Esta miniserie de artículos explica cómo construir la CPU (Unidad Central de Procesamiento) de una computadora a partir de relés.
“Y” en inglés suena como “guay” en español (mi lengua materna). Esto es coloquialismo o jerga para “genial”. Parece una buena idea comenzar como un juego de palabras, pero en realidad, creo que el interruptor Y es realmente genial.
El término no se usa muy comúnmente (si se ha usado antes), pero creo que es muy descriptivo o descriptivo de cómo funciona este interruptor. La Figura 1 muestra el esquema del interruptor Y. Consiste en un interruptor controlable que puede cambiar de posición y conectar un terminal a cualquiera de los otros dos terminales.
Figura 1. Esquema del interruptor Y (Fuente: Javier Piay)
Este cambio puede ser causado por acciones o estímulos de diversa naturaleza, incluidos manuales, mecánicos, eléctricos y electrónicos. En ausencia de tal estímulo, el interruptor permanece en la posición de reposo/desenergizado, conectándose al llamado terminal común. (COM) al llamado terminal normalmente cerrado (NC). Cuando se aplica un estímulo, el interruptor cambia a la posición activa/conductora, conectando el terminal COM al llamado terminal normalmente abierto (NO).
El interruptor Y es otro nombre 3 vías de nuevo traspuesta Sin embargo, como ya saben los miembros expertos en tecnología de EEWeb, este tipo de interruptor se conoce comúnmente como interruptor unipolar de dos tiros (SPDT) (“Interruptores de rebote y antirrebote (Parte 1): consulte también Tipos). .
La figura 2 muestra varias implementaciones del interruptor Y. De izquierda a derecha, los dispositivos mostrados son controlados u operados por medios manuales, mecánicos, eléctricos y electrónicos. No hace falta decir que existen dispositivos similares que implementan otros tipos de interruptores, como los de un solo polo y un tiro (SPST), los de un solo polo y dos tiros (DPST) y los de dos polos y dos tiros (DPDT).
Figura 2. De izquierda a derecha, interruptores Y operados manual, mecánica, eléctrica y electrónicamente. (Fuente: Javier Piay)
Los interruptores eléctricos se conocen comúnmente como relés (segunda columna desde la derecha en la Figura 2). Al igual que otras formas de interruptores, los relés electromecánicos vienen en muchos tipos diferentes, como SPST, SPDT, DPST y DPDT.
La figura 3 muestra un esquema de un relé Y o SPDT. Un estímulo eléctrico (señal de entrada) que voltea la terminal COM del interruptor entre las terminales NC y NO se conecta a la cuarta terminal etiquetada como S (que significa ‘seleccionar’).
Figura 3. Esquema del relé SPDT (Fuente: Javier Piay)
El relé SPDT es el componente principal (si no el único) utilizado en proyectos de simulación y diseño informático de relés. En cuanto a la fase de implementación/construcción, la tendencia actual es utilizar la versión electrónica de este dispositivo (primera columna a la derecha en la Figura 2) por varias razones que no se pueden ignorar, como el tamaño compacto (3 o 4 interruptores por IC). . , costo extremadamente bajo (3 centavos por interruptor), creación rápida de prototipos (compatible con placa de prueba), rango muy amplio de niveles de señal digital y analógica, y facilidad de acoplamiento a otros dispositivos electrónicos (si se desea).
De los cuatro terminales/pines disponibles en un relé SPDT (o interruptor electrónico), solo S siempre funciona como entrada. Según el escenario de uso, el terminal COM actúa como entrada, en cuyo caso los terminales NC y NO actúan como salidas. En otros escenarios de uso, los terminales NC y NO actúan como entradas, en cuyo caso el terminal COM actúa como salida. Como cualquier interruptor, estas configuraciones se adoptan automáticamente cuando el relé se convierte en parte de un circuito más grande.
La figura 4 muestra la configuración descrita anteriormente. Para fines de demostración, configure el terminal COM del relé SPDT izquierdo como salida. En este caso, tanto los terminales NC como NO pueden tener un valor lógico 0 (verde oscuro) o lógico 1 (verde claro) y el relé seleccionará entre estos terminales y pasará la señal seleccionada a la salida COM. Este relé se muestra como inactivo o desenergizado (S = 0) para que la salida COM refleje el valor lógico 0 de la entrada NC.
Figura 4. Configuraciones de entrada/salida (E/S) permitidas para relés SPDT. (Fuente: Javier Piay)
En comparación, el terminal COM del relé SPDT de la derecha está configurado como entrada. Dado que este relé se muestra como activo o energizado (S = 1), la salida NO refleja el valor Lógico 1 de la entrada COM. Durante ese tiempo, las salidas NC están en un estado de alta impedancia (Z). Esto significa que otros relés pueden conducir con seguridad valores lógicos 0 o 1 a la señal (o cable) conectado a este terminal.
En la computación digital o binaria basada en relés, la mayoría de los relés (si no todos) realizan funciones lógicas y están conectados a módulos computacionales, a diferencia de las aplicaciones de propósito general de relés independientes que realizan conmutación de potencia y carga. / Implemente puertas lógicas dentro del sistema. .
La belleza de los relés SPDT es que en realidad puerta lógica universal Por sí mismo, es decir, se puede utilizar para implementar cualquier función lógica de dos entradas. Esto se demuestra fácilmente simplemente entendiendo que el relé SPDT en el lado izquierdo de la Figura 4 actúa como un multiplexor (MUX), y es bien sabido que este componente es una puerta lógica universal.
Multiplexor: Si S es 0, establezca COM en NC; de lo contrario, establezca COM en NO.
En comparación, el relé SPDT del lado derecho de la Figura 4 actúa como un demultiplexor (DEMUX).
Demultiplexor: Si S es 0, establezca NC en COM; de lo contrario, establezca NO en COM.
La Figura 5 muestra cómo implementar puertas lógicas primitivas y sumadores completos utilizando relés SPDT.
Figura 5. Relé SPDT como puerta lógica de uso general que implementa puertas lógicas primitivas arbitrarias y sumadores completos. (Fuente: Javier Piay)
No: Establezca la salida en 1 si A es igual a 0; de lo contrario, establezca la salida en 0.
y: Si A es igual a 0, establezca la salida en A (0), de lo contrario, establezca la salida en B.
o: Si A es igual a 0, establezca la salida en B; de lo contrario, establezca la salida en A (1).
XOR: Si A es igual a 0, establezca la salida en B; de lo contrario, establezca la salida en NO B.
Nando: Si A es igual a 0, configure la salida en NOT A (1); de lo contrario, configure la salida en NOT B.
o: Si A es igual a 0, establezca la salida en NO B; de lo contrario, establezca la salida en NO A (0).
XNOR: Si A es igual a 0, establezca la salida en NO B; de lo contrario, establezca la salida en B.
Sumador completo (S = A + B + Cin): S = A XOR B XOR Cin. Si A XOR B es igual a 0, entonces establezca Cout en A, de lo contrario establezca Cout en Cin.
Como ejemplo final de la Parte 1 de esta miniserie Building a Relay Computer, la Figura 6 muestra una implementación de decodificador 4:16 que utiliza relés SPDT.
Figura 6. Implementación del decodificador 4:16 utilizando relés SPDT. (Fuente: Javier Piay)
Esperamos que este artículo le haya resultado interesante y continúe leyendo las columnas futuras de esta miniserie.Contáctenos para construir una computadora de relés basada en el humilde concepto del interruptor “Y”.
Como siempre, agradecemos comentarios, preguntas y sugerencias.