Multiplexor

En electrónica , un multiplexor (o mux ; a veces escrito como multiplexor ), también conocido como selector de datos , es un dispositivo que selecciona entre varias señales de entrada analógicas o digitales y envía la entrada seleccionada a una única línea de salida. ^{[ 1 ]} La selección está dirigida por un conjunto separado de entradas digitales conocidas como líneas de selección. Un multiplexor de${\displaystyle 2^{n}}$las entradas tienen${\displaystyle n}$líneas de selección, que se utilizan para seleccionar qué línea de entrada enviar a la salida. ^{[ 2 ]}

Un multiplexor permite que varias señales de entrada compartan un mismo dispositivo o recurso, por ejemplo, un convertidor analógico-digital o un medio de transmisión de comunicaciones , en lugar de tener un dispositivo por cada señal de entrada. Los multiplexores también se pueden usar para implementar funciones booleanas de múltiples variables.

Por el contrario, un demultiplexor (o demux ) es un dispositivo que toma una única señal de entrada y la envía selectivamente a una de varias líneas de salida. Un multiplexor se suele utilizar con un demultiplexor complementario en el extremo receptor. ^{[ 1 ]}

Un multiplexor electrónico puede considerarse como un interruptor de múltiples entradas y una sola salida , y un demultiplexor como un interruptor de una sola entrada y múltiples salidas . ^{[ 3 ]} El símbolo esquemático de un multiplexor es un trapecio isósceles con el lado paralelo más largo que contiene los pines de entrada y el lado paralelo más corto que contiene el pin de salida. ^{[ 4 ]} El esquema de la derecha muestra un multiplexor de 2 a 1 a la izquierda y un interruptor equivalente a la derecha.${\displaystyle sel}$El cable conecta la entrada deseada con la salida.

Los multiplexores forman parte de los sistemas informáticos y se utilizan para seleccionar datos de una fuente específica, ya sea un chip de memoria o un periférico de hardware. Un ordenador utiliza multiplexores para controlar los buses de datos y direcciones, lo que permite al procesador seleccionar datos de múltiples fuentes.

En las comunicaciones digitales, los multiplexores permiten múltiples conexiones a través de un único canal al conectar la salida del multiplexor con la entrada del demultiplexor (multiplexación por división de tiempo). La imagen de la derecha ilustra esta ventaja. En este caso, el costo de implementar canales separados para cada fuente de datos es mayor que el costo y las molestias de proporcionar las funciones de multiplexación/demultiplexación.

En el extremo receptor del enlace de datos , generalmente se requiere un demultiplexor complementario para dividir el flujo de datos único en los flujos originales. En algunos casos, el sistema remoto puede tener una funcionalidad superior a la de un simple demultiplexor, y aunque la demultiplexación se produce técnicamente, es posible que nunca se implemente de forma independiente. Este sería el caso cuando, por ejemplo, un multiplexor da servicio a varios usuarios de la red IP y luego alimenta directamente a un enrutador , que lee inmediatamente el contenido de todo el enlace en su procesador de enrutamiento y luego realiza la demultiplexación en memoria, desde donde se convertirá directamente en secciones IP.

A menudo, un multiplexor y un demultiplexor se combinan en un solo equipo, que simplemente se denomina multiplexor . Ambos elementos de circuito son necesarios en ambos extremos de un enlace de transmisión, ya que la mayoría de los sistemas de comunicaciones transmiten en ambas direcciones .

En el diseño de circuitos analógicos , un multiplexor es un tipo especial de interruptor analógico que conecta una señal seleccionada de entre varias entradas a una única salida.

En el diseño de circuitos digitales , los cables selectores tienen un valor digital. En el caso de un multiplexor 2 a 1, un valor lógico de 0 conectaría${\displaystyle I_{0}}$a la salida, mientras que un valor lógico de 1 conectaría${\displaystyle I_{1}}$a la salida. En multiplexores más grandes, el número de pines selectores es igual a${\displaystyle \left\lceil \log _{2}(n)\right\rceil }$dónde${\displaystyle n}$es el número de entradas.

Por ejemplo, de 9 a 16 entradas requerirían al menos 4 pines selectores, y de 17 a 32 entradas requerirían al menos 5 pines selectores. El valor binario expresado en estos pines selectores determina el pin de entrada seleccionado.

Un multiplexor 2 a 1 tiene una ecuación booleana donde${\displaystyle A}$y${\displaystyle B}$son las dos entradas,${\displaystyle S_{0}}$es la entrada del selector, y${\displaystyle Z}$es el resultado:

${\displaystyle Z=(A\wedge \neg S_{0})\vee (B\wedge S_{0})}$ o

${\displaystyle Z=(A\cdot {\overline {S_{0}}})+(B\cdot S_{0})}$

Lo cual puede expresarse como una tabla de verdad :

O, en notación más sencilla:

Estas tablas muestran que cuando${\displaystyle S_{0}=0}$entonces${\displaystyle Z=A}$pero cuando${\displaystyle S_{0}=1}$entonces${\displaystyle Z=B}$Una implementación directa de este multiplexor 2 a 1 requeriría dos compuertas AND, una compuerta OR y una compuerta NOT. Si bien esto es matemáticamente correcto, una implementación física directa sería propensa a condiciones de carrera que requerirían compuertas adicionales para suprimirlas. ^{[ 5 ]}

Los multiplexores más grandes también son comunes y, como se indicó anteriormente, requieren${\displaystyle \left\lceil \log _{2}(n)\right\rceil }$pines selectores para${\displaystyle n}$entradas. Otros tamaños comunes son 4 a 1, 8 a 1 y 16 a 1. Dado que la lógica digital utiliza valores binarios, se utilizan potencias de 2 (4, 8, 16) para controlar al máximo varias entradas para el número dado de entradas de selección.

• 
  multiplexor 4 a 1
• 
  multiplexor de 8 a 1
• 
  multiplexor de 16 a 1

La ecuación booleana para un multiplexor de 4 a 1 es:

${\displaystyle Z=(A\wedge \neg {S_{1}}\wedge \neg S_{0})\vee (B\wedge \neg S_{1}\wedge S_{0})\vee (C\wedge S_{1}\wedge \neg S_{0})\vee (D\wedge S_{1}\wedge S_{0})}$ o

${\displaystyle Z=(A\cdot {\overline {S_{1}}}\cdot {\overline {S_{0}}})+(B\cdot {\overline {S_{1}}}.S_{0})+(C\cdot S_{1}\cdot {\overline {S_{0}}})+(D\cdot S_{1}\cdot S_{0})}$

Lo cual puede expresarse como una tabla de verdad :

El siguiente multiplexor de 4 a 1 está construido a partir de búferes de 3 estados y puertas AND (las puertas AND actúan como decodificador):

Los subíndices en el${\displaystyle I_{n}}$Las entradas indican el valor decimal de las entradas de control binarias en el que se permite el paso de dicha entrada.

Lista de circuitos integrados que proporcionan multiplexación

En los números de pieza de la serie 7400 de la siguiente tabla, "x" representa la familia lógica.

Los demultiplexores reciben una entrada de datos y varias entradas de selección, y tienen varias salidas. Envían la entrada de datos a una de las salidas según los valores de las entradas de selección. Los demultiplexores a veces resultan útiles para diseñar lógica de propósito general, ya que si la entrada del demultiplexor es siempre verdadera, este actúa como un decodificador binario . Esto significa que cualquier función de los bits de selección se puede construir mediante la operación lógica OR del conjunto correcto de salidas.

Si X es la entrada y S es el selector, y A y B son las salidas:

$${\displaystyle A=(X\wedge \neg S)}$$$${\displaystyle B=(X\wedge S)}$$

Lista de circuitos integrados que proporcionan demultiplexación

Para los números de pieza de la serie 7400 en la siguiente tabla, donde "x" es la familia lógica.

Los multiplexores bidireccionales se construyen utilizando interruptores analógicos o compuertas de transmisión controladas por los pines de selección. Esto permite intercambiar las funciones de entrada y salida, de modo que un multiplexor bidireccional puede funcionar tanto como demultiplexor como multiplexor. ^{[ 6 ]}

Los multiplexores también pueden utilizarse como dispositivos lógicos programables para implementar funciones booleanas. Cualquier función booleana de n variables y un resultado puede implementarse con un multiplexor de n entradas selectoras. Las variables se conectan a las entradas selectoras, y el resultado de la función, 0 o 1, para cada combinación posible de entradas selectoras se conecta a la entrada de datos correspondiente. Si una de las variables (por ejemplo, D ) también está disponible invertida, basta con un multiplexor de n − 1 entradas selectoras; las entradas de datos se conectan a 0, 1, D o ~ D , según la salida deseada para cada combinación de las entradas selectoras. ^{[ 7 ]}

Los multiplexores han encontrado aplicación en la computación estocástica no convencional (SC), particularmente para facilitar la suma aritmética. En este paradigma, los datos se representan como una secuencia de bits de probabilidad donde el número de bits '1' indica la magnitud de un valor. Por lo tanto, la función de un multiplexor de 2 a 1 puede conceptualizarse como una función de probabilidad denotada como:

${\displaystyle y=P(a)\times P(1-s)+P(b)\times P(s)}$

donde a y b son el flujo de bits de entrada y s es la entrada de selección. Usando la entrada de selección = 0,5 se obtiene:

${\displaystyle y={\frac {P(a)+P(b)}{2}}}$

Aunque este enfoque no produce una suma exacta sino una suma escalada, se considera aceptable en la mayoría de los estudios de SC. Los multiplexores se utilizan ampliamente para tareas como la suma promedio, la agrupación promedio y el filtrado de mediana dentro de los circuitos SC. Además, las aplicaciones más sofisticadas de los multiplexores incluyen servir como generador de funciones polinómicas de Bernstein, ^{[ 8 ]} capaz de producir funciones matemáticas arbitrarias dentro del dominio SC. Investigaciones recientes también han revelado que las combinaciones de multiplexores pueden facilitar la operación de multiplicación-acumulación a gran escala , ^{[ 9 ]} demostrando la viabilidad en la aceleración de redes neuronales convolucionales en matrices de puertas programables en campo .

• Multiplexor de acceso a línea de abonado digital (DSLAM)
• Multiplexor inverso
• Multiplexación
  • Multiplexación por división de código
  • Multiplexación por división de frecuencia
  • Multiplexación por división de tiempo
  • Multiplexación por división de longitud de onda
  • multiplexación estadística
  • Charlieplexing
• Codificador de prioridad
• Regla 184 , un autómata celular en el que cada celda actúa como un multiplexor para los valores de las dos celdas adyacentes.
• multiplexor estadístico
• operador condicional ternario

• Mano, M. Morris; Kime, Charles R. (2008). Fundamentos de lógica y diseño de computadoras (4.ª  ed.). Prentice Hall . ISBN 978-0-13-198926-9..

• Contenido multimedia relacionado con los multiplexores en Wikimedia Commons.
• Definición de multiplexor en Wikcionario