Mikä on NAND?

NAND tai NAND-portti on termi, joka löytyy digitaalisesta elektroniikasta. Se viittaa logiikkaporttiin, joka tuottaa tietyn tuloksen. Tulokset esitetään aina binäärimuodossa, mikä tarkoittaa, että on vain kaksi mahdollista tulosta – kyllä ja ei, tosi tai epätosi tai 0 ja 1. NAND itsessään on lyhenne sanoista Not-And.

NAND-portti palauttaa tuloksena yhden jokaisessa tulotapauksessa, paitsi jos kaikki tuloelementit ovat myös 1. Joten jos 0 ja 0 tai 0 ja 1 laitetaan sisään, lähtö on 1. Vain jos tulo on 1 ja 1 palauttaako NAND-portti arvon 0.

Vihje: Tuloja ja lähtöjä pidetään joskus korkeina ja matalina mieluummin kuin tosi tai epätosi. Luonnollisesti Low on 0 ja High on 1. Sillä ei ole toiminnallisesti merkitystä, miksi niitä kutsutaan - tärkeitä osia ovat arvot 0 ja 1.

NAND-portteja ei myöskään ole rajoitettu kahteen tuloon – vaikka niitä on oltava vähintään kaksi, ne voivat käsitellä enemmän. Sen takana oleva logiikka pysyy samana – elleivät kaikki tulot ole 1, portti palauttaa aina yhden, riippumatta siitä kuinka monta tuloa on. Vakiokokoonpanot ovat 2-, 3-, 4- ja 8-tuloportit. Näitä versioita käytetään aktiivisesti markkinoilla olevissa puolijohteissa.

NAND-porttien käyttö

Yhdessä samankaltaisten, mutta erityyppisten NOR-porttien kanssa NAND-portit ovat välttämättömiä nykyaikaisessa digitaalielektroniikassa. Niitä voidaan käyttää ilmaisemaan mitä tahansa Boolen funktiota, jos ne yhdistetään oikein. Boolen funktio on funktio, joka perustuu kahteen arvoon – jälleen kerran 0 ja 1. Boolen funktiot ja logiikkaportit kuten NAND tai NOR ovat välttämättömiä tietokoneen eri osien käytössä.

Niiden kykyä ilmaista muita toimintoja kutsutaan "toiminnalliseksi täydellisyydeksi" – ja kuten mainittiin, Boolen funktiot, kuten AND, OR, XNOR ja NOT, voidaan kuvata kokonaan NAND-porttien kautta. Voit rakentaa kokonaisen tietokoneprosessorin vain NAND-porteista. Näin ei ole, koska se olisi kallista, tehotonta, eikä suorituskyvyn suhteen ole tasoa… mutta se on mahdollista teknisestä näkökulmasta!

Nämä portit ovat olennaisia osia tietokonelaitteistossa – niitä löytyy useimmista puolijohteista, joita käytetään esimerkiksi PC-osien peruskomponenttina. Integroituun piiriin tai piirilevyyn sijoitettuna NAND-portti ottaa kolme tyynyä – kaksi kahdelle tuloarvolle (tai useammalle, jos portin on käsiteltävä enemmän kuin kaksi) ja yksi tuloksena olevalle ulostulolle.

Teoreettinen NAND

Vaikka useimmissa tapauksissa viittaus NANDiin tarkoittaa prosessorien tai SSD-levyjen rakentamisessa käytettyjä fyysisiä portteja, niin ei aina ole – NAND on myös vastaavan Boolen funktion nimi. Tässä tapauksessa se tarkoittaa matemaattista funktiota, jonka Henry Sheffer todisti vuonna 1913. Teoreettista versiota kutsutaan usein NAND-logiikaksi sen erottamiseksi yllä mainituista NAND-porteista.
Tämä logiikka ja vastaava funktio ilmaistaan seuraavasti:

NAND-kaavio ja totuustaulukko

Totuustaulukko selittää yllä mainitut mahdolliset sisään- ja lähtövaihtoehdot. Kaikki muut yhdistelmät paitsi kaikki 1 palauttavat arvon 1 – ja kaikki 1-tulot palauttavat 0:n lähtönä.