Digital hitza, digitu hitza bezala, latinezko digitus (“hatz”) hitzetik dator, hasieran hatzak erabiltzen baitziren kontatzeko. Eskuarki, digitu hitza zifra adierazteko erabiltzen dugu: 1, 2, 3... Digital hitza, berriz, seinale fisikoen neurketari dagokio, eta ezin da ulertu analogiko terminotik bereizita. Horregatik, garrantzitsua izango da lehenengo analogiko hitzak zer adierazten duen azaltzea.

Naturan gertatzen diren fenomenoei magnitude fisikoak esleitzen zaizkie, hala nola tenperatura, presioa, abiadura, pisua...; magnitude horien balioak denboran zehar aldatzen dira. Magnitude fisikoak neurtzeko, mota askotako neurgailuak erabiltzen ditugu; adibidez, erlojuak denbora neurtzeko edo termometroak tenperatura neurtzeko.

Magnitudeak neurtzean, seinaleak lortzen dira. Hortaz, seinale batek adierazten du nola aldatzen den magnitude bat beste baten arabera; esaterako, nola aldatzen den toki bateko tenperatura egunean zehar (denboraren arabera, alegia). Laburrean, magnitude fisikoei buruzko informazioa ematen digute seinaleek.

Naturako magnitude fisiko gehienak analogikoak dira, dagozkien seinaleak jarraituak baitira matematikaren ikuspuntutik, hau da, balio batetik bestera pasatzeko, tarteko balio guztietatik pasatuko dira, hurrengo irudian ageri den legez. Tenperatura, esaterako, 20 °C-tik 30 °C-ra igarotzeko, tarteko balio posible guztietatik pasatzen da.

Seinale analogiko bat

Bi magnitude horiek, tenperatura eta denbora, lagungarriak izango zaizkigu digital hitzaren esanahia ulertzeko.

Batetik, ez dugu neurtuko tenperatura une oro, une jakin batzuetan baizik, orduan behin edo ordu-erdian behin, esaterako. Hori egitean, tenperaturaren laginak hartuko ditugu —seinalea (magnitudea) “diskretizatuko” dugu—; lortutako balioetan oinarriturik, tenperaturaren aldaketari dagokion benetako kurba ondorioztatu ahal izango dugu, hurrengo irudian ageri den moduan. Zenbat eta puntu edo lagin gehiago hartu, hainbat eta zehatzagoa izango da lortuko dugun kurba.

Denbora "diskretua"; seinale analogikoaren laginak

Bestetik, neurtzen ditugun magnitudeak analogikoak izan arren, lortuko ditugun emaitzek ezin izango dute edozein balio hartu, neurgailuen bereizmena mugatua delako. Adibidez, merkuriozko termometro arrunt bat erabiltzen badugu tenperatura neurtzeko, haren bereizmena eskuarki gradu batekoa izanik, esan ahal izango dugu tenperatura 23 °C edo 24 °C dela, baina ezin izango dugu neurtu tarteko baliorik, termometroak ez baitauka gradu erdiko “markarik” (23,5 °C neurtu ahal izateko, alegia). Kasu horietan, termometroak eman dezakeen balio hurbilena neurtuko da.

Oro har, seinale batek balio jakin batzuk bakarrik har ditzakeenean, seinalea digitala dela esaten da. Hurrengo irudian ageri da lau balio har ditzakeen seinale digital bat.

Lau balio (B1, B2, B3 eta B4) har ditzakeen seinale digital bat

Seinale digital erabilienak seinale bitarrak dira; seinale bitarrek bi balio baino ez dituzte hartzen, hurrengo irudian ageri den bezala.

Seinale bitar bat

Seinale bitarrak hain zabalduak egotearen arrazoia da gaur egun hain zabalduak dauden zirkuitu elektronikoetan, eta, ondorioz, sistema digitaletan erabiltzen diren seinale-mota izatea.

Sistema digitalak

Sistema digitalen eginkizun nagusia informazioa prozesatzea da, eta seinale digitalak erabiltzen dira horretarako.

Oro har, sistema digitaletako osagaiak transistoreen bidez eraikitzen dira. Zirkuitu digitaletan, transistoreek bi egoera baino ez dituzte: irekita, ez dute korronterik eroaten; edo itxita, korrontea arazorik gabe pasatzen uzten dute. Hori dela eta, sistema digitaletan erabiltzen diren seinaleak bitarrak dira.

Hortaz, seinale bitarrek bi balio jakinetako bat bakarrik har dezakete une jakin batean. Eskuarki, seinale digitalak tentsio elektrikoak dira, eta 0 V edo 5 V balioak har ditzakete; baina, oro har, bi tentsio-balio horiek edozein izan zitezkeen (esaterako, gaur egun, 0 V eta 3 V gero eta gehiago erabiltzen dira). Bi tentsio-balioak baino gehiago, 0 eta 1 balio logikoak erabiltzen dira sistema digitalak teorikoki aztertzeko.

Hala, seinale bitar baten balioa, une jakin batean, 0 edo 1 izango da. Seinale bitar batek ematen duen informazioari (1 edo 0) bit izena ematen zaio (ingelesezko binary dig it terminoaren kontrakzioa da, digitu bitarra, alegia).

Oinarrizko zirkuitu digitalak ate logikoak dira. Ate logikoek oinarrizko eragiketa logikoak burutzen dituzte —and, or eta not, adibidez—.

Or eragiketa egiten duen ate logikoa

Hiru eragiketa horiek gauzatzen dituzten zirkuitu digitalak elkartuz, edozein funtzio logiko gauzatzen duen sistema digitala eraiki ahal izango dugu.

Ate logikoak elkartuz edozein funtzio logiko eraiki daitekeen arren, eraiki nahi dugun sistema digitalaren tamaina edo konplexutasuna handia denean, diseinu-prozesua asko zailtzen da, eta lortzen diren zirkuituak zailak dira interpretatzen. Ohikoa da eragiketa batzuk behin eta berriz erabili behar izatea sistema digitaletan. Hori dela eta, badaude funtzio horiek egiten dituzten modulu edo bloke digitalak. Bloke digital horiek konplexutasun-maila desberdinekoak izan ohi dira, egiten duten eragiketaren arabera: aukeraketak, deskodetzeak, batuketak, informazioa metatzea... Oro har, sistema digitalak inkrementalki diseinatzen dira, hau da, sinpleagoak diren osagaiak erabiltzen dira sistema digital konplexuagoak eraikitzeko. Azken teknologian gertatu den garapenari esker, geroz eta funtzio konplexuagoak burutzen dituzten sistema digitalak eraikitzen dira.

Gaur ezagutzen dugun moduan, 1960ko hamarkadan hasi zen sistema digitalen noranahiko zabaltze-prozesua, zirkuitu integratuen garapenarekin batera. Jakina, lehenago ere bazeuden zirkuitu logikoak, hasieran balbulak erabiliz, eta gero transistoreen bidez; izan ere, lehen konputagailuak 1940ko hamarkadaren amaieran eta 1950eko hamarkadaren hasieran sortu ziren, baina, erabiltzen zuten teknologia dela eta, konputagailu horiek betetzen zuten espazioa izugarria zen.  

Funtzio logikoak egiten dituzten transistoreen bidezko zirkuituak milimetro karratu batzuk baino ez dituen erdieroalezko “xafla” edo dado (die) batean integratzen dira, teknika fotolitikoak erabiliz; hala, zirkuitu integratuak sortzen dira. Zirkuitu integratuei txip (chip) ere baderitze. Eskuarki, zirkuitu integratuak zeramikazko kapsula batean gordetzen dira, eta, kanpoalderantz, hankatxo metaliko batzuk (pin) jartzen dira kanpo konexioak egin ahal izateko.

Txipen ohiko itxura

Teknologiak azken urteetan egin duen aurrerakada dela eta, transistore asko integra daiteke txip batean, eta, hala, konplexutasun-maila oso desberdineko funtzio logikoak eraiki daitezke: ate logiko bat zein prozesadore osoa, erregistro bat zein memoria handi bat. Ohikoa da zirkuitu integratuak erabiltzen dituzten transistore-kopuruaren arabera sailkatzea: SSI (Small Scale Integration) mailatik hasi —transistore-kopuru txikia, ate gutxi batzuk integratzeko adina, dituena— eta ULSI (Ultra Large Scale Integration) mailaraino —100.000 ate integratzeko baino transistore gehiago dituena (esaterako, 100 milioi transistore)—.

Zenbait sistema digital estandar seriean eraikitzen badira ere, gaur egun oso ohikoa da aplikazio zehatzetarako sistema digitalak eraikitzea. Lan hori, sistemaren diseinua, ez da eskuz egiten, programa berezien bidez baizik.

Sistema digitalak nonahi topatu ditzakegu gaur egun; ziurrenik denok dugu inguruan sistema digitalen bat. Autoek, telefono mugikorrek, kalkulagailuek… sistema digitalak erabiltzen dituzte. Haietako batzuk, laguntza-tresna gisa erabiltzen dira, adibidez autoetan: autoa gailu mekanikoa den arren sistema digitalek autoaren funtzionamendua “adimentsuagoa” egiten dute bidenabar; gaur egungo autoek gasolina gutxi duela, argiak piztuta utzi dituela, etab. adierazten diote gidariari… Beste zenbait gailuk, berriz, funtzionamenduaren oinarri dituzte sistema digitalak: ezin izango lirateke eraiki, sistema digitalak existituko ez balira. Horien artean daude eguneroko bizitzan hain sartuta dauden telefono mugikorrak, kalkulagailuak, irrati digitalak, erloju digitalak, etab. Sistema digital horien eginkizunak oso ezberdinak dira, helburu jakin bat(zuk) lortzeko diseinatu baitira. Hori dela eta, horrelako sistemei helburu berezikoak edo zehatzekoak deritze.

Baina, ziur aski, sistema digital garrantzitsuena konputagailua da. Ondo ezagutzen dugunez, konputagailuak ez dira eginkizun jakin bakar baterako erabiltzen; hain zuzen ere, haien aplikazio-eremua oso zabala eta joria da. Horregatik, helburu orokorreko sistema digitalak dira konputagailuak.

Erabilgarritasun zabal horren zioa diseinuan datza: konputagailua “agindu” jakin batzuk exekutatzeko diseinatzen da. Agindu horiek oinarrizko eragiketak adierazten dituzte, hala nola datu bat toki batetik bestera mugitzea konputagailuaren barruan, datu batzuekin eragiketa aritmetiko edo logiko bat egitea, exekutatu beharreko hurrengo agindua zein den erabakitzea eta abar. Aginduak sekuentzietan antolatzen dira, eta, datuekin batera, programak osatzen dituzte. Aginduak eta datuak aldatuz, eginkizun oso desberdineko programak idatz daitezke. Horri esker, helburu orokorreko sistema digitala da konputagailua: exekutatzen duen programa aldatuz gero, gauza ezberdinak egin ditzake.