Poljoprivrednik, lisica, guska, slagalica: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Kad sam bio dijete, uzeo sam knjigu svojih očeva pod nazivom The Scientific American Book of Projects For The Amateur Scientist. Knjigu još uvijek imam i razumijem da je teško doći do ovih dana. Ali sada ga možete pročitati na internetu. Ova me knjiga poslužila da me upozna s mnogo stvari, ali poglavlje koje me pobudilo zanimalo je ono o matematičkim strojevima. Možda je to nešto što me pokrenulo u budućoj karijeri razvoja softvera.

U ovom su poglavlju opisi strojeva za rješavanje zagonetki koji su koristili tadašnje krugove … koji su prethodili modernim integriranim sklopovima ili čak tranzistorima (pomoću releja). No postojali su neki od istih koncepata, koncepta logičkih uređaja koji su u biti ista stvar koju moderna računala koriste i danas.

Ovih dana možete jednostavno i jeftino nabaviti čitave računalne sustave za nekoliko dolara i samo programirati svoju zagonetku ili igru. Ali također možete učiniti mnogo stvari na nižoj razini, koristeći logička vrata od kojih su izrađena računala, kako biste stvorili prilagođeni hardver za svoju zagonetku. Iako ovo možda nije praktično ili idealno, ipak vam omogućuje da naučite kako računala doista rade. Također je i zabavno.

Korak 1: Potrebni materijali

To možete potpuno izgraditi u Tinkercad sklopovima i simulirati stvarno funkcioniranje zagonetke.

Ako ga želite fizički izgraditi, evo što će vam trebati:

4 preklopna ili klizna prekidača.

1 gumb (trenutno)

2 male ploče.

9 LED dioda.

9 1K otpornika.

1 7475 čip sa četiri zasuna

2 7408 četverostruka vrata

1 7432 quad ILI vrata

1 baterija sadrži 3 AA ili AAA ćelije.

set kratkospojnih žica.

Za čipove iz serije 74xx možete koristiti bilo koju njihovu varijaciju. IE, verzije 74xx izvorni su TTL, ali možete koristiti i verzije 74LSxx (manja potrošnja energije), ili 74HCxx (verzije CMOS -a čak i manje snage) itd. Ne zaboravite da je s verzijama 74xx i 74LSxx lako rukovati, ali sve ostale varijacije su osjetljivi statički elektricitet.

Korak 2: Logička logika

Logička logika može zvučati zastrašujuće, ali zapravo je prilično jednostavna. Logičko značenje samo znači da imate posla sa samo 1 i 0, ili Tačnim i Netačnim. Ili u elektronici, + i -. Logički dio toga svodi se na mnogo "ako ovo onda ono". Najosnovnije logičke operacije jednostavno su ove tri stvari: I, ILI i NE. Zovu se vrata, jer u osnovi djeluju kao doslovna vrata za protok električne energije kroz krug.

Vrata AND funkcioniraju na sljedeći način. Ima dva ulaza i jedan izlaz. Dva ulaza mogu biti 1 ili 0, a izlaz 1 ili 0. Za vrata AND, ako su oba ulaza 1, izlaz je 1. U suprotnom, izlazi 0.

Za vrata ILI, također ima dva ulaza i jedan izlaz. Ako je jedan ili drugi ulaz 1, onda je izlaz 1.

Konačna vrata su vrata NE i imaju samo jedan ulaz i jedan izlaz. Ako je ulaz 1, onda je izlaz 0. Ako je ulaz 0, izlazi 1.

Vrata OR i AND također mogu imati više od 2 ulaza. Radi pojednostavljenja, mogu se prikazati s 2 ili više linija koje idu u jedna vrata, ali doista, 3 ulazna vrata su samo dva 2 ulazna vrata s jednim koji se uvlače u drugi.

Sada znate sve što trebate znati za izradu računala. Čak i najsuvremenija računala samo koriste ove tri stvari, iako mogu koristiti milijune njih.

Pa napravimo zagonetku.

Korak 3: Zagonetka farmera, lisica, guske i žitarica

Prva stvar u knjizi je logičko kolo za stvaranje klasične zagonetke Poljoprivrednik, Lisica, Guska i Žito. Ova zagonetka postoji stotinama godina u različitim oblicima. To je osnovna logička zagonetka sa samo nekoliko pravila. Zagonetka je sljedeća.

Poljoprivrednik ima lisicu, gusku i nešto žita. Dođe do rijeke koju mora prijeći, a tu je i čamac, ali može držati samo njega i još jednu stvar odjednom.

Ne može ostaviti lisicu s guskom, jer će lisica pojesti gusku. To lisice rade, to je njihova priroda.

Ne može ostaviti gusku sa zrnom, jer će je guska pojesti.

Kako može sigurno prevesti svu trojicu na drugu stranu rijeke?

Za izradu ove zagonetke potrebno nam je nekoliko stvari. Prvo, sa startom sa četiri prekidača, po jednim za svakog poljoprivrednika, lisicu, gusku i žito. Ovako ćemo postaviti koje ide na brod.

Drugo, zagonetka nam je potrebna da bismo zapamtili gdje je sve od koraka do koraka.

Zatim nam treba gumb da mu kažemo kada treba premjestiti brod.

Konačno, potrebna nam je logika za provođenje pravila.

Korak 4: Sjećanje

Da bismo zapamtili lokacije objekata u ovoj zagonetki, upotrijebit ćemo nešto naprednije od releja korištenih u izvornom krugu. Kad je ova knjiga napisana, nije bilo tranzistora, ali su imali releje. Ti su releji ožičeni tako da se, kad pritisnete gumb, zatvaraju, a zatim ostaju zatvoreni sve dok ne pritisnete gumb s druge strane.

Danas ćemo koristiti uobičajeni i jeftini dio koji se zove 4 -bitni zasun. 'Bit' u računalnoj logici odnosi se samo na 1 ili 0. To je isto što i znamenka. Ovaj integrirani krug (ili "IC" ili "Chip") sadrži 4 logičke komponente poznate kao japanke. Flip flop je samo nekoliko vrata konfiguriranih tako da kada mu date 1 ili 0 kao ulaz, on će prikazati 1 ili 0, a zatim ostati 'zaglavljen'. Otuda i naziv flip / flop. Promijenit će se s 1 na 0 ili s 0 na 1 (ili je obrnuto?), A zatim ostati tamo. Ovo u osnovi čini istu stvar kao i četiri releja u starom krugu.

Možete napraviti jednostavan japanku sa samo dva vrata, ali ona u ovom zasunu imaju dodatnu značajku (zahtijeva još nekoliko vrata). Umjesto da se odmah promijeni izlaz s promjenom ulaza, on ima drugi ulaz koji omogućuje ili onemogućuje ulaze. Obično ostaje onemogućen. To vam omogućuje da postavite dva prekidača (poljoprivrednik i jedan drugi) prije nego što pokuša 'poslati' brod na drugu stranu. Naš je krug već pametniji od starog.

Sada imamo mogućnost postaviti i zapamtiti mjesta svih načela u našoj zagonetki.

Evo našeg dosadašnjeg kruga: 4 -bitni zasun

Korak 5: Logika pravila

Za provođenje pravila i ukazivanje na problem, upotrijebit ćemo logička vrata logičke logike za implementaciju ograničenja koja su nam potrebna.

Trebat će nam četiri testa kako bismo utvrdili postoji li problem - ako je bilo koji od ovih točnih, tada upalite signal upozorenja.

1. Ako su žito i guska s druge strane rijeke, a ne farmer.

2. Ako su lisica i guska s druge strane rijeke, a ne farmer.

3. Ako seljak prijeđe rijeku i s njim nema lisice i bez guske.

4. Ako seljak prijeđe rijeku i nema žita i guske sa sobom.

Obratite pažnju na način na koji sam ovo izrazio da se potpuno podudara s logikom koju ćemo koristiti, a to su vrata I i sa normalnim ili obrnutim izlazima zasuna, obrnuti se ponašaju kao "ne" ili "NE".

Budući da bilo koji od njih može biti istinit i uzrokovati problem, svi se ubacuju u vrata ILI.

Dovršena logika, uključujući 4 -bitni zasun, prikazana je na snimci zaslona. Ovo je iz programa koji se zove logicy. Ovaj je program izvrstan za prikazivanje tijeka logike dok manipulirate prekidačima, označavajući plavom bojom veze s vrijednošću '1'. Priložio sam datoteku u koju se logički može učitati.

Korak 6: Prototip pravog kruga

Sada možemo stvoriti pravi radni krug. Koristeći Tinkercad sklopove, to možemo učiniti simulacijom stvarnog izgleda i funkcionalnosti hardvera.

Tinkercad je ugradio 7475 4 -bitni zasun, pa je taj dio jednostavan. Za vrata sam odabrao koristiti dva čipa sa po 4 vrata I (7408). Za stvaranje četiri, 3 ulazna vrata I koristimo dva vrata I s izlazom jednog u jedan ulaz drugog. Ovo ostavlja 1 ulaz na drugom, i 2 ulaza na prvom, stvarajući 3 ulaza I vrata. Za vrata OR radim isto. Čip sa četiri vrata ILI koristi dva vrata ILI s izlazima koji idu u treća vrata ILI. Jedna vrata ostaju neiskorištena.

Pokrenite simulaciju na Tinkercad sklopovima