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¿Qué componente reemplazó a la válvula de vacío y habilitó la miniaturización?. Relé electromecánico. Transistor (BJT). Circuito integrado (IC). Tubo Nixie.

¿Por qué el tamaño de los transistores se volvió un problema al aumentar su cantidad en los equipos?. Porque los transistores grandes reducen la precisión matemática de los cálculos. Porque al usar muchos transistores discretos de gran tamaño crecen el espacio ocupado, el cableado y la longitud de interconexiones (más retardos), el consumo y calor, el costo y la tasa de fallos; se vuelve inviable escalar. Porque los transistores grandes no pueden encenderse y apagarse. Porque los transistores grandes impiden usar corriente continua.

¿Qué dificultad práctica aparecía al interconectar miles de transistores discretos?. La imposibilidad física de soldar silicio con estaño. La maraña de cableado e interconexiones largas: más retardos, ruido/parásitos, mayor probabilidad de errores de montaje y fallas, incremento de costo/volumen. Que los transistores no podían funcionar con corriente alterna. La necesidad de usar únicamente baterías como fuente de energía.

¿Qué idea resolvió la integración de múltiples componentes en una sola pieza?. Usar cables más gruesos y largos para reducir el ruido. El circuito integrado (IC) monolítico: fabricar transistores, resistencias y conexiones en un mismo chip de semiconductor, reduciendo interconexiones físicas externas. Alimentar cada transistor con una fuente independiente. Reemplazar transistores por relés electromecánicos.

¿Qué ventajas trajo el circuito integrado frente al armado con componentes discretos?. Mayor tamaño físico, más consumo y menor fiabilidad por pieza. Miniaturización y mayor densidad, menos interconexiones externas (menos fallas), menor consumo y calor, mayor velocidad (pistas cortas con menos parásitos) y menor costo por producción en masa. Eliminó la necesidad de diseño eléctrico y pruebas. Permite que los transistores funcionen sin alimentación eléctrica.

¿Qué nombres están asociados al desarrollo del CI en 1958–1959?. Alan Turing y John von Neumann. Gordon Moore y Andy Grove. Jack Kilby (TI) y Robert Noyce (Fairchild). Dennis Ritchie y Ken Thompson.

¿Qué empresa presentó la primera patente de CI y en qué año?. Fairchild Semiconductor; 1957. Texas Instruments; 1959. Intel; 1968. Bell Labs; 1956.

¿Cómo se diferencian las propuestas de Kilby y Noyce sobre el CI?. Kilby propuso integrar solo transistores y Noyce solo resistencias. Kilby (TI, 1958) hizo un CI monolítico en germanio con componentes conectados por hilos (interconexión “cableada”); Noyce (Fairchild, 1959) empleó silicio y el proceso planar con SiO₂ y metalización fotolitográfica, integrando también las interconexiones en el chip (escalable a fabricación masiva). Kilby usó silicio y el proceso planar; Noyce empleó germanio y cableado manual. Ambos presentaron exactamente la misma técnica, solo cambiaba el nombre comercial.

¿Qué hitos industriales impulsaron el crecimiento del CI en los 60s?. La adopción del telégrafo como principal red de datos y el auge de válvulas miniaturizadas. El proceso planar y la fotolitografía, la invención del MOSFET, la producción en masa (yield creciente), la estandarización de familias lógicas (TTL, ECL, luego MOS/CMOS) y la demanda militar/aeroespacial y luego comercial. La sustitución de transistores por relés y el abandono de la microelectrónica. El descubrimiento del germanio como mejor aislante que el SiO₂.

¿Cómo resume la Ley de Moore la evolución del número de transistores?. El número de transistores por chip se mantiene constante y solo baja el costo. El número de transistores en un chip integrado se duplica aproximadamente cada 18–24 meses, aumentando la densidad y reduciendo el costo por función. La frecuencia de reloj se duplica cada 6 meses, sin cambios en transistores. El consumo energético por chip se reduce a la mitad cada año.

¿Qué implicancias prácticas tiene la Ley de Moore para el diseño de hardware?. Garantiza aumentos automáticos de frecuencia sin cambios de arquitectura. Permite mayor integración y menor costo por función, empuja a diseñar pensando en escalabilidad (SoC, reutilización de IP, verificación masiva) y, al topar con límites de potencia/térmicos, orienta a paralelismo y especialización (GPU/ASIC/accelerators). Vuelve irrelevantes el empaquetado y las interconexiones. Asegura que el rendimiento se duplique linealmente con el número de transistores.

¿Por qué la comunidad científica reconoce a Kilby y Noyce en la autoría del CI?. Porque Kilby patentó y fabricó todos los circuitos integrados comerciales, y Noyce solo los divulgó. Porque Noyce inventó el transistor y Kilby la fotolitografía. Porque fueron contribuciones independientes y complementarias: Kilby (TI, 1958) demostró el CI monolítico; Noyce (Fairchild, 1959) introdujo el proceso planar en silicio con interconexiones fotolitográficas, haciendo viable la producción en masa. Porque ambos trabajaban en Bell Labs y publicaron el mismo diseño conjunto.

¿Qué significa trabajar en “bajo nivel (hardware)” desde la perspectiva del programador?. Programar únicamente en lenguajes visuales sin escribir código. Interactuar cercanamente con el hardware: manipular registros, bits y direcciones, usar punteros/memoria sin abstracciones, gestionar interrupciones/temporizadores, escribir drivers/firmware y respetar protocolos y temporización específicos. Usar librerías de alto nivel para interfaces gráficas. Diseñar solo algoritmos matemáticos sin considerar la plataforma.

¿Por qué se requieren códigos tipo ensamblador para interactuar con el hardware?. Porque los lenguajes de alto nivel no pueden compilarse a máquina. Porque el hardware solo ejecuta instrucciones de máquina definidas por el ISA; el ensamblador mapea 1:1 a esas instrucciones y permite control fino de registros, memoria e I/O (temporización, interrupciones, banderas) que las abstracciones de alto nivel no exponen o no garantizan. Porque el ensamblador usa menos memoria en todos los casos y siempre es más rápido. Porque los sistemas operativos modernos prohíben los lenguajes de alto nivel.

¿Cómo se vincula el álgebra de Boole con el funcionamiento de los circuitos digitales?. Es un truco matemático sin aplicación práctica en hardware. Proporciona reglas para sumar números reales en procesadores de coma flotante. Modela señales binarias (0/1) y operaciones lógicas; cada expresión booleana corresponde a un circuito de compuertas (AND, OR, NOT, etc.), y su simplificación se traduce en menos compuertas, menor área/consumo y mejor desempeño. Solo describe fenómenos analógicos continuos como voltajes variables.

¿Qué se entiende por señal de control y señal de datos en un conmutador electrónico?. Ambas son iguales; cualquier señal que cambie de nivel es de control. Señal de control: determina el comportamiento del conmutador (habilitar, seleccionar entrada/salida, modo). Señal de datos: transporta la información útil que será encaminada/conmutada. Señal de control: siempre es analógica; señal de datos: siempre es digital. Señal de control: viaja por el mismo camino que los datos y se mezcla con ellos.

¿Por qué la señal binaria es adecuada como señal de entrada/salida en conmutadores?. Porque permite representar infinitos niveles de voltaje con precisión. Porque usa dos niveles bien separados (0/1) que los conmutadores detectan de forma robusta, tolerando ruido y simplificando el diseño de umbrales, lógica y temporización. Porque siempre consume menos energía que cualquier otra señal. Porque elimina la necesidad de reloj y sincronización.

¿Qué es una compuerta lógica?. Un programa que calcula operaciones aritméticas en coma flotante. Un bloque básico de un circuito digital que implementa una función booleana (AND, OR, NOT, etc.), mapeando entradas binarias a una salida binaria según una tabla de verdad. Un dispositivo analógico que amplifica señales continuas sin saturar. Un protocolo de comunicación para redes de computadoras.

¿Cómo se relaciona una compuerta con una tabla de verdad?. La tabla de verdad es un algoritmo para fabricar físicamente la compuerta. La tabla de verdad especifica, para cada combinación de entradas binarias, cuál será la salida de la compuerta; es la definición funcional de la compuerta. La tabla de verdad solo muestra ejemplos y no cubre todos los casos. La compuerta decide su salida al azar y la tabla de verdad se ajusta después.

¿Qué representa el “estado” 0/1 en términos eléctricos?. Dos frecuencias distintas de reloj (0 = 1 Hz, 1 = 2 Hz). Dos colores de LED (0 = rojo, 1 = verde), definidos por software. Dos rangos de voltaje/corriente bien delimitados: “0” (nivel bajo) y “1” (nivel alto), con umbrales de conmutación y márgenes de ruido definidos por la tecnología. La presencia de un campo magnético en 0 y su ausencia en 1, siempre.

¿Qué diferencia hay entre circuito abierto/cerrado y nivel lógico 0/1?. Abierto/cerrado es lo mismo que 0/1: abierto=0 y cerrado=1 siempre. Abierto/cerrado describe continuidad física del camino de corriente (interruptor abierto no conduce; cerrado conduce). 0/1 son niveles lógicos (rangos de voltaje). Un circuito abierto puede leerse como 1 o 0 según la configuración (pull-up/pull-down, activa-alta/activa-baja). 0/1 solo aplica a señales analógicas y abierto/cerrado a digitales. bierto siempre equivale a 1 porque hay “aire” y cerrado equivale a 0 porque hay “corto”.

¿Qué significa que un circuito realice “operaciones matemáticas” sobre señales binarias?. Que convierte cualquier señal analógica en una imagen. Que implementa, con compuertas y bloques lógicos (sumadores, restadores, comparadores), funciones definidas por el álgebra de Boole y la aritmética binaria sobre niveles 0/1, produciendo salidas deterministas según sus tablas de verdad. Que varía el color de un LED sin reglas fijas. Que transforma voltajes en calor para disipar energía.