Señales analógicas y digitales.
a) Señales analógicas.
Se denomina señal analógica a aquella que puede tomar infinitos valores de tensión entre un mínimo y un máximo, variando progresivamente a lo largo del tiempo. La forma de este tipo de señales nos permite realizar medidas físicas como, temperaturas, presiones, velocidades, etc., ya que estas medidas físicas no presentan solamente dos estados diferentes sino que toman un valor diferente a lo largo del tiempo.
b) Señales digitales.
En cambio se denomina señal digital a la cual tan sólo tiene dos valores, sin ningún valor intermedio. El valor máximo o de activación (1 lógico o bit 1) y el valor mínimo o de reposo (0 lógico o bit 0).
Para comprender mejor que es una señal digital, pondremos un ejemplo: Supongamos que tenemos un panel eléctrico lleno de pilotos de control. Cada piloto se ilumina cerrando un interruptor, el panel se ilumina en pequeños golpes de luz según se cierran cada uno de los interruptores. Esto simularía una señal digital.
La mayor parte de los sistemas actuales, tanto en la industria en general como en el automóvil utilizan y procesan señales digitales, sin embargo los parámetros físicos, como temperaturas, presiones, revoluciones, etc., utilizan señales analógicas.
Ejemplos de señales analógicas utilizadas en el automóvil son el captador de régimen, el captador de presión absoluta, la sonda de temperatura del aire, etc..
En electrónica digital sólo existen dos bits, que son el 0 y el 1. Surge entonces la necesidad de traducir estos dos bits a voltios, que es lo que en realidad entienden las máquinas. El modo más sencillo de hacer las conversiones es asignar un valor de tensión de +5 V para el bit 1 y un valor de tensión de 0 V para el bit 0. Se ha utilizado este valor por ser las tensiones a las que funcionan la mayoría de los circuitos lógicos empleados en la actualidad en la tecnología TTL (Lógica Transistor Transistor).Podemos encontrarnos con dos tipos de lógica que pasamos a describir a continuación.
a) Lógica positiva.
Existe el inconveniente de que mantener tensiones de valor fijo a 5 V es un tanto difícil y también lo es con el 0 V. Para resolver el problema se toman márgenes de tolerancia. Este margen para el caso del bit 1 se extiende desde +2,5 V hasta +5 V. Es decir, que todo valor de tensión comprendido dentro de estos dos valores, debería ser interpretado como 1. Pues bien, se denomina nivel ALTO a todo valor de tensión que este comprendido dentro de esta gama de tolerancia. Para el caso del bit 0 se le asigna una gama de tensiones que se extiende desde 0 V hasta +0,8 V. Se llama nivel BAJO a cualquier valor de tensión que este comprendido entre los valores dados.
El resto de valores de tensión, es decir, los comprendidos entre +0,8 V y +2,5 V, forman niveles de tensión incluidos dentro de una gama o zona que llamaremos prohibida y no se utilizarán dado que no se sabe si los circuitos los interpretarán como 0 o como 1.
En el dibujo se ha realizado un esquema con los diferentes valores de tensión que limitan la zona de nivel bajo, la de nivel alto y la zona prohibida que los separa.
b) Lógica negativa.
A menudo aparece el concepto de lógica negativa y por ello lo vamos a definir de la siguiente manera. Es otra manera de codificar los bits utilizando los valores de tensión.
Un bit 0 se interpreta como cualquier nivel de tensión comprendido dentro de la gama de la gama de valores ALTO, es decir, los comprendidos entre +5 V y +2,5 V.
Un bit 1 se interpreta como cualquier nivel de tensión comprendido dentro de la gama de valores BAJOS, es decir, los comprendidos entre 0 V y +0,8 V.
En el dibujo se puede ver un esquema de los valores de tensión que limitan la gama de niveles ALTOS, la gama de niveles BAJOS y la comprendida entre ambos o zona prohibida.
Codificación de la información.
Generalidades.
Cuando se ha captado un concepto y este se ha de transmitir a otra persona, bien sea verbalmente o por escrito, no es necesario relacionar todo el conjunto de características que definen dicho concepto. Sería un procedimiento muy difícil, complejo y sujeto a errores. Para ello se emplean los códigos, que mediante palabras hacen posible simplificar mucho la comunicación de la información. Una palabra por ejemplo “mesa”, es una manera abreviada de exponer todas las características comprendidas en el concepto que todos tenemos de lo que es una mesa.
Las palabras, los nombres de las cosas, no son más que el resultado de la codificación de la información que maneja a diario el hombre. Los lenguajes y los idiomas no son más que códigos que previamente se han establecido. El mismo código morse y el lenguaje de los sordomudos son otros tantos ejemplos. Hay que tener en cuenta que códigos se pueden establecer muchos y además muy diferentes entre si. Sin embrago, la información siempre es la misma y nunca cambia aunque se empleen códigos diferentes.
Por ejemplo cuando se entra en una panadería y un español pide “pan”, un francés pide “pain” y un inglés pide “bread”, a los tres se les entrega la misma cosa, prueba evidente de que la información era la misma aunque se expresase en tres códigos diferentes.
En un código establecido, por ejemplo el idioma castellano, se utilizan una serie de caracteres simples, no muy numerosos y que todos conocemos. Mediante las múltiples combinaciones, que determina el código correspondiente, se llega ala obtención de la totalidad de palabras que componen el idioma. Al conjunto de dichos caracteres se le denomina alfabeto. Se pueden citar el latino, el griego, el árabe, etc. A los caracteres que componen las palabras se les denomina alfabéticos.
Cuando una información determinada corresponde a una magnitud medible y se ha de expresar mediante una cantidad, se recurre a los caracteres numéricos. A los caracteres numéricos se les llama cifras y se pueden combinar unos con otros para formar cantidades.
A la forma con que se combinan se le denomina código o sistema.
Cada sistema contiene un número determinado de caracteres diferentes. A este número de caracteres diferentes se le llama base de ese sistema. Por ejemplo el sistema de base diez, o decimal, que utilizamos todos nosotros, contiene diez caracteres que son los comprendidos entre 0 y 9, ambos inclusive. Otro de los sistemas utilizados actualmente, en el mundo técnico, es el sistema hexadecimal o de base dieciséis. Contiene pues dieciséis caracteres diferentes que pueden ser alfabéticos o numéricos, es decir caracteres alfanuméricos y que comprenden del 0 a la F. Otro sistema conocido es el octal o de base ocho. Pero de todos los sistemas utilizados el de mayor interés para el técnico es el sistema de base dos o binario, en donde se encuentran sólo dos caracteres diferentes que son el 0 y el 1.
En todo caso, cualquier sistema que se utilice, no es más que un modo previamente definido y establecido, de codificar una información correspondiente a una magnitud, medida o cantidad.
El modelo simple de comunicación entre dispositivos entraña una cierta complejidad de funciones:
– Control de congestión para evitar la saturación del sistema.
– Interfaz con el medio físico de transmisión.
– Generación de la señal a transmitir.
– Sincronización entre el emisor y el receptor.
– Gestión del intercambio de información.
– Detección y corrección de errores.
– Control del flujo de datos.
– Direccionamiento de los datos cuando hay más de un destino.
– Encaminamiento si hay más de una ruta.
– Formato del mensaje.
– Medidas de seguridad.
– Gestión de la red.
– Etc.
La transmisión de información tiene que lograr que los datos en el destino sean exactamente iguales a los datos en el origen:
En su forma más simple, la comunicación de datos se realiza entre dos dispositivos conectados “punto a punto”. Esta situación no se da cuando los dispositivos están alejados o cuando se trata de conectar un número elevado de dispositivos. Por ello la solución habitual es conectar cada dispositivo a una red de comunicación. Las redes se clasifican en dos grandes categorías: redes de área amplia (WAN) y redes de área local (LAN). En el ámbito del automóvil, las redes utilizadas son del tipo local.
Cuando se realiza un intercambio de datos entre dos dispositivos se requieren las siguientes tareas:
1.- El sistema fuente de información debe activar el camino directo de datos o bien proporcionar a la red la identificación del sistema destino deseado (ruta o dirección).
2.- El sistema fuente debe asegurarse de que el destino está preparado para recibir los datos (destino a la escucha).
3.- La aplicación de transferencia de fichero o dato en el origen debe asegurarse que el programa gestor en el destino está preparado para aceptar y almacenar el fichero o dato para el usuario o servicio determinado (el dato debe ser almacenado para usarlo).
4.- Si los formatos de los datos son incompatibles, uno de los sistemas deberá realizar una operación de adecuación (el dato debe ser compatible).
Para la comunicación entre dos entidades situadas en sistemas diferentes, es necesaria la definición y utilización de un protocolo. Los protocolos se pueden definir como el conjunto de reglas que gobiernan el intercambio entre dos entidades.
Los puntos que definen un protocolo son:
A.- La sintaxis: que incluye aspectos como el formato de datos y los noveles de señal.
B.- La semántica: que incluye información de control para la coordinación y el manejo de errores.
C.- La temporalidad: que incluye la sincronización de velocidades y la secuencia.
Para conseguir la máxima eficacia en la comunicación, en lugar de implementar toda la lógica de comunicación en un único módulo, la tarea se divide en subtareas, cada una de las cuales realiza una parte de la comunicación. Esta estructura se denomina arquitectura de protocolos.
Modelo de tres capas.
La comunicación entre sistemas de tratamiento de información (ordenadores) implica obtener los datos donde residen en el ordenador emisor (programa que los tiene) y posteriormente hacerlos llegar al programa en el ordenador receptor (programa que los necesita). La comunicación se puede organizar en tres capas:
Capa de acceso a la red.
Capa de transporte.
Capa de aplicación.
La capa de acceso a la red trata del intercambio de datos entre el ordenador y la red a la que está conectado. El sistema emisor debe proporcionar a la red la dirección del sistema destino, éste necesitará servicios prioritarios que le proporcionará la lógica de acceso a la red. Las características de esta capa dependerán del tipo de red que se use. El resto de lógica de comunicaciones que esté por encima de la capa de acceso no tendrá que ocuparse de las características específicas de la red, sino que funcionará independientemente de la red que se use.
La capa de transporte se encarga de que los datos que intercambien, lo hagan de una forma segura sin errores y en el mismo orden en que se emitieron, esta capa se encarga de la corrección de errores en la comunicación.
La capa de aplicación contiene la lógica para admitir varias aplicaciones del usuario (varios programas que utilicen la comunicación. Por cada aplicación se tendrá un módulo separado.
Con esta estructura, una aplicación emisora genera un bloque de datos y se lo pasa a la capa de transporte, ésta lo divide en unidades más pequeñas para hacerlo mas manejable. A cada unidad, la capa de transporte añade una cabecera con la información de control según el protocolo. La unión de la unidad de información con la información de control se denomina unidad de datos del protocolo o PDU. La información de esa cabecera es:
Dirección en la red, cuando la capa de transporte destino reciba la PDU de transporte deberá saber a quien van los datos.
Número de secuencia, si los datos ocupan más de una PDU, para recomponer los datos.
Código de detección de errores.
La capa de transporte pasa cada PDU a la capa de red, con la instrucción de ser transmitida al sistema destino. El protocolo de acceso a la red pasa los datos a la red para ser transmitidos. La capa de red usa la información de control y añade a la cabecera información para crear la PDU de red. La información añadida puede ser:
Dirección del sistema destino
Petición de facilidades (prioridad)
El módulo de acceso a la red de destino recibe la PDU de red, elimina la cabecera y obtiene la PDU de transporte, pasándola a la capa de transporte de destino, ésta examina la cabecera de datos y, en función del campo en la cabecera, pasará los datos a la aplicación correspondiente.
La evolución de ese sistema simplificado de 3 capas es el modelo de desarrollo OSI de 7 capas, que cada protocolo adaptará a su manera.