Las siete compuertas lógicas

Todo circuito digital, hasta una GPU moderna, es una combinación de siete celdas elementales. Si conoces cómo se comporta cada una y cómo se escribe en VHDL, ya empezaste a hacer diseño de hardware.

Las seis compuertas de dos entradas

Y la NOT de una sola entrada:

y <= not a;

Por qué NAND y NOR son especiales

Resultado clásico de la lógica digital: solo con NAND (o solo con NOR) puedes construir cualquier otra compuerta. Son "funcionalmente completas". Por eso las librerías CMOS traen muchísimas celdas NAND2 y NOR2 — se sintetiza todo a partir de ellas.

• NOT: not a = a nand a
• AND: a and b = not (a nand b)
• OR: a or b = (not a) nand (not b)

XOR es la "matemática"

XOR se dibuja con un círculo-más (⊕). Calcula la "paridad" — su salida es 1 cuando un número impar de entradas es 1. Por eso está en el corazón de:

• Sumadores: sum = a xor b xor carry_in
• Detectores de paridad y códigos de detección de errores
• Flip-flops tipo T: q_next = q xor toggle_input

Ver las seis en un solo archivo

Si abres el laboratorio explorador de tablas de verdad de este módulo, encontrarás una entidad VHDL que calcula las seis compuertas de dos entradas de golpe, con a y b cableadas a la pestaña Puertos para estímulos. El visor de formas de onda muestra cómo reacciona cada salida en cada combinación.

architecture rtl of gates is
begin
  o_and  <= a and b;
  o_or   <= a or  b;
  o_xor  <= a xor b;
  o_nand <= a nand b;
  o_nor  <= a nor  b;
  o_xnor <= a xnor b;
end architecture rtl;

Fíjate que cada una de las seis líneas es un cable, no una sentencia que se ejecuta. Seis compuertas, seis piezas de hardware — se evalúan a la vez.

Qué recordar

• Seis compuertas de 2 entradas + NOT es el conjunto completo.
• NAND y NOR son "universales" — puedes construir cualquier cosa con ellas.
• En VHDL, las compuertas son asignaciones concurrentes de una línea. No se "llaman"; existen.