Computing

Вычислениями в Dwarf Fortress называют практику создания сложных механических устройств, реализующих логические и численные операции. В идеале, это делается для автоматизации какой-либо функции вашей крепости. Пусть даже сейчас это уже и не новая идея, но она все ещё оставляет достаточно простора для улучшений и исследований, в том числе и по той причине, что одну и ту же проблему можно решить разными способами. Изобретения и усовершенствования только приветствуются!

Двоичная информация

Информация, представленная в двоичном виде, может принимать всего два состояния: истину или ложь, что соответствует 1 или 0. В игре эти состояния можно хранить разными способами:

• состояние вкл/выкл или сигнал от триггера (pressure plate, lever)
• запитанность энергией или состояние подключенния механизма
• закрытость или открытость двери или подобных ей обьектов
• нажата или отжата нажимная плита
• жидкость движется или стоит
• наличие существ или дварфов
• наличие вагонетки на рельсах

Это элементарное представление информации лежит в основе всех электронных устройств и компьютеров, поэтому, если вы хотите строить более-менее сложные схемы, с этим нужно ознакомиться: Логика высказываний

Ввод/вывод

Устройством ввода может служить любой механизм, который можно связать с другими устройствами. К такими механизмам относятся рычаги и нажимные плиты. Нажимная плита, при её установке, может быть настроена, на какой вес воды, лавы и существ она должна реагировать. Также её можно настроить так, чтобы она могла реагировать и на ваших дварфов тоже. Указав минимальное и максимальное значение уровня воды и лавы для нажимной плиты, вы всегда будете получать от нее состояние ВКЛ (on) для этого интервала, а для всех остальных значений — состояние ВЫКЛ (off). Независимо от уровня воды, лавы или веса существа, действующих на нажимную плиту, это устройство всегда будет посылать или 1 или 0 на другие "элементы" сети. А это значит, что нажимные плиты могут служить основой для двоичных запоминающих устройств.

Виды ввода

• Ручное переключение: Рычаг -> двоичный 1 или 0.
• Автоматическое переключение: Нажимная плита -> двоичный 1 или 0.

В качестве ввода/вывода может служить все что угодно, что умеет реагировать на изменение сигнала. Это могут быть двери, мосты, шлюзы пропускающие или препятствующие течению жидкостей, шестерни связанные с насосами и многое другое. В некоторых случаях — когда используется механическая логика — в качестве вывода требуется не сигнал ВКЛ/ВЫКЛ (on/off), а подключение/отключение механизмов от источника энергии.

Для обратного преобразования состояния подключенности к источнику энергии в сигнал ВКЛ/ВЫКЛ (on/off) известен (на данный момент) только один способ. Этот способ предполагает использование насоса с неограниченным источником воды и неограниченным сливом. Для обнаружения факта, включен ли насос (т.е. подключен ли он к источнику энергии) используется нажимная плита размещенная у слива. Она реагирует на наличие потока перекачиваемой жидкости.

Виды вывода

• сигнал: нажимная плита -> на выходе сигнал ВКЛ/ВЫКЛ (on/off) -> сигнал может поступать на все объекты обладающие способностью подлючаться к источнику сигнала и реагировать на его изменение
• энергия: комплекс шестерней -> на выходе энергия или её отсутствие (состояния подключен к источнику энергии / отключен от источника энергии) -> энергия может поступать на механизмы, потребляющие энергию

Бинарная логика

Операции бинарной логики осуществляют вычисление значения бита на выходе, полученного в результате некоторых операций со значениями одного или двух битов на входе. Устройства, которые умеют выполнять такие операции, обычно называют логическими вентилями или логическими элементами

• NOT — принимает на вход один бит и возвращает бит с противоположным значением
  
  

вход A	NOT
0	1
1	0

все остальные операции получают на вход два бита

• AND — возвращает true если они оба имеют значение true
• OR — возвращает true если хотя бы один из них имеет значение true
• XOR — возвращает true если только один из них имеет значение true
• NAND — возвращает true если как минимум один из них имеет значение false
• NOR — возвращает true если они оба имеют значение false
• NXOR — возвращает true если они оба имеют одинаковые значения
  
  

вход A	вход B	AND	OR	XOR	NAND	NOR	NXOR
0	0	0	0	0	1	1	1
0	1	0	1	1	1	0	0
1	0	0	1	1	1	0	0
1	1	1	1	0	0	0	1

Логические выражения, которые используют операции НЕ(NOT), И(AND) и ИЛИ(OR) наиболее легки для понимания человеком. Однако, оказывается, что все возможные логические операции можно реализовать используя только NAND или только NOR вентили. Некоторые логические вентили сделать проще и они потребуют меньше компонентов, чем другие, хотя это зависит от того, какой подход вы используете при построении логических схем. В общем случае, самостоятельное проектирование каждого логического вентиля, который вам действительно необходим (или использование уже придуманных схем) предпочтительнее, чем строительство множества NAND вентилей, так как в результате ваш дфарфпутер будет и быстрее работать, и потребует меньше ресурсов на его создание (энергии, воды, котят, строительных материалов и всего остального, что вы задумаете использовать).

Сложные вентили

• Триггер (Latch) — записывает и считывает одно двоичное значение.
• Генератор импульсов (Repeater) — посылает периодический сигнал.
• Счётчик/Сумматор (Counter/Adder) — двоичные вычисления.

Принцип работы

Существует четыре основных принципа дварфийских вычислений, в зависимости от того, что будет управлять системой. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки.

Четыре основных принципа:

Жидкостная логика

Жидкостная логика управляет течением жидкости по нажимным плитам. Схема с жидкостной логикой может быть легко построена и все известные элементы в Dwarf Fortress уже построены на этом принципе. С другой стороны, этот принцип зависит от неограниченного источника жидкости, так как приходится бороться с испарением и полным высыханием.

Механическая логика

Механическая логика использует системы осей и шестерёнок для постройки логических схем. Механическая логика реагирует очень быстро и может быть легко построена. Так как каждый редуктор сам по себе может быть связан с триггером (или несколькими триггерами) и автоматически подключаться к соседним редукторам для питания или передачи сигнала, механическая логика являются очень гибкой и не требуют большого числа различных устройств, которые, как правило, используются в жидкостной логике. С другой стороны, этот принцип использует ОГРОМНОЕ количество механической энергии; кроме того, простейшие механические схемы будут выдавать не сигнал, а энергию, поэтому, если вам нужен сигнал, например, для открытия мостов или дверей, нужна схема, переводящая энергию в сигнал. Впрочем, существуют полностью рабочие схемы перевода энергии в сигнал на основе жидкостей; после введения в игру вагонеток такие схемы стало возможным делать более компактными. С появлением вагонеток стали доступны компактные безжидкостные преобразователи "энергия->сигнал", что сделало вагонеточную логику привлекательной альтернативой для развертывания механической логики в вашей крепости. Наряду с передовыми методами построения логических элементов путем "предварительного переключения" узла шестерни (см. Mechanical_logic#На_основе_переключения), можно построить любую логическую схему, если в игре достаточно места для этого.

Животная логика

Логика существ использует нажимные пластины и ограничения на перемещение существ через постройки, такие как двери и люки, в сочетании с их поведением для построения логических схем. Логика существ требует очень много места, но не требует энергии, жидкости или ценных материалов. Любой вид логической схемы можно построить с помощью логики существ.

Логика животных — это особый вид логики существ, основанный на попытках животных пройти через плотно закрытые двери. Логические схемы животных могут быть гораздо более экономичными, чем другие формы логики существ, но они несколько ненадежны.

Вагонеточная логика

Логика вагонеток включает в себя контроль путей вагонеток через нажимные плиты для построения логических вентилей. Логика вагонеток легко интегрируется с механической логикой. Энергия, что, возможно, удивительно, не является обязательной. Логика вагонетки полна и компактна. Её не хватает скорости, на которую способны механические схемы, но для некоторых архитекторов проектирование схемы вагонеток может быть намного проще и интуитивно понятнее.

Примеры схем, которые вы могли бы создать, используя логические элементы

• Repeater (Генератор импульсов): многократно переключается. Можно использоваться для открытия и закрытия люков или движения шипов вверх-вниз.
• Latch (Триггер): запоминает своё состояние, имеет два входа, каждый переключающий на своё состояние. Можно делать, например, одноразовые нажимные пластины, сбрасываемые рычагом.
• элемент NOT (НЕ): изменяет сигнал от переключателей или нажимных пластин на противоположный. Обычно привязывается к триггерам.
• элемент AND (И): выдаёт сигнал тогда и только тогда, когда подаётся сигнал на все входы. Можно, например, присоединить выход со схемы к одному входу AND и рычаг для управления схемой к другому, и если рычаг будет выключен, то выход AND всегда будет выключен вне зависимости от состояния схемы.
• элемент OR (ИЛИ): выдаёт сигнал тогда, когда хотя бы на одном входе есть сигнал. Можно, например, присоединить несколько сенсоров воды (настроенных на 1-7) к входу OR и присоединить его выход к NOT, к которому подключены экстренные шлюзы или двери, которые бы закрывались, когда обнаружена вода.
• элемент XOR (исключающее ИЛИ): включается, если ровно один из двух входов включен. Можно использовать нажимные пластины с триггерами в разных частях крепости для обнаружения противника. Связав их с XOR, можно закрыть входы в крепость, если обнаружен враг, и открыть их, если враг обнаружен внутри.
• элемент NOR (НЕ-ИЛИ): отключается только если включается хотя бы один вход. Вместо использования вентиля OR с вентилем NOT вы можете использовать вентиль NOR, связанный с двумя датчиками воды 1-7, выходной сигнал которых поступает на двери или шлюзы. Когда обе нажимные плиты станут безводными, шлюзы откроются. При обнаружении воды шлюзы закрываются. (Если вы использовали нажимные пластины 0-0 с OR, вы получили бы сигнал 0, если обе пластины обнаружили воду, или сигнал ВКЛ в противном случае, что аналогично 1-7 NAND 1-7.)
• элемент NAND (НЕ-И): отключается только если включены оба входа. Вместо OR NOT или NOR вы можете подключить два датчика воды 0-0 к вентилю NAND и связать выход вентиля NAND с подъемом мостов. 0-0 NAND 0-0 то же самое, что 1-7 OR 1-7. Если на обеих нажимных пластинах нет воды, вентиль NAND выдаст сигнал 0. Однако если в любом из них есть вода, он выдаст сигнал 1.

• Есть более сложный пример использования описанных выше элементов: автоматическая комната тренировки навыка плавания. Рычаг закрывает двери и открывает шлюзы, запуская внутрь воду, нажимные пластины, обнаружив достаточный уровень воды, закрывают шлюзы, и через некоторое время (с помощью очень медленного повторителя, например) осушают комнату и открывают двери, и система готова к следующему нажатию рычага. Или можно убрать рычаг и сделать систему полностью автоматической (дварфам можно, например, приказать тренироваться внутри), используя повторитель.

Примеры

Здесь приведены примеры нескольких реально работающих дварфопьютеров и некоторые концепции, которые в принципе могут быть использованы. Но в большинстве случаев они создавались просто для веселья. Это нисколько не умаляет заслуги их разработчиков т.к. их создание в целом может оказаться очень сложным.
Пока что неизвестны примеры схем, основанных на животной или борг логике.

Полезное

• Магменная ловушка
  • Пример рабочего дварфопьютера управляющего магменной ловушкой. Она автоматически наводняет местность лавой, а через некоторое время избавляется от неё. Таймер специально рассчитан так, чтобы жертва после себя оставляла только ценные металлы.
    видео: http://mkv25.net/dfma/movie-1808-perfectmagmatrap
    устройство: http://i576.photobucket.com/albums/ss208/kanddak/magmatrap.png

Идеи

• повторитель
  • на механической логике http://mkv25.net/dfma/movie-1370-pump-basedautorepeater
• сумматор
  • на механической логике, 6-битный(6-bit): http://mkv25.net/dfma/movie-1561-addingmachine
  • на жидкостной логике, 8-битный(8-bit): http://mkv25.net/dfma/movie-1084-numberabbeydemonstration

Armok Invaders, полноценная игра

Раз плюнуть

• десятичный дисплей с 4-битными двоичными входными данными
  • на механической логике, десятичный с битом переполнения: http://mkv25.net/dfma/movie-1745-dwarfputerv01
  • вероятно жидкостная логика: http://mkv25.net/dfma/movie-1657-7segmentlcddisplay
  • жидкостная логика, шестнадцатеричный: http://mkv25.net/dfma/movie-1092-7-segmentdisplaydemonstration
• крестики-нолики
  • на механической логике http://mkv25.net/dfma/movie-1813-tictactoev10simple
• Armok Invaders
  • механическая и вагонеточная логики: https://www.youtube.com/watch?v=j2cMHwo3nAU

Страницы по теме

• User:BaronW — Всемогущий Дварфийский Калькулятор
• User:Jong — Первый полностью программируемый цифровой дварфийский компьютер
• User:SL/Logic Gates — Здесь используются механизмы для соединения вентилей, устройств и т. д., но жидкость для логики. Построено на поверхности водоема и требует энергии (для одну-две помпы на вентиль).
• User:Kyace/Adder — Полный сумматор, построенный с использованием жидкостной логики, с видео грубого прототипа. Дальше несложно объединить 8 таких, чтобы создать жидкостное устройство, способное складывать два 8-битных числа вместе.
• User:Soundandfury#Logic_Gates — Тут есть резервуар для подачи воды сверху и слив снизу. Слитую воду можно перекачивать обратно в подающий резервуар.
• User:Bidok — Животная логика со всеми вентилями, памятью, повторителем и счетчиком. Все запитывается от котят.
• User:LordOOTFD#Animal_Logic — Животная логика с быстрыми сложными вентилями, основанная на системах с питанием от котят.
• User:Hussell#Assorted_Devices — Жидкостная логика.
• User:Gammon — Жидкостная логика. Очень подробные КМОП-вентили.
• User:Root Infinity — Другие логические вентили.
• User:Vasiln/Goblin Logic 1 — Теория и практика логики существ, основанной на вторженцах.
• User:Larix — Различные инженерные проекты, в том числе второй полностью программируемый дварфийский компьютер (возможно, первый, способный к автономному исполнению) и тщательная проработка логики, основанной на движущихся вагонетках.
• User:Gnidan — Система маршрутизации вагонеток для перемещения товаров из одной точки в другую по общему пути.

V · T · E Постройки
Мастерские • Печи
Предметы обстановки	Animal trap • Anvil • Armor stand • Bed • Blocks • Box (chest • coffer) • Bucket • Cabinet • Cage (aquarium • terrarium) • Coffin (casket • sarcophagus) • Restraint • Slab • Statue • Table • Throne (chair) • Weapon rack
Инструменты	Altar • Bookcase • Display (display case • pedestal) • Hive • Nest box
Контроль проходов	Bars • Bridge • Door (portal) • Floodgate • Grate • Hatch • Road • Window
Конструкции	Floor • Fortification • Ramp • Stairs • Wall
Машины и части ловушек	Axle • Gear assembly • Lever • Mechanism • Millstone • Pipe section • Pressure plate • Roller • Screw pump • Support • Trap • Water wheel • Windmill
Прочее	Archery target • Vermin catcher's shop • Shop • Siege engine • Trade depot • Wagon • Well
Связанные статьи	Дизайн крепости • Дизайн спален • Внутриигровые компьютеры • Производство предметов обстановки • Комнаты