Що таке NAND?

NAND або затвор NAND — це термін, який зустрічається в цифровій електроніці. Це відноситься до логічних воріт, які дають певний результат. Результати завжди виводяться у двійковому форматі, тобто є лише два можливих вихідних даних – так і ні, істина чи хибність або 0 і 1. Сам NAND є скороченням від Not-And.

Шлюз NAND повертає одиницю як результат у кожному вхідному випадку, крім випадків, коли всі вхідні елементи також дорівнюють 1. Отже, якщо введено 0 і 0 або 0 і 1, вихід буде 1. Тільки якщо вхід дорівнює 1 і 1 повертає ворота NAND 0.

Порада: вхідні та вихідні дані іноді вважаються високими та низькими, а не істинними чи хибними. Природно, Low дорівнює 0, а High дорівнює 1. Функціонально не має значення, як вони називаються – важливими частинами є значення 0 і 1.

Шлюзи NAND також не обмежуються двома входами – хоча їх потрібно мати мінімум два, вони можуть обробляти більше. Логіка залишається незмінною – якщо всі входи не дорівнюють 1, ворота завжди повертатимуть один, незалежно від того, скільки входів є. Стандартними налаштуваннями є 2-, 3-, 4- і 8-вхідні ворота. Ці версії активно використовуються в напівпровідниках, доступних на ринку.

Використання вентилів NAND

Поряд із аналогічними, але різними вентилями NOR, вентилі NAND є важливими в сучасній цифровій електроніці. Їх можна використовувати для вираження абсолютно будь-якої булевої функції, якщо їх правильно поєднати. Логічна функція – це функція, яка базується на двох значеннях – знову ж таки, 0 і 1. Логічні функції та логічні вентилі, такі як NAND або NOR, є важливими для роботи різних частин комп’ютера.

Їхня здатність виражати інші функції називається «функціональною повнотою» – і, як згадувалося, булеві функції, такі як AND, OR, XNOR і NOT, можуть бути повністю описані через ворота NAND. Ви можете побудувати цілий процесор комп’ютера лише з вентилів NAND. Це не так, оскільки це було б дорого, неефективно та не на належному рівні, що стосується продуктивності… однак це можливо з технічної точки зору!

Ці затвори є основними частинами комп’ютерного обладнання – вони містяться в більшості напівпровідників, які використовуються, наприклад, як базовий компонент для частин ПК. При розміщенні на інтегральній схемі або друкованій платі вентиль NAND займе три контактні площадки – дві для двох вхідних значень (або більше, якщо вентилю потрібно обробляти більше двох) і одну для результуючого виведення.

Теоретичний NAND

Хоча в більшості випадків посилання на NAND означатиме фізичні ворота, які використовуються для створення процесорів або SSD, це не завжди так – NAND також є назвою відповідної булевої функції. У даному випадку це означає математичну функцію, доведену в 1913 році Генрі Шеффером. Теоретичну версію часто називають логікою NAND, щоб відрізнити її від згаданих вище вентилів NAND.
Ця логіка та відповідна функція виражаються так:

Діаграма NAND і таблиця істинності

Таблиця істинності пояснює можливі варіанти входу та виводу, згадані вище. Усі комбінації, окрім усіх одиниць, повертають 1, а всі входи 1 повертають 0 як вихід.