Логічні ворота є однією з найважливіших тем в електроніці, особливо в цифровій електроніці. Концепція логічних воріт спирається на концепцію булевих функцій. Логічні вентилі приймають одне або кілька двійкових значень як вхідні дані та повертають одне двійкове значення як вихідні дані після виконання над ними логічного обчислення. У цифровій електроніці доступно декілька типів GATE, деякі з них відомі як базові вентилі, а інші – як універсальні.
А Ворота NAND підпадає під категорію універсальних вентилів, оскільки вентиль NAND може реалізувати будь-яку булеву функцію без допомоги базових вентилів, а також обчислювати результати логічних вводів без допомоги будь-яких інших логічних вентилів.
Зміст
шаблони програмування java
- Що таке логічні ворота?
-
Символ AND Gate - Таблиця істинності AND Gate
- Ворота NAND з точки зору транзистора
- Застосування NAND Gate
- Переваги NAND Gate
- Недоліки NAND Gate
Що таке NAND Gate?
Логічні вентилі — це невелика цифрова комутаційна схема, яка визначає вихід двох або більше введених логічних функцій у двійковому форматі. Логічний 1 означає Істинний або Високий за своєю природою, тоді як Логічний 0 означає Хибний або Низький за своєю природою. На основі різних логічних операцій вихід відрізняється. У логічному вентилі може бути багато входів, але буде лише один вихід. Кожен логічний вентиль має власну таблицю істинності, яка представляє всі комбінації вхідних і вихідних даних.
Шлюз NAND, також відомий як вентиль Not-AND, діє прямо протилежно або доповнює вентиль AND.
Робота AND Gate
NAND Gate приймає логічні значення як вхідні дані та повертає:
- Повертає 1, якщо всі вхідні дані дорівнюють 0 або альтернативним значенням (тобто один дорівнює 0, а інший — 1 або навпаки).
- Повертає 0, якщо всі вхідні дані дорівнюють 1
The Логічний вираз NAND Gate виглядає наступним чином –
Скажімо, ми маємо два входи, A і B, а вихід називається X, тоді вираз буде –
X = (A . B)’
Типи воріт NAND
Існує два типи вентилів NAND залежно від кількості входів
- 2-вхідний NAND Gate
- 3-вхідний NAND Gate
2-вхідний NAND Gate
Це найпростіша форма воріт NAND, яка приймає два входи та повертає вихід. Є 22= 4 комбінації введення та виведення.
Шлюз NAND із трьома входами
Як випливає з назви, він має три входи і лише один вихід. Є 23= 8 комбінацій введення та виведення.
Символ AND Gate
Нижче наведено символ воріт NAND, A і B представляють два входи. Шлюз NAND виконує логічну операцію NAND на входах. Вихід представлено лінією, що тягнеться від нижньої частини символу воріт NAND.
The таблиця істинності воріт NAND з двома входами виглядає наступним чином –
Ворота NAND
Таблиця істинності AND Gate
У наведеній таблиці істинності він повертає 1, якщо всі вхідні дані дорівнюють 0 або альтернативні (тобто один дорівнює 0, а інший — 1 або навпаки). інакше повертає 0, якщо всі вхідні дані дорівнюють 1.
3 Вхід NAND Gate
Ворота NAND з точки зору транзистора
Шлюз NAND є одним із основних будівельних блоків цифрових логічних схем. Його роботу також можна пояснити через концепцію транзисторів. Транзистори є різновидом напівпровідник пристрої, які в основному використовуються для посилення або комутації електронних сигналів.
Ворота NAND з точки зору транзистора
Робота контуру
Тут, на наведеній вище схемі, є два транзистори під назвою Q1 і Q2, які з’єднані послідовно. Клема колектора Q1 з'єднана з Vcc, а також з вихідною клемою. Емітер Q1 з'єднаний з колектором Q2, що забезпечує послідовне з'єднання. Емітер Q2 з'єднаний із землею, яка завершує всю схему.
символ.порівняти java
Розглянемо випадок, коли входи A і B дорівнюють 0. У цьому випадку транзистор діятиме як перемикач і розриває з’єднання між колектором і емітером. Коли джерело живлення 5 В увімкнено, воно досягає клеми колектора безпосередньо першого транзистора. Клема колектора підключена до виходу, тому живлення 5 В надходить безпосередньо до виходу. Отже, вихід буде ВИСОКИЙ.
Застосування NAND Gate
- Універсальні ворота: Ворота NAND називають універсальними воротами, тому що всі основні логічні ворота можуть бути сформовані з їх допомогою.
- Використовується для зберігання даних: Шлюзи NAND використовуються для створення таких елементів, як тригери та засувки, які є ключовим компонентом для зберігання даних.
- Арифметична логіка: Вентилі NAND широко використовуються в арифметичних і логічних блоках (ALU) обчислювального пристрою для виконання таких операцій, як додавання, віднімання тощо.
- Використовується в декодерах і кодувальниках: Вентилі NAND також використовуються в схемах декодера та кодера для перетворення двійкового коду в набір цифрових сигналів і навпаки.
- Використовується в мультиплексорах і демультиплексорах: Шлюзи NAND використовуються в мультиплексорах, щоб визначити, яким маршрутом має пройти сигнал, щоб досягти одного виходу. Демультиплексор робить прямо протилежне цьому.
- Генератори годинника: Вентилі NAND, які використовуються в тактових генераторах для генерації тактових сигналів, які синхронізують різні операції в цифровій схемі.
- Логічні операції: Шлюзи NAND також використовуються для реалізації різних логічних операцій.
Переваги NAND Gate
- Це універсальні ворота: Шлюз NAND є універсальним шлюзом, тому його можна використовувати для створення будь-якого базового логічного шлюза без використання будь-якого іншого шлюза. Крім того, він може вирішувати складні логічні задачі.
- Спростити логічні вирази: Використовуючи лише вентиль NAND, ми можемо спростити будь-які складні логічні схеми та представити їх у більш простий спосіб.
- Низька кількість необхідних компонентів: Шлюз NAND може представляти будь-який інший логічний вентиль, ми можемо використовувати вентилі NAND для вирішення складних логічних виразів, і, як наслідок, потрібна невелика кількість вентилів NAND.
- Менше енергоспоживання: Реалізація логічних функцій за допомогою шлюзу NAND споживає значно менше енергії, ніж інші шлюзи.
Недоліки NAND Gate
- Відсутність гнучкості: Хоча NAND є універсальним шлюзом, реалізація всіх логічних схем за допомогою шлюза NAND не завжди може дати найбільш оптимізований результат.
- швидкість: У деяких випадках використання шлюзу NAND може призвести до затримки розповсюдження, для вирішення цих логічних виразів можуть знадобитися спеціальні шлюзи.
Вирішений приклад NAND Gate
Реалізуйте дану схему за допомогою воріт NAND.
У нас є 4 входи з іменами A, B, C і D. Тут ми збираємося виконувати функції воріт NAND за допомогою 2 воріт І та 1 воріт АБО.
І в результуючому розділі ми будемо використовувати 2 шлюзи NAND і 1 шлюз АБО, щоб знати різницю між функціями AND ate і шлюз NAND.
Кругова діаграма
рішення:
Перетворення вентилів І та АБО на вентиль NAND із збереженням логічного виразу.
Реалізуйте дану схему за допомогою воріт NAND
У результаті ми отримуємо результат: A’B’ + C’D’
Шлюз NAND – поширені запитання
Чому NAND Gate називається Universal Gate?
Шлюз NAND називається універсальним шлюзом, тому що його можна використовувати для формування будь-яких інших основних логічних воріт, таких як І АБО НІ, без допомоги іншого шлюза.
нормалізація в базі даних
Чим вентиль NAND відрізняється від воріт AND?
Коли ми інвертуємо вихід вентиля AND, ми отримуємо вентиль NAND. Означає, що результат AND буде просто змінений у випадку NAND. Це коротка форма ворот НЕ-І.
Як логічна операція НЕ досягається в воротах NAND?
Логічна операція НЕ виконується на виході елемента І. Ворота NAND — це комбінація елементів І та НЕ, де два або більше вхідних сигналів надходять у вихідні дані І та дають єдиний вихід, який потім подається на вентиль НЕ, що дає доповнення до виходу.