a la impresora como estados de voltaje, uno "bajo" y otro "alto" que representarían estados equivalentes al "brillo" y "oscuridad" del sistema Morse y que en el caso de la transmisión digital binaria se conocen como "0" y "1" (cero y uno).

Cuando no se está enviando información, la señal en el cable permanece en estado "bajo".

Para comenzar la transmisión de un carácter la computadora cambia la señal a "alto" durante un cierto período breve de tiempo. Supongamos que este período es exactamente un milisegundo (una milésima parte de segundo), este primer milisegundo de señal en el nivel "alto" se llama bit de arranque porque sirve para "decirle" a la impresora que se "aliste" para recibir un carácter.

Entonces, para mandar el carácter, la computadora cambia la señal de bajo para alto varias veces según un patrón de código. Para permitir a la impresora reconocer cada cambio de voltaje, los cambios solo podrán hacerse en ciertos intervalos fijos de tiempo. En nuestro ejemplo los cambios solo se realizan al final de cada milisegundo después de comenzado el bit de arranque. Siete milisegundos son necesarios después del final del bit de arranque para mandar un carácter. En cada uno de esos siete milisegundos, la señal de voltaje puede ser cualquiera de los estados alto o bajo. Cuando se terminen los siete milisegundos la computadora espera al menos un par de milisegundos antes de mandar el próximo bit de arranque de un nuevo carácter.

Esas siete señales de voltaje sirven mejor para el mismo propósito que los puntos y rayas del código del telégrafo. Diferentes patrones de combinaciones de las señales sirven para diferentes caracteres en un código especial. Por ejemplo como se muestra en la figura siguiente un “alto-bajo-bajo-bajo-bajo-bajo-alto” significa la letra mayúscula A y un “bajo-alto-bajo-bajo-alto-bajo” es para el carácter “&”.

esquema

Figura 2.

Utilizando este patrón de código de 8 bits (uno de arranque y siete de información) pueden lograrse 128 combinaciones diferentes que son suficientes para todos los caracteres del alfabeto latino, letras mayúsculas y minúsculas, símbolos, signos etc.

De la misma, forma cada una de estas combinaciones corresponderá a un dígito binario  del 0 al 128 como veremos a continuación. Veamos:
Lo que se describe ahora es muy importante para entender la electrónica digital.

Decíamos que las combinaciones posibles eran tratadas como números binarios.

En la aritmética normal se utiliza la forma decimal de escribir las cifras donde cada lugar de la cifra corresponde a las unidades, decenas , centenas , miles... etc. De manera que cada lugar es 10 veces mayor que el lugar anterior y se utilizan 10 símbolos del 0 al 9. Sin embargo, en la matemática binaria solo se utilizan dos símbolos (cero y uno) y cada lugar dentro de la notación de derecha a izquierda resulta doble del anterior, así tenemos que el primer lugar de la derecha corresponde al uno, luego dos, después cuatro,... ocho, diez y seis, treinta y dos sesenta y cuatro, ...etc.

Para formar el número final, se suman los valores digitales de todos los lugares, de manera que donde aparezca un 1 se toma el valor del dígito binario correspondiente al lugar y donde aparezca un cero no se considera porque tiene un valor 0. De esta forma, como se muestra en la figura 3, un número cualquiera se puede escribir como una serie de “unos” y “ceros”.

esquema

Figura 3.


Para entender; el número 1 se escribe como 1. El dos como 10, lo que se lee como “uno-cero” y significa que hay un 2 y ningún 1. El tres sería 11 que se lee como “uno-uno”(no once) y significa que hay un 2 y un 1 los que sumados darán tres. Para el cuatro tenemos 100 que se lee “uno-cero-cero” y significa que hay un 4, ningún 2 y ningún 1 y así sucesivamente pueden escribirse todos los dígitos.

Cada 0 y 1 en el número binario se llama en Inglés binary digit o bit para acortar, por lo que bit también significa la menor pieza de información posible en un sistema digital y expresa que solo pueden existir dos posibilidades dentro de un número binario, por ejemplo, el séptimo bit, de un número binario cualquiera, puede decir solo dos cosas “Sí, súmese un 64 en este número” o “No, no sume 64 en este número”.

Entendido esto, puede determinarse con facilidad que la letra mayúscula A corresponde al número binario 65, cuando la computadora envió el código“alto-bajo-bajo-bajo-bajo-bajo-alto” a la impresora en la figura 2, de hecho recibió el número binario 1000001 lo que significa que hay un 64, ningún 32, ningún 16, ningún 8, ningún 4, ningún 2, y hay un 1 es decir 65
esquema

Cada carácter que la computadora manda a la impresora está codificado como un número binario de 7 bits como este, mas el bit de arranque al comienzo, de tal forma que podemos decir que realmente lo que se envía a la impresora es una serie de números binarios. La impresora en cambio interpreta cada número como un carácter y lo escribe como tal. Este tipo de intercambio de datos se conoce como Serie porque se trasmiten los bits en serie uno detrás del otro.

El ASCII (American Standard Code for Information Interchange) es el código mas utilizado para transmitir caracteres y códigos de control. Fue desarrollado antes de que se inventaran las computadoras para el enviado automático de telegramas con teclado en los llamados Teletipos.

Una forma de trasmisión de datos mas rápida donde todos los bits se mandan al mismo tiempo se conoce como trasmisión en paralelo.

Trasmisión digital binaria en paralelo.

Hemos visto que la trasmisión de datos de manera digital binaria consiste en una serie de bits (ceros y unos) los que son usualmente interpretados como números binarios y que si estos bits se envían a través de un cable simple , irían unos detrás de otros en la conexión llamada serie.


Sin embargo en muchas partes de los sistemas digitales, grupos de varios bits se envían de un punto a otro al mismo tiempo. Este método se llama trasmisión en paralelo. Por ejemplo, una gran parte de las computadoras trasmiten los datos a las impresoras por este método.

Un grupo de bits transmitidos y almacenados juntos, en un sistema digital se llama byte, un byte nominalmente hablando consiste en ocho bits.

En la transmisión en paralelo para la transmisión de bytes de ocho bits el cable de conexión tiene 10 hilos, uno de tierra, uno denominado reloj y ocho de transmisión de los bits, los cables de transmisión de bits (o de datos), están numerados del 0 al 7 y cada uno tiene el valor binario correspondiente, de manera que el hilo 0 vale 1, el hilo 1 vale 2, el hilo 3 vale 4, el hilo 5 vale 8, y así sucesivamente igual que los lugares de los números binarios.

El hilo denominado reloj puede tener dos estados como en todo sistema digital "alto" y "bajo" y sirve para indicar al dispositivo receptor de la información, cuando debe leer los datos contenidos en los cables de transmisión. Veamos como se realiza la transmisión.

Supongamos el caso de que estamos transmitiendo un documento de texto de una computadora a una impresora y que están conectadas por un cable paralelo. La computadora entonces coloca "ceros" y "unos" a los cables correspondientes del grupo de ocho transmisores de datos en correspondencia con el dígito binario que será interpretado por la impresora como un carácter y cambia el reloj de "bajo" para "alto" diciéndole a la impresora que en ese momento debe leer la información, lo que esta realiza obedientemente y con ello determina cual es el carácter recibido para imprimirlo en el papel, una repetición sistemática de este acto adecuando los valores de los "ceros" y los "unos" en los cables de datos sincronizados con los pulsos del reloj, va transfiriendo la información deseada hasta completar el documento. Con este método todos los bits de un byte se mandan al mismo tiempo por lo que la transferencia de datos se hace notablemente mas rápida que con el método serie.

Esta descripción simplificada de la transmisión de datos referida a texto es simple porque con un byte (ocho bits) es suficiente y de sobra para la manipulación de los caracteres comunes, pero cuando hablamos de la transmisión de imágenes a color a la impresora o a la pantalla la cosa se complica debido a que la computadora lo que tiene que hacer es dividir la imagen en pequeñas áreas en una especie de cuadriculado diminuto y tomar la información del color de cada área y enviarla a la impresora o a la pantalla, como un número digital igual que los caracteres de texto. La inmensa gama de colores, tonos y matices que pueden existir, obliga a utilizar mas de 8 bits para cubrirla por lo que para estos fines se usan paquetes de 16, 24 o 32 bits, de acuerdo a la complejidad de la acción que se ejecuta.

Otros temas de informatica aquí.
Para ir al índice general de portal aquí