Siamo quasi giunti al termine del nostro studio sulle porte logiche utilizzate nell’elettronica digitale. In questo articolo vedremo nel dettaglio il funzionamento della porta logica NAND.
In precedenti articoli ci siamo occupati del funzionamento dei semiconduttori e abbiamo parlato delle porte logiche introducendo il funzionamento della porta AND, della porta OR e della porta NOT.
Indice
Cosa è una porta logica
Nel linguaggio comune una porta logica è un circuito digitale in grado di di realizzare una particolare operazione logica di una o più variabili booleane. In pratica un circuito elettronico può simulare la logica matematica booleana mediante opportuni controlli sui segnali elettrici in ingresso e in uscita. Le moderne tecnologie e la miniaturizzazione spinta hanno reso questi circuiti elementari di dimensioni ridottissime, infinitesimali.
La porta logica NAND
Con il nome NAND definiamo la porta logica costituita da ingressi e un’uscita che restituisce FALSO solo quando tutti gli ingressi sono nello stato logico VERO. È corrispondente alla connessione in serie di una porta AND e di una porta NOT. La porta NAND ha la proprietà di Completezza Funzionale. Con questi termini vogliamo dire che ogni altra funzione logica (AND, OR, etc.) può essere implementata utilizzando soltanto le porte NAND. Si può creare un intero processore utilizzando solamente porte NAND. Questa caratteristica è presente anche nelle porte NOR. A tale proposito le porte logiche NAND e NOR vengono definite porte logiche universali.
La porta NAND costruita con i Transistor
Per costruire una porta logica NAND ci occorrono due transistor e una resistenza. Il circuito elettronico si realizza con una configurazione molto semplice. Lo stato di conduzione o interdizione dei due transistor determina la condizione logica NAND in uscita. Quindi per avere in uscita un livello logico basso gli ingressi A e B devono inviare un segnale che attivi la conduzione dei due transistor. Negli altri casi, con A diverso da B, il livello logico in uscita si presenterà sempre alto.
Applicazioni pratiche
Da quasi trenta anni, le memorie flash vendute in commercio sono costituite e progettate basandosi sulle porte NAND. Queste memorie hanno favorito la diffusione dei dispositivi di memoria volatile. Rispetto agli anni ottanta le memorie che utilizzano le porte NAND hanno soppiantato le vecchie che utilizzavano porte NOR. Utilizzando le porte NAND le nuove memorie flash sono più veloci, hanno maggiore capacità e sono più economiche.
Le porte logiche universali NAND e NOR
Abbiamo visto che la proprietà interessante delle porte NAND e NOR è che usando solo porte NAND oppure solo porte NOR è possibile realizzare le funzioni fondamentali dell’algebra booleana (AND, OR e NOT). Questo implica che qualsiasi tabella di verità può essere realizzata usando solo NAND oppure solo NOR. Di seguito vi mostriamo i circuiti necessari per realizzare le porte NOT, AND e OR usando solo porte NAND oppure solo NOR:
Conclusioni. La porta logica NAND
Abbiamo visto in questo articolo la realizzazione del circuito elettronico e come funziona un elemento fondamentale dell’elettronica digitale: la porta logica NAND. Dopo aver descritto il funzionamento della porta logica AND, della porta logica OR e della porta logica NOT anche in questo articolo prosegue il nostro approfondimento sui semiconduttori applicato all’elettronica digitale. Vi ricordiamo che che abbiamo scritto degli articoli sul componente ellettronico Diodo e sul Funzionamento del transistor BJT nel circuito amplificatore di cui abbiamo parlato diffusamente nella nostra sezione dedicata al Laboratorio di Elettrotecnica e di Elettronica.