Boer, jakkals, gans, graanraaisel: 6 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Toe ek 'n kind was, het ek 'n boek van my vaders opgetel, genaamd The Scientific American Book Of Projects For The Amateur Scientist. Ek het nog steeds die boek, en ek verstaan dat dit deesdae 'n moeilike boek is. Maar u kan dit nou aanlyn lees. Hierdie boek het my aan baie dinge voorgestel, maar die hoofstuk wat my interesseer, was die oor wiskundige masjiene. Dit kan heel moontlik die ding wees wat my laat vaar het in my uiteindelike loopbaan van sagteware -ontwikkeling.

In hierdie hoofstuk is beskrywings van raaiseloplossingsmasjiene met kringe van die tyd … wat voorafgegaan het aan moderne geïntegreerde stroombane of selfs transistors (met behulp van relais). Maar sommige van dieselfde konsepte was daar, dié van logiese toestelle wat in wese dieselfde is as wat moderne rekenaars vandag nog gebruik.

Deesdae kan u maklik en goedkoop hele rekenaarstelsels vir 'n paar dollar kry, en u legkaart of speletjie net programmeer. Maar u kan ook baie dinge op 'n laer vlak doen, met behulp van die logiese hekke waaruit rekenaars gebou is, om aangepaste hardeware vir u legkaart te skep. Alhoewel dit nie prakties of ideaal is nie, kan u egter leer hoe rekenaars werklik werk. Dit is ook 'n soort pret.

Stap 1: materiaal benodig

U kan dit volledig in Tinkercad Circuits bou en die werklike werking van die legkaart simuleer.

Hier is wat u nodig het as u dit fisies wil bou:

4 skakel- of skuifskakelaars.

1 drukknop (kortstondig)

2 klein broodborde.

9 LED's.

9 1K weerstande.

1 7475 vierkante grendelskyfie

2 7408 vierkante EN hekke

1 7432 vierkante OF hek

1 battery bevat 3 AA- of AAA -selle.

stel springdrade.

Vir die skyfies uit die 74xx -reeks kan u enige variasie hiervan gebruik. Dws, die 74xx weergawes is die oorspronklike TTL, maar u kan ook die 74LSxx weergawes (laer kragverbruik), of die 74HCxx (selfs laer krag cmos weergawes) ens. al die ander variasies is sensitiewe statiese elektrisiteit.

Stap 2: Boole -logika

Boole -logika klink dalk eng, maar dit is eintlik redelik eenvoudig. Booleaans beteken net dat jy slegs met 1e en 0e te doen het, of waar en onwaar. Of in elektronika, + en -. Die logiese deel daarvan kom neer op baie "as dit dan is dit". Die mees basiese logiese bewerkings is eenvoudig hierdie drie dinge: EN, OF en NIE. Dit word poorte genoem, omdat dit in wese as letterlike poorte dien vir die vloei van elektrisiteit deur 'n stroombaan.

Die EN -hek werk soos volg. Dit het twee insette en een uitset. Die twee insette kan 'n 1 of 0 wees, en die uitset is 'n 1 of 0. Vir die EN -poort, as beide die insette 1 is, is die uitset 1. Andersins lewer dit 'n 0 uit.

Vir die OF -hek het dit ook twee insette en een uitset. As die een of die ander invoer 'n 1 is, dan is die uitset 'n 1.

Die finale hek is die NOT -hek, en dit het slegs een invoer en een uitset. As die invoer 'n 1 is, dan is die uitset 0. As die invoer 0 is, gee dit 'n 1 uit.

Die OF- en AND -hekke kan ook meer as 2 insette hê. Om dit te vereenvoudig, kan dit getoon word met 2 of meer lyne wat in een hek gaan, maar eintlik is 'n 3 -invoerhek net twee 2 ingangshekke met die een wat in die ander ingaan.

U weet nou alles wat u moet weet om 'n rekenaar te bou. Selfs die modernste rekenaars gebruik hierdie drie dinge, alhoewel hulle miljoene daarvan gebruik.

Laat ons dus 'n legkaart bou.

Stap 3: Boer, jakkals, gans en graan legkaart

Die eerste ding in die boek is 'n logiese kring om die klassieke legkaart van die Boer, die jakkals, die gans en die graan te skep. Hierdie legkaart bestaan al honderde jare in verskillende vorme. Dit is 'n basiese logika -legkaart met slegs 'n paar reëls. Die legkaart is soos volg.

'N Boer het 'n jakkals, 'n gans en 'n bietjie graan. Hy kom by 'n rivier wat hy moet oorsteek, en daar is 'n boot, maar dit kan hom en een ander ding op 'n slag hou.

Hy kan die jakkals nie by die gans los nie, want die jakkals sal die gans vreet. Dit is wat jakkalse doen, dit is net hul aard.

Hy kan die gans nie met die graan agterlaat nie, want die gans sal dit eet.

Hoe kan hy al drie veilig na die ander kant van die rivier gaan?

Om hierdie legkaart te skep, benodig ons 'n paar dinge. Eerstens, met begin met vier skakelaars, een vir elkeen van die boer, die jakkals, die gans en die graan. Dit is hoe ons sal vasstel wat op die boot gaan.

Tweedens het ons die legkaart nodig om te onthou waar alles van stap tot stap is.

Dan benodig ons 'n knoppie om aan te dui wanneer u die boot moet skuif.

Ten slotte het ons logika nodig om die reëls af te dwing.

Stap 4: Geheue

Om die liggings van die voorwerpe in hierdie legkaart te onthou, gebruik ons iets meer gevorderd as die relais wat in die oorspronklike stroombaan gebruik is. Toe hierdie boek geskryf is, was daar geen transistors nie, maar hulle het relais. Hierdie relais is so bedraad dat as u op 'n knoppie druk, dit sluit en dan gesluit bly totdat u die knoppie aan die ander kant druk.

Vandag gebruik ons 'n algemene en goedkoop onderdeel genaamd 'n 4 -bits grendel. 'N' Bietjie 'in rekenaarlogika verwys net na 'n enkele 1 of 0. Dit is dieselfde as 'n syfer. Hierdie geïntegreerde stroombaan (of "IC" of "chip") bevat 4 logiese komponente wat bekend staan as flip -flops. 'N Flip -flop is slegs 'n paar hekke wat so gekonfigureer is dat as u 'n 1 of 0 as 'n invoer gee, 'n 1 of 0' uitset 'en dan' vas 'bly. Vandaar die naam flip / flop. Dit gaan van 1 na 0 of flop van 0 na 1 (of is dit andersom?) En bly dan daar. Dit doen basies dieselfde as die vier relais in die ou kring.

U kan 'n eenvoudige flip -flop maak met slegs twee hekke, maar die in hierdie grendel het 'n ekstra funksie (benodig nog 'n paar hekke). In plaas daarvan dat die uitset onmiddellik verander terwyl die insette verander, het dit 'n ander inset wat die insette moontlik maak of deaktiveer. Normaalweg bly dit gestrem. Hiermee kan u twee van die skakelaars instel (die boer en een ander) voordat dit die boot na die ander kant probeer 'stuur'. Ons kring is al slimmer as die ou.

Ons het nou die vermoë om al die beginsels in ons legkaart vas te stel en te onthou.

Hier is ons kring tot dusver: 4 -bits grendel

Stap 5: Reëls -logika

Om die reëls af te dwing en aan te dui wanneer daar 'n probleem is, gebruik ons 'n paar booleaanse logiese hekke om die beperkings wat ons benodig, te implementeer.

Ons benodig vier toetse om vas te stel of daar 'n probleem is - as een hiervan waar is, steek dan die waarskuwingsteken aan.

1. As die graan en die gans aan die ander kant van die rivier is en nie die boer nie.

2. As die jakkals en die gans aan die ander kant van die rivier is en nie die boer nie.

3. As die boer die rivier oorsteek en geen jakkals en geen gans by hom is nie.

4. As die boer die rivier oorsteek en geen graan en geen gans by hom is nie.

Let op die manier waarop ek dit verwoord het om presies te pas by die logika wat ons sal gebruik, EN EN hekke met die normale of die omgekeerde uitsette van die grendel, die omgekeerde optree soos 'n 'nee' of 'NIE'.

Aangesien enige van hulle waar kan wees en 'n probleem kan veroorsaak, voer hulle almal in 'n OF -hek in.

Die voltooide logika, insluitend die 4 -bits grendel, word in die skermkiekie getoon. Dit is afkomstig van 'n program genaamd logicaly. Hierdie program is uitstekend om die vloei van logika aan te toon terwyl u die skakelaars manipuleer en die verbindings met 'n '1' -waarde in blou uitlig. Ek het die lêer wat u kan laai, logies aangeheg.

Stap 6: Prototipe 'n regte stroombaan

Nou kan ons 'n werklike werkbaan skep. Met behulp van Tinkercad -stroombane kan ons dit doen met die simulasie van die werklike voorkoms en funksionaliteit van hardeware.

Tinkercad het 'n 7475 4 -bits grendel ingebou, sodat die deel maklik is. Vir die hekke het ek gekies om twee skyfies met 4 EN hekke elk (die 7408) te gebruik. Om vier, 3 invoer EN hekke te maak, gebruik ons twee EN hekke met die uitset van een in 1 insette van die ander. Dit laat 1 insette op die tweede en 2 insette op die eerste, wat 'n 3 -ingang EN -hek skep. Vir die OF -hek doen ek dieselfde. 'N Vier OF hekskyfie gebruik twee OF hekke met die uitsette na 'n derde OF hek. Een hek word ongebruik gelaat.

Begin die simulasie op Tinkercad -stroombane