Teka-teki Petani, Rubah, Angsa, Gandum: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Ketika saya masih kecil, saya mengambil sebuah buku milik ayah saya, berjudul The Scientific American Book Of Projects For The Amateur Scientist. Saya masih memiliki buku itu, dan pemahaman saya adalah bahwa ini adalah buku yang sulit didapat akhir-akhir ini. Tapi Anda bisa membacanya secara online sekarang. Buku ini memperkenalkan saya pada banyak hal, tetapi bab yang menarik minat saya adalah bab tentang Mesin Matematika. Ini mungkin hal yang membuat saya pada akhirnya karir pengembangan perangkat lunak saya.

Dalam bab ini adalah deskripsi mesin pemecahan teka-teki menggunakan sirkuit waktu … yang mendahului sirkuit terintegrasi modern atau bahkan transistor (menggunakan relay). Tetapi beberapa konsep yang sama ada di sana, yaitu perangkat logika yang pada dasarnya adalah hal yang sama yang masih digunakan komputer modern saat ini.

Saat ini, Anda dapat dengan mudah dan murah mendapatkan seluruh sistem komputer dengan beberapa dolar, dan hanya memprogram teka-teki atau permainan Anda. Tetapi Anda juga dapat melakukan banyak hal di tingkat yang lebih rendah, menggunakan gerbang logika tempat komputer dibuat, untuk membuat perangkat keras khusus untuk teka-teki Anda. Meskipun ini mungkin tidak praktis atau ideal, ini memungkinkan Anda mempelajari cara kerja komputer yang sebenarnya. Ini juga agak menyenangkan.

Langkah 1: Bahan yang Dibutuhkan

Anda dapat membangun ini sepenuhnya di Sirkuit Tinkercad, dan mensimulasikan fungsi sebenarnya dari teka-teki.

Jika Anda ingin membangunnya secara fisik, inilah yang Anda perlukan:

4 sakelar sakelar atau geser.

1 tombol tekan (sesaat)

2 papan tempat memotong roti kecil.

9 LED.

9 resistor 1K.

1 7475 quad latch chip

2 7408 quad AND gerbang

1 7432 quad ATAU gerbang

1 baterai berisi 3 sel AA atau AAA.

set kabel jumper.

Untuk chip seri 74xx, Anda dapat menggunakan variasi ini. Yaitu, versi 74xx adalah TTL asli, tetapi Anda juga dapat menggunakan versi 74LSxx (penggunaan daya lebih rendah), atau 74HCxx (bahkan versi cmos daya lebih rendah) dll. Ingatlah bahwa versi 74xx dan 74LSxx mudah ditangani, tetapi semua variasi lainnya adalah listrik statis yang sensitif.

Langkah 2: Logika Boolean

Logika Boolean mungkin terdengar menakutkan tetapi sebenarnya cukup sederhana. Boolean hanya berarti Anda hanya berurusan dengan 1 dan 0, atau Benar dan Salah. Atau dalam elektronik, + dan -. Bagian logikanya hanya bermuara pada banyak "jika ini maka itu". Operasi logika paling dasar hanyalah tiga hal ini: AND, OR dan NOT. Ini disebut gerbang, karena mereka pada dasarnya bertindak sebagai gerbang literal untuk aliran listrik melalui sirkuit.

Gerbang AND bekerja sebagai berikut. Ini memiliki dua input, dan satu output. Kedua input dapat berupa 1 atau 0, dan outputnya adalah 1 atau 0. Untuk gerbang AND, jika kedua inputnya adalah 1, maka outputnya adalah 1. Jika tidak, outputnya adalah 0.

Untuk gerbang OR, ia juga memiliki dua input dan satu output. Jika satu atau input lainnya adalah 1, maka outputnya adalah 1.

Gerbang terakhir adalah gerbang NOT, dan hanya memiliki satu masukan dan satu keluaran. Jika inputnya adalah 1, maka outputnya adalah 0. Jika inputnya adalah 0, outputnya adalah 1.

Gerbang OR dan AND juga dapat memiliki lebih dari 2 input. Untuk penyederhanaan, mereka dapat ditampilkan dengan 2 atau lebih jalur yang masuk ke satu gerbang, tetapi sebenarnya, gerbang 3 input hanyalah dua 2 gerbang input dengan satu masuk ke yang lain.

Anda sekarang tahu semua yang perlu Anda ketahui untuk membuat komputer. Bahkan komputer paling modern pun hanya menggunakan tiga hal ini, meskipun mereka mungkin menggunakan jutaan di antaranya.

Jadi mari kita membuat teka-teki.

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

Hal pertama dalam buku ini adalah sirkuit logika untuk membuat teka-teki klasik Petani, Rubah, Angsa, dan Gandum. Teka-teki ini telah ada selama ratusan tahun dalam berbagai bentuk. Ini adalah teka-teki logika dasar dengan hanya beberapa aturan. Teka-tekinya adalah sebagai berikut.

Seorang petani memiliki rubah, angsa, dan biji-bijian. Dia datang ke sungai yang harus dia seberangi, dan ada sebuah perahu, tapi itu hanya bisa menahannya dan satu hal lainnya pada satu waktu.

Dia tidak bisa meninggalkan rubah dengan angsa, karena rubah akan memakan angsa. Itulah yang dilakukan rubah, itu hanya sifat mereka.

Dia tidak bisa meninggalkan angsa dengan biji-bijian, karena angsa akan memakannya.

Bagaimana dia bisa membawa mereka bertiga menyeberang ke seberang sungai dengan aman?

Untuk membuat teka-teki ini kita membutuhkan beberapa hal. Pertama, dengan memulai dengan empat sakelar, satu untuk masing-masing petani, rubah, angsa, dan biji-bijian. Ini adalah bagaimana kita akan mengatur yang pergi ke perahu.

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

Kemudian kita membutuhkan tombol untuk memberitahu kapan harus memindahkan perahu.

Akhirnya, kita membutuhkan logika untuk menegakkan aturan.

Langkah 4: Memori

Untuk mengingat lokasi objek dalam teka-teki ini, kita akan menggunakan sesuatu yang lebih canggih daripada relai yang digunakan di sirkuit aslinya. Kembali ketika buku ini ditulis, tidak ada transistor, tetapi mereka memiliki relay. Relai ini disambungkan sedemikian rupa sehingga ketika Anda menekan tombol, mereka akan menutup dan kemudian tetap tertutup sampai Anda menekan tombol di sisi lain.

Hari ini kita akan menggunakan bagian umum dan murah yang disebut kait 4 bit. Sebuah 'bit' dalam logika komputer hanya mengacu pada satu 1 atau 0. Ini sama dengan angka. Sirkuit Terpadu ini (atau "IC" atau "Chip") berisi 4 komponen logika yang dikenal sebagai flip flop. Flip flop hanyalah beberapa gerbang yang dikonfigurasi sehingga ketika Anda memberikannya 1 atau 0 sebagai input, itu akan menghasilkan 1 atau 0 dan kemudian tetap 'macet'. Makanya namanya flip/flop. Ini akan beralih dari 1 ke 0 atau gagal dari 0 ke 1 (atau sebaliknya?) dan kemudian tinggal di sana. Ini pada dasarnya melakukan hal yang sama seperti empat relay di sirkuit lama.

Anda dapat membuat flip flop sederhana dengan hanya dua gerbang, tetapi yang ada di kait ini memiliki fitur tambahan (membutuhkan beberapa gerbang lagi). Alih-alih segera mengalami perubahan output dengan perubahan input, ia memiliki input lain yang mengaktifkan atau menonaktifkan input. Biasanya, itu tetap dinonaktifkan. Ini memungkinkan Anda mengatur dua sakelar (petani dan satu lainnya) sebelum mencoba 'mengirim' perahu ke sisi lain. Sirkuit kami sudah lebih pintar dari yang lama.

Kami sekarang memiliki kemampuan untuk mengatur dan mengingat lokasi semua prinsip dalam teka-teki kami.

Inilah sirkuit kami sejauh ini: 4 bit latch

Langkah 5: Aturan Logika

Untuk menegakkan aturan dan menunjukkan ketika ada masalah, kita akan menggunakan beberapa gerbang logika boolean untuk mengimplementasikan batasan yang kita butuhkan.

Kami memerlukan empat tes untuk menentukan apakah ada masalah - jika salah satu dari ini benar, maka nyalakan sinyal peringatan.

1. Jika gandum dan angsa berada di seberang sungai dan bukan petani.

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

3. Jika petani menyeberangi sungai dan tidak ada rubah dan angsa bersamanya.

4. Jika petani menyeberangi sungai dan tidak ada gandum dan angsa bersamanya.

Perhatikan cara saya mengungkapkan ini agar sama persis dengan logika yang akan kita gunakan, yaitu gerbang AND dengan output normal atau terbalik dari kait, yang terbalik bertindak seperti "tidak" atau "TIDAK".

Karena salah satu dari mereka bisa benar, menyebabkan masalah, mereka semua masuk ke gerbang OR.

Logika yang lengkap, termasuk kait 4 bit, ditampilkan di tangkapan layar. Ini dari program yang disebut logika. Program ini sangat baik untuk menunjukkan aliran logika saat Anda memanipulasi sakelar, menyoroti dengan warna biru koneksi dengan nilai '1'. Saya telah melampirkan file yang dapat Anda muat secara logis.

Langkah 6: Prototipe Sirkuit Nyata

Sekarang kita dapat membuat rangkaian kerja nyata. Menggunakan sirkuit Tinkercad, kita dapat melakukan ini dengan simulasi tampilan nyata dan fungsionalitas perangkat keras.

Tinkercad telah dibangun di 7475 4 bit kait, sehingga bagian itu mudah. Untuk gerbang, saya telah memilih untuk menggunakan dua chip dengan masing-masing 4 gerbang AND (7408). Untuk membuat empat, 3 input AND gerbang kita menggunakan dua gerbang AND dengan output yang satu masuk ke 1 input yang lain. Ini menyisakan 1 input pada input kedua, dan 2 input pada input pertama, menciptakan 3 input gerbang AND. Untuk gerbang OR, saya melakukan hal yang sama. Sebuah chip empat gerbang OR menggunakan dua gerbang OR dengan output masuk ke gerbang OR ketiga. Satu gerbang dibiarkan tidak terpakai.

Jalankan simulasi di sirkuit Tinkercad