Vad är NAND?

NAND eller en NAND-grind är en term som finns inom digital elektronik. Det hänvisar till en logisk grind som producerar ett specifikt resultat. Resultaten läggs alltid ut i binärt format, vilket betyder att det bara finns två möjliga utgångar – ja och nej, sant eller falskt, eller 0 och 1. NAND i sig är en förkortning för Not-And.

En NAND-grind returnerar en som ett resultat i varje ingångsfall, annat än om alla ingångselement också är 1. Så, om 0 och 0, eller 0 och 1 läggs in, är utgången 1. Endast om ingången är 1 och 1 returnerar NAND-grinden en 0.

Tips: In- och utdata anses ibland vara höga och låga snarare än sant eller falskt. Naturligtvis är Låg 0 och Hög är 1. Det är funktionellt irrelevant vad de kallas – de viktiga delarna är värdena 0 och 1.

NAND-grindar är inte heller begränsade till två ingångar – även om de måste ha minst två, kan de bearbeta fler. Logiken bakom det förblir densamma – om inte alla ingångar är 1, kommer grinden alltid att returnera en, oavsett hur många ingångar det finns. Standardinställningarna är 2-, 3-, 4- och 8-ingångsgrindar. Dessa versioner används aktivt i halvledare som finns på marknaden.

Användning av NAND-grindar

Tillsammans med de liknande men olika uppsättningarna NOR-grindar är NAND-grindar viktiga i modern digital elektronik. De kan användas för att uttrycka absolut alla booleska funktioner om de kombineras korrekt. En boolesk funktion är en funktion som är baserad på två värden – återigen 0 och 1. Booleska funktioner och logiska grindar som NAND eller NOR är viktiga för att arbeta med olika datordelar.

Deras förmåga att uttrycka andra funktioner kallas "funktionell fullständighet" – och som nämnts kan booleska funktioner som AND, OR, XNOR och NOT beskrivas helt och hållet genom NAND-grindar. Du kan bygga en hel datorprocessor från inget annat än NAND-grindar. Så är inte fallet eftersom det skulle vara dyrt, ineffektivt och inte i nivå när det gäller prestanda... men det är möjligt ur teknisk synvinkel!

Dessa grindar är väsentliga delar av datorhårdvara – de finns i de flesta halvledare som används som baskomponent för PC-delar, till exempel. När den placeras på en integrerad krets eller PCB, kommer en NAND-grind att ta upp tre pads – två för de två ingångsvärdena (eller fler om grinden behöver bearbeta mer än två) och en för den resulterande utgången.

Teoretisk NAND

Även om, i de flesta fall, en hänvisning till NAND kommer att betyda de fysiska grindarna som används för att bygga processorer eller SSD:er, så är det inte alltid fallet – NAND är också namnet för motsvarande booleska funktion. I det här fallet betyder det en matematisk funktion bevisad 1913 av Henry Sheffer. Den teoretiska versionen kallas ofta NAND-logik för att skilja den från NAND-grindarna som nämns ovan.
Denna logik – och motsvarande funktion uttrycks så här:

NAND-diagram och sanningstabell

Sanningstabellen förklarar de möjliga in- och utmatningsalternativen som nämns ovan. Alla kombinationer förutom alla 1:or returnerar en 1 – och alla 1-ingångar returnerar 0 som en utgång.

NAND-portens sanningstabell

Olika kombinationer av NAND-logik ( eller grindar ) kan användas för att skapa andra booleska matematiska funktioner. Som nämnts betyder denna funktionella fullständighet att NAND-logik är tillräckligt för att bygga vilken annan logisk grind som helst. Detta görs genom att upprepa med flera NAND-grindar i specifika konfigurationer. En av de mer komplicerade möjliga booleska funktionerna är XNOR. För att skapa en med endast NAND-funktioner måste fem struktureras tillsammans och kopplas ihop på ett specifikt sätt för att uppnå önskad utdata. Så här skulle det se ut:

XNOR-diagram och NAND-motsvarighet

Även om diagrammet för XNOR-grinden i och för sig är mycket enklare, kommer båda dessa alternativ att leverera samma utsignal – Q – från samma ingångar – A och B. Olika sätt att montera NAND-grindar behövs för att skapa andra typer av funktionella grindar både i fysiska halvledare och i teoretiska matematiska problem.

Slutsats

NAND är en logisk grind; det står för Not-And. En NAND-grind är den logiska inversen av en OCH-grind. En AND-grind returnerar bara sant om alla ingångar är sanna. Omvänt är en NAND-grind alltid sann om inte alla ingångar är sanna. NAND-grindar har en egenskap som kallas funktionell fullständighet som gör att de kan kombineras för att skapa alla andra logiska grindar. NAND-grindar är kärnkomponenter i processorer såväl som flashminne.