Hvad er NAND?

NAND eller en NAND-port er et begreb, der findes i digital elektronik. Det refererer til en logisk port, der producerer et bestemt resultat. Resultater er altid sat ud i binær, hvilket betyder, at der kun er to mulige output - ja og nej, sand eller falsk, eller 0 og 1. NAND i sig selv er en forkortelse for Not-And.

En NAND-gate returnerer én som et resultat i hvert inputtilfælde, bortset fra hvis alle inputelementer også er 1. Så hvis 0 og 0, eller 0 og 1 er sat ind, er outputtet 1. Kun hvis input er 1 og 1 returnerer NAND-porten et 0.

Tip: Input og output betragtes nogle gange som høje og lave frem for sande eller falske. Naturligvis er Lav 0, og Høj er 1. Det er funktionelt irrelevant, hvad de kaldes – de vigtige dele er værdierne 0 og 1.

NAND-gates er heller ikke begrænset til to indgange – mens de skal have minimum to, kan de behandle flere. Logikken bag det forbliver den samme – medmindre alle indgange er 1, vil porten altid returnere én, uanset hvor mange indgange der er. Standardopsætningerne er 2-, 3-, 4- og 8-indgangsporte. Disse versioner bruges aktivt i halvledere, der er tilgængelige på markedet.

Brug af NAND-porte

Sammen med de lignende, men forskellige opsætning af NOR-porte, er NAND-porte essentielle i moderne digital elektronik. De kan bruges til at udtrykke absolut enhver boolsk funktion, hvis de er kombineret korrekt. En boolsk funktion er en funktion, der er baseret på to værdier – igen, 0 og 1. Boolske funktioner og logiske porte som NAND eller NOR er essentielle i arbejdet med forskellige computerdele.

Deres evne til at udtrykke andre funktioner kaldes 'funktionel fuldstændighed' – og som nævnt kan booleske funktioner som AND, OR, XNOR og NOT beskrives udelukkende gennem NAND-porte. Du kan bygge en hel computerprocessor ud fra kun NAND-porte. Det er ikke tilfældet, da det ville være dyrt, ineffektivt og ikke på niveau med hensyn til ydeevne... men det er muligt fra et teknisk synspunkt!

Disse porte er væsentlige dele af computerhardware - de findes i de fleste halvledere, der f.eks. bruges som basiskomponent til pc-dele. Når den placeres på et integreret kredsløb eller PCB, vil en NAND-gate optage tre pads - to for de to inputværdier (eller flere, hvis porten skal behandle mere end to) og en for det resulterende output.

Teoretisk NAND

Selvom en henvisning til NAND i de fleste tilfælde vil betyde de fysiske porte, der bruges i opbygningen af ​​processorer eller SSD'er, er det ikke altid tilfældet – NAND er også navnet på den tilsvarende booleske funktion. I dette tilfælde betyder det en matematisk funktion bevist i 1913 af Henry Sheffer. Den teoretiske version kaldes ofte NAND-logik for at skelne den fra NAND-portene nævnt ovenfor.
Denne logik – og den tilsvarende funktion er udtrykt sådan:

NAND-diagram og sandhedstabel

Sandhedstabellen forklarer de mulige ind- og udgangsmuligheder nævnt ovenfor. Alle kombinationer bortset fra alle 1'ere returnerer et 1 - og alle 1 input returnerer 0 som output.

NAND gate sandhedstabellen

Forskellige kombinationer af NAND-logik ( eller porte ) kan bruges til at skabe andre boolske matematiske funktioner. Som nævnt betyder denne funktionelle fuldstændighed, at NAND-logik er nok til at bygge enhver anden logisk gate. Dette gøres ved at gentage ved hjælp af flere NAND-porte i specifikke konfigurationer. En af de mere komplicerede mulige booleske funktioner er XNOR. For at oprette en med kun NAND-funktioner, skal fem være struktureret sammen og forbundet på en bestemt måde for at opnå det ønskede output. Sådan her ville det se ud:

XNOR-diagram og NAND-ækvivalent

Selvom diagrammet for XNOR-porten i sig selv er langt enklere, vil begge disse muligheder levere det samme output – Q – fra de samme input – A og B. Forskellige måder at samle NAND-gates er nødvendige for at skabe andre typer funktionelle porte både i fysiske halvledere og i teoretiske matematiske problemer.

Konklusion

NAND er en logisk gate; det står for Ikke-Og. En NAND-port er den logiske inverse af en OG-port. En AND-gate returnerer kun sand, hvis alle input er sande. Omvendt er en NAND-gate altid sand, medmindre alle input er sande. NAND-porte har en egenskab kaldet funktionel fuldstændighed, der gør det muligt at kombinere dem for at skabe alle andre logiske porte. NAND-gates er kernekomponenter i processorer såvel som flash-hukommelse.