Kmet, lisica, gos, žitna uganka: 6 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Ko sem bil otrok, sem vzel knjigo mojih očetov, imenovano The Scientific American Book of Projects For The Amateur Scientist. Še vedno imam knjigo in razumem, da je težko priti v teh dneh. Toda zdaj ga lahko preberete na spletu. Ta knjiga me je spoznala z mnogimi stvarmi, toda poglavje, ki me je zanimalo, je bilo tisto o matematičnih strojih. Morda je to tisto, kar me je pripeljalo do moje morebitne kariere pri razvoju programske opreme.

V tem poglavju so opisi strojev za reševanje ugank, ki uporabljajo vezja tistega časa … ki so obstajala pred sodobnimi integriranimi vezji ali celo tranzistorji (z uporabo relejev). Obstajali pa so nekateri isti koncepti, tisti logičnih naprav, ki so v bistvu ista stvar, ki jo sodobni računalniki uporabljajo še danes.

Danes lahko preprosto in poceni za nekaj dolarjev kupite celotne računalniške sisteme in samo programirate svojo uganko ali igro. Lahko pa tudi marsikaj naredite na nižji ravni z uporabo logičnih vrat, iz katerih so zgrajeni računalniki, da ustvarite strojno opremo po meri za svojo uganko. Čeprav to morda ni praktično ali idealno, vam omogoča, da se naučite, kako računalniki v resnici delujejo. Prav tako je zabavno.

1. korak: Potrebni materiali

To lahko v celoti zgradite v Tinkercad Circuits in simulirate dejansko delovanje uganke.

Če ga želite fizično zgraditi, boste potrebovali:

4 preklopna ali drsna stikala.

1 gumb (za trenutek)

2 majhni plošči.

9 LED.

9 1K uporov.

1 7475 čip s štirimi zapahi

2 7408 štirikolesna vrata

1 7432 quad OR vrata

1 paket baterij s 3 celicami AA ali AAA.

komplet mostičnih žic.

Za čipe serije 74xx lahko uporabite katero koli njihovo različico. IE, različice 74xx so izvirni TTL, lahko pa uporabite tudi različice 74LSxx (nižja poraba energije) ali 74HCxx (različice CMOS s še manjšo močjo) itd. Ne pozabite, da sta različici 74xx in 74LSxx enostavni za uporabo, vendar vse druge različice so občutljiva statična elektrika.

2. korak: Logična logika

Logična logika se morda sliši strašljivo, vendar je v resnici precej preprosta. Logično pomeni le, da imate opravka samo z 1 in 0 ali True in False. Ali v elektroniki, + in -. Logični del tega se preprosto izteče v veliko "če to potem tisto". Najosnovnejše logične operacije so preprosto te tri stvari: AND, OR in NOT. Te se imenujejo vrata, ker v bistvu delujejo kot dobesedna vrata do pretoka električne energije skozi vezje.

Vrata AND delujejo na naslednji način. Ima dva vhoda in en izhod. Dva vhoda sta lahko 1 ali 0, izhod pa 1 ali 0. Za vrata AND, če sta oba vhoda 1, potem je izhod 1. V nasprotnem primeru izstopi 0.

Za vrata OR ima tudi dva vhoda in en izhod. Če je en ali drugi vhod 1, je izhod 1.

Končna vrata so vrata NE in imajo samo en vhod in en izhod. Če je vhod 1, je izhod 0. Če je vhod 0, se prikaže 1.

Vrata OR in AND imajo lahko tudi več kot 2 vhoda. Za poenostavitev jih lahko prikažemo z dvema ali več vrsticami, ki gredo v ena vrata, v resnici pa so tri vhodna vrata le dva vhodna vrata, ki se podajajo v druga.

Zdaj veste vse, kar morate vedeti za izdelavo računalnika. Tudi najsodobnejši računalniki uporabljajo te tri stvari, čeprav jih lahko uporabljajo na milijone.

Sestavimo torej uganko.

3. korak: Uganka kmet, lisica, gos in žito

Prva stvar v knjigi je logično vezje za ustvarjanje klasične uganke Kmet, Lisica, Gos in Žito. Ta uganka obstaja že več sto let v različnih oblikah. To je osnovna logična uganka z le nekaj pravili. Uganka je naslednja.

Kmet ima lisico, gos in nekaj žita. Pride do reke, ki jo mora prečkati, in tam je čoln, ki pa lahko zadrži le njega in še eno stvar naenkrat.

Lisice ne more zapustiti z gosjo, ker bo lisica pojedla gos. To počnejo lisice, to je njihova narava.

Gosi ne more zapustiti z zrnom, ker ga bo gos pojedel.

Kako lahko varno pripelje vse tri na drugo stran reke?

Za ustvarjanje te uganke potrebujemo nekaj stvari. Najprej s štirimi stikali, po enim za vsakega kmeta, lisico, gos in žito. Tako bomo nastavili, katera gre na čoln.

Drugič, uganka se mora spomniti, kje vse je od koraka do koraka.

Nato potrebujemo gumb, ki nam pove, kdaj premakniti čoln.

Končno potrebujemo nekaj logike za uveljavljanje pravil.

4. korak: Spomin

Če si želimo zapomniti lokacije predmetov v tej uganki, bomo uporabili nekaj naprednejšega od relejev, uporabljenih v prvotnem vezju. Ko je bila ta knjiga napisana, ni bilo tranzistorjev, vendar so imeli releje. Ti releji so bili ožičeni tako, da se ob pritisku gumba zaprejo in nato ostanejo zaprti, dokler ne pritisnete gumba na drugi strani.

Danes bomo uporabili običajen in poceni del, imenovan 4 -bitni zapah. "Bit" v računalniški logiki se nanaša le na en sam 1 ali 0. To je isto kot številka. To integrirano vezje (ali "IC" ali "Chip") vsebuje 4 logične komponente, znane kot japonke. Natikač je le nekaj vrat, ki so konfigurirana tako, da ko mu vnesete 1 ali 0, bo izpisal 1 ali 0 in nato ostal "zaljubljen". Od tod tudi ime flip / flop. Obrnil se bo z 1 na 0 ali pa z 0 na 1 (ali je obratno?) In nato ostal tam. To v bistvu dela isto kot štirje releji v starem vezju.

Preprost japonko lahko naredite le z dvema vratoma, toda tista v tem zapahu imajo dodatno funkcijo (zahtevajo še nekaj vrat). Namesto da se izhod takoj spremeni s spreminjanjem vhoda, ima drug vhod, ki omogoča ali onemogoča vhode. Običajno ostane onemogočen. Tako lahko nastavite dve stikali (kmet in eno drugo), preden poskuša ladjo "poslati" na drugo stran. Naš krog je že pametnejši od starega.

Zdaj imamo možnost določiti in zapomniti lokacije vseh načel v naši uganki.

Tukaj je naše dosedanje vezje: 4 -bitni zapah

5. korak: Logika pravil

Za uveljavitev pravil in navedbo, kdaj je težava, bomo za izvedbo omejitev, ki jih potrebujemo, uporabili nekaj logičnih logičnih vrat.

Potrebovali bomo štiri teste, da ugotovimo, ali obstaja težava - če je kateri od teh resničen, prižgite opozorilni signal.

1. Če sta žito in gos na drugi strani reke in ne kmet.

2. Če sta lisica in gos na drugi strani reke in ne kmet.

3. Če kmet prečka reko in z njim ni lisice in gosi.

4. Če kmet prečka reko in z njim ni žita in gosi.

Upoštevajte, kako sem to izrazil tako, da se popolnoma ujema z logiko, ki jo bomo uporabili, to so vrata IN z normalnimi ali obrnjenimi izhodi iz zapaha, obrnjena delujejo kot "ne" ali "NE".

Ker je kateri koli od njih lahko resničen in povzroča težave, se vsi podajajo v vrata OR.

Dokončana logika, vključno s 4 -bitnim zapahom, je prikazana na posnetku zaslona. To je iz programa, imenovanega logicy. Ta program je odličen za prikaz toka logike, ko manipulirate s stikali, pri čemer modro označuje povezave z vrednostjo '1'. Priložil sem datoteko, ki jo lahko logično naložite.

6. korak: Prototip pravega vezja

Zdaj lahko ustvarimo resnično delovno vezje. Z uporabo vezij Tinkercad lahko to naredimo s simulacijo resničnega videza in funkcionalnosti strojne opreme.

Tinkercad ima vgrajen 7475 4 -bitni zapah, zato je ta del enostaven. Za vrata sem se odločil uporabiti dva žetona s po 4 vrati IN (7408). Za ustvarjanje štirih, treh vhodnih vrat AND uporabimo dva vrata AND, pri čemer izhod enega gredo v en vhod drugega. To pusti 1 vhod na drugem in 2 vhoda na prvem, kar ustvari 3 vhoda IN vrata. Za vrata OR naredim isto. Čip s štirimi vrati OR uporablja dva vrata OR z izhodoma v tretja vrata OR. Ena vrata ostanejo neuporabljena.

Zaženite simulacijo na vezjih Tinkercad