Capítulo 02
Puertas lógicas: de interruptores a decisiones
Un transistor solo sabe abrir o cerrar el paso. Pero conecta dos en serie, dos en paralelo, o uno "al revés", y de pronto el circuito empieza a responder preguntas: ¿se cumplen ambas condiciones? ¿alguna? ¿ninguna? Eso son las puertas lógicas.
La lógica ya estaba inventada
En 1854, casi un siglo antes del transistor, George Boole demostró que el razonamiento lógico podía reducirse a álgebra con solo dos valores: verdadero y falso. En 1937, Claude Shannon (con 21 años, en su tesis de máster) se dio cuenta de algo extraordinario: los circuitos de interruptores obedecen exactamente el álgebra de Boole. Verdadero = 1 = voltaje alto. Falso = 0 = voltaje bajo. La lógica se podía fabricar.
Tres construcciones, toda la lógica
- Serie → AND. Dos interruptores uno detrás de otro: la corriente solo pasa si ambos están cerrados.
A AND B. - Paralelo → OR. Dos caminos alternativos: la corriente pasa si al menos uno está cerrado.
A OR B. - Inversión → NOT. Un transistor colocado de forma que, cuando su entrada vale 1, derriba la salida a 0, y viceversa. La salida es siempre lo contrario de la entrada.
Las seis puertas que hay que conocer
| A | B | NOT A | AND | OR | NAND | NOR | XOR |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
XOR ("o exclusivo") merece atención especial: vale 1 cuando las entradas son distintas. Guárdala en la memoria: en el próximo capítulo descubrirás que XOR es, literalmente, una suma.
🎛️ Pruébalo: laboratorio de puertas
Cambia las entradas A y B y observa cómo responde cada puerta al instante.
¿Quieres construir tus propios circuitos con estas piezas? Ve a Boolean Synth, mi diseñador interactivo de circuitos lógicos.
CMOS: la pareja perfecta
En los chips reales cada puerta se fabrica con la técnica CMOS: cada entrada controla a la vez un transistor NMOS (que conduce con 1) y su complementario PMOS (que conduce con 0). Uno conecta la salida a la alimentación, el otro a tierra, y nunca conducen los dos a la vez. Resultado: la salida siempre está firmemente en 0 o en 1, y el circuito solo consume energía en el instante de conmutar. Por eso tu móvil no se derrite. Un inversor NOT son 2 transistores; una NAND, 4.
NAND: la puerta universal
Aquí llega uno de los resultados más elegantes de toda la ingeniería: con solo puertas NAND puedes construir cualquier otra puerta, y por tanto cualquier circuito digital que exista:
NOT A = A NAND AA AND B = NOT (A NAND B)A OR B = (NOT A) NAND (NOT B)— esto es la ley de De Morgan en acción
Esto no es solo una curiosidad: simplifica radicalmente la fabricación. Si dominas la producción de una sola pieza, dominas la producción de todas las máquinas lógicas posibles.