纸板四位纸板计算器的外观。计算器的上方和下方分别有半个加法器和三个加法器清晰可见，

从前，在电子技术发明之前，人们用即兴的材料制造了机械计算机。这种机器最著名，最复杂的例子是“ 反基希拉”机构 -使用至少30个齿轮的复杂装置来计算天体的运动，并有可能找出42个天文事件的发生日期。

如今，机械计算机（计算器）更可能成为极客的娱乐对象，并且是安排有趣表演的场合。例如，像一台由10,000个多米诺骨牌组成的计算机，它将任意四位二进制数字相加并产生一个五位两位数字总和（此计算器的数学理论和体系结构）。这样的表现使孩子们可以更好地理解编程中位逻辑运算的工作方式以及逻辑门的排列方式。通常，用即兴创作的材料亲手制作一台小型计算机非常有趣，尤其是与孩子一起使用时。

在10,000个多米诺骨牌瓷砖的计算机上进行逻辑“与”运算

对于制造机械计算器而言，Lego构造函数非常出色。您可以在YouTube上找到许多此类计算器的示例。

乐高电脑计算器

受到乐高积木制造商的由多米诺骨牌和机械计算器制成的计算机的示例的启发，绰号lapinozz的C ++程序员与他的妹妹们决定在家里建造一个类似姐姐的学校科学项目的东西。他构思并实现了功能齐全的四位LOGIC计算器（Logic cardbOard Gates Inpredictable Calculator）。要生产这台计算机，除了硬纸板和胶水以外，什么都不需要，它不依靠电力，而是依靠球和地球重力。计算器可以将0到15之间的数字相加，最多为30。

与乐高多米诺骨牌砖和乐高积木不同，此计算器的制造中未使用工厂组件。计算器的所有元素都是从头开始用硬纸板粘合而成的，从设备的照片中可以很好地理解。从这个意义上讲，该设备可以被认为是唯一的。

项目目标

直观表示如何添加二进制数。教学生如何从十进制转换为二进制再返回。研究位逻辑运算和基本逻辑电路。

计算器外观

如您在计算器的照片中所见，在上部有一个用于输入数据的区域。完成所有逻辑运算后，这些球将在下面显示运算结果。

数据输入是通过球进行的。球是-1，球不是-0。右边的位是数字的最小位。开始工作之前，应将计算器的某些部分放回原来的位置。在指定初始值之后，将纸板条向后推，这会将球保持在初始位置-然后开始添加过程。

例如，这是用于操作7 + 5（0111 + 0101）的球的初始位置。

计算器装置

纸板计算器的逻辑运算以与上述多米诺骨牌计算机类似的方式执行。

图中显示了所有逻辑操作的逻辑门。

即，逻辑门“与”（AND）表示在输入处接收到0个球时，在输出处获得0。输入端收到1个球后，输出端将获得0。在入口处接收到2个球时，在输出处获得1个。

输入为1，输出为0，

输入为1，输出为1

XOR逻辑门稍微复杂一些。在这种情况下，如果一个球到达，则必须通过。并且，如果两个球到达，则它们必须彼此抵消，也就是说，输出将为0。作者演示了如何通过垂直悬挂的，细颈的纸板来做到这一点。如果两个球同时到达，则它们会相互阻塞-从而有效地执行逻辑XOR操作。

XOR逻辑门

为了优化系统并且不阻塞AND和XOR逻辑门的质量，作者实现了一个半加法器-具有两个输入和两个输出的组合逻辑电路。半加法器允许您计算A + B的总和，结果是两位S和C，其中S是模总和2的位，而C是进位位。在我们的纸板结构中，这意味着如果入口处有1个球，则它进入C出口，而如果入口处有2个球，则有1个球进入S出口，而第二个球什么也没到达。

程序员为半加器提出了一个相当简单有效的方案。在其中，入口处的一个球平静地继续其路径，转动障碍物并进入洞C.但是，如果有两个球进入，则第二个球将无法再越过障碍物而被第一个球翻倒并落入洞中，并钉上一条新的路径S.这是一个半加法器。

半加器入口处有一个球

半加法器入口处有两个球

最后，加法器是真正的杰作。通常它由两个半加器和一个逻辑门“或”组成，但是作者实现了另一种设计，实际上是对半加器的一个小修改。

入口处一个球-路径1

处一个球入口处两个球-路径2

处一个球入口处三个球- 路径1 处一个球，路径2 处另一个球

整个计算器完全由一个半加法器和三个加法器组成。

如果球以正确的速度落下，不是太快也不太慢并且不会相互反弹，计算器将给出正确的计算结果。逻辑本身是完美的，但实际上，计算器有时会出现故障。

四位纸板和球计算器

项目目标

计算器外观

计算器装置

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