Geekly articles weekly

Kalkulator kardus dan bola empat bit


Penampilan kalkulator kardus empat-bit kardus. Setengah-penambah di bagian atas dan tiga adders di bagian tengah dan bawah kalkulator terlihat jelas.

Suatu ketika, sebelum penemuan elektronik, orang membuat komputer mekanik dari bahan improvisasi. Contoh yang paling terkenal dan kompleks dari mesin seperti itu adalah mekanisme antikythera - perangkat kompleks setidaknya 30 gigi digunakan untuk menghitung gerakan benda langit dan memungkinkan untuk mengetahui tanggal 42 peristiwa astronomi.

Saat ini, komputer mekanik (kalkulator) lebih cenderung menjadi objek hiburan bagi Geeks dan kesempatan untuk mengatur acara lucu. Sebagai contoh, seperti komputer 10.000 ubin domino yang menambahkan angka biner empat digit sewenang-wenang dan menghasilkan jumlah lima digit dua digit (teori matematika dari kalkulator dan arsitektur ini ). Pertunjukan seperti itu memungkinkan anak-anak untuk lebih memahami bagaimana operasi logika bit dalam pekerjaan pemrograman, dan bagaimana gerbang logika diatur. Dan secara umum, sangat menarik untuk membuat komputer kecil dengan tangan Anda sendiri dari bahan improvisasi, terutama jika Anda melakukannya dengan anak Anda.


Operasi logis DAN di komputer 10.000 ubin domino.Untuk

pembuatan kalkulator mekanik, konstruktor Lego sangat baik. Anda dapat menemukan banyak contoh kalkulator tersebut di YouTube .

Kalkulator komputer Lego



Terinspirasi oleh contoh komputer yang terbuat dari kartu domino dan kalkulator mekanik dari konstruktor Lego, programmer C ++ dengan nama panggilan lapinozz, bersama dengan adik perempuannya, memutuskan untuk membangun di rumah sesuatu yang serupa untuk salah satu proyek sains sekolah saudari itu. Dia menyusun dan menerapkan kalkulator LOGIC empat-bit yang berfungsi penuh (Logic cardbOard Gates Inpredictable Calculator) . Untuk menghasilkan komputer ini, tidak ada yang dibutuhkan selain kardus dan lem, dan itu tidak bekerja pada listrik, tetapi pada bola dan gravitasi bumi. Kalkulator dapat menambahkan angka dari 0 hingga 15 dengan maksimum 30.

Tidak seperti ubin domino Lego dan bata Lego, tidak ada komponen pabrik yang digunakan dalam pembuatan kalkulator ini. Semua elemen kalkulator dilem dari karton dari awal, yang dipahami dengan baik dari foto-foto perangkat. Dalam pengertian ini, perangkat ini dapat dianggap unik.

Tujuan proyek


Representasi visual tentang cara menambahkan angka biner. Mengajar siswa bagaimana menerjemahkan dari desimal ke biner dan kembali. Mempelajari operasi logika bit dan sirkuit logika dasar.

Penampilan Kalkulator


Seperti yang dapat Anda lihat di foto kalkulator, di bagian atas terdapat zona untuk memasukkan data. Setelah menyelesaikan semua operasi logis, bola menunjukkan hasil operasi di bawah ini.



Entri data dilakukan dengan bola. Bola adalah - 1, bola tidak - 0. Bit di sebelah kanan adalah bit terkecil dari nomor tersebut. Sebelum mulai bekerja, beberapa bagian kalkulator harus dibawa ke posisi semula. Setelah menentukan nilai awal, strip karton didorong kembali, yang menahan bola di posisi awal - dan proses penambahan dimulai.

Sebagai contoh, ini adalah posisi awal bola untuk operasi 7 + 5 (0111 + 0101).



Perangkat kalkulator


Operasi logis dari kalkulator kardus dilakukan dengan cara yang sama, seperti pada komputer domino yang disebutkan di atas .

Gerbang logika skematis untuk semua operasi logis ditunjukkan pada diagram.



Artinya, gerbang logis "DAN" (DAN) berarti bahwa ketika 0 bola diterima pada input, 0 pada output diperoleh. Setelah menerima 1 bola pada input, 0 diperoleh pada output. Setelah menerima 2 bola di pintu masuk, 1 di output diperoleh.

1 pada input, 0 pada output


2 pada input, 1 pada output


Gerbang logika XOR sedikit lebih rumit. Dalam hal ini, jika satu bola datang, itu harus berlalu. Dan jika dua bola tiba, maka mereka harus membatalkan satu sama lain, yaitu, hasilnya adalah 0. Penulis menunjukkan bagaimana melakukan ini, melalui selembar karton yang menggantung secara vertikal dengan leher yang sempit. Jika dua bola tiba pada saat yang sama, maka mereka saling memblokir - dan dengan demikian secara efektif menerapkan operasi XOR logis.

Gerbang logika XOR


Untuk mengoptimalkan sistem dan tidak memblokir massa gerbang logika AND dan XOR, penulis menerapkan setengah-penambah- sirkuit logika kombinasional yang memiliki dua input dan dua output. Setengah-penambah memungkinkan Anda untuk menghitung jumlah A + B, dengan hasilnya menjadi dua bit S dan C, di mana S adalah bit dari jumlah modulo 2, dan C adalah bit carry. Dalam konstruksi kardus kami, ini berarti bahwa jika kami memiliki 1 bola di pintu masuk, maka ia pergi untuk keluar C, dan jika ada 2 bola di pintu masuk, maka 1 bola pergi untuk keluar S, dan yang kedua tidak sampai di mana pun.

Si programmer datang dengan skema yang cukup sederhana dan efektif untuk setengah penambah. Di dalamnya, 1 bola di pintu masuk dengan tenang melanjutkan jalurnya, memutar penghalang, dan melewati ke lubang C. Tapi jika dua bola masuk, maka bola kedua tidak bisa lagi melewati penghalang, dibalikkan oleh bola pertama - dan jatuh ke dalam lubang, memaku jalur baru S. Ini setengah penambah.

Satu bola di pintu masuk setengah penambah


Dua bola di pintu masuk adder setengah


Akhirnya, adder adalah karya nyata. Biasanya itu terbuat dari dua setengah-adders dan gerbang logis "OR", tetapi penulis telah menerapkan desain lain, yang sebenarnya merupakan modifikasi kecil dari setengah-penambah.

Satu bola di pintu masuk - satu bola di jalur 1


Dua bola di pintu masuk - satu bola di jalur 2 -


Tiga bola di pintu masuk - satu bola di jalur 1, dan yang lainnya di sepanjang jalur 2


Seluruh kalkulator terdiri dari satu setengah penambah dan tiga penambah.



Kalkulator memberikan hasil perhitungan yang benar jika bola jatuh pada kecepatan yang benar, tidak terlalu cepat dan tidak terlalu lambat, dan tidak terpental satu sama lain. Logikanya sendiri sempurna, tetapi dalam praktiknya, kalkulator terkadang bermasalah.

Source: https://habr.com/ru/post/id399391/

More articles:


All Articles