حاسبة من أربع كرات من الورق المقوى والكرات

ظهور آلة حاسبة من الورق المقوى بأربع بتات من الورق المقوى. يمكن رؤية نصف المصمّم الموجود في الأعلى وثلاث إضافات في الجزء الأوسط والسفلي من الآلة الحاسبة بشكل واضح.

ذات مرة ، قبل اختراع الإلكترونيات ، صنع الناس أجهزة كمبيوتر ميكانيكية من مواد مرتجلة. أكثر الأمثلة شهرة وتعقيدًا لمثل هذه الآلة هي آلية antikythera - تم استخدام جهاز معقد لا يقل عن 30 تروس لحساب حركة الأجرام السماوية وجعل من الممكن معرفة تاريخ 42 حدثًا فلكيًا.

في الوقت الحاضر ، من المرجح أن تكون أجهزة الكمبيوتر الميكانيكية (الآلات الحاسبة) موضوعًا ترفيهيًا للمهوسين ومناسبة لترتيب عرض مضحك. على سبيل المثال ، مثل جهاز كمبيوتر يحتوي على 10000 بلاط دومينو يضيف أرقام ثنائية عشوائية مكونة من أربعة أرقام وينتج مجموعًا مكونًا من خمسة أرقام مكون من بتين (النظرية الرياضية لهذه الآلة الحاسبة والهندسة المعمارية ). تسمح هذه العروض للأطفال بفهم أفضل لكيفية عمليات المنطق البت في عمل البرمجة ، وكيف يتم ترتيب البوابات المنطقية. وبشكل عام ، من المثير للاهتمام للغاية صنع جهاز كمبيوتر صغير بيديك من المواد المرتجلة ، خاصة إذا كنت تفعل ذلك مع طفلك.


المنطقي والتشغيل في جهاز كمبيوتر من 10000 بلاط دومينو

لتصنيع الآلة الحاسبة الميكانيكية ، منشئ Lego ممتاز. يمكنك العثور على أمثلة عديدة لهذه الآلات الحاسبة على موقع يوتيوب .

حاسبة الكمبيوتر ليغو



مستوحى من مثال على كمبيوتر مصنوع من الدومينو والآلات الحاسبة الميكانيكية من مُنشئ Lego ، قرر مبرمج C ++ تحت اسم lapinozz ، مع شقيقاته الأصغر ، أن يبني في المنزل شيئًا مشابهًا لأحد مشاريع العلوم في مدرسة الأخت. قام بتصميم وتنفيذ آلة حاسبة LOGIC ذات أربعة بتات تعمل بكامل طاقتها ( آلة حاسبة Logic cardbOard Gates Inpredictable) . لإنتاج هذا الكمبيوتر ، لا حاجة إلى أي شيء باستثناء الكرتون والغراء ، ولا يعمل على الكهرباء ، ولكن على الكرات وجاذبية الأرض. يمكن للآلة الحاسبة إضافة أرقام من 0 إلى 15 بحد أقصى 30.

على عكس بلاط ليغو الدومينو وطوب ليغو ، لم يتم استخدام أي مكونات مصنع في تصنيع هذه الآلة الحاسبة. يتم لصق جميع عناصر الآلة الحاسبة من الورق المقوى من الصفر ، وهو أمر مفهوم جيدًا من صور الجهاز. بهذا المعنى ، يمكن اعتبار هذا الجهاز فريدًا.

هدف المشروع

تمثيل مرئي لكيفية إضافة أرقام ثنائية. تعليم الطالب كيفية الترجمة من العشري إلى الثنائي والعكس. دراسة عمليات منطق البت والدوائر المنطقية الأساسية.

مظهر الآلة الحاسبة

كما ترى في صورة الآلة الحاسبة ، يوجد في الجزء العلوي منطقة لإدخال البيانات. بعد الانتهاء من جميع العمليات المنطقية ، تظهر الكرات نتيجة العملية أدناه.



يتم إدخال البيانات بواسطة الكرات. الكرة - 1 ، الكرة ليست - 0. البت على اليمين هو أصغر جزء من الرقم. قبل بدء العمل ، يجب إحضار بعض أجزاء الآلة الحاسبة إلى وضعها الأصلي. بعد تحديد القيم الأولية ، يتم دفع شريط من الورق المقوى للخلف ، والذي يحمل الكرات في الموضع الأولي - وتبدأ عملية الإضافة.

على سبيل المثال ، هذا هو الموضع الأولي للكرات للعملية 7 + 5 (0111 + 0101).

جهاز حاسبة

يتم تنفيذ العمليات المنطقية لآلة حاسبة من الورق المقوى بطريقة مماثلة ، كما هو الحال في كمبيوتر الدومينو المذكور أعلاه .

يتم عرض البوابات المنطقية التخطيطية لجميع العمليات المنطقية في الرسم التخطيطي.



أي أن البوابة المنطقية "AND" (AND) تعني أنه عند تلقي 0 كرات عند الإدخال ، يتم الحصول على 0 عند الإخراج. عند استلام كرة واحدة عند الإدخال ، يتم الحصول على 0 عند الإخراج. عند استلام كرتين عند المدخل ، يتم الحصول على واحدة عند الإخراج.

1 عند الإدخال ، 0 عند الإخراج


2 عند الإدخال ، 1 عند الإخراج


بوابة XOR المنطقية أكثر تعقيدًا. في هذه الحالة ، إذا وصلت كرة واحدة ، يجب أن تمر. وإذا وصلت كرتان ، فيجب عليهما إلغاء بعضهما البعض ، أي أن الناتج سيكون 0. يوضح المؤلف كيفية القيام بذلك ، من خلال قطعة من الورق المقوى المعلقة عموديًا مع رقبة ضيقة. إذا وصلت كرتان في نفس الوقت ، فإنهما يحجبان بعضهما البعض - وبالتالي ينفذان بشكل فعال عملية XOR المنطقية.

بوابة المنطق XOR من


أجل تحسين النظام وعدم حظر كتلة بوابات المنطق AND و XOR ، قام المؤلف بتطبيق نصف نصفي- دارة منطقية مجمعة لها مدخلين ومخرجين. يسمح لك نصف الأصفاد بحساب مجموع A + B ، وتكون النتيجة بتين S و C ، حيث S هي جزء من مجموع الوحدة 2 ، و C هي بت الحمل. في بناء الكرتون لدينا ، هذا يعني أنه إذا كان لدينا كرة واحدة عند المدخل ، فستذهب للخروج C ، وإذا كانت هناك كرتان عند المدخل ، فستذهب كرة واحدة للخروج من S ، والثانية لا تصل إلى أي مكان.

ابتكر المبرمج مخططًا بسيطًا وفعالًا إلى حد ما لنصف الإعلانات. فيه ، كرة واحدة عند المدخل تواصل مسارها بهدوء ، وتحول الحاجز ، وتنتقل إلى الحفرة C. ولكن إذا دخلت كرتان ، فلن تتمكن الكرة الثانية بعد ذلك من المرور عبر الحاجز ، ثم تقلبها بواسطة الكرة الأولى - وتسقط في الحفرة ، وتسير في مسار جديد S. هذا نصف ادم.

كرة واحدة عند مدخل النصف


كرتان عند مدخل النصف الأخر


وأخيرًا ، يعتبر الأفعى تحفة حقيقية. عادة ما تكون مكونة من نصفين مضافة وبوابة منطقية "OR" ، لكن المؤلف نفذ تصميمًا آخر ، وهو في الواقع تعديل صغير لنصف الأدم.

كرة واحدة عند المدخل - كرة واحدة في المسار 1


كرة عند المدخل - كرة واحدة في المسار 2


ثلاث كرات عند المدخل - كرة واحدة في المسار 1 ، والأخرى على طول المسار 2


تتكون الآلة الحاسبة بالكامل بالكامل من نصف جامع وثلاثة جامعين.



تعطي الآلة الحاسبة نتيجة الحساب الصحيحة إذا سقطت الكرات بالسرعة الصحيحة ، وليست سريعة جدًا وليست بطيئة جدًا ، ولا ترتد من بعضها البعض. المنطق نفسه لا تشوبه شائبة ، ولكن في الممارسة العملية ، تكون الآلة الحاسبة في بعض الأحيان عربات التي تجرها الدواب.

Source: https://habr.com/ru/post/ar399391/