Cómo funcionan las compuertas lógicas
Hasta ahora hemos guardado números y texto con 0 y 1. Pero una computadora no solo guarda cosas: también decide "sí" o "no". En esta lección seguimos el rastro de dónde empiezan esas decisiones.
Dos entradas, una salida
Todas las decisiones de una computadora empiezan en una pieza diminuta llamada puerta lógica.
Una puerta recibe interruptores como entrada y, siguiendo una regla fija, da como salida un solo encendido o apagado.
Abajo puedes encender y apagar tú mismo las tres puertas básicas.
El nombre "puerta" viene de que deja pasar la señal o la bloquea, como una puerta de verdad.
Enciende y apaga las entradas y la salida de cada puerta cambia al instante.
Lo que acabas de tocar es la unidad de decisión más pequeña de una computadora.
Lo único que hacen estas piezas es convertir encendidos y apagados según una regla fija.
La regla nunca cambia ni se cansa, así que la misma entrada siempre da la misma respuesta.
AND, OR, NOT
Cada una de las tres puertas tiene su carácter.
AND es exigente: solo se enciende si las dos entradas están encendidas.
OR es tolerante: le basta con que una esté encendida.
NOT lleva la contraria: invierte lo que le llega.
Y a diferencia de las otras dos, NOT recibe una sola entrada.
AND · y
Como un dispositivo de seguridad que se activa solo si agarras las dos manijas a la vez, se enciende solo si ambas están encendidas.
OR · o
Como entrar con que esté abierta la puerta de adelante o la de atrás, con una encendida ya se enciende.
NOT · no
Una contraria que se apaga al apretarla y se enciende al soltarla. Da vuelta la señal que entra.
Cómo trata cada puerta sus entradas.
Solo existen estas tres puertas básicas.
Lo asombroso es que todas las decisiones de todas las computadoras del mundo se construyen combinándolas.
Por muchas condiciones que tenga una decisión, sigue siendo una combinación de "sí" y "no", así que con estas tres basta para expresarlo todo.
Todos los casos en una tabla
La regla de una puerta cabe ordenadamente en una tabla.
Con dos entradas que pueden estar encendidas o apagadas, hay exactamente cuatro casos posibles, y basta con anotar la salida de cada uno.
Esta tabla se llama tabla de verdad.
Cada entrada extra duplica el número de casos: con tres entradas hay ocho filas, y con cuatro, dieciséis.
| Entrada A | Entrada B | Salida |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
La tabla de verdad de la puerta AND.
Con la tabla, la regla se entiende de un vistazo.
En AND, la salida solo se enciende en la última fila, donde las dos entradas están encendidas.
La tabla de OR es al revés: solo la primera fila, con las dos apagadas, está apagada, y las otras tres están encendidas.
Hasta las decisiones que parecen complicadas se explican con unas pocas tablas como esta.
Al conectar puertas, se vuelven más listas
Una puerta sola es simple, pero si conectas varias puedes construir decisiones mucho más complejas.
Un buen ejemplo es una decisión que se enciende solo cuando las dos entradas son distintas.
Una sola puerta no puede hacerlo, pero unas cuantas conectadas sí.
Esta comprobación de "¿son distintas?" es justo la pieza que se usa para comparar dos valores y para sumarlos.
Una combinación que se enciende solo cuando las entradas son distintas.
Si apilas estas puertas simples, obtienes circuitos que suman números y recuerdan valores, y al final una CPU.
En la próxima lección construiremos una máquina de sumar con estas mismas puertas.
Lo asombroso es que a partir de aquí no hace falta ninguna pieza nueva.
Solo cambia cuántas de las mismas tres puertas usas y cómo las conectas.