Čo je NAND?

NAND alebo brána NAND je termín nachádzajúci sa v digitálnej elektronike. Vzťahuje sa na logické hradlo, ktoré vytvára špecifický výsledok. Výsledky sú vždy zobrazené binárne, čo znamená, že sú len dva možné výstupy – áno a nie, pravda alebo nepravda, alebo 0 a 1. Samotná NAND je skratka pre Not-And.

Hradlo NAND vráti jednotku ako výsledok v každom prípade vstupu, okrem prípadu, keď sú všetky vstupné prvky tiež 1. Takže, ak sú vložené 0 a 0 alebo 0 a 1, výstup je 1. Iba ak je vstup 1 a 1 vracia brána NAND 0.

Tip: Vstupy a výstupy sa niekedy považujú za vysoké a nízke, a nie za pravdivé alebo nepravdivé. Prirodzene, Low je 0 a High je 1. Je funkčne irelevantné, ako sa nazývajú – dôležité sú hodnoty 0 a 1.

Brány NAND nie sú obmedzené ani na dva vstupy – hoci musia mať minimálne dva, dokážu spracovať viac. Logika za tým zostáva rovnaká – pokiaľ nie sú všetky vstupy 1, brána vždy vráti jeden, bez ohľadu na to, koľko vstupov je. Štandardné nastavenia sú 2-, 3-, 4 a 8-vstupové brány. Tieto verzie sa aktívne používajú v polovodičoch dostupných na trhu.

Použitie brán NAND

Spolu s podobným, ale odlišným nastavením brán NOR sú brány NAND nevyhnutné v modernej digitálnej elektronike. Môžu byť použité na vyjadrenie absolútne akejkoľvek booleovskej funkcie, ak sú správne kombinované. Booleovská funkcia je funkcia, ktorá je založená na dvoch hodnotách – opäť 0 a 1. Booleovské funkcie a logické hradla ako NAND alebo NOR sú nevyhnutné pri práci s rôznymi časťami počítača.

Ich schopnosť vyjadrovať ďalšie funkcie sa nazýva „funkčná úplnosť“ – a ako už bolo spomenuté, booleovské funkcie, ako sú AND, OR, XNOR a NOT, možno úplne opísať prostredníctvom brán NAND. Dalo by sa postaviť celý počítačový procesor z ničoho iného ako brán NAND. Nie je to tak, pretože by to bolo drahé, neefektívne a nie na úrovni, pokiaľ ide o výkon... avšak z technického hľadiska je to možné!

Tieto brány sú základnými súčasťami počítačového hardvéru – nachádzajú sa vo väčšine polovodičov, ktoré sa používajú napríklad ako základný komponent pre PC časti. Keď je hradlo NAND umiestnené na integrovanom obvode alebo doske plošných spojov, zaberie tri podložky – dve pre dve vstupné hodnoty (alebo viac, ak brána potrebuje spracovať viac ako dve) a jednu pre výsledný výstup.

Teoretická NAND

Hoci vo väčšine prípadov bude odkaz na NAND znamenať fyzické brány používané pri zostavovaní procesorov alebo SSD, nie je to vždy tak – NAND je tiež názov pre zodpovedajúcu booleovskú funkciu. V tomto prípade to znamená matematickú funkciu overenú v roku 1913 Henrym Shefferom. Teoretická verzia sa často nazýva logika NAND, aby sa odlíšila od brán NAND uvedených vyššie.
Táto logika - a zodpovedajúca funkcia sú vyjadrené takto:

Diagram NAND a tabuľka pravdy

Pravdivostná tabuľka vysvetľuje možné možnosti vstupu a výstupu uvedené vyššie. Všetky kombinácie okrem všetkých 1 vrátia 1 – a všetky 1 vstupy vrátia 0 ako výstup.