ფერმერი, მელა, ბატი, მარცვლეულის თავსატეხი: 6 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:19

როდესაც ბავშვი ვიყავი, ავიღე წიგნი, რომელიც ჩემი მამა იყო, სახელწოდებით The Scientific American Book Of Projects for Amateur Scientist. მე ჯერ კიდევ მაქვს წიგნი და მესმის, რომ ძნელია ამ დღეებში მისვლა. მაგრამ ახლა შეგიძლიათ წაიკითხოთ ინტერნეტით. ამ წიგნმა ბევრი რამ გამაცნო, მაგრამ თავი, რომელმაც ჩემი ინტერესი გამოიწვია, იყო მათემატიკური მანქანები. ეს შეიძლება იყოს ის, რამაც დამანახა პროგრამული უზრუნველყოფის შემდგომი კარიერა.

ამ თავში არის თავსატეხების ამოხსნის აპარატების აღწერილობა იმ დროის სქემების გამოყენებით… რომელიც წინ უსწრებდა თანამედროვე ინტეგრირებულ სქემებს ან თუნდაც ტრანზისტორებს (რელეების გამოყენებით). მაგრამ ზოგიერთი იგივე კონცეფცია იყო, ლოგიკური მოწყობილობები, რომლებიც არსებითად იგივეა, რასაც თანამედროვე კომპიუტერები დღესაც იყენებენ.

ამ დღეებში თქვენ შეგიძლიათ მარტივად და იაფად მიიღოთ მთელი კომპიუტერული სისტემა რამდენიმე დოლარად და უბრალოდ დაპროგრამოთ თქვენი თავსატეხი ან თამაში. მაგრამ თქვენ ასევე შეგიძლიათ ბევრი რამის გაკეთება დაბალ დონეზე, ლოგიკური კარიბჭის გამოყენებით, რომლიდანაც კომპიუტერები შენდება, თქვენი თავსატეხის პერსონალური აპარატურის შესაქმნელად. მიუხედავად იმისა, რომ ეს არ შეიძლება იყოს პრაქტიკული ან იდეალური, ის საშუალებას გაძლევთ ისწავლოთ როგორ მუშაობს კომპიუტერები სინამდვილეში. ასევე სახალისოა.

ნაბიჯი 1: საჭირო მასალები

თქვენ შეგიძლიათ ააწყოთ იგი მთლიანად Tinkercad Circuits– ში და მოახდინოთ თავსატეხის რეალური ფუნქციონირების სიმულაცია.

თუ გსურთ მისი ფიზიკურად აშენება, აქ არის ის, რაც დაგჭირდებათ:

4 გადამრთველი ან გადამრთველი გადამრთველი.

1 ღილაკი (წამიერი)

2 პატარა დაფა.

9 LED.

9 1K რეზისტორი.

1 7475 ოთხკუთხა ჩიპი

2 7408 ოთხკუთხედი და კარიბჭე

1 7432 quad OR კარიბჭე

1 ბატარეის პაკეტი, რომელსაც აქვს 3 AA ან AAA უჯრედი.

ჯუმბერის მავთულის ნაკრები.

74xx სერიის ჩიპებისთვის შეგიძლიათ გამოიყენოთ მათი ნებისმიერი ვარიაცია. ანუ, 74xx ვერსიები არის ორიგინალური TTL, მაგრამ ასევე შეგიძლიათ გამოიყენოთ 74LSxx ვერსიები (ენერგიის დაბალი მოხმარება), ან 74HCxx (თუნდაც დაბალი სიმძლავრის cmos ვერსიები) და ა.შ. უბრალოდ გახსოვდეთ, რომ 74xx და 74LSxx ვერსიები ადვილია, მაგრამ ყველა სხვა ვარიაცია არის მგრძნობიარე სტატიკური ელექტროენერგია.

ნაბიჯი 2: ლოგიკური ლოგიკა

ბულის ლოგიკა შეიძლება საშინლად ჟღერდეს, მაგრამ სინამდვილეში ის საკმაოდ მარტივია. ლოგიკური ნიშნავს, რომ საქმე გაქვთ მხოლოდ 1 -ებთან და 0 -ებთან, ანუ ჭეშმარიტთან და მცდართან. ან ელექტრონიკაში, + და -. მისი ლოგიკური ნაწილი იკლებს ბევრ "თუ ეს მაშინ ეს". ყველაზე ძირითადი ლოგიკური ოპერაციები არის ეს სამი რამ: და, ან და არა. მათ ეწოდება კარიბჭე, რადგან ისინი არსებითად მოქმედებენ, როგორც პირდაპირი კარიბჭე ელექტროენერგიის ნაკადის წრეში.

AND კარიბჭე მუშაობს შემდეგნაირად. მას აქვს ორი შესასვლელი და ერთი გამომავალი. ორი შეყვანა შეიძლება იყოს 1 ან 0, ხოლო გამომავალი არის 1 ან 0. AND კარიბჭისთვის, თუ ორივე შემავალი არის 1, მაშინ გამომავალი არის 1. წინააღმდეგ შემთხვევაში, გამოდის 0.

OR კარიბჭისთვის, მას ასევე აქვს ორი შეყვანა და ერთი გამომავალი. თუ ერთი ან მეორე შეყვანა არის 1, მაშინ გამომავალი არის 1.

საბოლოო კარიბჭე არის NOT კარიბჭე და მას აქვს მხოლოდ ერთი შესასვლელი და ერთი გამოსავალი. თუ შეყვანა არის 1, მაშინ გამომავალი არის 0. თუ შეყვანა არის 0, გამოდის 1.

OR და AND კარიბჭეს ასევე შეიძლება ჰქონდეს 2 -ზე მეტი შეყვანა. გამარტივების მიზნით, ისინი შეიძლება ნაჩვენები იყოს 2 ან მეტი ხაზით ერთ კარიბჭეში, მაგრამ სინამდვილეში, 3 შესასვლელი კარიბჭე მხოლოდ ორი 2 შესასვლელი კარიბჭეა, ერთი მეორეს შესანახი.

თქვენ ახლა იცით ყველაფერი, რაც უნდა იცოდეთ კომპიუტერის ასაშენებლად. ყველაზე თანამედროვე კომპიუტერებიც კი იყენებენ ამ სამ ნივთს, თუმცა მათ შეუძლიათ გამოიყენონ მილიონობით მათგანი.

მოდით ავაშენოთ თავსატეხი.

ნაბიჯი 3: ფერმერი, მელა, ბატი და მარცვლეულის თავსატეხი

წიგნში პირველი არის ლოგიკური წრე, რომელიც ქმნის ფერმერის, მელა, ბატი და მარცვლეულის კლასიკურ თავსატეხს. ეს თავსატეხი ასობით წელია არსებობს სხვადასხვა ფორმით. ეს არის ლოგიკის ძირითადი თავსატეხი რამდენიმე წესით. თავსატეხი ასეთია.

ფერმერს ჰყავს მელა, ბატი და მარცვლეული. ის მიდის მდინარესთან, რომელსაც უნდა გადალახოს და იქ არის ნავი, მაგრამ მას შეუძლია დაიჭიროს მხოლოდ ის და სხვა რამ ერთდროულად.

მას არ შეუძლია მელა დატოვოს ბატით, რადგან მელა ჭამს ბატს. ეს არის ის, რასაც მელა აკეთებს, ეს მხოლოდ მათი ბუნებაა.

მას არ შეუძლია ბატი დატოვოს მარცვლეულთან ერთად, რადგან ბატი შეჭამს მას.

როგორ შეუძლია მას სამივეს უსაფრთხოდ გადაღება მდინარის მეორე ნაპირზე?

ამ თავსატეხის შესაქმნელად ჩვენ გვჭირდება რამდენიმე რამ. პირველ რიგში, ოთხი ჩამრთველით, თითო თითოეული ფერმერისთვის, მელა, ბატი და მარცვლეული. ასე განვსაზღვრავთ იმას, რაც ნავზე გადადის.

მეორეც, ჩვენ გვჭირდება თავსატეხი, რომ გავიხსენოთ, სად არის ყველაფერი ნაბიჯი საფეხურზე.

შემდეგ ჩვენ გვჭირდება ღილაკი, რომ ვუთხრათ როდის გადავა ნავი.

დაბოლოს, ჩვენ გვჭირდება გარკვეული ლოგიკა წესების შესასრულებლად.

ნაბიჯი 4: მეხსიერება

ამ თავსატეხის ობიექტების ადგილმდებარეობის დასამახსოვრებლად, ჩვენ გამოვიყენებთ რაიმე უფრო მოწინავეს, ვიდრე რელეები, რომლებიც გამოიყენება თავდაპირველ წრეში. როდესაც ეს წიგნი დაიწერა, არ იყო ტრანზისტორი, მაგრამ მათ ჰქონდათ რელეები. ეს რელეები ისე იყო მიერთებული, რომ როდესაც თქვენ დააჭირეთ ღილაკს, ისინი იხურება და შემდეგ დარჩება დახურული, სანამ არ დააჭერთ ღილაკს მეორე მხარეს.

დღეს ჩვენ გამოვიყენებთ საერთო და იაფ ნაწილს, რომელსაც ეწოდება 4 ბიტიანი ჩამკეტი. "ბიტი" კომპიუტერულ ლოგიკაში ეხება მხოლოდ 1 ან 0. ეს იგივეა, რაც ციფრი. ეს ინტეგრირებული წრე (ან "IC" ან "Chip") შეიცავს 4 ლოგიკურ კომპონენტს, რომლებიც ცნობილია როგორც ფლიპ ფლოპები. ფლიპ ფლოპი არის რამოდენიმე კარიბჭე კონფიგურირებული ისე, რომ როდესაც მას 1 ან 0 შეყვანის სახით მისცემთ, გამოვა 1 ან 0 და შემდეგ დარჩება "ჩარჩენილი". აქედან მოდის სახელი ფლიპ / ფლოპი. ის გადატრიალდება 1 -დან 0 -მდე ან გადავარდება 0 -დან 1 -მდე (ან პირიქით არის?) და შემდეგ დარჩება იქ. ეს ძირითადად იმავეს აკეთებს, რაც ძველ წრეში ოთხი რელე.

თქვენ შეგიძლიათ გააკეთოთ უბრალო ფლიპ ფლოპი მხოლოდ ორი კარიბჭით, მაგრამ ამ ჩამკეტს აქვს დამატებითი ფუნქცია (მოითხოვს კიდევ რამდენიმე კარიბჭეს). იმის ნაცვლად, რომ დაუყოვნებლივ შეიცვალოს გამომავალი ცვლილება შეყვანისას, მას აქვს სხვა შეყვანა, რომელიც ააქტიურებს ან გამორთავს შემოსავალს. ჩვეულებრივ, ის ინვალიდი რჩება. ეს გაძლევთ საშუალებას დააყენოთ ორი ჩამრთველი (ფერმერი და ერთი სხვა) სანამ ის შეეცდება ნავის "გაგზავნას" მეორე მხარეს. ჩვენი წრე უკვე უფრო ჭკვიანია ვიდრე ძველი.

ჩვენ ახლა გვაქვს შესაძლებლობა დავასახელოთ და გავიხსენოთ ჩვენი თავსატეხის ყველა პრინციპის მდებარეობა.

აქ არის ჩვენი წრე აქამდე: 4 ბიტიანი ჩამკეტი

ნაბიჯი 5: წესების ლოგიკა

წესების აღსასრულებლად და პრობლემის არსებობის მითითების მიზნით, ჩვენ გამოვიყენებთ ლოგიკურ ლოგიკურ კარიბჭეს, რათა განვახორციელოთ ის შეზღუდვები, რაც ჩვენ გვჭირდება.

ჩვენ დაგვჭირდება ოთხი ტესტი იმის დასადგენად, არის თუ არა პრობლემა - თუ რომელიმე მათგანი მართალია, აანთეთ გამაფრთხილებელი სიგნალი.

1. თუ მარცვლეული და ბატი არის მდინარის მეორე მხარეს და არა ფერმერი.

2. თუ მელა და ბატი მდინარის მეორე მხარეს არიან და არა ფერმერი.

3. თუ ფერმერი გადაკვეთს მდინარეს და მასთან არ არის მელა და ბატი.

4. თუ ფერმერი გადაკვეთს მდინარეს და მასთან არ არის მარცვლეული და ბატი.

ყურადღება მიაქციეთ იმას, თუ როგორ გამოვთქვი ეს ზუსტად ემთხვევა ლოგიკას, რომელსაც ჩვენ გამოვიყენებთ, და ეს არის კარიბჭე ან ნორმალური ან შემობრუნებული ამონაწერიდან, შემობრუნებული კი მოქმედებს როგორც "არა" ან "არა".

ვინაიდან რომელიმე მათგანი შეიძლება იყოს ჭეშმარიტი, რაც იწვევს პრობლემას, ისინი ყველა შესულია OR კარიბჭეში.

დასრულებული ლოგიკა, მათ შორის 4 ბიტიანი ჩამკეტი, ნაჩვენებია ეკრანის კადრში. ეს არის პროგრამიდან სახელწოდებით ლოგიკა. ეს პროგრამა შესანიშნავია ლოგიკის ნაკადის საჩვენებლად, როდესაც ამუშავებთ კონცენტრატორებს, ლურჯად ხაზს უსვამს კავშირებს '1' მნიშვნელობით. მე დავამატე ფაილი, რომელშიც ლოგიკურად შეგიძლიათ ჩატვირთოთ.

ნაბიჯი 6: რეალური სქემის პროტოტიპი

ახლა ჩვენ შეგვიძლია შევქმნათ რეალური სამუშაო წრე. Tinkercad სქემების გამოყენებით, ჩვენ შეგვიძლია ამის გაკეთება აპარატურის რეალური გარეგნობისა და ფუნქციონირების სიმულაციით.

Tinkercad ააშენა 7475 4 ბიტიანი ჩამკეტი, ასე რომ ნაწილი ადვილია. კარიბჭეებისათვის მე ავირჩიე ორი ჩიპის გამოყენება 4 AND კარიბჭით თითოეული (7408). ოთხი, 3 შესასვლელი AND კარიბჭის შესაქმნელად ჩვენ ვიყენებთ ორ AND კარიბჭეს, რომელთაგან ერთი გამოდის მეორის 1 შეყვანისას. ეს ტოვებს 1 შეყვანას მეორეზე და 2 შეყვანის პირველს, ქმნის 3 შესასვლელ AND კარიბჭეს. OR კარიბჭისთვის, იგივეს ვაკეთებ. ოთხი OR კარიბჭის ჩიპი იყენებს ორ OR კარიბჭეს, რომლის შედეგებიც მესამე OR კარიბჭეში შედის. ერთი კარიბჭე გამოუყენებელი დარჩა.

გაუშვით სიმულაცია Tinkercad სქემებზე