NAND Gates neden ucuz?

Dijital elektronik laboratuvarlarımda ve derslerimde NAND kapılarından bir şeyler yapmamız isteniyor, çünkü bunlar satın alınabilecek en ucuz kapı tipi. Bu neden? Neden bir OR / AND kapısı satın almak için en ucuz değil?

NAND kapıları ucuz, çünkü 1980'lerden beri etrafta yatan pek çok kişi var.

Cidden, bir NAND geçidi en basit mantık geçidi ile ilgili. Çok girişli bir invertör olarak düşünebilirsiniz. Elektriksel olarak, TTL NAND kapılarının aynısı. Her giriş, giriş transistörüne eklenen başka bir vericidir. Devrenin geri kalanı sadece bir invertördür. CMOS'ta farklı, ancak bir NAND kapısı hala çok basit.

Talaşlar az sayıda transistör gerektirdiğinden, bunlar küçük olabilirler ve bu da silikon gofret başına çoğuna izin verir ve bu da onları ucuz yapar.

Bunun söylenmesinin sebeplerinden biri, CMOS devrelerinde, bir NAND geçidinin hem daha küçük, hem alan bakımından hem de bir NOR geçidinden daha hızlı olmasıdır; oysa AND ve VEYA kapıları, NAND / NOR. Yani CMOS’da, NAND biraz daha ucuz.

Bu, nMOS için geçerli değildir (buradaki tersi yoldur) ve kesinlikle 74x serisi gibi paketlenmiş kapılar için geçerli değildir - alan maliyeti, paketleme ve diğer genel masrafların maliyeti ile tamamen örtülür.

Referans: Peter Robinson'dan VLSI Design , s.14, "CMOS'de NAND geçidi, NOR geçidinden daha iyi hız ve alan özelliklerine sahip".

Referans 2: burada şöyle ifade edildi: "CMOS'ta NOR kapısı, serilerin zayıf hareketliliğinden dolayı seri olarak iki pMOS'a sahiptir."

Herhangi bir mantıksal işlev NAND (veya NOR) kapılarından, hatta komple sistemlerden oluşturulabilir. VEYA VE VEYA kapıları NAND'lerle aynıdır, ancak aynı zamanda inverterlere de ihtiyacınız vardır. 1.000 NAND kapısı, OR'lerin, AND'lerin ve invertörlerin karışımından daha ucuz olacaktır.

Seymour Cray, bu nedenle Cray süper bilgisayarlarını ECL NOR kapılarından yapmak için kullanılır.

Henüz belirtilmeyen birkaç nokta:

1. MOS tabanlı mantığın tamamen ele geçirilmesinden önce “normal” tip olan TTL mantığında, iki girişli bir NAND geçidi, biri iki yayıcıya sahip dört transistör gerektirir; iki girişli bir NOR geçidi altı transistör gerektirecektir (her biri bir emitörlü). Daha genel olarak, bir N girişli NAND geçidi, biri N yayıcıya sahip dört transistör gerektirir; bir N girişli NOR geçidi 2N + 2 transistör gerektirir.
2. NMOS mantığında, NAND, NOR veya bunların bir kombinasyonunun (sonunda sadece tek bir inversiyonlu) olsun, bir N-giriş kapısı N transistörünü ve bir rezistörü gerektirecektir. NMOS'ta NOR kapıları NAND kapılarından biraz daha hızlıdır.
3. CMOS mantığında, NAND, NOR veya bunların bir kombinasyonunun (sonunda sadece tek bir inversiyonlu) olsun, bir N-giriş kapısı genellikle N PMOS transistörlerini ve N NMOS transistörlerini gerektirecektir. Bir NAND geçidi, NOR geçidinden daha yüksek bir çıkış elde etmek için biraz daha hızlı olacaktır; fark, giriş sayısı arttıkça daha belirgin hale gelir. Bununla birlikte, bir NOR geçidi bir NAND geçidinden daha "düşük" bir çıkış elde etmek için biraz daha hızlı olacaktır. CMOS teknolojisi, herkes eşit, düşük sinyallerden daha yüksek sinyaller vermek için biraz daha yavaş olduğundan, bir NAND geçidi biraz daha "dengeli" çıkış sürelerine sahip olabilir.
4. Çoğu CPLD tasarımında, temel mantık bloğu, çıkışları çok sayıda girişli NAND geçitlerini yönlendiren çok sayıda girişli NAND girişinden (girişlerin bağlandığı veya bağlantısı kesildiği) oluşur. Belgelendirmenin genellikle "VE" nin bir demet "OR" 'yu ​​sürdüğünü gösterdiğini, ancak NAND'leri kullanan NAND'lerin, VES'leri kullanan NAND'larla aynı davranışı vereceğini, ancak NAND geçidinin yalnızca bir Bir ters çıkışı olan bir AND, fakat ters girişi olan bir OR gibi davranır. Oğlu, AND'leri ve OR'ları alır, AND'lerin ve OR'lerin girişlerini (iki ters çevirme iptal edildiğinden beri yapabilecekleri) ters çevirir ve biri NAND'leri kullanan NAND'lara bırakılır.

Üç durumlu bir mantık veya optimum hız istemeyen herhangi bir mantık tasarımı tamamen NAND kapılarında uygulanabilir. Bu, NAND kapılarının her zaman bir şeyleri uygulamanın en pratik yolu olduğunu göstermez. Örneğin özel veya geçit, CMOS'taki toplam on altı transistörü temsil eden dört adet iki girişli NAND geçidini alacaktı. Ancak, doğrudan transistörlerden bir CMOS özel OR kapısı kurarsa, iş sekiz ile yapılabilir.

Doğal bir inversiyon olduğunu hatırlıyorum. Bu yüzden bir AND geçidi fazladan bir invertöre ihtiyaç duyar, fakat NAND gerekmez. Ya da yanılıyor olabilirim ...

Basit olmasının yanı sıra, NAND geçitleri diğer tüm geçitlerin yerine kullanılabilir, bu nedenle şirketler toplu olarak aldıklarında yalnızca NAND geçitleri alırlar çünkü her şey için kullanılabilirler. Bu, depolama alanından tasarruf etmenizi sağlar ve toplu olarak daha ucuzdur. Bu nedenle üreticiler eğilimi izliyor - daha fazla talep, gelecekteki karlarını artırmak için fiyatı düşürmelerini sağlıyor.