Mkulima, Mbweha, Goose, Nafaka ya Nafaka: 6 Hatua

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:53

Nilipokuwa mtoto, nilichukua kitabu ambacho kilikuwa baba zangu, kiitwacho The Scientific American Book Of Projects For The Amateur Scientist. Bado nina kitabu hicho, na ufahamu wangu ni kwamba ni kitabu ngumu kuja siku hizi. Lakini unaweza kuisoma mkondoni sasa. Kitabu hiki kilinitambulisha kwa mambo mengi lakini sura ambayo ilinivutia ni ile ya Mashine za Hisabati. Inaweza kuwa ndio kitu ambacho kiliniweka mbali na kazi yangu ya maendeleo ya programu.

Katika sura hii kuna maelezo ya mashine za utatuzi wa fumbo kutumia mizunguko ya wakati huo … ambayo ilitangulia mizunguko ya kisasa iliyojumuishwa au hata transistors (kwa kutumia relays). Lakini dhana zingine zile zile zilikuwepo, ile ya vifaa vya mantiki ambavyo ni sawa na zile ambazo kompyuta za kisasa bado zinatumia leo.

Siku hizi, unaweza kupata kwa urahisi na kwa bei rahisi mifumo yote ya kompyuta kwa dola chache, na upange tu fumbo au mchezo wako. Lakini unaweza pia kufanya vitu vingi kwa kiwango cha chini, ukitumia milango ya mantiki ambayo kompyuta zimejengwa kutoka, kuunda vifaa vilivyoboreshwa vya fumbo lako. Ingawa hii inaweza kuwa ya vitendo au bora, inakuwezesha kujifunza jinsi kompyuta zinavyofanya kazi. Pia ni aina ya kujifurahisha.

Hatua ya 1: Vifaa vinahitajika

Unaweza kujenga hii kabisa katika Mizunguko ya Tinkercad, na uiga utendaji halisi wa fumbo.

Ikiwa unataka kuijenga kimwili, hii ndio utahitaji:

4 kubadili au kubadili swichi.

Kitufe 1 cha kushinikiza (kitambo)

2 bodi ndogo za mkate.

9 ya LED.

Vipinga 9 1K.

1 7475 latch chip

2 7408 quad na milango

1 7432 quad AU lango

Kifurushi 1 cha betri kilicho na seli 3 za AA au AAA.

seti ya waya za kuruka.

Kwa vidonge vya mfululizo wa 74xx, unaweza kutumia tofauti yoyote ya hizi. IE, matoleo ya 74xx ni TTL asili, lakini pia unaweza kutumia matoleo ya 74LSxx (matumizi ya chini ya nguvu), au 74HCxx (hata matoleo ya chini ya cmos) nk kumbuka tu kwamba matoleo ya 74xx na 74LSxx ni rahisi kushughulikia, lakini tofauti zingine zote ni umeme nyeti tuli.

Hatua ya 2: Mantiki ya Boolean

Mantiki ya Boolean inaweza kusikika lakini ni rahisi sana. Boolean inamaanisha tu kuwa unashughulika na 1s na 0s tu, au True and False. Au kwa umeme, + na -. Sehemu ya mantiki yake huchemka tu kwa mengi "ikiwa hii basi hiyo". Shughuli za kimantiki za kimsingi ni vitu hivi vitatu tu: NA, AU na SIYO. Hizi huitwa milango, kwa sababu kimsingi hufanya kama milango halisi ya mtiririko wa umeme kupitia mzunguko.

LANGO linafanya kazi kama ifuatavyo. Inayo pembejeo mbili, na pato moja. Pembejeo mbili zinaweza kuwa 1 au 0, na pato ni 1 au 0. Kwa mlango wa NA, ikiwa pembejeo zote ni 1, basi pato ni 1. Vinginevyo, hutoa 0.

Kwa lango la AU, pia ina pembejeo mbili na pato moja. Ikiwa pembejeo moja au nyingine ni 1, basi pato ni 1.

Lango la mwisho sio lango, na ina pembejeo moja na pato moja. Ikiwa pembejeo ni 1, basi pato ni 0. Ikiwa pembejeo ni 0, hutoa 1.

AU na NA milango pia inaweza kuwa na pembejeo zaidi ya 2. Kwa kurahisisha, zinaweza kuonyeshwa na mistari 2 au zaidi inayoingia kwenye lango moja, lakini kwa kweli, lango la kuingiza 3 ni milango miwili tu ya kuingiza na kulisha moja hadi nyingine.

Sasa unajua kila kitu unachohitaji kujua ili kujenga kompyuta. Hata kompyuta za kisasa zaidi hutumia vitu hivi vitatu, ingawa zinaweza kutumia mamilioni yao.

Basi wacha tujenge fumbo.

Hatua ya 3: Mkulima, Mbweha, Goose na Nafaka ya Puzzle

Jambo la kwanza katika kitabu ni mzunguko wa mantiki kuunda kitendawili cha Mkulima, Mbweha, Goose na Nafaka. Fumbo hili limekuwepo kwa mamia ya miaka katika aina tofauti. Puzzles yake ya kimsingi ya mantiki na sheria chache tu. Fumbo ni kama ifuatavyo.

Mkulima ana mbweha, goose, na nafaka. Anakuja kwenye mto lazima avuke, na kuna mashua, lakini inaweza kumshikilia yeye na jambo lingine kwa wakati mmoja.

Hawezi kumwacha mbweha na goose, kwa sababu mbweha atakula goose. Hiyo ndio mbweha hufanya, ni maumbile yao tu.

Hawezi kumwacha Goose na nafaka, kwa sababu Goose atakula.

Anawezaje kuvuka wote watatu hadi ng’ambo ya mto salama?

Ili kuunda fumbo hili tunahitaji vitu vichache. Kwanza, kwa kuanza na swichi nne, moja kwa kila mkulima, mbweha, goose na nafaka. Hivi ndivyo tutakavyoweka ambayo huenda kwenye mashua.

Pili, tunahitaji fumbo kukumbuka ambapo kila kitu ni kutoka hatua kwa hatua.

Kisha tunahitaji kitufe cha kukiambia wakati wa kusogeza mashua.

Mwishowe, tunahitaji mantiki fulani kutekeleza sheria.

Hatua ya 4: Kumbukumbu

Kukumbuka maeneo ya vitu kwenye fumbo hili, tutatumia kitu cha hali ya juu zaidi kuliko zile zinazotumiwa kwenye mzunguko wa asili. Nyuma wakati kitabu hiki kiliandikwa, hakukuwa na transistors, lakini walikuwa na relays. Relay hizi zilikuwa na waya kama kwamba wakati unasukuma kitufe, zingefungwa na kisha kukaa imefungwa hadi ukisukuma kitufe upande wa pili.

Leo tutatumia sehemu ya kawaida na ya bei rahisi inayoitwa latch 4 kidogo. 'Kidogo' katika mantiki ya kompyuta inahusu 1 moja au 0. Ni kitu sawa na nambari. Mzunguko huu Jumuishi (au "IC" au "Chip") ina vitu 4 vya mantiki vinavyojulikana kama flip flops. Flip flop ni milango michache tu iliyosanidiwa ili unapoipa 1 au 0 kama pembejeo, itatoa 1 au 0 na kisha kukaa 'kukwama'. Kwa hivyo jina flip / flop. Itabadilika kutoka 1 hadi 0 au kuruka kutoka 0 hadi 1 (au ni njia nyingine kote?) Na kisha ukae hapo. Hii kimsingi hufanya kitu sawa na relays nne kwenye mzunguko wa zamani.

Unaweza kutengeneza flip rahisi na milango miwili tu, lakini zile zilizo kwenye latch hii zina huduma ya ziada (inayohitaji malango machache zaidi). Badala ya kuwa na mabadiliko ya pato mara moja na ubadilishaji wa pembejeo, ina pembejeo nyingine inayowezesha au kulemaza pembejeo. Kawaida, inakaa mlemavu. Hii hukuruhusu kuweka swichi mbili (mkulima na mwingine) kabla ya kujaribu 'kupeleka' mashua upande wa pili. Mzunguko wetu tayari ni nadhifu kuliko ule wa zamani.

Sasa tuna uwezo wa kuweka na kukumbuka maeneo ya kanuni zote kwenye fumbo letu.

Hapa kuna mzunguko wetu hadi sasa: 4 bit latch

Hatua ya 5: Kanuni za Sheria

Ili kutekeleza sheria na kuonyesha wakati kuna shida, tutatumia milango ya mantiki ya boolean kutekeleza vizuizi tunavyohitaji.

Tutahitaji vipimo vinne ili kubaini ikiwa kuna shida - ikiwa moja wapo ya haya ni kweli, kisha weka ishara ya onyo.

1. Ikiwa nafaka na goose wako upande wa pili wa mto na sio mkulima.

2. Ikiwa mbweha na goose wako upande wa pili wa mto na sio mkulima.

3. Ikiwa mkulima anavuka mto na hakuna mbweha na hana goose yuko naye.

4. Ikiwa mkulima atavuka mto na hakuna nafaka na hakuna goose aliye pamoja naye.

Kumbuka njia ambayo nimetaja hii ili kufanana na mantiki tutakayotumia, ambayo ni NA milango na matokeo ya kawaida au yaliyopinduliwa kutoka kwa latch, zile zilizobadilishwa zinafanya kama "hapana" au "SIYO".

Kwa kuwa yoyote kati yao inaweza kuwa ya kweli, na kusababisha shida, wote hula ndani ya lango la AU.

Mantiki iliyokamilishwa, pamoja na latch 4, imeonyeshwa kwenye picha ya skrini. Hii ni kutoka kwa programu inayoitwa mantiki. Programu hii ni bora kwa kuonyesha mtiririko wa mantiki unapotumia swichi, ikiangazia kwa rangi ya samawi unganisho na thamani ya '1'. Nimeambatanisha faili unayoweza kupakia kwa mantiki.

Hatua ya 6: Tengeneza Mzunguko wa Kweli

Sasa tunaweza kuunda mzunguko halisi wa kufanya kazi. Kutumia mizunguko ya Tinkercad, tunaweza kufanya hivyo na masimulizi ya muonekano halisi na utendaji wa vifaa.

Tinkercad imejenga katika latch ya 7475 4, ili sehemu hiyo iwe rahisi. Kwa milango, nimechagua kutumia chips mbili na 4 NA milango kila (7408). Kuunda pembejeo nne, 3 na milango tunatumia milango miwili NA milango na pato la moja kwenda pembejeo 1 ya nyingine. Hii inaacha pembejeo 1 kwa pili, na pembejeo 2 kwa kwanza, na kuunda ingizo 3 NA lango. Kwa lango la AU, mimi hufanya kitu kimoja. Chip nne ya lango AU hutumia milango miwili AU na matokeo kuingia kwenye lango la tatu AU. Lango moja limeachwa bila kutumiwa.

Endesha masimulizi kwenye nyaya za Tinkercad