Ֆերմեր, Աղվես, Սագ, Հացահատիկ Փազլ. 6 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:49

Երբ ես երեխա էի, վերցրեցի մի գիրք, որը իմ հայրերն էին, որը կոչվում էր The Scientific American Book Of Projects For the Amateur Scientist. Ես դեռ գիրքը ունեմ, և ես հասկանում եմ, որ դժվար գիրք է այս օրերին: Բայց հիմա կարող եք այն առցանց կարդալ: Այս գիրքը ինձ շատ բաների ծանոթացրեց, բայց այն գլուխը, որն ինձ հետաքրքրեց, այն մաթեմատիկական մեքենաներինն էր: Հնարավոր է, դա այն է, ինչն ինձ դրդեց ծրագրային ապահովման զարգացման իմ կարիերայի վերջում:

Այս գլխում նկարագրվում են հանելուկներ լուծող մեքենաների նկարագրությունները ժամանակի սխեմաների միջոցով … որոնք նախորդում էին ժամանակակից ինտեգրալ սխեմաներին կամ նույնիսկ տրանզիստորներին (ռելեներ օգտագործելով): Բայց որոշ նույն հասկացությունները կային, այն տրամաբանական սարքերի մասին, որոնք էապես նույնն են, ինչ ժամանակակից համակարգիչներն օգտագործում են նաև այսօր:

Այս օրերին դուք կարող եք հեշտությամբ և էժան ձեռք բերել ամբողջ համակարգչային համակարգերը մի քանի դոլարով և պարզապես ծրագրավորել ձեր գլուխկոտրուկը կամ խաղը: Բայց դուք կարող եք նաև շատ բաներ անել ավելի ցածր մակարդակով ՝ օգտագործելով տրամաբանական դարպասները, որոնցից կառուցված են համակարգիչները, ձեր հանելուկի համար հարմարեցված սարքավորում ստեղծելու համար: Չնայած սա գուցե գործնական կամ իդեալական չէ, այն թույլ է տալիս սովորել, թե ինչպես են իրականում աշխատում համակարգիչները: Դա նաև մի տեսակ զվարճալի է:

Քայլ 1: Պահանջվող նյութեր

Դուք կարող եք այն ամբողջությամբ կառուցել Tinkercad Circuits- ում և նմանակել հանելուկի իրական աշխատանքը:

Եթե ցանկանում եք կառուցել այն ֆիզիկապես, ահա այն, ինչ ձեզ հարկավոր կլինի.

4 միացման կամ սահեցման անջատիչ:

1 կոճակ (վայրկենական)

2 փոքր տախտակ:

9 LED:

9 1K ռեզիստորներ:

1 7475 չորս սողնակով չիպ

2 7408 քառ ԵՎ դարպասներ

1 7432 չորս կամ դարպաս

1 մարտկոցի տուփ, որը պահում է 3 AA կամ AAA բջիջ:

jumper լարերի հավաքածու:

74xx շարքի չիպերի համար կարող եք օգտագործել դրանց ցանկացած տատանում: Այսինքն, 74xx տարբերակները բնօրինակ TTL են, բայց կարող եք նաև օգտագործել 74LSxx տարբերակները (ավելի ցածր էներգիայի օգտագործում), կամ 74HCxx- ը (նույնիսկ ավելի ցածր էներգիայի cmos տարբերակները) և այլն: Պարզապես հիշեք, որ 74xx և 74LSxx տարբերակները հեշտ է մշակել, բայց մնացած բոլոր տատանումները զգայուն ստատիկ էլեկտրականություն են:

Քայլ 2: Բուլյան տրամաբանություն

Բուլյան տրամաբանությունը կարող է սարսափելի թվալ, բայց իրականում բավականին պարզ է: Բուլյան պարզապես նշանակում է, որ դու գործ ունես միայն 1 -երի և 0 -երի հետ, կամ Trueշմարիտ և Սխալ: Կամ էլեկտրոնիկայի մեջ, + և -. Դրա տրամաբանական մասը պարզապես ընկնում է շատ «եթե սա ուրեմն այն»: Ամենատարրական տրամաբանական գործողությունները պարզապես այս երեք բաներն են ՝ ԵՎ, ԿԱՄ և ՈՉ: Դրանք կոչվում են դարպասներ, քանի որ դրանք ըստ էության գործում են որպես ուղիղ դարպասներ մի հոսանքի միջոցով հոսանքի հոսքի համար:

AND դարպասը գործում է հետևյալ կերպ. Այն ունի երկու մուտք և մեկ ելք: Երկու մուտքերը կարող են լինել 1 կամ 0, իսկ ելքը ՝ 1 կամ 0. AND դարպասի դեպքում, եթե երկուսն էլ մուտքերը 1 են, ապա ելքը 1. Հակառակ դեպքում, այն թողարկում է 0:

OR դարպասի համար այն ունի նաև երկու մուտք և մեկ ելք: Եթե այս կամ այն մուտքը 1 է, ապա ելքը 1 է:

Վերջնական դարպասը NOT դարպասն է, և այն ունի միայն մեկ մուտք և մեկ ելք: Եթե մուտքը 1 է, ապա ելքը 0. Եթե մուտքը 0 է, այն դուրս է բերում 1:

OR և AND դարպասները կարող են ունենալ նաև ավելի քան 2 մուտք: Պարզեցման համար դրանք կարող են ցուցադրվել մեկ դարպասի մեջ մտնող 2 կամ ավելի տողերով, բայց իրականում 3 մուտքի դարպասը ընդամենը երկու 2 մուտքային դարպաս է, որոնցից մեկը մյուսին է մտնում:

Այժմ դուք գիտեք այն ամենը, ինչ ձեզ հարկավոր է իմանալ համակարգիչ կառուցելու համար: Նույնիսկ ամենաժամանակակից համակարգիչներն օգտագործում են այս երեք բաները, չնայած նրանք կարող են օգտագործել դրանցից միլիոնավոր բաներ:

Այսպիսով, եկեք կառուցենք հանելուկ:

Քայլ 3. Ֆերմեր, Աղվես, Սագ և Հացահատիկ Փազլ

Գրքում առաջինը տրամաբանական սխեման է `ստեղծելու Ֆերմերի, Աղվեսի, Սագի և Հացահատիկի դասական գլուխկոտրուկը: Այս հանելուկը գոյություն ունի հարյուրավոր տարիներ տարբեր ձևերով: Դա տրամաբանության հիմնական գլուխկոտրուկն է ՝ ընդամենը մի քանի կանոններով: Փազլը հետեւյալն է.

Հողագործն ունի աղվես, սագ և մի քիչ հացահատիկ: Նա գալիս է մի գետի մոտ, որը նա պետք է անցնի, և կա մի նավակ, բայց այն կարող է միաժամանակ պահել միայն իրեն և մեկ այլ բանի:

Նա չի կարող աղվեսին սագի հետ թողնել, քանի որ աղվեսը սագը կուտի: Ահա թե ինչ են անում աղվեսները, դա պարզապես նրանց բնույթն է:

Նա չի կարող սագին թողնել հացահատիկի հետ, քանի որ սագը կուտի այն:

Ինչպե՞ս կարող է նա ապահով կերպով երեքին հասցնել գետի մյուս ափը:

Այս հանելուկ ստեղծելու համար մեզ պետք է մի քանի բան: Նախ ՝ չորս անջատիչով, մեկը ՝ յուրաքանչյուր ֆերմերի, աղվեսի, սագի և հացահատիկի համար: Այսպես մենք կսահմանենք, որը նավ է մտնում:

Երկրորդ, մեզ պետք է հանելուկը `հիշելու, թե որտեղ է ամեն ինչ քայլ առ քայլ:

Հետո մեզ պետք է կոճակ, որը կասի, թե երբ տեղափոխել նավակը:

Ի վերջո, մեզ որոշակի տրամաբանություն է պետք կանոնները կիրառելու համար:

Քայլ 4: Հիշողություն

Այս հանելուկի օբյեկտների տեղերը հիշելու համար մենք կօգտագործենք ավելի առաջադեմ բան, քան ռելեները, որոնք օգտագործվում էին սկզբնական շղթայում: Երբ գրվեց այս գիրքը, տրանզիստորներ չկային, բայց դրանք ռելեներ ունեին: Այս ռելեներ միացված էին այնպես, որ կոճակը սեղմելիս դրանք փակվում էին, այնուհետև փակ մնում, մինչև որ մյուս կոճակը սեղմած լինեիր:

Այսօր մենք կօգտագործենք սովորական և էժան մաս, որը կոչվում է 4 բիթանոց սողնակ: Համակարգչային տրամաբանության «բիթը» պարզապես վերաբերում է մեկ 1 -ին կամ 0 -ին: Դա նույնն է, ինչ թվանշանը: Այս ինտեգրալ սխեման (կամ «IC» կամ «Chip») պարունակում է 4 տրամաբանական բաղադրիչ, որոնք հայտնի են որպես մատնաթափիկներ: Flip -flop- ը ընդամենը մի քանի դարպաս է այնպես կազմաձևված, որ երբ դրան մուտքագրեք 1 կամ 0, այն դուրս կբերի 1 կամ 0, այնուհետև կմնա «խրված»: Այստեղից էլ անունը մատով կամ տապալում: Այն կշրջվի 1 -ից 0 -ից կամ կնվազի 0 -ից 1 -ին (թե՞ հակառակը) և այնուհետև կմնա այնտեղ: Սա հիմնականում նույնն է անում, ինչ հին միացման չորս ռելեներ:

Դուք կարող եք մի պարզ մատով պատրաստել միայն երկու դարպասով, սակայն այս սողնակում գտնվողներն ունեն լրացուցիչ գործառույթ (պահանջում է ևս մի քանի դարպաս): Մուտքի փոփոխման հետ ելքի փոփոխության փոխարեն այն ունի մեկ այլ մուտք, որը միացնում կամ անջատում է մուտքերը: Սովորաբար, այն մնում է հաշմանդամ: Սա թույլ է տալիս անջատիչներից երկուսը տեղադրել (ֆերմերը և մեկը) նախքան նավը մյուս կողմը «ուղարկելը»: Մեր միացումն արդեն ավելի խելացի է, քան հինը:

Մենք այժմ ունակ ենք սահմանելու և հիշելու մեր հանելուկի բոլոր սկզբունքների տեղերը:

Ահա մեր միացումը մինչ այժմ ՝ 4 բիթանոց սողնակ

Քայլ 5: Կանոնների տրամաբանություն

Կանոնները կիրառելու և խնդրի առկայության դեպքում նշելու համար մենք կօգտագործենք որոշ տրամաբանական դարպասներ ՝ մեզ անհրաժեշտ սահմանափակումներն իրականացնելու համար:

Մեզ անհրաժեշտ կլինի չորս թեստ ՝ որոշելու համար, թե արդյոք կա խնդիր, եթե դրանցից որևէ մեկը ճշմարիտ է, ապա միացրեք նախազգուշական ազդանշանը:

1. Եթե հացահատիկը եւ սագը գետի մյուս կողմում են եւ ոչ թե հողագործը:

2. Եթե աղվեսը և սագը գտնվում են գետի մյուս կողմում, և ոչ թե հողագործը:

3. Եթե ֆերմերը անցնում է գետը, և նրա հետ ոչ մի աղվես և ոչ մի սագ չեն լինում:

4. Եթե հողագործը հատում է գետը, և նրա հետ ոչ հացահատիկ կա, ոչ սագ:

Նկատի ունեցեք այն ձևը, որով ես ձևակերպել եմ, որպեսզի ճիշտ համապատասխանի այն տրամաբանությանը, որը մենք կօգտագործենք, որոնք են AND դարպասները `սողանից սովորական կամ շրջված ելքերով, իսկ շրջվածները գործում են որպես« ոչ »կամ« ՉԻ »:

Քանի որ դրանցից որևէ մեկը կարող է ճշմարիտ լինել ՝ առաջացնելով խնդիր, նրանք բոլորը սնվում են OR դարպասով:

Ավարտված տրամաբանությունը, ներառյալ 4 բիթանոց սողնակը, ցուցադրվում է էկրանի նկարում: Սա տրամաբանություն կոչվող ծրագրից է: Այս ծրագիրը հիանալի է տրամաբանության հոսքը ցույց տալու համար, երբ դուք շահարկում եք անջատիչները ՝ կապույտ գույնով ընդգծելով «1» արժեք ունեցող կապերը: Ես կցել եմ այն ֆայլը, որը կարող եք տրամաբանորեն բեռնել:

Քայլ 6. Իրական շղթայի նախատիպը

Այժմ մենք կարող ենք ստեղծել իրական աշխատանքային միացում: Օգտագործելով Tinkercad- ի սխեմաները, մենք կարող ենք դա անել սարքավորման իրական տեսքի և ֆունկցիոնալության մոդելավորումով:

Tinkercad- ը կառուցել է 7475 4 բիթանոց սողնակ, այնպես որ այդ հատվածը հեշտ է: Դարպասների համար ես ընտրել եմ օգտագործել երկու չիպ `4 AND դարպասներով (7408): Չորս, երեք մուտքային AND դարպասներ ստեղծելու համար մենք օգտագործում ենք երկու AND դարպասներ, որոնցից մեկի ելքը մտնում է մյուսի 1 մուտքի մեջ: Սա թողնում է 1 մուտք երկրորդի վրա, և 2 մուտք ՝ առաջինի վրա ՝ ստեղծելով 3 մուտքի AND դարպաս: OR դարպասի համար ես նույնն եմ անում: Չորս OR դարպասի չիպը օգտագործում է երկու OR դարպասներ, որոնց ելքերը մտնում են երրորդ OR դարպասի մեջ: Մեկ դարպաս մնում է չօգտագործված:

Գործարկեք մոդելավորումը Tinkercad սխեմաների վրա