Wireworld
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Wireworld ist ein Zellulärer Automat, der erstmals von Brian Silverman 1987 in seinem Programm Phantom Fish Tank verwendet wurde und später durch einen Artikel in der Kolumne „Computer Recreations“ des Scientific American weitere Verbreitung fand. Wireworld eignet sich besonders für die Simulation elektronischer Logikelemente wie Gatter oder Flipflops. Trotz der Einfachheit seiner Regeln (s.u.) ist es möglich, vollständige Computer mittels Wireworld zu implementieren (s. Weblinks).
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[Bearbeiten] Regeln
Eine Wireworld-Zelle kann vier unterschiedliche Zustände einnehmen (die jeweils angegebene Farbe wird in den animierten Grafiken auf dieser Seite verwendet):
- leer (schwarz)
- „elektrischer Leiter“ (gelb)
- „Elektronenkopf“ (blau)
- „Elektronenende“ (rot)
Die Zeit verläuft in diskreten Schritten, den sogenannten Generationen. Dabei bleibt eine leere Zelle grundsätzlich leer. Die übrigen Zellen verhalten sich beim Übergang von einer Generation zur nächsten wie folgt:
- Aus einem Elektronenkopf wird ein Elektronenende.
- Aus einem Elektronenende wird ein Leiter.
- Aus einem Leiter wird ein Elektronenkopf, wenn genau ein oder zwei der benachbarten Zellen Elektronenköpfe sind.
[Bearbeiten] Anwendungen
Wendet man diese Regeln auf folgende Anordnung von Zellen an, so „bewegt“ sich das Elektron bei jedem Generationswechsel um eine Position nach rechts (= Leiter, # Elektronenende, @ Elektronenkopf):
Generation n ====#@======== Generation n + 1 =====#@======= Generation n + 2 ======#@======
Durch geeignete Ausbildung von Leiterverzweigungen und -kreuzungen können logische Schaltelemente vom einfachen Gatter bis zum komplexen Rechenwerk realisiert werden.
Das Bild links zeigt die Implementierung zweier Taktgeber (linke Bildhälfte) und eines XOR-Gatters (rechts). Die Taktgeneratoren sind als ringförmige Leiterbahnen ausgeführt, in denen jeweils 2 Elektronen in unterschiedlichen Abständen kreisen. An den Verzweigungen am rechten Rand der Ringe werden Kopien dieser Elektronen in die zu den Eingängen des XOR-Gatters führenden Leiterbahnen emittiert. Die Taktgeber sind derart aufeinander abgestimmt, dass entweder jeweils ein einzelnes Elektron von oben oder unten in das XOR-Gatter eintritt (es wird durchgelassen), oder zwei Elektronen gleichzeitig am Gatter eintreffen − sie „vernichten“ sich gegenseitig und am Gatter-Ausgang tritt kein Elektron aus. Damit ist eine XOR-Verknüpfung der an den Gatter-Eingängen eintretenden Elektronen realisiert.
