Mis on NAND?

NAND ehk NAND-värav on termin, mida leidub digitaalelektroonikas. See viitab loogikaväravale, mis annab konkreetse tulemuse. Tulemused esitatakse alati kahendvormingus, mis tähendab, et on ainult kaks võimalikku väljundit – jah ja ei, tõene või väär või 0 ja 1. NAND ise on lühend sõnadest Not-And.

NAND-värav tagastab tulemuse igal sisendijuhul ühe, välja arvatud juhul, kui kõik sisendelemendid on samuti 1. Seega, kui sisestada 0 ja 0 või 0 ja 1, on väljund 1. Ainult siis, kui sisend on 1 ja 1, kas NAND-värav tagastab 0.

Näpunäide: mõnikord peetakse sisendeid ja väljundeid pigem kõrgeks ja madalaks kui tõeseks või valeks. Loomulikult on Low 0 ja High on 1. Funktsionaalselt ei ole oluline, kuidas neid nimetatakse – olulised osad on väärtused 0 ja 1.

NAND-väravad ei piirdu ka kahe sisendiga – kuigi neil peab olema vähemalt kaks, saavad nad töödelda rohkemgi. Selle taga olev loogika jääb samaks – kui kõik sisendid pole 1, tagastab värav alati ühe, olenemata sellest, kui palju sisendeid on. Standardsed seadistused on 2-, 3-, 4- ja 8-sisendiga väravad. Neid versioone kasutatakse aktiivselt turul saadaolevates pooljuhtides.

NAND väravate kasutamine

Koos sarnaste, kuid erineva seadistusega NOR-väravatega on NAND-väravad kaasaegses digitaalelektroonikas hädavajalikud. Neid saab kasutada absoluutselt mis tahes Boole'i funktsiooni väljendamiseks, kui need on õigesti kombineeritud. Boole'i funktsioon on funktsioon, mis põhineb kahel väärtusel – veel kord 0 ja 1. Boole'i funktsioonid ja loogikaväravad, nagu NAND või NOR, on arvuti erinevate osade töös hädavajalikud.

Nende võimet väljendada muid funktsioone nimetatakse "funktsionaalseks täielikuks" ja nagu mainitud, saab Boole'i funktsioone, nagu AND, OR, XNOR ja NOT, kirjeldada täielikult NAND-väravate kaudu. Saate ehitada terve arvutiprotsessori ainult NAND-väravatest. See pole nii, sest see oleks kulukas, ebaefektiivne ja jõudluse osas ei vastaks tasemele... aga tehnilisest seisukohast on see võimalik!

Need väravad on arvuti riistvara olulised osad – neid leidub enamikus pooljuhtides, mida kasutatakse näiteks arvutiosade põhikomponendina. Integreeritud vooluringile või PCB-le paigutatuna võtab NAND-värav kolm plokki – kaks kahe sisendväärtuse jaoks (või rohkem, kui värav peab töötlema rohkem kui kahte) ja ühe saadud väljundi jaoks.

Teoreetiline NAND

Kuigi enamikul juhtudel tähendab viide NAND-ile protsessorite või SSD-de ehitamisel kasutatavaid füüsilisi väravaid, ei ole see alati nii – NAND on ka vastava Boole'i funktsiooni nimi. Antud juhul tähendab see matemaatilist funktsiooni, mille tõestas 1913. aastal Henry Sheffer. Teoreetilist versiooni nimetatakse sageli NAND-loogikaks, et eristada seda ülalmainitud NAND-väravatest.
Seda loogikat ja vastavat funktsiooni väljendatakse järgmiselt:

NANDi diagramm ja tõetabel

Tõdetabel selgitab ülalmainitud võimalikke sisse- ja väljundvalikuid. Kõik kombinatsioonid peale kõigi 1 tagastavad 1 – ja kõik 1 sisendid tagastavad väljundina 0.