Farmer, róka, liba, gabona rejtvény: 6 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

Gyerekkoromban elővettem egy könyvet, amely az apám volt, a The Scientific American Book of Projects For The amatőr tudós címmel. A könyv még mindig megvan, és megértésem szerint manapság nehéz könyv. De most már online is elolvashatod. Ez a könyv sok mindent megismertetett velem, de az érdeklődésemet felkeltő fejezet a matematikai gépekről szólt. Lehet, hogy ez az, ami elindított a szoftverfejlesztési pályafutásomon.

Ebben a fejezetben azoknak a rejtvényfejtő gépeknek a leírása található, amelyek az akkori áramköröket használják… amelyek a modern integrált áramkörök vagy akár tranzisztorok (relék használatával) megelőzték. De ugyanazok a fogalmak voltak, mint a logikai eszközök, amelyek lényegében ugyanazok, mint a modern számítógépek még ma is.

Manapság egyszerűen és olcsón beszerezhet egész számítógépes rendszereket néhány dollárért, és csak programozhatja a rejtvényt vagy a játékot. De sok mindent megtehet alacsonyabb szinten is, a számítógépek logikai kapuinak használatával, hogy személyre szabott hardvert hozzon létre a rejtvényhez. Bár ez nem praktikus vagy ideális, lehetővé teszi, hogy megtanulja, hogyan működnek a számítógépek. Szintén szórakoztató.

1. lépés: Szükséges anyagok

Ezt teljesen felépítheti a Tinkercad áramkörökben, és szimulálhatja a rejtvény tényleges működését.

Ha fizikailag szeretné megépíteni, akkor a következőkre lesz szüksége:

4 billenő- vagy csúszókapcsoló.

1 nyomógomb (pillanatnyi)

2 kis kenyérsütő.

9 LED.

9 1K ellenállás.

1 7475 quad retch chip

2 7408 quad ÉS kapu

1 7432 quad vagy kapu

1 db akkumulátor, amely 3 db AA vagy AAA cellát tartalmaz.

jumper vezetékek halmaza.

A 74xx sorozatú chipeknél ezek bármelyik változatát használhatja. IE, a 74xx változat az eredeti TTL, de használhatja a 74LSxx verziókat (alacsonyabb energiafelhasználás), vagy a 74HCxx (még alacsonyabb teljesítményű CMOS változatok) stb. Ne feledje, hogy a 74xx és 74LSxx verziók könnyen kezelhetők, de az összes többi variáció érzékeny statikus elektromosság.

2. lépés: Boole -logika

A logikai logika ijesztően hangzik, de valójában nagyon egyszerű. A Boolean csak annyit jelent, hogy csak 1 -es és 0 -as számokkal van dolgod, vagy igaz és hamis. Vagy az elektronikában, + és -. A logikai része csak sok "ha ez akkor ez" lesz. A legalapvetőbb logikai műveletek egyszerűen ez a három dolog: ÉS, VAGY és NEM. Ezeket kapuknak nevezik, mivel lényegében szó szerinti kapuként működnek az áramkörön keresztül áramló áramhoz.

Az ÉS kapu a következőképpen működik. Két bemenettel és egy kimenettel rendelkezik. A két bemenet lehet 1 vagy 0, a kimenet pedig 1 vagy 0. Az ÉS kapu esetében, ha mindkét bemenet 1, akkor a kimenet 1. Egyébként 0 -t ad ki.

A VAGY kapuhoz két bemenet és egy kimenet is tartozik. Ha az egyik vagy a másik bemenet 1, akkor a kimenet 1.

A végső kapu a NOT kapu, és csak egy bemenettel és egy kimenettel rendelkezik. Ha a bemenet 1, akkor a kimenet 0. Ha a bemenet 0, akkor 1 -et ad ki.

Az OR és AND kapuknak több mint 2 bemenete is lehet. Az egyszerűség kedvéért megjeleníthetők úgy, hogy 2 vagy több sor kerül az egyik kapuba, de valójában a 3 bemeneti kapu csak két 2 bemeneti kapu, amelyek közül az egyik a másikba kerül.

Most már mindent tud, amit a számítógép építéséhez szükséges. Még a legmodernebb számítógépek is csak ezt a három dolgot használják, bár lehet, hogy millióikat.

Építsünk tehát egy rejtvényt.

3. lépés: Farmer, róka, liba és gabona rejtvény

A könyv első dolga egy logikai áramkör a Farmer, a Róka, a Lúd és a Gabona klasszikus feladványának megalkotásához. Ez a rejtvény több száz éve létezik különböző formákban. Ez egy alapvető logikai rejtvény, csak néhány szabályt tartalmaz. A rejtvény a következő.

Egy gazdának rókája, libája és némi gabonája van. Egy folyóhoz ér, amelyen át kell kelnie, és van egy csónak, de az egyszerre csak őt és egy másik dolgot képes megtartani.

Nem hagyhatja el a rókát a libával, mert a róka megeszi a libát. A rókák ezt teszik, ez csak a természetük.

Nem hagyhatja a libát a gabonával, mert a liba megeszi.

Hogyan tudja biztonságosan átvinni mindhármukat a folyó túlsó partjára?

A rejtvény elkészítéséhez néhány dologra van szükségünk. Először négy kapcsolóval kell kezdeni, egy -egy a gazda, a róka, a liba és a gabona számára. Így fogjuk beállítani, hogy mi kerül fel a hajóra.

Másodszor, szükségünk van a rejtvényre, hogy emlékezzünk arra, hol van lépésről lépésre minden.

Ezután szükségünk van egy gombra, amely megmondja, mikor kell mozgatni a csónakot.

Végül némi logikára van szükségünk a szabályok betartatásához.

4. lépés: Memória

A rejtvény tárgyainak helyére való emlékezéshez valami fejlettebbet fogunk használni, mint az eredeti áramkörben használt relék. Amikor ezt a könyvet írták, nem voltak tranzisztorok, de reléik voltak. Ezek a relék úgy voltak bekötve, hogy amikor megnyom egy gombot, bezáródnak, majd bezárva maradnak, amíg meg nem nyomja a gombot a másik oldalon.

Ma egy közös és olcsó alkatrészt fogunk használni, amelyet 4 bites retesznek neveznek. A „bit” a számítógépes logikában csak egyetlen 1 -re vagy 0 -ra utal. Ez ugyanaz, mint egy számjegy. Ez az integrált áramkör (vagy "IC" vagy "Chip") 4 logikai összetevőt tartalmaz, amelyeket flip flopoknak neveznek. A flip flop csak néhány olyan kapu, amely úgy van konfigurálva, hogy ha 1 -et vagy 0 -t ad meg bemenetnek, akkor 1 vagy 0 lesz, majd "beragad". Innen ered a flip / flop név. 1 -ről 0 -ra fog fordulni, vagy 0 -ról 1 -re (vagy fordítva?), Majd ott marad. Ez alapvetően ugyanazt teszi, mint a régi relé négy reléje.

Készíthet egy egyszerű flip -flopot, amely csak két kapuval rendelkezik, de az ebben a reteszben lévőknek van egy extra funkciója (néhány további kaput igényel). Ahelyett, hogy a kimenet azonnal megváltozna a bemenet változásával, van egy másik bemenete, amely engedélyezi vagy letiltja a bemeneteket. Általában le van tiltva. Ez lehetővé teszi a kapcsolók közül kettő (a gazda és egy másik) beállítását, mielőtt megpróbálja a hajót a másik oldalra küldeni. Az áramkörünk már okosabb, mint a régi.

Most már képesek vagyunk beállítani és megjegyezni a rejtvény minden alapelvének helyét.

Itt az eddigi áramkörünk: 4 bites retesz

5. lépés: Szabályok logikája

A szabályok betartatása és a probléma jelzése érdekében néhány logikai kaput használunk a szükséges korlátozások megvalósításához.

Négy tesztre lesz szükségünk annak megállapításához, hogy van -e probléma - ha ezek közül bármelyik igaz, akkor gyújtsa meg a figyelmeztető jelzést.

1. Ha a gabona és a liba a folyó túloldalán vannak és nem a gazda.

2. Ha a róka és a liba a folyó túloldalán vannak, és nem a gazda.

3. Ha a gazda átkel a folyón, és nincs róka és liba nincs vele.

4. Ha a gazda átkel a folyón, és nincs gabona és liba sem vele.

Jegyezze meg, hogyan fogalmaztam meg, hogy pontosan illeszkedjen az általunk használt logikához, azaz ÉS kapuk a retesz normál vagy fordított kimeneteivel, a fordított „nem” vagy „NEM”.

Mivel bármelyikük igaz lehet, problémát okozva, mindegyik betölt egy VAGY kapuba.

A befejezett logika, beleértve a 4 bites reteszt, megjelenik a képernyőképen. Ez egy logikai nevű programból származik. Ez a program kiválóan alkalmas a logika áramlásának bemutatására a kapcsolók manipulálása során, kék színnel kiemelve a kapcsolatokat 1 -es értékkel. Csatoltam a logikailag betölthető fájlt.

6. lépés: Valódi áramkör prototípusa

Most létrehozhatunk egy valódi működő áramkört. A Tinkercad áramkörök segítségével ezt a hardver valódi megjelenésének és funkcionalitásának szimulációjával tehetjük meg.

A Tinkercad beépített egy 7475 4 bites reteszt, így ez az alkatrész könnyű. A kapuknál két chipet választottam, egyenként 4 ÉS kapuval (a 7408). Négy, három bemeneti ÉS kapu létrehozásához két ÉS kaput használunk, amelyek egyikének kimenete a másik 1 bemenetére megy. Ez 1 bemenetet hagy a másodikban és 2 bemenetet az elsőben, így 3 bemenet ÉS kapu jön létre. A VAGY kapu esetében ugyanezt teszem. Egy négy VAGY kapu chip két VAGY kaput használ, a kimenetek egy harmadik VAGY kapuba mennek. Az egyik kapu kihasználatlan.

Futtassa a szimulációt Tinkercad áramkörökön