マイクラで論理ろんり回路かいろ(ろんりかいろ)をまなぼう(だい1かい

更新こうしん

Learning logic circuits by Minecraft (part 1).

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先日せんじつ有名ゆうめいなパソコンゲーム Minecraft(マインクラフト)うえで「8 ビットマイクロコンピュータをうごかす」、という素晴すばらしいプロジェクトをつけました。

以前いぜんから、Minecraft じょうレッドストーン回路かいろという、学研がっけん電子でんしブロックをバーチャルな世界せかいんだような仕組しくみがあることはっていましたが、それはゲームをたのしくするためのトリックをつくるものであって、まさか、実際じっさいにディジタル論理ろんり回路かいろ(ろんりかいろ)をつくることができるような高度こうど機能きのうだとはおもっていなかったのです。

調しらべてみたところ、レッドストーン回路かいろ使つかうと、小中学生しょうちゅうがくせいがディジタル論理ろんり回路かいろ基本きほんたのしくまなぶことができそうなことがかりました。また、もっとずっと大人おとなの、たとえば電子でんし工学こうがく(でんしこうがく)を大学だいがくまなんだほうでも、論理ろんり回路かいろ重要じゅうようなポイントを復習ふくしゅうするのに、とても役立やくだちそうだということもかりました。

こんなことをくと、おれ技術ぎじゅつしゃだぞ、なめんなよ、というほうもあるかもれません。しかし、電子でんし工学科こうがっか卒業そつぎょうしていても、トランジスタ(バイポーラ、MOSFET など)を使つかって、たとえば T-FF(フリップフロップ)を設計せっけいできるほうがどれだけあるでしょうか?  はい、わたしもできません!(← ひらなおらない)

レッドストーン回路かいろって面白おもしろい!

まずは、小中学生しょうちゅうがくせいのおさんにとって、どんなふうに参考さんこうになるのか紹介しょうかいしましょう。

  • マイクラの素敵すてきな 3次元じげん世界せかいで、論理ろんり回路かいろ勉強べんきょうできる!
    ソフトウェアのプログラミングも大切たいせつですが、論理ろんり回路かいろというハードウェアをまなぶことも、とても大切たいせつだとファームロジックスはかんがえます。
  • レッドストーン回路かいろなら、うごきを理解りかいできる!
    実際じっさい電子でんし回路かいろでは、電圧でんあつけい電流でんりゅうけい、オシロスコープといった測定そくてい使つかわないと、電気でんきながれがイメージできません。Minecraft のレッドストーン回路かいろなら、電気でんき信号しんごうながれを確認かくにんすることができます。
  • レッドストーン回路かいろおぼえると、マイクラのゲームがもっとたのしく、創意そうい工夫くふうできるようになる!
    もうこれからは、おさんがマイクラであそんでいるのをて、そのくらい熱心ねっしん勉強べんきょうもしてくれればいいんだけど、などとおもわなくてむようになります。 🙂

つづいて、わか電子でんし技術ぎじゅつしゃにはどんなやくつのでしょうか。

  • 論理ろんり回路かいろ使つかうだけでなく、論理ろんり回路かいろ原理げんり理解りかいできる。
    レッドストーン回路かいろは、じつはアナログ回路かいろのモデリングなのです(次回じかい説明せつめい)。レッドストーン回路かいろ増幅器ぞうふくき(リピータ)やコンパレータ、どう増幅器ぞうふくき使つかって論理ろんり演算えんざんわせ回路かいろ)や順序じゅんじょ回路かいろ設計せっけいするというのは、論理ろんり回路かいろ本質ほんしつふか理解りかいするのに役立やくだちます。
  • 論理ろんり回路かいろはアナログ素子そしつくられていることを理解りかいできる。
    上記じょうき重複じゅうふくしますが、じつ論理ろんり回路かいろもアナログ素子そしつくられ、アナログてきいがたくさんあります。論理ろんりスレッシュホールド、絶対ぜったい最大さいだいじょうかく最高さいこう動作どうさ周波数しゅうはすうなどというものがあるのはそのためですし、半導体はんどうたい技術ぎじゅつしゃつねに、電気でんきつたわる速度そくど、プロセスルール、消費しょうひ電力でんりょく、といった制約せいやく念頭ねんとうきながら、半導体はんどうたい設計せっけいしています。

ぜひ、みなさんにいちレッドストーン回路かいろれてもらえたらとおもいます。

Minecraft の入手にゅうしゅ

すでに Minecraft であそんだことのあるほうもいらっしゃるとおもいますが、参考さんこうまでに説明せつめいしましょう。

まず最初さいしょに、Minecraft は有料ゆうりょうのゲームソフトです(無償むしょう評価ひょうかばんもあります)。パソコンで動作どうさするもの、スマートフォンやタブレットで動作どうさするもの、などいろいろあります。いずれもレッドストーン回路かいろうごかすことはできるようですが、今回こんかいはパソコンで動作どうさする Java Edition というものを使つかいます。(Windows、macOS、Linux などで動作どうさします。) バージョンは、最新さいしんの 1.17.1 を使つかいます。

さんなどは、「えー、ぼく/わたしはパソコンなんてってないし、たかくてってもらえないよ」ということもあるでしょう。その場合ばあいはタブレットなどで動作どうさする Bedrock Edition でもいでしょう。しかしぜひためしていただきたいのは、Raspberry Pi(ラズパイ)じょうで Java Edition をうごかす、というものです。ラズパイならお小遣こづかいでもえるでしょうし、「ラズパイでプログラミングや論理ろんり回路かいろ勉強べんきょうをしたい」とえば、両親りょうしんってもらうこともできるでしょう!

すくなくとも最新さいしんの Raspberry Pi 4 では、Java Edition がうごいた、という報告ほうこくをネットでチラホラかけます。以前いぜんにもわたしは、ラズパイで Java Edition をうごかすこころみをしたことがありますが、また今度こんど最新さいしん状況じょうきょう確認かくにんしてみたいとおもいます。

Java Edition は、こちらから購入こうにゅうできます。

レッドストーン回路かいろってこんなもの

さんなどは、YouTube を駆使くしして、あっというにレッドストーン回路かいろまなんでしまいそうですが、両親りょうしん、あるいは電子でんし技術ぎじゅつしゃ対象たいしょうに、レッドストーン回路かいろ特徴とくちょう理屈りくつ)を簡単かんたん説明せつめいしましょう。

  • レッドストーン回路かいろは、実際じっさい電気でんき電子でんし回路かいろちがって、電流でんりゅうがプラス(こう電位でんい)からマイナス(てい電位でんい)にながれる、といったことはない。そのため、回路かいろ(circuit)という言葉ことばは、現実げんじつには不適切ふてきせつかもれない。

なんだか理屈りくつくさくなってきたぞ。もうすこし「イメージ」できましょう!

  • レッドストーン回路かいろは、レッドストーン「信号しんごう」(電気でんきながれ)をつくすための、レッドストーントーチ(たいまつ)やレッドストーンブロックから、レッドストーンダスト(レッドストーンのこな)でえがいた「せん」をつたわってながれます。
  • 信号しんごうながれるレッドストーンダストに、いろんな機械きかい(ブロック)をつなぐことができます。たとえば、レッドストーンランプをつなぐとかりがともりますし、ドア(玄関げんかん)をつなぐと、ドアが開閉かいへいします。ほかにもいろいろなものをうごかすことができます。音符おんぷブロックといって、おとすブロックもあります。

最初さいしょいち

理屈りくつばかりではつかれてしまうので、まずはもっとも簡単かんたんなレッドストーン回路かいろつくってみましょう。つぎ写真しゃしんのような回路かいろです。

御存知ごぞんじほうもありますように、Minecraft には複数ふくすうのゲーム「モード」があります。ひとつはサバイバルモードとって、てきのモンスターがてきてたたかったり、おなかくので、ものさがしたりつくったりしなくてはいけない、というあそびです。必要ひつようなアイテム(レッドストーン回路かいろつくるのに必要ひつようなものをふくむ)は簡単かんたんには入手にゅうしゅできず、鉱山こうざんったり(そこからマイン(鉱山こうざん)クラフトという名前なまえがきています)、モンスターからあつめたりしなくてはなりません。おおくのおとこのおさんは、サバイバルモードであそぶことがおおいのではないでしょうか。

もうひとつ、Minecraft にはクリエイティブモードというものがあります。こちらでは、てきおそってくることはなく、必要ひつようなアイテムはいくらでも利用りようでき、そらぶこともできます。まるでバーチャルのあそびのように、いろいろな建造けんぞうぶつまちしろ)などをつくったりする創造そうぞうてきあそびができます。

レッドストーン回路かいろ勉強べんきょうには、後者こうしゃのクリエイティブモードがいているでしょう。

さて、うえ画面がめんてみましょう。(看板かんばんのぞいて)ひだりからつぎのようにならんでいます。

  • レッドストーントーチ: レッドストーンの信号しんごう(エネルギー)をつくします。レッドストーントーチ以外いがいにも、信号しんごうつくすブロック(アイテム)があります。
  • レッドストーンダスト: トーチのみぎ 2つのブロックに、レッドストーンダストによる「回路かいろ」があります。
  • レッドストーンランプ: レッドストーンの信号しんごうひかるランプです。

「これって、どうやってつくるんだ?」というマイクラ初心者しょしんしゃほうのために、簡単かんたんなビデオをつくってみました。

今日きょうはここまで!  次回じかいは、レッドストーン信号しんごうつたわりかたについてまなびましょう。なお、以下いかの YouTube チャネルに登録とうろくいただくと、あたらしい教材きょうざい公開こうかいされたさいにすぐ御覧ごらんいただけます。よろしくおねがいいたします!

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