Co je NAND?

NAND nebo NAND brána je termín nalezený v digitální elektronice. Odkazuje na logické hradlo, které vytváří konkrétní výsledek. Výsledky jsou vždy vydávány binárně, což znamená, že existují pouze dva možné výstupy – ano a ne, pravda nebo nepravda, nebo 0 a 1. Samotná NAND je zkratka pro Not-And.

Hradlo NAND vrací jedničku v každém případě vstupu, kromě toho, když jsou všechny vstupní prvky také 1. Takže pokud jsou vloženy 0 a 0 nebo 0 a 1, výstup je 1. Pouze pokud je vstup 1 a 1 vrací brána NAND 0.

Tip: Vstupy a výstupy jsou někdy považovány za vysoké a nízké, spíše než za pravdivé nebo nepravdivé. Nízká je přirozeně 0 a vysoká 1. Je funkčně irelevantní, jak se nazývají – důležité části jsou hodnoty 0 a 1.

Ani hradla NAND nejsou omezena na dva vstupy – i když musí mít minimálně dva, mohou zpracovat více. Logika za tím zůstává stejná – pokud nejsou všechny vstupy 1, brána vždy vrátí jeden, bez ohledu na to, kolik vstupů je. Standardní nastavení jsou 2-, 3-, 4- a 8-vstupová hradla. Tyto verze se aktivně používají v polovodičích dostupných na trhu.

Použití hradel NAND

Spolu s podobným, ale odlišným nastavením hradel NOR jsou hradla NAND nezbytná v moderní digitální elektronice. Mohou být použity k vyjádření absolutně jakékoli booleovské funkce, pokud jsou správně kombinovány. Booleovská funkce je funkce, která je založena na dvou hodnotách – opět 0 a 1. Booleovské funkce a logická hradla jako NAND nebo NOR jsou nezbytné pro práci s různými částmi počítače.

Jejich schopnost vyjadřovat další funkce se nazývá „funkční úplnost“ – a jak již bylo zmíněno, booleovské funkce jako AND, OR, XNOR a NOT lze zcela popsat pomocí hradel NAND. Dalo by se postavit celý počítačový procesor z ničeho jiného než hradel NAND. Není tomu tak, protože by to bylo drahé, neefektivní a nesrovnatelné, pokud jde o výkon… nicméně z technického hlediska je to možné!

Tato hradla jsou základní součástí počítačového hardwaru – nacházejí se ve většině polovodičů používaných jako základní součástka například součástí PC. Když je brána NAND umístěna na integrovaný obvod nebo PCB, zabere tři plošky – dvě pro dvě vstupní hodnoty (nebo více, pokud brána potřebuje zpracovat více než dvě) a jednu pro výsledný výstup.

Teoretická NAND

Ačkoli ve většině případů bude odkaz na NAND znamenat fyzické brány používané při stavbě procesorů nebo SSD, není tomu tak vždy – NAND je také název pro odpovídající booleovskou funkci. V tomto případě to znamená matematickou funkci prokázanou v roce 1913 Henrym Shefferem. Teoretická verze se často nazývá logika NAND, aby se odlišila od výše zmíněných hradel NAND.
Tato logika – a odpovídající funkce jsou vyjádřeny takto:

Diagram NAND a tabulka pravdy

Pravdivostní tabulka vysvětluje možné možnosti vstupu a výstupu uvedené výše. Všechny kombinace kromě všech 1 vrátí 1 – a všechny 1 vstupy vrátí 0 jako výstup.