Cosè la NAND?

NAND o porta NAND è un termine che si trova nell'elettronica digitale. Si riferisce a una porta logica che produce un risultato specifico. I risultati vengono sempre visualizzati in formato binario, il che significa che ci sono solo due possibili output: sì e no, vero o falso o 0 e 1. NAND stesso è l'abbreviazione di Not-And.

Una porta NAND restituisce uno come risultato in ogni caso di input, tranne se tutti gli elementi di input sono anche 1. Quindi, se vengono inseriti 0 e 0 o 0 e 1, l'output è 1. Solo se l'input è 1 e 1 la porta NAND restituisce uno 0.

Suggerimento: gli input e gli output sono talvolta considerati alti e bassi piuttosto che veri o falsi. Naturalmente, Basso è 0 e Alto è 1. È funzionalmente irrilevante come vengono chiamati: le parti importanti sono i valori di 0 e 1.

Anche le porte NAND non sono limitate a due input: sebbene debbano averne un minimo di due, possono elaborarne di più. La logica alla base rimane la stessa: a meno che tutti gli input non siano 1, il gate restituirà sempre uno, indipendentemente dal numero di input presenti. Le configurazioni standard sono porte a 2, 3, 4 e 8 ingressi. Queste versioni sono utilizzate attivamente nei semiconduttori disponibili sul mercato.

Uso di porte NAND

Insieme alle porte NOR simili ma diverse, le porte NAND sono essenziali nella moderna elettronica digitale. Possono essere usati per esprimere assolutamente qualsiasi funzione booleana se sono combinati correttamente. Una funzione booleana è una funzione basata su due valori: ancora una volta, 0 e 1. Le funzioni booleane e le porte logiche come NAND o NOR sono essenziali per lavorare su varie parti del computer.

La loro capacità di esprimere altre funzioni è chiamata "completezza funzionale" e, come accennato, le funzioni booleane come AND, OR, XNOR e NOT possono essere descritte interamente attraverso le porte NAND. Potresti costruire un intero processore di computer da nient'altro che porte NAND. Non è così perché sarebbe costoso, inefficiente e non all'altezza delle prestazioni… tuttavia è possibile dal punto di vista tecnico!

Queste porte sono parti essenziali dell'hardware del computer: si trovano, ad esempio, nella maggior parte dei semiconduttori utilizzati come componenti di base per le parti dei PC. Quando viene posizionato su un circuito integrato o PCB, un gate NAND occuperà tre pad: due per i due valori di input (o più se il gate deve elaborarne più di due) e uno per l'output risultante.

NAND teorica

Sebbene, nella maggior parte dei casi, un riferimento a NAND indichi i gate fisici utilizzati nella costruzione di processori o SSD, non è sempre così: NAND è anche il nome della corrispondente funzione booleana. In questo caso, significa una funzione matematica dimostrata nel 1913 da Henry Sheffer. La versione teorica è spesso chiamata logica NAND per distinguerla dalle porte NAND menzionate sopra.
Questa logica e la funzione corrispondente sono espresse in questo modo:

Diagramma NAND e tabella di verità

La tabella di verità spiega le possibili opzioni di ingresso e uscita menzionate sopra. Tutte le combinazioni diverse da tutti gli 1 restituiscono un 1 e tutti gli input 1 restituiscono 0 come output.

La tavola di verità della porta NAND

Diverse combinazioni di logica NAND ( o porte ) possono essere utilizzate per creare altre funzioni matematiche booleane. Come accennato, questa completezza funzionale significa che la logica NAND è sufficiente per costruire qualsiasi altra porta logica. Questo viene fatto ripetendo l'utilizzo di più porte NAND in configurazioni specifiche. Una delle funzioni booleane più complicate possibili è XNOR. Per crearne uno con solo funzioni NAND, cinque devono essere strutturati insieme e collegati in un modo specifico per ottenere l'output desiderato. Ecco come sarebbe:

Diagramma XNOR ed equivalente NAND

Sebbene il diagramma per la porta XNOR in sé e per sé sia ​​molto più semplice, entrambe queste opzioni forniranno la stessa uscita - Q - dagli stessi ingressi - A e B. Sono necessari diversi modi di assemblare le porte NAND per creare altri tipi di funzioni porte sia nei semiconduttori fisici che nei problemi matematici teorici.

Conclusione

NAND è una porta logica; sta per Non-E. Una porta NAND è l'inverso logico di una porta AND. Una porta AND restituisce vero solo se tutti gli input sono veri. Al contrario, una porta NAND è sempre vera a meno che tutti gli input non siano veri. Le porte NAND hanno una proprietà chiamata completezza funzionale che consente loro di essere combinate per creare tutte le altre porte logiche. Le porte NAND sono componenti fondamentali dei processori e della memoria flash.