Lauksaimnieks, lapsa, zoss, graudu mīkla: 6 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Kad es biju bērns, es paņēmu rokās grāmatu, kas bija mani tēvi, ar nosaukumu The Scientific American Book of Projects For The Amateur Scientist. Grāmata man joprojām ir, un es saprotu, ka mūsdienās tā ir grūta grāmata. Bet tagad jūs to varat izlasīt tiešsaistē. Šī grāmata mani iepazīstināja ar daudzām lietām, bet mana interese bija nodaļa par matemātiskajām mašīnām. Ļoti iespējams, ka tas mani pamudināja uz iespējamo programmatūras izstrādes karjeru.

Šajā nodaļā ir aprakstīti mīklu risināšanas aparāti, kuros izmantotas tā laika shēmas, kas pirms mūsdienu integrālajām shēmām vai pat tranzistoriem (izmantojot relejus). Bet tur bija daži no tiem pašiem jēdzieniem, piemēram, loģiskajām ierīcēm, kas būtībā ir tas pats, ko mūsdienu datori izmanto joprojām.

Mūsdienās par dažiem dolāriem varat viegli un lēti iegūt visas datorsistēmas un vienkārši ieprogrammēt savu mīklu vai spēli. Bet jūs varat arī daudz ko darīt zemākā līmenī, izmantojot loģikas vārtus, no kuriem datori ir veidoti, lai izveidotu pielāgotu aparatūru jūsu mīklai. Lai gan tas var nebūt praktiski vai ideāli, tas ļauj uzzināt, kā datori patiešām darbojas. Tas ir arī jautri.

1. darbība. Nepieciešamie materiāli

Jūs to varat pilnībā izveidot Tinkercad ķēdēs un simulēt mīklas faktisko darbību.

Ja vēlaties to izveidot fiziski, jums būs nepieciešams:

4 pārslēgšanas vai slīdēšanas slēdži.

1 spiedpoga (īslaicīga)

2 mazi dēlīši.

9 gaismas diodes.

9 1K rezistori.

1 7475 četru fiksatoru mikroshēma

2 7408 kvadracikli UN vārti

1 7432 četrkodolu VAI vārti

1 akumulators satur 3 AA vai AAA šūnas.

džemperu vadu komplekts.

74xx sērijas mikroshēmām varat izmantot jebkuru no šīm variācijām. IE, 74xx versijas ir oriģinālās TTL, taču varat izmantot arī 74LSxx versijas (zemāka enerģijas patēriņš) vai 74HCxx (pat mazākas jaudas CMOS versijas) utt. Vienkārši atcerieties, ka 74xx un 74LSxx versijas ir viegli lietojamas, taču visas pārējās variācijas ir jutīga statiskā elektrība.

2. darbība: Būla loģika

Būla loģika var likties biedējoša, taču patiesībā tā ir diezgan vienkārša. Būla vērtība nozīmē tikai to, ka jums ir tikai 1 un 0, vai arī patiesi un nepatiesi. Vai elektronikā + un -. Tās loģikas daļa ir saistīta tikai ar daudz "ja šis tad tas". Visvienkāršākās loģiskās darbības ir vienkārši šīs trīs lietas: AND, OR un NOT. Tos sauc par vārtiem, jo tie būtībā darbojas kā burtiski vārti elektrības plūsmai caur ķēdi.

UN vārti darbojas šādi. Tam ir divas ieejas un viena izeja. Abas ieejas var būt 1 vai 0, un izeja ir 1 vai 0. AND vārtiem, ja abas ieejas ir 1, tad izeja ir 1. Pretējā gadījumā tā izvada 0.

VAI vārtiem tam ir arī divas ieejas un viena izeja. Ja viena vai otra ievade ir 1, tad izeja ir 1.

Pēdējie vārti ir NOT vārti, un tiem ir tikai viena ieeja un viena izeja. Ja ievade ir 1, tad izeja ir 0. Ja ievade ir 0, tā izvada a 1.

Vārtiem OR un AND var būt arī vairāk nekā 2 ieejas. Vienkāršības labad tos var parādīt ar 2 vai vairākām līnijām, kas iet vienā vārtā, bet patiesībā 3 ieejas vārti ir tikai divi 2 ievades vārti, no kuriem viens tiek ievadīts citos.

Tagad jūs zināt visu, kas jums jāzina, lai izveidotu datoru. Pat vismodernākie datori vienkārši izmanto šīs trīs lietas, lai gan tās var izmantot miljoniem.

Tāpēc veidosim mīklu.

3. darbība. Lauksaimnieka, lapsas, zosu un graudu mīkla

Pirmā lieta grāmatā ir loģikas shēma, lai izveidotu klasisko mīklu par zemnieku, lapsu, zosu un graudu. Šī mīkla ir bijusi simtiem gadu dažādās formās. Tā ir loģikas pamata mīkla ar dažiem noteikumiem. Mīkla ir šāda.

Zemniekam ir lapsa, zoss un daži graudi. Viņš nonāk pie upes, kas viņam jāšķērso, un tur ir laiva, taču tā var turēt tikai viņu un vienu citu lietu vienlaikus.

Viņš nevar atstāt lapsu kopā ar zosu, jo lapsa zosu apēdīs. Tā rīkojas lapsas, tā ir tikai viņu daba.

Viņš nevar atstāt zosu kopā ar graudiem, jo zoss to apēdīs.

Kā viņš var droši nogādāt visus trīs upes otrā krastā?

Lai izveidotu šo mīklu, mums ir vajadzīgas dažas lietas. Pirmkārt, sāciet ar četriem slēdžiem, pa vienam katram zemniekam, lapsai, zosai un graudiem. Tādā veidā mēs noteiksim, kas iet uz laivu.

Otrkārt, mums ir nepieciešama mīkla, lai atcerētos, kur viss atrodas no soļa uz soli.

Tad mums ir nepieciešama poga, lai pateiktu, kad pārvietot laivu.

Visbeidzot, mums ir nepieciešama loģika, lai izpildītu noteikumus.

4. solis: Atmiņa

Lai atcerētos šajā mīklas objektu atrašanās vietas, mēs izmantosim kaut ko modernāku nekā releji, kas tika izmantoti sākotnējā shēmā. Kad šī grāmata tika uzrakstīta, tranzistoru nebija, bet tiem bija releji. Šie releji bija savienoti ar vadu tā, ka, nospiežot pogu, tie aizveras un pēc tam paliek slēgti, līdz nospiežat pogu otrā pusē.

Šodien mēs izmantosim parastu un lētu daļu, ko sauc par 4 bitu aizbīdni. “Bits” datora loģikā attiecas tikai uz vienu 1 vai 0. Tas ir tas pats, kas cipars. Šī integrētā shēma (vai "IC" vai "mikroshēma") satur 4 loģikas komponentus, kas pazīstami kā flip flops. Flip flop ir tikai daži vārti, kas konfigurēti tā, ka, ievadot to 1 vai 0, tas izvadīs 1 vai 0 un pēc tam paliks “iestrēdzis”. Līdz ar to nosaukums flip / flop. Tas tiks apvērsts no 1 līdz 0 vai no 0 uz 1 (vai tas ir otrādi?), Un tad paliks tur. Tas būtībā dara to pašu, ko četri releji vecajā ķēdē.

Jūs varat izveidot vienkāršu flip flopu tikai ar diviem vārtiem, taču tiem, kas atrodas šajā aizbīdnī, ir papildu funkcija (nepieciešami vēl daži vārti). Tā vietā, lai nekavējoties mainītu izeju, mainoties ieejai, tai ir cita ieeja, kas iespējo vai atspējo ievadi. Parasti tas paliek atspējots. Tas ļauj iestatīt divus slēdžus (zemnieku un vienu citu), pirms tas mēģina “nosūtīt” laivu uz otru pusi. Mūsu ķēde jau ir gudrāka par veco.

Tagad mums ir iespēja noteikt un atcerēties visu mūsu mīklas principu atrašanās vietas.

Šeit ir mūsu shēma līdz šim: 4 bitu aizbīdnis

5. solis: Noteikumu loģika

Lai izpildītu noteikumus un norādītu, kad rodas problēma, mēs izmantosim dažus Būla loģikas vārtus, lai ieviestu nepieciešamos ierobežojumus.

Mums būs nepieciešami četri testi, lai noteiktu, vai ir kāda problēma - ja kāds no šiem gadījumiem atbilst patiesībai, iedegiet brīdinājuma signālu.

1. Ja graudi un zoss atrodas upes otrā pusē, nevis zemnieks.

2. Ja lapsa un zoss atrodas upes otrā krastā, nevis zemnieks.

3. Ja zemnieks šķērso upi un neviena lapsa un zoss nav kopā ar viņu.

4. Ja zemnieks šķērso upi un graudi un zoss nav pie viņa.

Ievērojiet veidu, kādā es to esmu formulējis, lai tas precīzi atbilstu mūsu izmantotajai loģikai, kas ir UN vārti ar normālu vai apgrieztu izeju no aizbīdņa, apgrieztie darbojas kā "nē" vai "NĒ".

Tā kā jebkura no tām var būt patiesa, radot problēmu, tās visas tiek ievadītas VAI vārtos.

Pabeigtā loģika, ieskaitot 4 bitu aizbīdni, tiek parādīta ekrānuzņēmumā. Tas ir no programmas, ko sauc loģiski. Šī programma ir lieliska, lai parādītu loģikas plūsmu, manipulējot ar slēdžiem, izceļot zilā krāsā savienojumus ar vērtību “1”. Esmu pievienojis failu, kuru varat loģiski ielādēt.

6. darbība. Īstas shēmas prototips

Tagad mēs varam izveidot reālu darba ķēdi. Izmantojot Tinkercad shēmas, mēs to varam izdarīt, simulējot aparatūras reālo izskatu un funkcionalitāti.

Tinkercad ir iebūvēts 7475 4 bitu aizbīdnis, lai šī daļa būtu vienkārša. Vārtiem esmu izvēlējies izmantot divas mikroshēmas ar 4 UN vārtiem katrā (7408). Lai izveidotu četrus, trīs ieejas un vārtus, mēs izmantojam divus AND vārtus, kuru viena izeja nonāk otrā ieejā. Tas atstāj 1 ievadi otrajā un 2 ieejas pirmajā, izveidojot 3 ieejas UN vārtus. VAI vārtiem es daru to pašu. Četru VA vārtu mikroshēmā tiek izmantoti divi VAI vārti ar izeju trešajā VAI vārtā. Viens vārts paliek neizmantots.

Palaidiet simulāciju Tinkercad shēmās