Põllumees, rebane, hani, teravilja mõistatus: 6 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Kui ma olin laps, võtsin kätte raamatu, mis oli minu isad, nimega The Scientific American Book of Projects For The Amateur Scientist. Raamat on mul siiani alles ja ma saan aru, et see on tänapäeval raske raamat. Aga nüüd saate seda Internetis lugeda. See raamat tutvustas mulle paljusid asju, kuid minu huvi äratas peatükk, mis käsitles matemaatilisi masinaid. See võib väga hästi olla see, mis pani mind alustama tarkvaraarenduse karjääri.

Selles peatükis kirjeldatakse mõistatuste lahendamise masinaid, mis kasutavad omaaegseid vooluahelaid… mis eelnesid kaasaegsetele integraallülitustele või isegi transistoridele (kasutades releesid). Kuid mõned samad mõisted olid olemas, loogikaseadmed, mis on sisuliselt sama asi, mida tänapäevased arvutid kasutavad endiselt.

Nendel päevadel saate mõne dollari eest hõlpsalt ja odavalt hankida terveid arvutisüsteeme ning lihtsalt oma mõistatust või mängu programmeerida. Kuid saate teha palju asju ka madalamal tasemel, kasutades loogika väravaid, millest arvutid on ehitatud, et luua oma pusle jaoks kohandatud riistvara. Kuigi see ei pruugi olla praktiline ega ideaalne, võimaldab see teil õppida, kuidas arvutid tegelikult töötavad. See on ka omamoodi lõbus.

Samm: vajalikud materjalid

Saate selle täielikult üles ehitada Tinkercadi ahelates ja simuleerida mõistatuse tegelikku toimimist.

Kui soovite seda füüsiliselt üles ehitada, vajate järgmist.

4 lülitus- või liuglülitit.

1 nupp (hetkeline)

2 väikest leivalauda.

9 LED -i.

9 1K takistit.

1 7475 nelja riiviga kiip

2 7408 quad JA väravad

1 7432 quad OR värav

1 aku sisaldab 3 AA või AAA elementi.

hüppaja juhtmete komplekt.

74xx seeria kiipide puhul saate kasutada nende mis tahes variante. IE, 74xx versioonid on originaal TTL, kuid võite kasutada ka versioone 74LSxx (väiksem energiatarve) või 74HCxx (isegi väiksema võimsusega CMOS -versioonid) jne. Pidage meeles, et 74xx ja 74LSxx versioone on lihtne käsitseda, kuid kõik muud variatsioonid on tundlik staatiline elekter.

2. etapp: loogiline loogika

Boole'i loogika võib tunduda hirmutav, kuid tegelikult on see üsna lihtne. Boolean tähendab lihtsalt seda, et tegemist on ainult 1 -de ja 0 -dega või tõese ja valega. Või elektroonikas, + ja -. Selle loogiline osa taandub lihtsalt paljudele "kui see siis see". Kõige elementaarsemad loogikaoperatsioonid on lihtsalt need kolm asja: JA, VÕI ja EI. Neid nimetatakse väravateks, sest nad toimivad sisuliselt väravate kaudu vooluahela elektrivoolu.

JA värav töötab järgmiselt. Sellel on kaks sisendit ja üks väljund. Kaks sisendit võivad olla 1 või 0 ja väljund 1 või 0. AND -värava puhul, kui mõlemad sisendid on 1, siis väljund on 1. Vastasel juhul väljastab see 0.

VÕI värava jaoks on sellel ka kaks sisendit ja üks väljund. Kui üks või teine sisend on 1, siis väljund on 1.

Viimane värav on NOT värav ning sellel on ainult üks sisend ja üks väljund. Kui sisend on 1, siis väljund on 0. Kui sisend on 0, väljastab see a 1.

OR ja AND väravatel võib olla ka rohkem kui 2 sisendit. Lihtsuse huvides võib neid näidata nii, et ühte väravasse läheb 2 või enam rida, kuid tegelikult on 3 -sisendvärav vaid kaks 2 sisendväravat, millest üks sisestatakse teise.

Nüüd teate kõike, mida peate arvuti ehitamiseks teadma. Isegi kõige kaasaegsemad arvutid kasutavad neid kolme asja, kuigi nad võivad neid miljoneid kasutada.

Nii et ehitame mõistatuse.

3. samm: põllumees, rebane, hani ja teravilja pusle

Raamatus on esimene asi loogikaskeem, millega luua klassikaline põllumehe, rebase, hane ja tera pusle. See pusle on olnud erinevates vormides sadu aastaid. See on loogika põhiline mõistatus, millel on vaid mõned reeglid. Mõistatus on järgmine.

Talumehel on rebane, hani ja natuke teravilja. Ta jõuab jõe äärde, millest ta peab üle minema, ja seal on paat, kuid see mahutab korraga ainult teda ja üht muud asja.

Ta ei saa rebast hanega jätta, sest rebane sööb hane ära. Seda teevad rebased, see on lihtsalt nende loomus.

Ta ei saa hane viljaga jätta, sest hane sööb selle ära.

Kuidas saab ta kõik kolm ohutult teisele poole jõge viia?

Selle pusle loomiseks vajame mõnda asja. Esiteks alustage nelja lülitiga, üks igale põllumehele, rebasele, hanele ja terale. Nii seadistame, mis paadile läheb.

Teiseks on meil vaja puslet meelde jätta, kus kõik samm -sammult on.

Siis vajame nuppu, et öelda, millal paati liigutada.

Lõpuks vajame reeglite jõustamiseks teatud loogikat.

Samm: mälu

Selles mõistatuses olevate objektide asukohtade meeldejätmiseks kasutame midagi arenenumat kui esialgses vooluringis kasutatud releed. Selle raamatu kirjutamise ajal polnud transistore, kuid neil olid releed. Need releed olid juhtmega nii, et kui vajutate nuppu, sulguvad nad ja jäävad seejärel suletuks, kuni vajutate teisel pool nuppu.

Täna kasutame tavalist ja odavat osa, mida nimetatakse 4 -bitiseks riiviks. Arvutiloogika „bit” viitab lihtsalt ühele või 0. See on sama mis number. See integraallülitus (või "IC" või "kiip") sisaldab 4 loogikakomponenti, mida nimetatakse plätudeks. Flip flop on vaid paar väravat, mis on konfigureeritud nii, et kui annate sellele sisendiks 1 või 0, väljastab see 1 või 0 ja jääb seejärel kinni. Sellest ka nimi flip / flop. See pöörab 1 -lt 0 -le või flopib 0 -lt 1 -le (või on see vastupidi?) Ja jääb siis sinna. Põhimõtteliselt teeb see sama, mis neli vana ahela releed.

Saate teha lihtsa flip -flopi, millel on ainult kaks väravat, kuid selle riivi omadel on lisavõimalus (nõudes veel mõnda väravat). Selle asemel, et sisend muutuks kohe väljundit muuta, on sellel teine sisend, mis lubab või keelab sisendid. Tavaliselt jääb see invaliidiks. See võimaldab teil seadistada kaks lülitit (põllumees ja üks teine), enne kui see üritab paati teisele poole saata. Meie ring on juba targem kui vana.

Nüüd on meil võimalus määrata ja meelde jätta kõigi meie mõistatuse põhimõtete asukohad.

Siin on meie vooluring siiani: 4 -bitine riiv

Samm: reeglite loogika

Reeglite jõustamiseks ja probleemi ilmnemiseks kasutame vajalike piirangute rakendamiseks mõningaid loogilisi väravaid.

Vajame nelja testi, et teha kindlaks, kas probleem on olemas - kui mõni neist on tõene, süttige hoiatussignaal.

1. Kui tera ja hani on teisel pool jõge ja mitte põllumees.

2. Kui rebane ja hani asuvad teisel pool jõge, mitte põllumees.

3. Kui põllumees ületab jõe ja temaga pole ühtegi rebast ega hane.

4. Kui põllumees ületab jõe ja vilja ega hane pole kaasas.

Pange tähele, kuidas ma seda sõnastasin, et see vastaks täpselt meie kasutatavale loogikale, milleks on JA -väravad kas riivi tavaliste või ümberpööratud väljunditega, ümberpööratud toimivad nagu "ei" või "EI".

Kuna mõni neist võib olla tõsi, põhjustades probleemi, suunatakse need kõik VÕI väravasse.

Valmis loogika, sealhulgas 4 -bitine riiv, on näidatud ekraanipildil. See pärineb programmist, mida nimetatakse loogiliselt. See programm sobib suurepäraselt loogika voo näitamiseks lülititega manipuleerimisel, tõstes sinisega esile 1 väärtusega ühendused. Lisasin faili, kuhu saate loogiliselt laadida.

6. samm: tõelise vooluringi prototüüp

Nüüd saame luua tõelise tööringi. Tinkercadi ahelaid kasutades saame seda teha riistvara tegeliku välimuse ja funktsionaalsuse simuleerimisega.

Tinkercad on sisseehitatud 7475 4 -bitise riivi, nii et see osa on lihtne. Väravate jaoks olen valinud kahe kiibi, millest mõlemal on 4 JA väravat (7408). Nelja, kolme sisendi JA värava loomiseks kasutame kahte JA väravat, mille ühe väljund läheb teise sisendisse. See jätab 1 sisendi teisele ja 2 sisendi esimesele, luues 3 sisendi JA värava. VÕI värava puhul teen sama asja. Nelja VÕI värava kiip kasutab kahte VÕI väravat, mille väljundid lähevad kolmandasse VÕI väravasse. Üks värav jääb kasutamata.

Käivitage simulatsioon Tinkercadi ahelates