Kaj je NAND?

NAND ali vrata NAND je izraz v digitalni elektroniki. Nanaša se na logična vrata, ki ustvarijo določen rezultat. Rezultati so vedno prikazani v dvojiški obliki, kar pomeni, da sta možna samo dva izhoda – da in ne, resnično ali napačno ali 0 in 1. Sam NAND je okrajšava za Not-And.

Vrata NAND vrnejo eno kot rezultat v vsakem vhodnem primeru, razen če so vsi vhodni elementi prav tako 1. Torej, če sta vstavljena 0 in 0 ali 0 in 1, je izhod 1. Samo če je vhod 1 in 1 vrnejo vrata NAND 0.

Namig: Vhodi in izhodi se včasih štejejo za visoke in nizke namesto za resnične ali napačne. Seveda je Low 0, High pa 1. Funkcionalno ni pomembno, kako se imenujeta – pomembni deli sta vrednosti 0 in 1.

Tudi vrata NAND niso omejena na dva vhoda – čeprav morajo imeti vsaj dva, lahko obdelajo več. Logika za tem ostaja enaka – razen če so vsi vhodi 1, bodo vrata vedno vrnila enega, ne glede na to, koliko vhodov je. Standardne nastavitve so 2-, 3-, 4- in 8-vhodna vrata. Te različice se aktivno uporabljajo v polprevodnikih, ki so na voljo na trgu.

Uporaba vrat NAND

Skupaj s podobnimi, a drugačnimi nastavitvami vrat NOR so vrata NAND bistvena v sodobni digitalni elektroniki. Uporabijo se lahko za izražanje popolnoma katere koli logične funkcije, če so pravilno kombinirane. Logična funkcija je funkcija, ki temelji na dveh vrednostih – spet 0 in 1. Logične funkcije in logična vrata, kot sta NAND ali NOR, so bistvenega pomena pri delovanju različnih delov računalnika.

Njihova zmožnost izražanja drugih funkcij se imenuje 'funkcionalna popolnost' – in kot že omenjeno, je logične funkcije, kot so IN, ALI, XNOR in NE, mogoče v celoti opisati prek vrat NAND. Lahko bi zgradili celoten računalniški procesor iz nič drugega kot iz vrat NAND. To ne drži, saj bi bilo drago, neučinkovito in neustrezno, kar zadeva zmogljivost ... vendar je s tehničnega vidika mogoče!

Ta vrata so bistveni deli računalniške strojne opreme – najdemo jih v večini polprevodnikov, ki se na primer uporabljajo kot osnovna komponenta za dele osebnih računalnikov. Ko so vrata NAND postavljena na integrirano vezje ali tiskano vezje, zavzamejo tri ploščice – dve za dve vhodni vrednosti (ali več, če morajo vrata obdelati več kot dve) in eno za nastali izhod.

Teoretični NAND

Čeprav bo v večini primerov sklicevanje na NAND pomenilo fizična vrata, ki se uporabljajo pri izdelavi procesorjev ali diskov SSD, to ni vedno tako – NAND je tudi ime za ustrezno logično funkcijo. V tem primeru pomeni matematično funkcijo, ki jo je leta 1913 dokazal Henry Sheffer. Teoretično različico pogosto imenujemo logika NAND, da jo ločimo od zgoraj omenjenih vrat NAND.
Ta logika – in ustrezna funkcija sta izraženi takole:

Diagram NAND in tabela resnic

Tabela resničnosti pojasnjuje zgoraj omenjene možne vhodne in izhodne možnosti. Vse kombinacije, razen vseh 1, vrnejo 1 – in vsi vhodi 1 vrnejo 0 kot izhod.

Tabela resničnosti vrat NAND

Za ustvarjanje drugih logičnih matematičnih funkcij je mogoče uporabiti različne kombinacije logike NAND ( ali vrat ). Kot že omenjeno, ta funkcionalna popolnost pomeni, da je logika NAND dovolj za izgradnjo vseh drugih logičnih vrat. To se izvede s ponavljanjem uporabe več vrat NAND v določenih konfiguracijah. Ena izmed bolj zapletenih možnih logičnih funkcij je XNOR. Če želite ustvariti eno samo s funkcijami NAND, jih je treba pet strukturirati skupaj in povezati na določen način, da dosežete želeni rezultat. Takole bi to izgledalo:

Diagram XNOR in ekvivalent NAND

Medtem ko je diagram za vrata XNOR sam po sebi veliko enostavnejši, bosta obe možnosti zagotovili enak izhod – Q – iz istih vhodov – A in B. Za ustvarjanje drugih vrst funkcionalnih vrat so potrebni različni načini sestavljanja vrat NAND. vrata tako v fizičnih polprevodnikih kot v teoretičnih matematičnih problemih.

Zaključek

NAND so logična vrata; pomeni Ne-In. Vrata NAND so logična inverzija vrat IN. Vrata IN vrnejo res samo, če so vsi vnosi resnični. Nasprotno pa so vrata NAND vedno resnična, razen če so vsi vnosi resnični. Vrata NAND imajo lastnost, imenovano funkcionalna popolnost, ki omogoča njihovo kombiniranje za ustvarjanje vseh drugih logičnih vrat. Vrata NAND so ključne komponente procesorjev in bliskovnega pomnilnika.