Teka-teki petani, rubah, angsa, butir: 6 langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Semasa saya kecil, saya mengambil sebuah buku yang merupakan bapa saya, yang dipanggil The Scientific American Book Of Projects For The Amateur Scientist. Saya masih mempunyai buku itu, dan pemahaman saya adalah bahawa ia adalah buku yang sukar untuk dicapai pada masa ini. Tetapi anda boleh membacanya dalam talian sekarang. Buku ini berfungsi untuk memperkenalkan saya kepada banyak perkara tetapi bab yang menarik minat saya adalah buku mengenai Mesin Matematik. Ini mungkin merupakan perkara yang membuat saya memulakan kerjaya saya dalam pembangunan perisian.

Dalam bab ini adalah keterangan mengenai mesin penyelesaian teka-teki yang menggunakan litar pada masa itu … yang mendahului litar bersepadu moden atau bahkan transistor (menggunakan relay). Tetapi beberapa konsep yang sama ada, iaitu peranti logik yang pada dasarnya sama dengan yang digunakan oleh komputer moden hari ini.

Hari-hari ini, anda dapat dengan mudah dan murah mendapatkan keseluruhan sistem komputer dengan harga beberapa dolar, dan hanya memprogramkan teka-teki atau permainan anda. Tetapi anda juga boleh melakukan banyak perkara di tingkat yang lebih rendah, menggunakan pintu logik dari mana komputer dibina, untuk membuat perkakasan yang disesuaikan untuk teka-teki anda. Walaupun ini mungkin tidak praktikal atau ideal, ia membolehkan anda belajar bagaimana komputer benar-benar berfungsi. Ia juga menyeronokkan.

Langkah 1: Bahan yang Diperlukan

Anda boleh membuatnya sepenuhnya di Tinkercad Circuits, dan mensimulasikan fungsi sebenar teka-teki.

Sekiranya anda ingin membinanya secara fizikal, inilah yang anda perlukan:

4 suis togol atau slaid.

1 butang tekan (sekejap)

2 papan roti kecil.

9 LED.

9 perintang 1K.

1 7475 cip selak kuad

2 7408 pintu pagar quad DAN

1 7432 pintu quad ATAU

1 pek bateri yang memegang 3 sel AA atau AAA.

set wayar pelompat.

Untuk cip siri 74xx, anda boleh menggunakan variasi ini. IE, versi 74xx adalah TTL asli, tetapi anda juga boleh menggunakan versi 74LSxx (penggunaan kuasa lebih rendah), atau 74HCxx (versi cmos kuasa lebih rendah) dll. Ingatlah bahawa versi 74xx dan 74LSxx mudah dikendalikan, tetapi semua variasi lain adalah elektrik statik sensitif.

Langkah 2: Logik Boolean

Logik Boolean mungkin terdengar menakutkan tetapi sebenarnya agak sederhana. Boolean bermaksud anda hanya berurusan dengan 1s dan 0s, atau Betul dan Salah. Atau dalam elektronik, + dan -. Bahagian logiknya hanya menjadi "jika ini kemudian". Operasi logik yang paling asas hanyalah tiga perkara berikut: DAN, ATAU dan TIDAK. Ini disebut gerbang, kerana pada dasarnya bertindak sebagai gerbang literal untuk aliran elektrik melalui litar.

Pintu AND berfungsi seperti berikut. Ia mempunyai dua input, dan satu output. Kedua input boleh berupa 1 atau 0, dan outputnya adalah 1 atau 0. Untuk gerbang AND, jika kedua-dua input adalah 1, maka outputnya adalah 1. Jika tidak, ia menghasilkan 0.

Untuk gerbang OR, ia juga mempunyai dua input dan satu output. Sekiranya satu atau input lain adalah 1, maka outputnya adalah 1.

Gerbang terakhir adalah pintu TIDAK, dan hanya mempunyai satu input dan satu output. Sekiranya input adalah 1, maka outputnya adalah 0. Jika inputnya adalah 0, maka outputnya adalah 1.

Pintu OR dan AND juga boleh mempunyai lebih daripada 2 input. Untuk penyederhanaan, mereka dapat ditunjukkan dengan 2 atau lebih baris masuk ke satu pintu gerbang, tetapi sebenarnya, pintu masuk 3 hanya dua 2 pintu masuk dengan satu masuk ke pintu yang lain.

Anda kini mengetahui semua yang perlu anda ketahui untuk membina komputer. Bahkan komputer yang paling moden hanya menggunakan tiga perkara ini, walaupun mereka boleh menggunakan berjuta-juta daripadanya.

Oleh itu mari kita membina teka-teki.

Langkah 3: Teka-teki Petani, Rubah, Angsa dan Bijirin

Perkara pertama dalam buku ini adalah litar logik untuk membuat teka-teki klasik Petani, Rubah, Angsa dan Bijirin. Teka-teki ini telah wujud selama beratus-ratus tahun dalam pelbagai bentuk. Ini adalah teka-teki asas logik dengan hanya beberapa peraturan. Teka-teki adalah seperti berikut.

Seorang petani mempunyai seekor rubah, angsa, dan sebilangan biji-bijian. Dia datang ke sungai yang mesti dia menyeberangi, dan ada kapal, tetapi hanya dapat menahannya dan satu benda lain dalam satu masa.

Dia tidak boleh meninggalkan rubah dengan angsa, kerana rubah itu akan memakan angsa itu. Itulah yang dilakukan oleh musang, itu hanya sifat mereka.

Dia tidak boleh meninggalkan angsa dengan biji-bijian, kerana angsa akan memakannya.

Bagaimana dia dapat membawa mereka bertiga ke seberang sungai dengan selamat?

Untuk membuat teka-teki ini kita memerlukan beberapa perkara. Pertama, dengan memulakan dengan empat suis, satu untuk setiap petani, rubah, angsa dan bijirin. Ini adalah bagaimana kita akan menetapkan yang menuju ke kapal.

Kedua, kita memerlukan teka-teki untuk mengingat di mana semuanya bermula dari langkah ke langkah.

Kemudian kita memerlukan butang untuk memberitahu kapan hendak memindahkan kapal.

Akhirnya, kita memerlukan logik untuk menegakkan peraturan.

Langkah 4: Ingatan

Untuk mengingat lokasi objek dalam teka-teki ini, kami akan menggunakan sesuatu yang lebih maju daripada relay yang digunakan dalam litar asal. Semasa buku ini ditulis, tidak ada transistor, tetapi mereka mempunyai relay. Relay ini dikabelkan sedemikian rupa sehingga apabila anda menekan butang, mereka akan menutup dan kemudian ditutup sehingga anda menekan butang di sisi lain.

Hari ini kita akan menggunakan bahagian biasa dan murah yang disebut kait 4 bit. Satu 'bit' dalam logik komputer hanya merujuk kepada satu atau satu sahaja. Ia sama dengan digit. Litar Bersepadu ini (atau "IC" atau "Chip") mengandungi 4 komponen logik yang dikenali sebagai flip flop. Flip flop hanya beberapa gerbang yang dikonfigurasi sehingga apabila anda memberikannya 1 atau 0 sebagai input, ia akan mengeluarkan 1 atau 0 dan kemudian tetap 'tersekat'. Oleh itu namanya flip / flop. Ia akan berpusing dari 1 hingga 0 atau jatuh dari 0 ke 1 (atau sebaliknya) dan kemudian tetap di sana. Ini pada dasarnya melakukan perkara yang sama dengan keempat relay di litar lama.

Anda boleh membuat flip flop sederhana dengan hanya dua pintu, tetapi yang ada di kait ini mempunyai ciri tambahan (memerlukan beberapa pintu lagi). Daripada segera menukar output dengan input berubah, ia mempunyai input lain yang memungkinkan atau mematikan input. Biasanya, ia tetap tidak aktif. Ini membolehkan anda mengatur dua peralihan (petani dan satu sama lain) sebelum cuba 'menghantar' kapal ke seberang. Litar kami sudah lebih pintar daripada yang lama.

Kita sekarang mempunyai kemampuan untuk mengatur dan mengingat lokasi semua prinsip dalam teka-teki kita.

Inilah litar kami setakat ini: 4 bit selak

Langkah 5: Logik Peraturan

Untuk menegakkan peraturan dan menunjukkan ketika ada masalah, kami akan menggunakan beberapa gerbang logik boolean untuk menerapkan batasan yang kami perlukan.

Kami memerlukan empat ujian untuk menentukan sama ada terdapat masalah - jika salah satu daripada ini benar, maka beri isyarat amaran.

1. Sekiranya bijirin dan angsa berada di seberang sungai dan bukan petani.

2. Jika musang dan angsa berada di seberang sungai dan bukan petani.

3. Sekiranya petani menyeberangi sungai dan tidak ada musang dan tanpa angsa bersamanya.

4. Sekiranya petani menyeberangi sungai dan tidak ada biji-bijian dan angsa tidak bersamanya.

Perhatikan cara saya menyusunnya agar sesuai dengan logik yang akan kita gunakan, iaitu pintu Gerbang dengan output normal atau terbalik dari selak, yang terbalik bertindak seperti "tidak" atau "TIDAK".

Oleh kerana salah satu daripada mereka benar, menyebabkan masalah, mereka semua memasuki pintu OR.

Logik yang lengkap, termasuk kait 4 bit, ditunjukkan dalam tangkapan skrin. Ini dari program yang disebut logik. Program ini sangat baik untuk menunjukkan aliran logik semasa anda memanipulasi suis, menonjolkan sambungan dengan warna biru dengan nilai '1'. Saya telah melampirkan fail yang boleh anda muatkan secara logik.

Langkah 6: Prototaip Litar Sebenar

Sekarang kita boleh membuat litar kerja yang sebenar. Dengan menggunakan litar Tinkercad, kita dapat melakukan ini dengan simulasi rupa dan fungsi perkakasan sebenar.

Tinkercad telah membina kait 475 7475, supaya bahagiannya mudah. Untuk gerbang, saya telah memilih untuk menggunakan dua cip dengan masing-masing 4 pintu gerbang DAN (7408). Untuk membuat empat, 3 input AND gerbang kita menggunakan dua AND pintu dengan output satu masuk ke 1 input yang lain. Ini meninggalkan 1 input pada yang kedua, dan 2 input pada yang pertama, mewujudkan 3 input DAN gerbang. Untuk pintu OR, saya melakukan perkara yang sama. Cip empat pintu OR menggunakan dua gerbang OR dengan keluaran masuk ke gerbang OR ketiga. Satu pintu dibiarkan tidak digunakan.

Jalankan simulasi pada litar Tinkercad