Логические ворота Lego и механические вычисления

Логическиеворотаlegoимеханическиевычисления

Толкай-толкай LEGO Logic Gates

«Нет, нет, ты не думаешь; ты просто логичен». – Нильс Бор

Несколько человек разработали логические логические устройства с использованием пневматики LEGO и продолжили разработку фундаментальных компьютерных устройств, таких как полные сумматоры и триггеры. Они подробно обсуждались в LUGNET .

Я подозревал, что будет большое количество логических устройств, использующих механические принципы, но (еще в ) поиск механических логических устройств не получил большого успеха. На одной странице с механической логикой подробно описано использование стержней для создания логических вентилей.

К моему удивлению, я наткнулся только на две веб-страницы LEGO, на которых были описаны какие-либо детали механических логических ворот. На первой странице есть детали ворот LEGO NOT. А на второй странице , к сожалению, обе теперь не функционируют, были фотографии чрезвычайно сложного логического элемента И, использующего по часовой стрелке и вращение против часовой стрелки для представления логических состояний. Если вы сделали какие-либо механические логические вентили, пожалуйста , свяжитесь со мной .

Наконец кто-то ответил на звонок, и хотя они не LEGO, а K’NEX, я дать вам ссылку на видео Уильяма Хилтона о его логических вентилях K’NEX . Они по-прежнему используют двухтактную систему, как у меня, но конструкция совсем другая. С тех пор было предпринято множество попыток, как скажет Google, но в целом их вдохновение в конечном итоге черпается из них и моего собственного.

Первоначально я рассматривал возможность использования вращения оси по часовой стрелке для логической 1 и вращения против часовой стрелки для логического 0. Это это метод, используемый в других найденных мной логических воротах LEGO. Однако я просто не мог представить себе никакого способа развязать движения оси от двух входов к одному выходу – кроме ворот НЕ (теперь я разработал способ сделать это, как я описываю на этой странице). Я решил попробовать использовать тяги-толкатели для представления логических состояний. Вдавливание оси было бы логической 1, а вытягивание оси было бы логическим 0. Преимущество этого метода в том, что вы можете использовать как линейное, так и вращательное движение. Мои механические логические ворота берут длину движения с одним стержнем и преобразуют его в другой элемент линейного движения с одним стержнем.

Я разработал рабочие версии всех основных вентилей, НЕ, ИЛИ, ИЛИ, И и И-НЕ. ворота. Совсем недавно я создал вентиль XOR, который сам по себе является единственным вентилем, то есть не является комбинацией операторов AND, OR и NOT. Используя два логических элемента NAND, я создал защелку логического элемента NAND или триггер. Естественным следствием этого является тактовая логика, полусумматоры и полные сумматоры и, в конечном счете, настоящее «компьютерное» устройство. Эти ворота просто демонстранты. Они работают, но из-за ограничений, возникающих из-за проскальзывания шестерен и инерции, их реальное практическое использование ограничено.

Ворота НЕ были первыми и самыми простыми в разработке воротами. Все, что вам нужно сделать, это убедиться, что один толкатель действует противоположно другому, как это видно на рисунках.

Исходный вентиль НЕ является очень перестроенным, и во многих отношениях вентиль НЕ как объект является избыточным. На всех логических элементах, которые НЕ являются входом, вам нужно только изменить направление шестеренки, которая перемещает стойку вперед или назад. На это легко повлиять, если просто задействовать входной толкатель внизу или вверху шестерни, в зависимости от того, в каком направлении вам нужно перемещать стойку.

Направление зубчатого колеса в каждом случае разное, поэтому любая стойка, на которую воздействует зубчатый колес, также будет двигаться в противоположном направлении. направление. Это именно то движение, которое нам требуется, когда мы НЕ обращаем внимания на ввод. Единственный раз, когда выход должен быть NOTd, – это если мы не собираемся использовать его в качестве входа для другого гейта, даже тогда, с доступными воротами, вентиль NOT не требуется.

Буферный вентиль фактически является модификацией логического элемента НЕ, и существует несколько способов их создания. Я выбрал простую систему из винтиков разного размера (76 и 8 зубцов), но рычаги будут работать одинаково хорошо. Идея состоит в том, чтобы преобразовать вход с половинным шпилем в выход с одним шпилем, создав тем самым линейное усиление, хотя и пассивно. Изображения должны показать это более четко, в качестве альтернативы вы можете посмотреть видео буфера в действии.