fischertechnik community forum

Hallo zusammen,

Arnouds Logik-Gatter in der ft:pedia 4/2022 sind einfach grandios - sie machen die Wirkungsweise der Logik-Schaltungen sehr verständlich und transparent und gehören m.E. in jeden (Informatik-) Schulunterricht...

Schon vor vielen Jahren war ich von Thomas Püttmanns Gattern begeistert. Sie sind nicht ganz so anschaulich (man muss das Getriebe zunächst verstehen), haben gegenüber den schönen Modellen von Arnoud jedoch den Vorteil, dass sie sich (in Grenzen) koppeln lassen, weil sie nur einen sehr geringen Widerstand haben.

Angeregt durch Arnouds Beitrag habe ich mich an Varianten von Thomas' Gattern versucht, die die Eingänge auf derselben Seite haben und sich so (hoffentlich) noch etwas besser für Koppelungen eignen. Eine m. E. sehr elegante Variante eines UND- oder ODER-Gatters gelingt mit dem exklusiven Malteserrad (siehe Foto).
Herzliche Grüße,
Dirk

Sehr schön, Dirk! Eine prima Idee, aus den Gattern einen Thread zu machen.

Da kann ich dann ja gleich mal ein paar unterschiedliche meiner Entwürfe posten. Mir ging es primär um NAND bzw. NOR, da man alle anderen Operationen daraus erhalten kann. Gerne hätte ich das mechanische Äquivalent eines 74LS00 gebaut.

Mein Ziel war und wäre, dass

1. die Ausgänge die Eingänge schalten können. Flipflops sollten möglich sein.
2. Einfaches Äquivalent zum "Verdrahten" (vermutlich Seile oder Bowdenzüge)

Noch bin ich nicht zu einer überzeugenden Lösung gekommen, sonst wären solche Gatter schon im Mathebuch.



Ähnlich wie Arnoulds Gatter verdeutlicht dieses Gatter die Logikoperation OR/NOR sehr gut. Flipflops kann man aber damit nicht bauen.




Hier eine Variante mit Spill als Treiber. Die Hebel fand ich ganz witzig. In meinen handschriftlichen Notizen steht groß: „Funktioniert, klemmt aber laufend. Größer bauen!“




Ein XOR aus 3 x NOR/NAND. Vorne sind die vier Eingänge (die in paarweise über Seile verkoppelt sind). Links und rechts ist jeweils ein OR-Gatter. Der schwarze Baustein in der Mitte hebt sich, wenn der linke ODER der rechte rote BS15 mit Bohrung hochgehoben wird (das einfachste mechanische Gatter überhaupt). Das OR-Ergebnis wird über eine Rolle nach hinten gegeben an den Eingang eines weiteren OR/NOR-Gatters und dadurch negiert. Insgesamt ergibt sich also

(A NOR B) (N)OR (-A NOR -B), also entweder XOR oder EQUIV, je nachdem, ob man zum Schluss negiert oder nicht.
Treiben kann man das ganze durch eine rotierende Achse oben.

Funktioniert - nicht umwerfend, aber ok. Kompakter geht es wohl kaum. Die vertikale Logik, so naheliegend sie ist, gefiel mir aber didaktisch nicht. Wenn man weitere Gatter zusammenschaltet, wird es unübersichtlich. Es ist lästig, die Seillängen einzustellen.



In meinem ersten Seminar mit fischertechnik-Modellen haben wir übrigens die Logikgatter aus Konrad Zuses Z1 nachgebaut. Fotos davon finde ich gerade nicht, habe ich vielleicht auch nicht mehr. Dabei handelt es sich um getaktete Logik, die hier sehr schön erklärt wird:

http://www.horst-zuse.homepage.t-online.de/z1-oder.html

Ich mag dieses Thema und freue mich, wenn jemand wie Arnould sich auch für das Thema interessiert und hochwertige Artikel dazu schreibt. Vielleicht findet ja auch Arnould oder jemand anderes irgendwann eine schöne "TTL-Logik". Das fände ich richtig prima.


Viele Grüße

Thomas

Übrigens sind auch andere auf die Idee gekommen, dass sich die logischen Operationen vertikal sehr gut veranschaulichen lassen. Vor ein paar Jahren (da hatte ich den vertikalen Ansatz eigentlich schon wieder zumidest vorübergehend verworfen), habe ich folgendes schöne Video gefunden:

https://vimeo.com/93042377

Lieber Thomas,

Deine senkrechten Darstellungen sehen auch gut aus - aber sind wahrscheinlich im Schulunterricht die Hölle...
Mich begeistern nach wie vor Deine ursprünglichen Gatter; sie sind beeindruckend leichtgängig.

Ich habe jetzt eine Weile daran geknobelt, wie man wohl ein kompaktes XOR-Gatter mechanisch hinbekommt. Natürlich geht das auch durch Kombination der anderen Gatter - aber wenn man eine echte Binärschaltung bauen will, sollte das doch mit weniger Teilen gelingen, dachte ich.

Und tatsächlich - es geht.
Hier mein Vorschlag für ein mechanisches, Getriebe basiertes XOR.
Herzliche Grüße,
Dirk

Sehr cool, Dirk!

Subtrahieren mit Differential und Absolutbetrag mit Pleul = XOR.

Zusammen mit dem UND ist der Halbaddierer schon komplett.

Nur die Verkopplung der Gatter mit Ketten und Zahnrädern ist aufwändig. Den berühmten Differential Analyzer aus den 30ern und 40ern des letzten Jahrhunderts hat man analog ebenfalls durch Verkopplung von Achsen "programmiert". Letztendlich ist das ein Hauptgrund, warum alles so schnell auf die Elektronik aufgesprungen ist: Elektronische Bauteile lassen sich durch Kabel und Leiterbahnen so viel einfacher und flexibler koppeln als mechanische Komponenten durch Ketten, Riemen und Seilzüge.

Dirk Fox hat geschrieben: ↑

30 Dez 2022, 10:14

Deine senkrechten Darstellungen sehen auch gut aus - aber sind wahrscheinlich im Schulunterricht die Hölle...

Ich habe mich nicht einmal getraut, das auszuprobieren. Seile sind generell problematisch. Die wenigsten Kinder können noch einen Knoten machen, geschweige denn eine Schlaufe. Daher sollte ich Seile eigentlich öfter benutzen, wenn es zeitlich akzeptabel ist.

Lieber Thomas,

geometer hat geschrieben: ↑

30 Dez 2022, 12:19

Zusammen mit dem UND ist der Halbaddierer schon komplett.

genau - das ist gerade meine erste Schaltung. Gefolgt von einem Volladdierer.

geometer hat geschrieben: ↑

30 Dez 2022, 12:19

Nur die Verkopplung der Gatter mit Ketten und Zahnrädern ist aufwändig.

Stimmt - obwohl man einige der Verbindungen auch direkt stecken kann. Ich baue auch gerade an Varianten mit den Rastachsen; da ist Stecken noch stabiler.

Die Gatter sind natürlich keine Alternative zur Elektronik. Aber: Die Modelle veranschaulichen hervorragend, erlauben Lernen durch "Begreifen" und zeigen, dass Computer keine Halbleitersysteme sind, sondern Halbleiter verwendet werden, um Computer zu bauen - man könnte aber auch Stangen, Zahnräder und Ketten verwenden... Daran kann man schön die verbreitete denk-beschränkende Gleichsetzung von "Idee" und "Umsetzung" auflösen.

Herzliche Grüße,
Dirk

Mit großer Freude habe ich den Artikel gemacht und auch die (Rotations-)Varianten von Thomas studiert. In einem kurzen E-Mail-Austausch zwischen Thomas und mir kamen wir tatsächlich zu dem Schluss, dass die Reibung und der Durchhang überwunden werden müssen, bevor wir damit beginnen können, mehrere Gatter zu einer größeren kombinierten Funktion zu verknüpfen.

Ich denke, in Zukunft werde ich mit der Schwerkraft experimentieren, um dies zu überwinden. Sie könnten mit Gewichten oder Kugeln arbeiten. Das einzige ist, dass sie, nachdem ihre „Schwerkraftenergie“ verdaut wurde, auf die eine oder andere Weise (am besten natürlich nicht elektrisch) wieder hochgehoben werden müssen.

Momentan bin ich in das Buch von Thomas eingetaucht, und möchte zunächst ein paar bereits beschrittene Wege (selbstgebaute Logikgatter in Silberlinger Häusern und Spiegel zur Laserablenkung) finalisieren, bin mir aber sicher, dass das Thema weitergeführt wird!

Auch 2023 wird uns mit unserem Hobby nicht langweilig! Ich wünsche allen ein sehr gutes und kreatives Jahr!

... und hier ist nun der Halbaddierer, mit Rastachsen und aktuellen Teilen - bis auf das Malteserrad. Alle alternativen Konstruktionen waren mir zu "klapprig". Eigentlich ein guter Grund für fischertechnik, das Malteserrad in die Bauteilewelt aufzunehmen (und auch das Rast-Differential mit Z20 wiederzubeleben).

Links ist der Input, rechts der Output: rechts oben der Übertrag (C/Carry), rechts unten die Ergebnisstelle (S/Sum).

Das UND-Gatter (oben) und das XOR-Gatter (unten) habe ich ein wenig zusammengezogen und verdichtet. Wenn man die Eingabeachsen dichter zusammenlegt, geht das noch etwas kompakter; man könnte auch "nach oben" bauen, aber dann wird die Getriebelogik m. E. ein wenig unübersichtlich. Es ginge auch, UND und XOR dichter zu "verschachteln", dann passt das Gatter auf eine halbe Experimentierplatte. Allerdings kann man die beiden Teilgatter dann nicht mehr gut unterscheiden.
Herzliche Grüße,
Dirk

Sehr hübsch! Ich selbst besitze derzeit kein 'Malteser Rad'. Auf https://fischertechnik-blog.de/2015/01/ ... nstruiert/ habe ich eine Geschichte zum Original gefunden.

Ich habe bereits an einigen beliebten Orten nachgesehen, ob ich STL-Dateien finden kann, damit ich selbst eine 3D-drucken kann. Leider bisher ohne zufriedenstellendes Ergebnis. Es gibt eine Datei aus dem Jahr 2018, aber ich frage mich, ob dies die neuesten Entwicklungen sind.

Es ist natürlich möglich, die Funktionalität des Malteserkreuzes selbst aus normalen Teilen zu bauen, oder es selbst zu entwerfen, aber ich wollte fragen, ob jemand einen 3D-Tipp hat.

Das hier sieht doch ganz gut aus:
https://www.thingiverse.com/thing:4524690

Absolut! Ich hatte es nicht gefunden. Dies zeigt an, wie unzuverlässig die Suchfunktion sein kann. Ich kannte alle Objekte mit den Stichworten 'fischertechnik' und 'malteser'. Und naja, dann verpasst man das, weil es weder als Stichwort noch im Titel eines dieser Wörter hat.

Inzwischen hatte mir auch ein Clubmitglied des NL-Clubs (Hans Wijnsouw) eine STL-Datei geschickt.

Vielen Dank für den Tipp! Ich schaue mal, welches für mich im Moment am sinnvollsten ist. Danke schön!

Fan-Out 4 bis 5. Yippie!

Als Auftakt zum 74FT00 hier erst einmal die Logikgatter aus Konrad Zuses Z1 (dem ersten programmierbaren Rechner):

https://youtu.be/W0b7DHDp7QA

Hallo,
auch eine schöne graphische Darstellung von digitalen "Blech-Verknüpfungs-Teilen".
Interessant ab Minuten 4, 5, ff.
https://www.youtube.com/watch?v=PWj7toE ... _L&index=2
Vielleicht für einige Leute etwas anschaulicher als das dreidimensionale Konstrukt mit HIlfe von Fischertechnik.
(Soll aber nicht abwertend sein, das Fischertechnik-Konstrukt ist auch toll).

Hallo...
Wobei die Mechanik bzw die Annimation vom XOR nicht ganz richtig ist. Da bewegt sich bei 1-0 und 0-1 nur ein bleues Blech, nicht beide, da die Kopplung nicht greifen kann.
Ich gebe zu, es ist ehr ein trockenes Thema, aber dieses Video, mit der Musik und der Sprachgeschwindigkeit... Da muss man schon wirklich durchhalten wollen, um bis zum Ende zu kommen.
Mit freundlichen Grüßen
fishfriend
Holger Howey

Hallo zusammen,

endlich ist das Video zu den aktiven Gattern fertiggestellt:
https://youtu.be/Lt0alWQzkWY

All denen, die sich für so etwas interessieren, wünsche ich viel Spaß mit der Capstan-Lever Logic CLL.

Vielleicht finden sich für eine der Ausstellungen im nächsten Jahr sogar ein paar aus der Community, die Interesse an einem Gemeinschaftsprojekt "Mechanisches Computing" haben?

Ich würde mich freuen.

Viele Grüße

Thomas

Hallo Thomas,
da ich auf den Publikumsmessen gerne Kleinmodelle zum Nachbauen ausstelle, habe ich dieses Jahr für Leipzig den Schwerpunkt "Allerhand mit Getrieben" gewählt.
Mit dabei ist auch Dein mechanisches NAND-Gatter. Ich hoffe, ich finde auf der Messe Gelegenheit, die ausgestellten Modelle zu fotografieren und dann die Bilder auf die Website hochzuladen.
Ein Gemeinschaftsprojekt wäre toll, aber mir fehlen leider die eigenen Ideen.
Gruß
Esther

Großartig, lieber Thomas, habe ich mit viel Spaß und in nostalgischer Erinnerung an Apraphul angesehen.

OT: Nachdem ich erst durch den Video gesehen habe, dass A.K. Dewdney dieses Jahr gestorben ist, bin ich auf seiner Wikipedia und seiner persönlichen Webseite gelandet. Interessant, dass selbst ein kluger Geist wie er offenbar nicht davor gefeit war, sich in kruden 9/11 Verschwörungstheorien zu verirren. Und ich habe festgestellt, dass ich sein Wa-Tor mal implementiert haben muss, wahrscheinlich auf dem Amiga. Was würde ich dafür geben, wenn ich die Dateien von damals noch hätte...

vg
Jan

EstherM hat geschrieben: ↑

16 Sep 2024, 19:31

Ich hoffe, ich finde auf der Messe Gelegenheit, die ausgestellten Modelle zu fotografieren und dann die Bilder auf die Website hochzuladen.

Prima, vielen Dank! Die neuen Gatter sind natürlich unvergleichlich besser als die alten. Aber wenn Dein Thema Getriebe ist, sind die alten ok.

EstherM hat geschrieben: ↑

16 Sep 2024, 19:31

Ein Gemeinschaftsprojekt wäre toll, aber mir fehlen leider die eigenen Ideen.

Es geht ebenso um die Reproduktion schon entwickelter Komponenten. Ich werde in den nächsten Wochen mal ein/zwei Projekte mit ca. 20 Platten 500 skizzieren.

juh hat geschrieben: ↑

16 Sep 2024, 22:50

OT: Interessant, dass selbst ein kluger Geist wie er offenbar nicht davor gefeit war, sich in kruden 9/11 Verschwörungstheorien zu verirren.

Ja, Klugheit schützt wenig bis gar nicht davor, sich zu verrennen.

juh hat geschrieben: ↑

16 Sep 2024, 22:50

Und ich habe festgestellt, dass ich sein Wa-Tor mal implementiert haben muss, wahrscheinlich auf dem Amiga.

Ich habe meine Core-War-Implemetierung in Turbo Pascal noch. Aber die Z80-Karte auf meinem Apple-][-Clone bekomme ich nicht mehr zum Laufen.