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

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

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.

Load based Mechanical signal-input power-output gates

These gates can be used either by adding a power -> link signal converter (also known as a "rotation sensor"), or directly used to control pumps, such as in other logic gates (the unsourced fluid logic gates use these, for instance). The conventional "rotation sensor" consists of a pump powered by the gate's OUTPUT gear, pumping an infinite supply of water onto a water-sensing pressure plate with an infinite drain.
There are certain things important to all the gates:
Each gate has an OUTPUT gear, which will be placed next to a pump which the gate will control.
In diagrams, the OUTPUT gear is below the 'O' gear, connected to it by gears or vertical axles. The P indicates where you should hook power up, and L indicates where load (gears or pumps that don't have a water source) should be connected, and ¦ and - are horizontal axles. The Is are gears linked to INPUTs (some gates have one input, but most have two).
Gates which incorporate a NOT will have the power network branch off from the 'O' gear, and have a train of power-draining stuff connected to the input gears, whereas gates which do not incorporate a NOT will have the power connected to the input gears instead. The principle behind normal gates is that when the INPUTs are ON, power is connected. The principle behind the NOT gates is that power is always connected, but when the INPUTs are ON, a large enough power requirement is connected to send the power requirements above the power supply, shutting down the system.
If your windmills produce no power, you'll have to come up with some way to use water wheels for power instead.
You should build only enough windmills (or water wheels) to power the system, and should not connect the network for one gate to another gate's network, since the load would shut everything down or nothing at all.
The gates' instructions will explain how much load and power you need to have at each P and L in the more complicated gates.

Legend

Symbol

Meaning

A gear which connects to your OUTPUT gear, which outputs power when the gate is producing an ON output.

A gear connected to an INPUT. In most gates you will have two Is, with each one connected to a different input.

and

Horizontal axles

Power goes here

Two more gears, each connected to the two different inputs.

a chain of gears or pumps which serve to add load to the system, generally shutting it off when connected.

A gear which isn't linked to any inputs or outputs and just serves to connect the power or whatever.

Mechanical identity gate

This takes an linked input signal and converts it to power without changing it.
Connected to the input gear, such that they will only be connected to the system if the input gear is receiving an ON signal, are gears with windmills on top of them. Build only enough windmills to power the devices that the gate's OUTPUT gear are connected to (and the gears/axles).
When the INPUT is ON, the INPUT gear will be active, and the network will provide power to the OUTPUT. When the INPUT is OFF, it will not provide power to the OUTPUT.

Mechanical NOT gate

¦ ¦ [#0f0]P

When the INPUT is ON, the INPUT gear will be active, and the network should need more power than is available. The devices connected to OUTPUT should shut down. When INPUT is OFF, the devices should have power since the INPUT gear will be disconnected.

Mechanical NAND gate

¦ ¦ [#0f0]P

This works just like the NOT gate, except that there are two inputs and both have to be active to shut down the system instead of one. Make sure you have enough power to run the system when one of the input gears is active.

Mechanical AND gate

This works like the identity gate, except that there are two inputs and both have to be active for the system to get power.

Mechanical OR gate

[#aaf]I*[#0f0]P

This works like the identity gate, except that there are two inputs, and if either is active, the system receives power. Note that the entire power network is connected to both inputs, such that if either input is active the entire power network is powering the system.

Mechanical NOR gate

[#ff0]O[#aaf]I ¦ ¦ [#0f0]P

This works like the NOT gate, except that there are two inputs, and if either is active, the gear train or pump stack signified by the 'L' will be connected to the system. You need to have enough load to push power requirements above the amount of power produced by the power supply, shutting the system down.

Mechanical XOR gate

[#aaf]I*-[#0f0]P [#000].[#aaf]i [#000].[#aaf]i [#000].[#f00]L

Except for the 'i's and 'L', this gate is identical to the OR gate. The additional components add the 'exclusive' part of the 'XOR' to the gate.
The 'i's are additional gears connected to each of your inputs, and the L is additional load (large enough to stop the system, of course).

Mechanical XNOR gate

[#000].[#000].[#ff0]O[#aaf]I [#000].[#000].¦ [#0f0]P[#aaf]-* [#000].[#000].[#aaf]i [#000].[#000].[#aaf]i [#000].[#000].[#0f0]P

A	B	Drain	Power	Extra Power	Result
0	0	No	Yes	No	1
0	1	Yes	Yes	No	0
1	0	Yes	Yes	No	0
1	1	Yes	Yes	Yes	1

The XNOR gate is an equality gate: The output is ON when both inputs are equal, and OFF when they are not equal.
This gate may be even more complicated to build than the XOR gate!
First, your 'i's are again gears connected to your two inputs. The extra P below them is additional power source, ideally only one windmill.
Here's where it gets complicated. The load has to be sufficient to shut down the system when additional power supply is disconnected. However, when BOTH inputs are on, there needs to be enough power from additional P to bring the system back online.
Thus our gate does what it is supposed to: Produce enough power to have the OUTPUT gear be ON when both A and B are either 0 or 1, but not when they are not equal.