Ūkininkas, lapė, žąsis, grūdų dėlionė: 6 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Kai buvau vaikas, pasiėmiau knygą, kuri buvo mano tėvai, pavadinimu „The Scientific American Book of Projects for The mėgėjų mokslininkas“. Aš vis dar turiu knygą, ir aš suprantu, kad šiomis dienomis tai yra sunki knyga. Bet dabar galite perskaityti internete. Ši knyga mane supažindino su daugeliu dalykų, tačiau mano susidomėjimą sukėlė skyrius apie matematines mašinas. Gali būti, kad tai paskatino mane pradėti galimą programinės įrangos kūrimo karjerą.

Šiame skyriuje pateikiami galvosūkių sprendimo mašinų, naudojančių to meto grandines, aprašymai … anksčiau nei šiuolaikiniai integriniai grandynai ar net tranzistoriai (naudojant relės). Tačiau buvo keletas tų pačių sąvokų, loginių įrenginių, kurie iš esmės yra tas pats, ką šiuolaikiniai kompiuteriai naudoja ir šiandien.

Šiais laikais už kelis dolerius galite lengvai ir pigiai įsigyti visas kompiuterines sistemas ir tiesiog užprogramuoti savo galvosūkį ar žaidimą. Tačiau taip pat galite nuveikti daug dalykų žemesniame lygyje, naudodami loginius vartus, iš kurių sukurti kompiuteriai, kad sukurtumėte pritaikytą jūsų galvosūkio aparatūrą. Nors tai nėra praktiška ar idealu, tai leidžia sužinoti, kaip iš tikrųjų veikia kompiuteriai. Tai taip pat savotiškai smagu.

1 žingsnis: reikalingos medžiagos

Galite tai visiškai sukurti „Tinkercad“grandinėse ir imituoti tikrąjį dėlionės veikimą.

Jei norite jį sukurti fiziškai, jums reikės:

4 perjungimo arba slankiojančius jungiklius.

1 mygtukas (momentinis)

2 mažos duonos lentos.

9 šviesos diodai.

9 1K rezistoriai.

1 7475 keturių fiksatorių lustas

2 7408 keturračiai IR vartai

1 7432 keturių ARBA vartai

1 baterija, kurioje yra 3 AA arba AAA elementai.

jungiamųjų laidų rinkinys.

74xx serijos lustams galite naudoti bet kokius jų variantus. IE, 74xx versijos yra originalios TTL, tačiau taip pat galite naudoti 74LSxx versijas (mažesnis energijos suvartojimas) arba 74HCxx (dar mažesnės galios CMOS versijos) ir tt Tiesiog atminkite, kad 74xx ir 74LSxx versijas lengva valdyti, tačiau visi kiti variantai yra jautri statinė elektra.

2 žingsnis: loginė logika

Loginė logika gali atrodyti bauginanti, bet iš tikrųjų gana paprasta. „Boolean“tiesiog reiškia, kad susiduriate tik su 1 ir 0 arba „Tiesa ir melas“. Arba elektronikoje, + ir -. Loginė jos dalis tiesiog susideda iš daugybės „jei tai tada tai“. Paprasčiausios loginės operacijos yra šie trys dalykai: IR, ARBA ir NE. Jie vadinami vartais, nes jie iš esmės veikia kaip tiesioginiai elektros srauto per grandinę vartai.

IR vartai veikia taip. Jis turi du įėjimus ir vieną išėjimą. Du įėjimai gali būti 1 arba 0, o išėjimas - 1 arba 0. AND vartams, jei abu įėjimai yra 1, išėjimas yra 1. Priešingu atveju jis išves a 0.

OR vartams jis taip pat turi du įėjimus ir vieną išėjimą. Jei vienas ar kitas įėjimas yra 1, tada išėjimas yra 1.

Galutiniai vartai yra NE vartai ir turi tik vieną įėjimą ir vieną išėjimą. Jei įvestis yra 1, tada išvestis yra 0. Jei įvestis yra 0, ji išleidžia a 1.

OR ir AND vartai taip pat gali turėti daugiau nei 2 įėjimus. Kad būtų paprasčiau, jie gali būti rodomi su 2 ar daugiau eilučių, einančių į vienus vartus, tačiau iš tikrųjų 3 įvesties vartai yra tik du 2 įvesties vartai, iš kurių vienas tiekiamas į kitus.

Dabar jūs žinote viską, ką reikia žinoti kuriant kompiuterį. Net patys moderniausi kompiuteriai tiesiog naudoja šiuos tris dalykus, nors jie gali naudoti milijonus jų.

Taigi sukurkime galvosūkį.

3 žingsnis: Ūkininko, lapės, žąsies ir grūdų dėlionė

Pirmas dalykas knygoje yra loginė grandinė, skirta sukurti klasikinį ūkininko, lapės, žąsies ir grūdo galvosūkį. Šis galvosūkis egzistuoja šimtus metų įvairiomis formomis. Tai pagrindinis logikos galvosūkis, turintis tik keletą taisyklių. Dėlionė yra tokia.

Ūkininkas turi lapę, žąsį ir šiek tiek grūdų. Jis atplaukia į upę, kurią turi kirsti, ir yra valtis, tačiau ji vienu metu gali laikyti tik jį ir dar vieną dalyką.

Jis negali palikti lapės su žąsimi, nes lapė žąsį suės. Tai daro lapės, tai tiesiog jų prigimtis.

Jis negali palikti žąsies su grūdais, nes žąsis ją suės.

Kaip jis gali visus tris saugiai perkelti į kitą upės krantą?

Norėdami sukurti šį galvosūkį, mums reikia kelių dalykų. Pirma, pradėkite nuo keturių jungiklių, po vieną kiekvienam ūkininkui, lapėms, žąsims ir grūdams. Taip nustatysime, kas eina į valtį.

Antra, mums reikia dėlionės, kad prisimintume, kur viskas yra nuo žingsnio iki žingsnio.

Tada mums reikia mygtuko, kuris pasakytų, kada perkelti valtį.

Galiausiai, norint įgyvendinti taisykles, mums reikia tam tikros logikos.

4 žingsnis: atmintis

Norėdami prisiminti šio galvosūkio objektų vietas, naudosime kažką pažangesnio nei relės, naudojamos pirminėje grandinėje. Kai buvo parašyta ši knyga, tranzistorių nebuvo, tačiau jie turėjo relių. Šios relės buvo prijungtos taip, kad kai paspausite mygtuką, jos užsidarys ir liks uždarytos, kol paspausite mygtuką kitoje pusėje.

Šiandien mes naudosime įprastą ir nebrangią dalį, vadinamą 4 bitų fiksatoriumi. Kompiuterio logikos „bitas“reiškia tik 1 arba 0. Tai tas pats, kas skaitmenis. Šioje integruotoje grandinėje (arba „IC“arba „lustas“) yra 4 loginiai komponentai, žinomi kaip šlepetės. „Flip flop“yra tik keli vartai, sukonfigūruoti taip, kad įvedus 1 arba 0, jis išvestų 1 arba 0 ir liktų „įstrigęs“. Taigi pavadinimas flip / flop. Jis apvers nuo 1 iki 0 arba nukris nuo 0 iki 1 (ar yra atvirkščiai?), Tada pasiliks. Tai iš esmės daro tą patį, ką ir keturios senosios grandinės relės.

Galite padaryti paprastą šnipštą tik su dviem vartais, tačiau šiame skląstyje esantys turi papildomą funkciją (reikia dar kelių vartų). Vietoj to, kad iš karto pasikeistų išėjimas keičiantis įėjimui, jis turi kitą įvestį, kuri įjungia arba išjungia įvestis. Paprastai jis lieka išjungtas. Tai leidžia nustatyti du jungiklius (ūkininką ir vieną kitą) prieš bandant „nusiųsti“valtį į kitą pusę. Mūsų grandinė jau yra protingesnė nei senoji.

Dabar mes galime nustatyti ir prisiminti visų mūsų galvosūkio principų vietas.

Štai mūsų grandinė iki šiol: 4 bitų skląstis

5 žingsnis: Taisyklių logika

Kad vykdytume taisykles ir nurodytume, kai iškyla problema, norimiems apribojimams įgyvendinti naudosime kai kuriuos loginius loginius vartus.

Mums reikės keturių bandymų, kad nustatytume, ar yra problema - jei kuris nors iš šių teiginių yra teisingas, tada įjunkite įspėjamąjį signalą.

1. Jei javai ir žąsys yra kitoje upės pusėje, o ne ūkininkas.

2. Jei lapė ir žąsis yra kitoje upės pusėje, o ne ūkininkas.

3. Jei ūkininkas kerta upę ir su juo nėra lapės ir žąsies.

4. Jei ūkininkas kerta upę ir su juo nėra grūdų ir žąsų.

Atkreipkite dėmesį į tai, kaip aš tai suformulavau, kad tiksliai atitiktų mūsų naudojamą logiką, ty AND vartai su normaliais arba apverstomis sklendės išvestimis, o apversti veikia kaip „ne“arba „NE“.

Kadangi bet kuris iš jų gali būti tiesa, sukeldamas problemą, jie visi patenka į ARBA vartus.

Užbaigta logika, įskaitant 4 bitų fiksatorių, rodoma ekrano kopijoje. Tai iš programos, vadinamos logiškai. Ši programa puikiai tinka parodyti logikos srautą, kai manipuliuojate jungikliais, mėlyna spalva paryškindami jungtis su reikšme „1“. Pridėjau failą, kurį logiškai galite įkelti.

6 žingsnis: tikros grandinės prototipas

Dabar galime sukurti tikrą darbo grandinę. Naudodami „Tinkercad“grandines, tai galime padaryti imituodami tikrąją aparatūros išvaizdą ir funkcionalumą.

Tinkercad įmontuotas 7475 4 bitų skląstis, todėl tą dalį lengva padaryti. Vartams aš pasirinkau naudoti du lustus su 4 ir 4 varteliais (7408). Norėdami sukurti keturis, tris įvesties IR vartus, naudojame du IR vartus, kurių vienas išėjimas patenka į 1 kito įvestį. Tai palieka 1 įvestį antrame ir 2 įėjimus pirmame, sukuriant 3 įvesties IR vartus. AR vartams aš darau tą patį. Keturių OR vartų mikroschema naudoja du OR vartus, o išėjimai patenka į trečius OR vartus. Vieni vartai lieka nenaudojami.

Vykdykite modeliavimą „Tinkercad“grandinėse