Poljoprivrednik, lisica, guska, zrno Slagalica: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

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 knjiga poslužila mi je za upoznavanje sa mnogo stvari, ali poglavlje koje me je pobudilo zanimalo je ono o matematičkim mašinama. Možda je to nešto što me je pokrenulo u budućoj karijeri razvoja softvera.

U ovom poglavlju su opisani strojevi za rješavanje zagonetki koji su koristili tadašnja kola … koja su prethodila modernim integriranim krugovima ili čak tranzistorima (koristeći releje). Ali postojali su neki isti koncepti, logičkih uređaja koji su u osnovi ista stvar koju savremeni računari koriste i danas.

Ovih dana možete jednostavno i jeftino nabaviti čitave računarske sisteme za nekoliko dolara i samo programirati svoju zagonetku ili igru. Ali također možete učiniti mnogo stvari na nižem nivou, koristeći logička vrata od kojih su računari napravljeni, kako biste stvorili prilagođeni hardver za svoju zagonetku. Iako ovo možda nije praktično ili idealno, ipak vam omogućuje da naučite kako računari zaista rade. Takođe je zabavno.

Korak 1: Potrebni materijali

Ovo možete potpuno izgraditi u Tinkercad krugovima i simulirati stvarno funkcioniranje zagonetke.

Ako ga želite fizički izgraditi, evo što vam je potrebno:

4 preklopna ili klizna prekidača.

1 dugme (trenutno)

2 male ploče.

9 LED dioda.

9 1K otpornika.

1 7475 čip sa četiri zasuna

2 7408 quad AND kapije

1 7432 quad ILI gate

1 paket baterija sa 3 AA ili AAA ćelije.

set kratkospojnih žica.

Za čipove serije 74xx možete koristiti bilo koju njihovu varijaciju. IE, verzije 74xx su originalni TTL, ali možete koristiti i verzije 74LSxx (manja potrošnja energije), ili 74HCxx (verzije CMOS -a čak i manje snage) itd. Samo zapamtite da se verzijama 74xx i 74LSxx lako rukuje, ali sve ostale varijacije su osjetljivi statički elektricitet.

Korak 2: Logička logika

Logička logika može zvučati zastrašujuće, ali zapravo je prilično jednostavna. Logičko 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 su jednostavno ove tri stvari: I, ILI i NE. Nazivaju se kapijama jer u osnovi djeluju kao doslovna vrata za protok električne energije kroz krug.

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

Za vrata ILI, takođe ima dva ulaza i jedan izlaz. Ako je jedan ili drugi ulaz 1, izlaz je 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 takođe mogu imati više od 2 ulaza. Radi pojednostavljenja, oni se mogu prikazati s 2 ili više linija koje idu u jednu kapiju, ali zaista, 3 ulazna vrata su samo dvije 2 ulazne kapije s jednim koje se uvlače u drugu.

Sada znate sve što trebate znati za izradu računara. Čak i najsavremeniji računari samo koriste ove tri stvari, iako mogu koristiti milione njih.

Pa napravimo zagonetku.

Korak 3: Zagonetka farmera, lisice, guske i žitarica

Prva stvar u knjizi je logičko kolo za stvaranje klasične zagonetke Farmera, Lisice, Guske i Žita. Ova zagonetka postoji stotinama godina u različitim oblicima. To je osnovna logička zagonetka sa samo nekoliko pravila. Zagonetka je sledeća.

Poljoprivrednik ima lisicu, gusku i nešto žita. Dolazi 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 se sve nalazi od koraka do koraka.

Zatim nam je potrebno dugme da mu kažemo kada treba premjestiti brod.

Konačno, potrebna nam je logika za provođenje pravila.

Korak 4: Memorija

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

Danas ćemo koristiti uobičajeni i jeftini dio koji se zove 4 -bitna zasun. 'Bit' u računarskoj logici se odnosi samo na 1 ili 0. To je isto što i cifra. Ovaj integrirani krug (ili "IC" ili "Chip") sadrži 4 logičke komponente poznate kao japanke. Flip flop je samo nekoliko kapija 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. Okrenuće se sa 1 na 0 ili će preći sa 0 na 1 (ili je obrnuto?), A zatim ostati tamo. Ovo u osnovi radi isto što i četiri releja u starom kolu.

Možete napraviti jednostavan japanku sa samo dvije kapije, ali one u ovoj zasuni imaju dodatnu funkciju (zahtijeva još nekoliko kapija). Umjesto da se odmah promijeni izlaz s promjenom ulaza, on ima drugi ulaz koji omogućuje ili onemogućuje ulaze. Obično ostaje onemogućen. Ovo vam omogućuje da postavite dva prekidača (poljoprivrednik i jedan drugi) prije nego što pokuša 'poslati' čamac na drugu stranu. Naš krug je već pametniji od starog.

Sada imamo mogućnost postavljanja i pamćenja lokacija svih principa u našoj zagonetki.

Evo našeg dosadašnjeg kruga: 4 -bitni zasun

Korak 5: Logika pravila

Da bismo primijenili pravila i naznačili kada postoji problem, upotrijebit ćemo logička vrata logičke logike za implementaciju ograničenja koja su nam potrebna.

Trebat će nam četiri testa da bismo utvrdili postoji li problem - ako je bilo koji od ovih istina, 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 poljoprivrednik pređe rijeku i s njim nema lisice i bez guske.

4. Ako seljak pređe 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 iz zasuna, a obrnuti se ponašaju kao "ne" ili "NE".

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

Završena logika, uključujući 4 -bitnu zasun, prikazana je na snimku ekrana. Ovo je iz programa koji se zove logicy. Ovaj program je odličan za prikazivanje toka logike dok manipulirate prekidačima, označavajući plavom bojom veze s vrijednošću '1'. Priložio sam datoteku u koju možete logički učitati.

Korak 6: Prototip pravog kola

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, tako da je taj dio lak. Za kapije sam odabrao da koristim dva čipa sa po 4 vrata I (7408). Da bismo stvorili 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 AND vrata. Za kapiju OR, radim istu stvar. Čip sa četiri vrata ILI koristi dva vrata ILI sa izlazima koji idu u treću kapiju ILI. Jedna kapija ostaje neiskorištena.

Pokrenite simulaciju na Tinkercad krugovima