Çiftçi, Tilki, Kaz, Tahıl Yapbozu: 6 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Ben çocukken, babamlara ait olan The Scientific American Book Of The Amatör Bilim Adamı Projeleri adlı bir kitap almıştım. Kitap hala bende ve anladığım kadarıyla bu günlerde zor bir kitap. Ama artık internetten okuyabilirsiniz. Bu kitap beni pek çok şeyle tanıştırdı ama ilgimi çeken bölüm Matematiksel Makineler bölümüydü. Beni nihai yazılım geliştirme kariyerimde başlatan şey çok iyi olabilir.

Bu bölümde, modern entegre devrelerden ve hatta transistörlerden (röleler kullanarak) önce gelen zamanın devrelerini kullanan bulmaca çözen makinelerin tanımları yer almaktadır. Ancak aynı kavramlardan bazıları oradaydı, esasen modern bilgisayarların bugün hala kullandığı aynı şey olan mantık cihazları.

Bu günlerde, tüm bilgisayar sistemlerini birkaç dolara kolayca ve ucuza alabilir ve sadece bulmacanızı veya oyununuzu programlayabilirsiniz. Ancak, bulmacanız için özelleştirilmiş donanım oluşturmak için bilgisayarların oluşturulduğu mantık kapılarını kullanarak daha düşük bir düzeyde de pek çok şey yapabilirsiniz. Bu pratik veya ideal olmasa da, bilgisayarların gerçekte nasıl çalıştığını öğrenmenize izin verir. Aynı zamanda eğlenceli.

Adım 1: Gerekli Malzemeler

Bunu tamamen Tinkercad Devrelerinde kurabilir ve bulmacanın gerçek işleyişini simüle edebilirsiniz.

Fiziksel olarak inşa etmek istiyorsanız, ihtiyacınız olacak:

4 geçiş veya kaydırma anahtarı.

1 basma düğmesi (anlık)

2 küçük ekmek tahtası.

9 LED'ler.

9 1K direnç.

1 7475 dörtlü mandal çipi

2 7408 dörtlü VE kapıları

1 7432 dörtlü VEYA kapısı

3 AA veya AAA hücre tutan 1 pil takımı.

atlama telleri seti.

74xx serisi yongalar için bunların herhangi bir varyasyonunu kullanabilirsiniz. IE, 74xx sürümleri orijinal TTL'dir, ancak 74LSxx sürümlerini (düşük güç kullanımı) veya 74HCxx (hatta daha düşük güçlü cmos sürümleri) vb. de kullanabilirsiniz. 74xx ve 74LSxx sürümlerinin kullanımının kolay olduğunu unutmayın, ancak diğer tüm varyasyonlar hassas statik elektriktir.

Adım 2: Boole Mantığı

Boole mantığı kulağa korkutucu gelebilir ama aslında oldukça basittir. Boolean, yalnızca 1'ler ve 0'lar veya Doğru ve Yanlış ile uğraştığınız anlamına gelir. Veya elektronikte, + ve -. Bunun mantık kısmı sadece "eğer öyleyse o zaman" çokça kaynar. En temel mantık işlemleri basitçe şu üç şeydir: VE, VEYA ve DEĞİL. Bunlara kapılar denir, çünkü bunlar esasen bir devre boyunca elektrik akışına gerçek kapılar gibi davranırlar.

AND kapısı aşağıdaki gibi çalışır. İki girişi ve bir çıkışı vardır. İki giriş 1 veya 0 olabilir ve çıkış 1 veya 0 olabilir. AND geçidi için her iki giriş de 1 ise çıkış 1'dir. Aksi takdirde 0 verir.

VEYA kapısı için ayrıca iki giriş ve bir çıkış vardır. Girişlerden biri veya diğeri 1 ise, çıkış 1'dir.

Son kapı NOT kapısıdır ve sadece bir girişi ve bir çıkışı vardır. Giriş 1 ise çıkış 0'dır. Giriş 0 ise 1 verir.

VEYA ve VE kapılarının ayrıca 2'den fazla girişi olabilir. Basitleştirmek için, bir kapıya giden 2 veya daha fazla satırla gösterilebilirler, ancak gerçekte, 3 giriş kapısı, biri diğerini besleyen sadece iki 2 giriş kapısıdır.

Artık bir bilgisayar oluşturmak için bilmeniz gereken her şeyi biliyorsunuz. Milyonlarcasını kullanabilmelerine rağmen, en modern bilgisayarlar bile bu üç şeyi kullanır.

Öyleyse bir bulmaca oluşturalım.

3. Adım: Çiftçi, Tilki, Kaz ve Tahıl Yapbozu

Kitaptaki ilk şey, Çiftçi, Tilki, Kaz ve Tahıl'ın klasik bulmacasını yaratan bir mantık devresidir. Bu bulmaca yüzlerce yıldır farklı biçimlerde olmuştur. Sadece birkaç kuralı olan basit bir mantık bulmacası. Bulmaca aşağıdaki gibidir.

Bir çiftçinin bir tilkisi, bir kazı ve biraz tahılı vardır. Geçmesi gereken bir nehre gelir ve bir tekne vardır, ancak onu ve aynı anda yalnızca bir şeyi tutabilir.

Tilkiyi kazla bırakamaz çünkü tilki kazı yiyecektir. Tilkilerin yaptığı budur, bu onların doğasıdır.

Kazı tahılla bırakamaz çünkü kaz onu yiyecektir.

Üçünü de güvenli bir şekilde nehrin diğer tarafına nasıl geçirebilir?

Bu bulmacayı oluşturmak için birkaç şeye ihtiyacımız var. İlk olarak, çiftçi, tilki, kaz ve tahılın her biri için birer tane olmak üzere dört anahtarla başlayın. Hangisinin tekneye gideceğini bu şekilde belirleyeceğiz.

İkincisi, her şeyin adım adım nerede olduğunu hatırlamak için bulmacaya ihtiyacımız var.

O zaman tekneyi ne zaman hareket ettireceğini söylemek için bir düğmeye ihtiyacımız var.

Son olarak, kuralları uygulamak için biraz mantığa ihtiyacımız var.

4. Adım: Bellek

Bu bulmacadaki nesnelerin yerlerini hatırlamak için orijinal devrede kullanılan rölelerden daha gelişmiş bir şey kullanacağız. Bu kitap yazıldığında transistörler yoktu ama röleleri vardı. Bu röleler, bir düğmeye bastığınızda kapanacak ve diğer taraftaki düğmeye basana kadar kapalı kalacak şekilde kablolanmıştır.

Bugün 4 bit mandal adı verilen yaygın ve ucuz bir parça kullanacağız. Bilgisayar mantığındaki bir 'bit' sadece tek bir 1 veya 0'a atıfta bulunur. Rakamla aynı şeydir. Bu Entegre Devre (veya "IC" veya "Yonga"), flip flop olarak bilinen 4 mantık bileşeni içerir. Bir flip flop, giriş olarak 1 veya 0 verdiğinizde, 1 veya 0 çıkışı verecek ve ardından 'sıkışmış' kalacak şekilde yapılandırılmış birkaç kapıdır. Bu nedenle flip / flop adı. 1'den 0'a dönecek veya 0'dan 1'e düşecek (ya da tam tersi mi?) ve sonra orada kalacak. Bu temelde eski devredeki dört röle ile aynı şeyi yapar.

Sadece iki kapı ile basit bir flip flop yapabilirsiniz, ancak bu mandaldakilerin ekstra bir özelliği vardır (birkaç kapı daha gerektirir). Girişin değişmesiyle çıkışın hemen değişmesi yerine, girişleri etkinleştiren veya devre dışı bırakan başka bir girişe sahiptir. Normalde devre dışı kalır. Bu, tekneyi diğer tarafa 'göndermeye' çalışmadan önce iki düğmeyi (çiftçi ve biri diğer) ayarlamanızı sağlar. Devremiz zaten eskisinden daha akıllı.

Artık bulmacamızdaki tüm ilkelerin yerlerini belirleme ve hatırlama yeteneğine sahibiz.

Buraya kadar devremiz: 4 bit mandal

Adım 5: Kural Mantığı

Kuralları uygulamak ve bir sorun olduğunda belirtmek için, ihtiyacımız olan kısıtlamaları uygulamak için bazı boolean mantık kapıları kullanacağız.

Bir sorun olup olmadığını belirlemek için dört teste ihtiyacımız olacak - bunlardan herhangi biri doğruysa uyarı sinyalini yakın.

1. Tahıl ve kaz nehrin diğer tarafındaysa ve çiftçi değilse.

2. Tilki ve kaz nehrin diğer tarafındaysa, çiftçi değil.

3. Çiftçi nehri geçerse ve yanında tilki ve kaz yoksa.

4. Çiftçi nehri geçerse ve yanında tahıl ve kaz yoksa.

Bunu, kullanacağımız mantıkla tam olarak eşleştirmek için nasıl ifade ettiğime dikkat edin, bunlar mandaldan normal veya ters çevrilmiş çıktılara sahip AND kapılarıdır, ters çevrilmiş olanlar "hayır" veya "DEĞİL" gibi davranır.

Bunlardan herhangi biri doğru olabileceğinden ve bir soruna neden olabileceğinden, hepsi bir VEYA geçidine beslenir.

4 bit mandal dahil tamamlanmış mantık, ekran görüntüsünde gösterilmektedir. Bu mantıksal olarak adlandırılan bir programdan. Bu program, '1' değerinde bağlantıları mavi renkle vurgulayarak, anahtarları değiştirirken mantığın akışını göstermek için mükemmeldir. Mantıksal olarak yükleyebileceğiniz dosyayı ekledim.

Adım 6: Gerçek Bir Devrenin Prototipini Yapın

Artık gerçek bir çalışan devre oluşturabiliriz. Tinkercad devrelerini kullanarak, bunu donanımın gerçek görünümünün ve işlevselliğinin simülasyonu ile yapabiliriz.

Tinkercad, 7475 4 bitlik bir mandala sahiptir, bu yüzden bu kısım kolaydır. Kapılar için, her biri 4 AND kapısı olan iki çip kullanmayı seçtim (7408). Dört, 3 giriş VE kapısı oluşturmak için, birinin çıkışı diğerinin 1 girişine giden iki AND kapısı kullanırız. Bu, ikinci girişte 1 giriş ve birinci girişte 2 giriş bırakarak 3 giriş VE kapısı oluşturur. OR kapısı için de aynı şeyi yapıyorum. Dört VEYA geçidi yongası, çıkışları üçüncü bir VEYA geçidine giden iki VEYA geçidi kullanır. Bir kapı kullanılmayan bırakılır.

Simülasyonu Tinkercad devrelerinde çalıştırın