Mechanical logic

Механическая логика — способ вычислений, использующий энергию для выполнения логических операций. Здесь двоичная информация представляется тем, подведена ли энергия к данной машине.

Принцип механической логики прост. Редукторы, связанные с рычагами или нажимными пластинами, будут переключаться при получении сигнала. Так можно подводить энергию от ветряков и водяных колёс к потребителю только при выполнении какого-либо условия, что позволяет строить логические элементы.

Сравнение механической логики с другими видами логики

Плюсы

• Механическая логика очень быстрая. У редукторов нет задержки, как у большинства элементов жидкостной логики, так что при их переключении схема сработает сразу, без задержки от существ, жидкостей или вагонеток.
• Механическая логика очень гибкая. Редукторы можно переключать, так что инвертировать сигнал просто, и не нужно возиться с разными компонентами.
• Механическая логика легко перенастроить. Если нужно что-то изменить, не нужно отводить жидкости или существ из схемы.

Минусы

• Для механической логики нужны большие запасы дерева, чтобы создавать и передавать энергию.
• Чтобы механическая логика управляла чем-то, кроме машин, нужны специальные конвертеры на вагонеточной или жидкостной логике.
• Для механической логики нужно большое количество механизмов, особенно если использовать механическую логику на основе нагрузки.

Общие идеи

Есть две основных идеи построения схем. Старшая и менее популярная — так называемая логика на основе нагрузки, другая — так называемая логика на основе переключения. Обратите внимание, что их можно совмещать.

На основе нагрузки

Логика на основе нагрузки использует элементы с заданным потреблением энергии. У них есть дополнительная нагрузка, потребляющая всю энергию при подключении. Элементы схемы разрабатываются так, что нагрузка отключается, когда выход равен истине, и включается, когда выход — ложь. У каждой схемы должен быть свой источник питания. Компактные и сложные схемы такого рода сложно разрабатывать, так как нужно регулировать и источник, и потребителя для каждой схемы, и каждый элемент схемы должен быть соединён с теми, с которыми он взаимодействует. Тем не менее, у таких схем есть преимущество — они работают мгновенно.

На основе переключения

Логика на переключении работает примерно как жидкостная логика, но контролируется поток не жидкости, а энергии. В ней используется факт того, что редукторы, вне зависимости от типа получаемого сигнала, при его получении переключаются между включенным и выключенным состояниями. Для таких схем обычно используется один общий источник питания. Создавать сложные схемы с множеством выходов на такой логике гораздо проще, но ценой этого является необходимость переводить энергию в сигнал не только на выходе схемы, но и внутри, при передаче с одних логических элементов на другие.

Пример

Первый пример показывает элемент XOR на логике нагрузки. Он принимает сигналы с двух разных источников. Энергия на его выходной редуктор (O) подаётся только тогда, когда один из двух входных сигналов включен, а другой выключен. Это делается так:
Энергия будет подключена к редуктору P (с низа схемы или с другого z-уровня). Один вход будет подключен к редуктору 1, второй — к редуктору 2. Так энергия будет течь от P к O, если будет выключен один из входных сигналов. Источник энергии нужно подобрать таким образом, чтобы предоставляемой им энергии хватило на нагрузку и один из связанных с входами редукторов, но не оба. Можно построить это сверху над конвертером энергии в сигнал, описанным ниже на этой странице.
Можно видеть, что такие схемы сложно строить. Нужно четыре редуктора, и ещё четыре для соединения входов, и это не считая компонентов для конвертера и нагрузки; кроме того, нагрузка должна иметь строго определённое потребление и может быть использована только конкретно этой схемой. Если использовать общую для нескольких схем нагрузку, нужно подключать их к ней через два управляемых сигналом редуктора, поставленных друг за другом, что ещё сильнее увеличивает затраты на схему.

XOR на нагрузке

█ █ █ █ █ █ █ █ * 1 * O █ █ █   L * P * 2 █ █

XOR на основе переключения выглядит гораздо проще:

XOR на основе переключения

█ █ █ █ █ █ █ █ █ * █ █ █ █ █ █ █ █

В отличие от XOR'а на нагрузке, здесь используется всего один редуктор. Источник и приемник энергии следует подключить к нему. Процесс постройки:

• Привяжите редуктор к одному из источников входного сигнала;
• Постройте временный рычаг, присоедините его к редуктору и нажмите его один раз; разберите рычаг;
• Привяжите второй источник входного сигнала.

Работает это так:
Изначально оба источника входного сигнала выключены, и редуктор также выключен. Редуктор при получении сигнала переключается между включенным и выключенным состояниями, так что, если какой-либо из входов включится, редуктор переключится и станет активным, проводя энергию. Если после этого либо включится второй вход, либо выключится первый, редуктор переключится снова и перестанет проводить энергию — таким образом, этот редуктор работает как XOR.
Эту схему также можно построить сверху конвертера из энергии в сигнал.
Эта схема требует меньше механизмов: 1 для редуктора, 4 для связи с устройствами ввода, и ещё 1 будет потерян после отключения временного рычага.

XNOR на переключении

• Строится так же, как и XOR, но шаг с временным рычагом пропускается.

NOR на переключении

P

I

I

O

• Несколько редукторов, поставленных в ряд, к каждому из которых подключен ровно один вход. При включении любого входного сигнала NOR перестанет выдавать энергию (выключится).
• Можно превратить в OR, поставив на выходе инвертор.
• Не требует временных рычагов.

AND на переключении

• Так же, как и NOR, но каждый редуктор нужно предварительно переключить временными рычагами. Для большого количества входов, возможно, лучше переделать логическое выражение под NOR, так как его быстрее, проще и дешевле строить, плюс все затраченные механизмы можно будет восстановить при разборе редукторов(?).

NAND на переключении

P	I	O
P	I	O

• Конструкция 3x1 из редукторов на каждый вход. Вход подключается к центральному редуктору, питание к одному из боковых, другой боковой редуктор будет выходом. Такие конструкции для каждого входа ставятся друг рядом с другом параллельно. Можно расширять на любое количество входов. Идея в том, что энергия передаётся через все редукторы: все редукторы на питании соединены в один ряд, все редукторы на выходе соединены в другой ряд, и эти ряды разделены рядом редукторов, связанных со входами. Если хотя бы один из входов будет выключен, то соответствующий ему редуктор будет включен и соединит питание с выходом. Чтобы выход был выключен, нужно, чтобы все входы были включены.

OR на переключении

• То же, что и NAND, но каждый редуктор нужно предварительно переключить временными рычагами.

Конвертер энергии в сигнал

При работе с механической логикой обычно в конце концов нужно переключать что-то кроме машин, например, двери или мосты, или, если это логика на переключении, редукторы других частей схемы. Сейчас (версия 0.44.12) нет устройства, которое бы подавало сигнал при работе механизмов или при подаче энергии. Традиционное решение — использовать гидромеханический конвертер энергии в сигнал, заметно похожий на гидромеханическую память.

Z 0

█ █ █ █ █ █ █ · ÷ ÷ ► ► · █ █ █ █ █ █ █

Z-1

█ █ █ █ █ █ █ ^ 7 █ 7 █ 7 █ 7 █ █ █ █ █ █ █

Когда на помпу подаётся энергия, она будет качать воду с нажимной пластины вправо. Уровень воды на пластине станет равным нулю. Пластину нужно настроить на реагирование на уровень воды 0-3; можно инвертировать конвертер, настроив её на 4-7. В любом случае сигнал выключения будет идти с задержкой в примерно 100 тактов. Эта схема водосберегающая.

Введение в игру вагонеток сделало возможным более компактную и не требующую воды альтернативу, которая делает использование гидромеханических конвертеров бессмысленным. Такой конвертер быстрый, простой в постройке и необычайно компактный:

Другие примеры конвертеров на основе вагонеток можно посмотреть здесь: Bloodbeard's Minecart Dwarfputing Ideas thread.

Элементы, основанные на нагрузке

• Эти элементы принимают сигнал на входе и выводят энергию на выходе
• Их можно использовать совместно с конвертером, датчиком вращения, или для непосредственного управления помпой, которая может использоваться в жидкостной логике. Датчик вращения представляет собой нажимную пластину и помпу, качающую воду из бесконечного источника на пластину, с которой она затем стекает в бесконечный водосток
• Используемые обозначения:
  • Выходной редуктор ('O' на диаграммах) следует соединить с приемником (например, с помпой, работой которой планируется управлять с помощью элемента)
  • P означает место, к которому необходимо подводить энергию
  • L обозначает нагрузку (редукторы, помпы или что-то другое). Её основное предназначение — потреблять очень много энергии; при этом она необязательно должна производить какую-то полезную работу.
  • ¦ обозначает горизонтальный вал
  • I обозначает редуктор, соединённый с входным сигналом (каждый I соединён со своим входом)

• В инвертирующих элементах к источнику также подключается куча потребляющего энергию хлама, а в элементах без NOT источник будет соединён с выходом. Принцип обычных элементов в том, что, когда на вход подаётся включающий сигнал, энергия проводится на выход. Принцип инвертированных элементов в том, что энергия подключена всегда, но когда подаётся включающий сигнал, дополнительно подключается нагрузка, на которую источнику не хватает энергии, и схема отключается.
• Источник энергии должен быть таким, чтобы давать ровно сколько энергии, сколько системе нужно для работы. Нельзя соединять питание нескольких схем, так как тогда нагрузка либо отключит их все, либо не отключит ни одной.
• В пояснениях к элементам будет сказано, сколько питания и нагрузки нужно для каждого P и L в более сложных элементах.

Обозначения

Символ	Значение
O	Выходной редуктор. Когда выполняется логическое выражение для элемента, на него подаётся энергия.
I	Редуктор, соединённый с источником входного сигнала. В большинстве случаев их два, каждый соединяется со своим источником.
- и ¦	Горизонтальные валы.
P	Сюда подводится энергия.
i	Ещё два редуктора, подключенные каждый к своему источнику сигнала.
L	Цепь редукторов или помп, служащая нагрузкой. При подключении к системе отключает её.
*	Редуктор, не подключенный к входам или выходам. Нужен только для передачи энергии.

Идентичность

O

I

-

-

P

• Принимает сигнал и переводит его в энергию, не изменяя его.
• Когда вход включен, редуктор I будет активен и будет пропускать энергию на выход. Если выход выключен, энергия пропускаться не будет.

NOT

	O	I	L
	¦
	¦
	P

• L должен требовать больше, чем выдаёт P.
• Когда вход включен, редуктор I будет активен, и системе потребуется больше энергии, чем ей даёт источник. Устройства, подключенные к выходу, должны отключиться. Когда вход выключен, этот редуктор отрежет нагрузку, и системе станет хватать энергии.

NAND

	O	I	I	L
	¦
	¦
	P

• L должен требовать больше, чем выдаёт P.
• Работает так же, как и NOT, за исключением того, что тут два входа, и оба должны быть активированы для отключения системы. Убедитесь, что вам хватит энергии, если будет включен один из редукторов.

AND

O

I

I

P

• Работает так же, как и элемент идентичности, за исключением того, что тут два входа, и оба должны быть активированы для подачи энергии в систему.

OR

	O	I
	I	*	P

• Работает так же, как и элемент идентичности, за исключением того, что тут два входа, и, если будет включен хотя бы один, в систему будет подаваться энергия.

NOR

	I	*	L
	O	I
	¦
	¦
	P

• L должен требовать больше, чем выдаёт P.
• Работает так же, как и NOT, за исключением того, что тут два входа, и, если будет включен хотя бы один, системе потребуется больше энергии, чем ей даёт источник.

XOR

O	I
I	*	-	P
.	i
.	i
.	L

• L должен требовать больше, чем выдаёт P.
• i — дополнительные входные редукторы. Каждый из двух источников входного сигнала подключается к одному I и одному i.
• Работает аналогично OR.

XNOR

.	.	I	*	L
.	.	O	I
.	.	¦
P	-	*
.	.	i
.	.	i
.	.	P

A	B	Нагрузка	Питание	Доп. питание	Результат
0	0	Нет	Да	Нет	1
0	1	Да	Да	Нет	0
1	0	Да	Да	Нет	0
1	1	Да	Да	Да	1

• XNOR — элемент равенства: выход включается, если входы равны, и отключается в противном случае.
• Как и в случае с XOR, i — дополнительные входные редукторы; каждый из двух источников входного сигнала подключается к одному I и одному i. Ещё один P внизу - дополнительный источник энергии, в идеале — один ветряк.
• Нагрузка и источники должны быть подобраны так, чтобы нагрузка отключала систему, если отключен дополнительный источник, но, если тот включен, система должна работать.