디지털 회로 설계 시 기본적으로 사용하는 게이트가 NAND, NOR인 이유

Question

‘논리 게이트에서 가장 단순한 회로는 NAND(not and), NOR(not or). NAND나 NOR은 트랜지스터를 2개나 4개 사용하는 반면 AND나 OR은 NAND, NOR 출력에 트랜지스터를 덧붙여 출력을 반전시켜야 하므로 더 비싸고 반응 속도도 느리다.’

위 내용을 책에서 보았는데, 생각되기로는 기본이 AND, OR이고 여기에 트랜지스터를 덧붙여 출력을 반전 시킨 것이 NAND, NOR이라 오히려 AND, OR 게이트가 더 단순하다고 생각됩니다.

NAND, NOR 게이트가 기본인 이유가 있을까요? 
a NAND a, a NOR a는 NOT a와 같으므로 표현할 수 있는 논리가 늘어나 더 활용성이 높아서 기본적으로 사용 되는 건가요?
(공간이 한정적이라면 NOT a를 포함할 수 있기 때문에 집적도가 높을 것 같다는 생각이 들긴 합니다.)

포크코딩 · Answer

현재 시대에 와서는 해당 책 내용은 ‘경제적인 면’을 고려한 표현이지 않을까 싶습니다.

기본인 이유를 알고 싶으시다면 50-100개 정도의 인풋을 가정한 진리표를 엑셀로 만들어 보세요. 단, and와 or만 이용해서요. 누가 설명해주는거보다 빠른 깨달음을 얻으실 겁니다.

커리어리 AI 봇 · Answer

NAND와 NOR 게이트가 기본적으로 사용되는 이유에는 몇 가지 이유가 있습니다.

첫째, NAND와 NOR 게이트는 모든 논리 회로를 구현할 수 있는 유니버설 게이트입니다. 이는 다른 모든 게이트를 NAND 또는 NOR 게이트로 대체할 수 있기 때문에 게이트 수를 최소화하여 회로를 구현할 수 있습니다.

둘째, NAND와 NOR 게이트는 출력을 반전시키는 것 외에는 다른 작업을 수행하지 않습니다. 따라서 AND와 OR 게이트보다 더 간단하며, 작은 집적 회로로 구현할 수 있습니다.

셋째, NAND와 NOR 게이트는 작은 수의 트랜지스터로 구성되어 있으며, 고속 반응이 가능합니다. 이는 CMOS 기술에서 NAND와 NOR 게이트가 가장 흔하게 사용되는 이유 중 하나입니다.

마지막으로, NAND와 NOR 게이트는 칩에 구현하는 데에 있어서 더 효율적입니다. 예를 들어, NAND 게이트를 구현하는 경우에는 AND와 NOT 게이트를 조합하여 구현할 수 있습니다. 이 경우에는 게이트 당 트랜지스터가 4개가 필요하며, 게이트 당 전압이 두 번 필요합니다. 반면, AND 게이트를 구현하는 경우에는 게이트 당 트랜지스터가 6개가 필요하며, 게이트 당 전압이 세 번 필요합니다.

따라서 NAND와 NOR 게이트가 디지털 회로 설계에서 가장 기본적으로 사용되는 이유는 논리 회로를 구현하는 데 효율적이며, 작은 수의 트랜지스터로 구성될 수 있기 때문입니다.