חקלאי, שועל, אווז, חידת דגנים: 6 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

כשהייתי ילד, לקחתי ספר שהיה אבותיי, בשם ספר הפרויקטים הסיינט -אמריקאי למדען החובב. עדיין יש לי את הספר, וההבנה שלי היא שזה ספר שקשה להשיג בימים אלה. אבל אתה יכול לקרוא את זה עכשיו באינטרנט. הספר הזה הציג בפני הרבה דברים אבל הפרק שעורר את העניין שלי היה זה בנושא מכונות מתמטיות. יכול מאוד להיות שזה הדבר שהרתיח אותי בקריירה האחרונה של פיתוח תוכנה.

בפרק זה תיאורים של מכונות לפתרון חידות באמצעות מעגלים של אז … שקדמו למעגלים משולבים מודרניים או אפילו טרנזיסטורים (באמצעות ממסרים). אבל כמה מאותם מושגים היו שם, של התקני לוגיקה שהם בעצם אותו הדבר שמחשבים מודרניים משתמשים בו עד היום.

בימים אלה אתה יכול להשיג בקלות ובזול מערכות מחשב שלמות תמורת כמה דולרים, ופשוט לתכנת את הפאזל או המשחק שלך. אבל אתה יכול גם לעשות הרבה דברים ברמה נמוכה יותר, באמצעות שערי ההיגיון שממנו בניינים מחשבים, כדי ליצור חומרה מותאמת אישית לפאזל שלך. זה אולי לא מעשי או אידיאלי, אך מאפשר לך ללמוד כיצד מחשבים באמת עובדים. זה גם קצת כיף.

שלב 1: חומרים דרושים

אתה יכול לבנות את זה לגמרי במעגלי טינקרד, ולדמות את פעולתו בפועל של הפאזל.

אם אתה רוצה לבנות אותו פיזית, הנה מה שאתה צריך:

4 מתגי החלפה או החלקה.

כפתור לחיצה אחד (לרגע)

2 לוחות לחם קטנים.

9 לדים.

9 נגדים של 1K.

1 שבב תליון מרובע 7475

2 7408 שערים ושכבות מרובעות

1 7432 מרובע או שער

מארז סוללה אחד המכיל 3 תאי AA או AAA.

סט חוטי מגשר.

עבור שבבי סדרת 74xx, אתה יכול להשתמש בכל וריאציה של אלה. כלומר, גרסאות 74xx הן ה- TTL המקוריות, אך ניתן גם להשתמש בגרסאות 74LSxx (שימוש נמוך יותר בחשמל), או 74HCxx (גרסאות cmos צריכת חשמל נמוכה יותר) וכו '. רק זכור כי קל לטפל בגרסאות 74xx ו- 74LSxx, אך כל שאר הווריאציות הן חשמל סטטי רגיש.

שלב 2: לוגיקה בוליאנית

ההיגיון הבולאני אולי נשמע מפחיד אבל למעשה הוא די פשוט. בוליאני רק אומר שאתה מתמודד עם 1 ו 0 בלבד, או עם אמת ושקר. או באלקטרוניקה, + ו -. החלק ההגיוני בו מסתכם בהרבה "אם זה אז זה". פעולות ההיגיון הבסיסיות ביותר הן פשוט שלושת הדברים האלה: AND, OR ו- NOT. אלה נקראים שערים, מכיוון שהם בעצם פועלים כשערים מילוליים לזרימת החשמל דרך מעגל.

שער AND פועל כדלקמן. יש לו שתי כניסות, ויציאה אחת. שתי הכניסות יכולות להיות 1 או 0, והפלט הוא 1 או 0. עבור שער AND, אם שתי הכניסות הן 1, אז הפלט הוא 1. אחרת, הוא פולט 0.

לשער OR, יש לו גם שתי כניסות ויציאה אחת. אם קלט אחד או אחר הוא 1, אז הפלט הוא 1.

השער הסופי הוא שער NOT, ויש לו רק קלט אחד ופלט אחד. אם הקלט הוא 1, אז הפלט הוא 0. אם הקלט הוא 0, הוא פלט 1.

לשערי OR ו- AND יכולים להיות גם יותר משתי כניסות. לשם הפשטות, ניתן להציג אותן כאשר 2 קווים או יותר נכנסים לשער אחד, אך באמת, שער קלט 3 הוא רק שני 2 שערים קלט כאשר האחד ניגש לשני.

כעת אתה יודע כל מה שאתה צריך לדעת כדי לבנות מחשב. אפילו המחשבים המודרניים ביותר פשוט משתמשים בשלושה דברים אלה, למרות שהם עשויים להשתמש במיליונים מהם.

אז בואו נבנה פאזל.

שלב 3: פאזל חקלאי, שועל, אווז ודגנים

הדבר הראשון בספר הוא מעגל לוגי ליצירת הפאזל הקלאסי של האיכר, השועל, האווז והדגן. חידה זו קיימת כבר מאות שנים בצורות שונות. זהו חידת היגיון בסיסית עם כמה כללים. הפאזל הוא כדלקמן.

לאיכר יש שועל, אווז וקצת תבואה. הוא מגיע לנהר שעליו לחצות, ויש סירה, אך היא יכולה להכיל אותו ועוד דבר אחד בכל פעם.

הוא לא יכול להשאיר את השועל עם האווז, כי השועל יאכל את האווז. זה מה שהשועלים עושים, זה רק הטבע שלהם.

הוא לא יכול להשאיר את האווז עם הדגן, כי האווז יאכל אותו.

איך הוא יכול להעביר את שלושתם בבטחה לצד השני של הנהר?

כדי ליצור את הפאזל הזה אנחנו צריכים כמה דברים. ראשית, עם התחלה עם ארבעה מתגים, אחד לכל אחד מהחקלאי, השועל, האווז והדגן. כך נקבע את העולה על הסירה.

שנית, אנו זקוקים לחידה כדי לזכור היכן הכל נמצא צעד אחר צעד.

אז אנחנו צריכים כפתור שיגיד לו מתי להזיז את הסירה.

לבסוף, אנו זקוקים להיגיון כלשהו כדי לאכוף את הכללים.

שלב 4: זיכרון

כדי לזכור את מיקומם של האובייקטים בפאזל זה, נשתמש במשהו מתקדם יותר מאשר הממסרים המשמשים במעגל המקורי. עוד כשנכתב הספר הזה, לא היו טרנזיסטורים, אבל היו להם ממסרים. ממסרים אלה היו מחווטים כך שכאשר תלחץ על כפתור, הם ייסגרו ואז יישארו סגורים עד שתלחץ על הכפתור בצד השני.

היום נשתמש בחלק נפוץ וזול שנקרא תפס 4 ביט. 'קצת' בהיגיון המחשב מתייחס רק ל -1 או 0. יחיד זה אותו דבר כמו ספרה. מעגל משולב זה (או "IC" או "שבב") מכיל 4 רכיבי היגיון המכונים כפכפים. כפכף הוא רק שני שערים המוגדרים כך שכאשר תיתן לו 1 או 0 כקלט, הוא יפיק 1 או 0 ואז יישאר 'תקוע'. מכאן השם flip / flop. זה יעבור מ -1 ל -0 או יתפוצץ מ -0 ל -1 (או שזה להיפך?) ואז יישאר שם. זה בעצם עושה את אותו הדבר כמו ארבעת הממסרים במעגל הישן.

אתה יכול לעשות כפכף פשוט עם שני שערים בלבד, אך לאלה בתפס זה יש תכונה נוספת (הדורשת עוד כמה שערים). במקום לשנות את הפלט באופן מיידי עם שינוי הכניסה, יש לו קלט אחר המאפשר או משבית את הכניסות. בדרך כלל הוא נשאר מושבת. זה מאפשר לך להגדיר שניים מהבוררים (האיכר ואחד אחר) לפני שהיא מנסה 'לשלוח' את הסירה לצד השני. המעגל שלנו כבר חכם יותר מהישן.

כעת יש לנו את היכולת להגדיר ולזכור את המיקומים של כל העקרונות בפאזל שלנו.

הנה המעגל שלנו עד כה: תפס 4 ביט

שלב 5: כללי לוגיקה

כדי לאכוף את הכללים ולציין כאשר יש בעיה, נשתמש בכמה שערי לוגיקה בוליאנים כדי ליישם את האילוצים הדרושים לנו.

נצטרך ארבע בדיקות כדי לקבוע אם יש בעיה - אם כל אחת מהן נכונות, הדלק את אות האזהרה.

1. אם התבואה והאווז נמצאים בצד השני של הנהר ולא האיכר.

2. אם השועל והאווז נמצאים בצד השני של הנהר ולא החקלאי.

3. אם האיכר חוצה את הנהר ואין שועל וללא אווז איתו.

4. אם האיכר חוצה את הנהר ואין איתו תבואה ואין אווז.

שים לב לדרך שבה ניסחתי את זה כך שיתאים בדיוק להיגיון בו נשתמש, שהם שערים AND עם הפלט הרגיל או הפוך מהתפס, כאשר ההפוכים פועלים כמו "לא" או "לא".

מכיוון שכל אחד מהם יכול להיות נכון וגורם לבעיה, כולם ניזונים לשער OR.

ההיגיון שהושלם, כולל תפס ה -4 ביט, מוצג בצילום המסך. זה מתוך תוכנית שנקראת לוגיקה. תוכנית זו מצוינת להצגת זרימת ההיגיון בעת מניפולציה של המתגים, תוך הדגשת בכחול החיבורים עם ערך '1'. צירפתי את הקובץ שאליו תוכל לטעון באופן הגיוני.

שלב 6: אב טיפוס של מעגל אמיתי

כעת נוכל ליצור מעגל עבודה אמיתי. באמצעות מעגלי Tinkercad, אנו יכולים לעשות זאת באמצעות הדמיה של המראה האמיתי והפונקציונאליות של החומרה.

Tinkercad בנתה תפס של 475 סיביות, כך שחלק זה קל. עבור השערים, בחרתי להשתמש בשני שבבים עם 4 שערים AND כל אחד (7408). כדי ליצור ארבעה, 3 קלט AND שערים אנו משתמשים בשני שערים AND כאשר הפלט של אחד נכנס לכניסה אחת של השני. זה משאיר 1 קלט בשני ו -2 כניסות בראש, ויוצר שער קלט AND 3. עבור שער OR, אני עושה את אותו הדבר. שבב שער ארבע OR משתמש בשני שערים של OR כאשר היציאות נכנסות לשער OR שלישי. שער אחד נשאר ללא שימוש.

הפעל את הסימולציה במעגלי Tinkercad