Fermer, Dhelpra, Patë, Puzzle Kokrra: 6 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:22

Kur isha fëmijë, mora një libër që ishte baballarët e mi, i quajtur Libri Shkencor Amerikan i Projekteve për Shkencëtarin Amator. Unë ende e kam librin, dhe kuptimi im është se është një libër i vështirë për të ardhur deri në këto ditë. Por tani mund ta lexoni në internet. Ky libër shërbeu për të më prezantuar me shumë gjëra, por kapitulli që zgjoi interesin tim ishte ai për Makinat Matematike. Mund të jetë shumë mirë ajo që më nisi në karrierën time eventuale të zhvillimit të softuerit.

Në këtë kapitull janë përshkrimet e makinave për zgjidhjen e enigmave duke përdorur qarqe të kohës … të cilat paraprinin qarqet e integruara moderne apo edhe transistorët (duke përdorur stafetë). Por disa nga të njëjtat koncepte ishin atje, ajo e pajisjeve logjike që janë në thelb e njëjta gjë që përdorin kompjuterët modernë edhe sot.

Këto ditë, ju mund të merrni me lehtësi dhe lirë sisteme të tëra kompjuterike për disa dollarë, dhe thjesht të programoni enigmën ose lojën tuaj. Por ju gjithashtu mund të bëni shumë gjëra në një nivel më të ulët, duke përdorur portat logjike nga të cilat janë ndërtuar kompjuterët, për të krijuar pajisje të personalizuara për enigmën tuaj. Ndërsa kjo mund të mos jetë praktike ose ideale, ju lejon të mësoni se si funksionojnë me të vërtetë kompjuterët. Alsoshtë gjithashtu një lloj argëtimi.

Hapi 1: Materialet e kërkuara

Ju mund ta ndërtoni këtë tërësisht në Qarqet Tinkercad dhe të simuloni funksionimin aktual të enigmës.

Nëse doni ta ndërtoni atë fizikisht, ja çfarë ju nevojitet:

4 ndërrues ose rrëshqitës çelsin.

1 buton shtypës (momental)

2 pjata të vogla buke.

9 LED.

9 rezistenca 1K.

1 7475 çip me katër shul

2 7408 kuadrat DHE porta

1 7432 portë me kuadrat OR

1 pako baterie që mban 3 qeliza AA ose AAA.

grup i telave kërcyes.

Për patate të skuqura të serisë 74xx, mund të përdorni çdo ndryshim të tyre. Dmth, versionet 74xx janë TTL origjinale, por mund të përdorni edhe versionet 74LSxx (përdorim më i ulët i energjisë), ose 74HCxx (edhe versione cmos me fuqi më të ulët) etj. Vetëm mos harroni se versionet 74xx dhe 74LSxx janë të lehta për tu trajtuar, por të gjitha variacionet e tjera janë elektricitet statik i ndjeshëm.

Hapi 2: Logjika Boolean

Logjika Boolean mund të tingëllojë e frikshme, por në fakt është mjaft e thjeshtë. Boolean thjesht do të thotë që keni të bëni vetëm me 1s dhe 0s, ose True and False. Ose në elektronikë, + dhe -. Pjesa logjike e tij thjesht zbret në shumë "nëse kjo atëherë ajo". Operacionet më themelore logjike janë thjesht këto tri gjëra: DHE, OSE dhe JO. Këto quhen porta, sepse ato në thelb veprojnë si porta të drejtpërdrejta për rrjedhën e energjisë elektrike përmes një qarku.

Porta AND punon si më poshtë. Ka dy hyrje dhe një dalje. Dy hyrjet mund të jenë 1 ose 0, dhe dalja është 1 ose 0. Për portën AND, nëse të dy hyrjet janë 1, atëherë dalja është 1. Përndryshe, ajo jep një 0.

Për portën OR, ajo gjithashtu ka dy hyrje dhe një dalje. Nëse njëra ose tjetra hyrje është 1, atëherë dalja është 1.

Porta përfundimtare është porta NOT, dhe ka vetëm një hyrje dhe një dalje. Nëse hyrja është 1, atëherë dalja është 0. Nëse hyrja është 0, del me 1.

Portat OR dhe AND mund të kenë gjithashtu më shumë se 2 hyrje. Për thjeshtësi, ato mund të shfaqen me 2 ose më shumë rreshta që hyjnë në një portë, por në të vërtetë, një portë hyrëse 3 është vetëm dy 2 porta hyrëse me njëra që futet në tjetrën.

Tani ju dini gjithçka që duhet të dini për të ndërtuar një kompjuter. Edhe kompjuterët më modernë i përdorin këto tri gjëra, edhe pse mund të përdorin miliona prej tyre.

Pra, le të ndërtojmë një enigmë.

Hapi 3: Puzzle Farmer, Fox, Goose and Grain

Gjëja e parë në libër është një qark logjik për të krijuar enigmën klasike të Fermerit, Dhelprës, Patës dhe Kokrrës. Ky enigmë ka ekzistuar për qindra vjet në forma të ndryshme. Itsshtë një enigmë themelore e logjikës me vetëm disa rregulla. Mister është si më poshtë.

Një fermer ka një dhelpër, një patë dhe pak kokërr. Ai vjen në një lumë që duhet të kalojë, dhe ka një varkë, por ajo mund ta mbajë atë dhe një gjë tjetër në të njëjtën kohë.

Ai nuk mund ta lërë dhelprën me patën, sepse dhelpra do të hajë patën. Kështu bëjnë dhelprat, është vetëm natyra e tyre.

Ai nuk mund ta lërë patën me grurin, sepse pata do ta hajë atë.

Si mund t'i kalojë të tre në mënyrë të sigurt në anën tjetër të lumit?

Për të krijuar këtë enigmë na duhen disa gjëra. Së pari, me fillim me katër çelsa, një për secilin nga fermerët, dhelprat, patat dhe drithin. Kështu do të vendosim atë që shkon në varkë.

Së dyti, ne kemi nevojë për enigmën për të kujtuar se ku gjithçka është nga hapi në hap.

Atëherë na duhet një buton për t'i treguar kur të lëvizim varkën.

Së fundi, ne kemi nevojë për një logjikë për të zbatuar rregullat.

Hapi 4: Kujtesa

Për të kujtuar vendndodhjet e objekteve në këtë enigmë, ne do të përdorim diçka më të avancuar sesa stafetat e përdorura në qarkun origjinal. Kur u shkrua ky libër, nuk kishte transistorë, por ata kishin stafetë. Këto stafetë ishin të lidhura ashtu që kur shtypni një buton, ato mbyllen dhe pastaj qëndrojnë të mbyllura derisa ta shtypni butonin në anën tjetër.

Sot ne do të përdorim një pjesë të zakonshme dhe të lirë të quajtur një shul 4 bit. Një 'bit' në logjikën kompjuterike i referohet vetëm një 1 ose 0. It'sshtë e njëjta gjë si një shifër. Ky qark i integruar (ose "IC" ose "Chip") përmban 4 përbërës logjikë të njohur si rrokullisje. Flip -flop është vetëm disa porta të konfiguruara në mënyrë që kur i jepni 1 ose 0 si hyrje, të dalë 1 ose 0 dhe më pas të qëndrojë 'i mbërthyer'. Prandaj emri rrokullisje / dështim. Do të rrokulliset nga 1 në 0 ose do të bjerë nga 0 në 1 (apo është e kundërta?) Dhe pastaj do të qëndrojë atje. Kjo në thelb bën të njëjtën gjë si katër stafetat në qarkun e vjetër.

Ju mund të bëni një rrokullisje të thjeshtë me vetëm dy porta, por ato në këtë shul kanë një veçori shtesë (që kërkon edhe disa porta të tjera). Në vend që të ndryshojë menjëherë dalja me ndryshimin e hyrjes, ajo ka një hyrje tjetër që mundëson ose çaktivizon hyrjet. Normalisht, ai mbetet i paaftë. Kjo ju lejon të vendosni dy ndërprerës (fermeri dhe një tjetër) para se të përpiqet të 'dërgojë' varkën në anën tjetër. Qarku ynë tashmë është më i zgjuar se ai i vjetër.

Ne tani kemi aftësinë për të vendosur dhe kujtuar vendet e të gjitha parimeve në enigmën tonë.

Këtu është qarku ynë deri më tani: shul 4 bit

Hapi 5: Logjika e Rregullave

Për të zbatuar rregullat dhe për të treguar kur ka një problem, ne do të përdorim disa porta logjike boolean për të zbatuar kufizimet që na duhen.

Do të na duhen katër teste për të përcaktuar nëse ka ndonjë problem - nëse ndonjë nga këto është e vërtetë, atëherë ndizni sinjalin paralajmërues.

1. Nëse kokrra dhe pata janë në anën tjetër të lumit dhe jo fermeri.

2. Nëse dhelpra dhe pata janë në anën tjetër të lumit dhe jo fermeri.

3. Nëse fermeri kalon lumin dhe asnjë dhelpër dhe pa patë nuk janë me të.

4. Nëse fermeri kalon lumin dhe asnjë kokërr dhe asnjë patë nuk janë me të.

Vini re mënyrën në të cilën e kam formuluar këtë që përputhet saktësisht me logjikën që ne do të përdorim, të cilat janë porta DHE me dalje normale ose të përmbysura nga shulja, ato të përmbysura që veprojnë si një "jo" ose një "JO".

Meqenëse secila prej tyre mund të jetë e vërtetë, duke shkaktuar një problem, ata të gjithë ushqehen në një portë OR.

Logjika e përfunduar, duke përfshirë shulën 4 bit, tregohet në pamjen e ekranit. Kjo vjen nga një program i quajtur logjikisht. Ky program është i shkëlqyeshëm për të treguar rrjedhën e logjikës ndërsa manipuloni çelsat, duke theksuar me blu lidhjet me një vlerë '1'. Unë kam bashkangjitur skedarin ku mund të ngarkoni logjikisht.

Hapi 6: Prototipi i një qarku të vërtetë

Tani mund të krijojmë një qark të vërtetë pune. Duke përdorur qarqet Tinkercad, ne mund ta bëjmë këtë me simulimin e pamjes dhe funksionimit të vërtetë të pajisjeve.

Tinkercad ka ndërtuar një shul 7475 4 bit, kështu që ajo pjesë është e lehtë. Për portat, unë kam zgjedhur të përdor dy patate të skuqura me 4 porta AND secila (7408). Për të krijuar katër, 3 porta hyrëse AND ne përdorim dy porta AND me daljen e njërës që hyn në 1 hyrje të tjetrës. Kjo lë 1 hyrje në të dytën dhe 2 hyrje në të parën, duke krijuar një portë 3 hyrëse AND. Për portën OR, bëj të njëjtën gjë. Një çip me katër porta OR përdor dy porta OR me daljet që hyjnë në një portë të tretë OR. Një portë ka mbetur e papërdorur.

Drejtoni simulimin në qarqet Tinkercad