Introduction
Minecraft, créé en 2011 par Mojang Studio est le jeu-vidéo le plus vendu de tous les temps. Avec ses blocs cubiques et ses mondes infinis, Minecraft est plus qu’un simple terrain de jeu. C’est un véritable laboratoire virtuel où l’imagination prend forme. Parmi ses nombreuses fonctionnalités, la Redstone se distingue comme un outil puissant, permettant de simuler des circuits électriques et de créer des mécanismes complexes.
Comment fonctionne-t-elle réellement ? Pourquoi est-elle si essentielle pour construire des machines et systèmes automatisés dans le jeu ? Pour comprendre ces enjeux, il est nécessaire de plonger dans le monde des portes logiques, composants fondamentaux de l’informatique.
Dans cet article, nous explorons comment la Redstone peut être utilisée pour créer des portes logiques. Ces dernières, bien que simples en apparence, sont à la base de tout système informatique, des calculatrices aux ordinateurs modernes. En comprenant leur fonctionnement dans Minecraft, vous découvrirez comment ces principes s’appliquent dans le monde réel, notamment en électronique et en informatique.
Pour cet article, aucune connaissance est requise ! Le but est de (re)voir différentes notions basiques et extrêmement utile dans le monde de l’électronique.
La Redstone dans Minecraft, conducteur de courant électrique
Différents items de Minecraft permettent de contrôler la Redstone. Dans cette partie, nous allons passer en revue les différents composants utiles pour pouvoir créer des portes logiques.
Poudre de Redstone
La poudre de Redstone, obtenable dans les mines, est la base de tout circuit électrique sur Minecraft. Elle est utilisée pour crafter d’autres composants extrêmement utiles, mais également pour relier ces derniers et pour créer des circuits.
Note
En la posant sur un bloc, la poudre de Redstone devient un câble et conduit l’énergie.
Ce courant peut avoir deux états : alimenté ou non. Différents composants de Redstone permettent de créer un courant (Bloc de Redstone, Torche de Redstone, etc.).
Lampe de Redstone
La lampe de Redstone permet de visualiser directement le courant dans Minecraft. Il émet de la lumière lorsqu’il est alimenté par un courant.
Levier
Le levier est une source de courant en Redstone. Lorsqu’il est activé, il émet de l’énergie. Il peut être activé ou désactivé.
Torche de Redstone
La torche de Redstone est une autre source de courant sur Minecraft. Il permet d’alimenté les différents circuits. Elle peut être éteinte (et donc couper un courant) lorsqu’elle est alimentée elle-même.
Les portes logiques, à quoi ça sert ?
Les portes logiques peuvent être comparées à des fonctions en mathématiques.
Elles produisent une certaine sortie après avoir pris des entrées.
Ces dernières sont représentées sous la forme de binaire, c’est-à-dire,
qu’elles peuvent prendre la valeur 0 ou la valeur 1. Ces données, sur
Minecraft, sont représentées par un courant éteint ou allumé respectivement.
Tip
Par exemple, prenons un cas très classique, voici un circuit :
En entrée, nous avons un levier qui peut être activé pour créer du courant dans le circuit de Redstone qui suit. Ce dernier va jusqu’à une lampe qui s’active lorsque le courant est allumé, et donc, lorsque le levier est actionné.
Les tables de vérités
Les portes logiques sont accompagnées par des tables de vérités. Elles permettent de récapituler les différentes sorties en fonction des entrées prises par la porte. Par convention, les entrées sont nommées par ordre alphabétique en commençant par $A$, et les sorties de $S_1$ à $S_n$. En voici un exemple :
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
On a $A$ et $B$ deux entrées, et $S$ la sortie de la porte.
Ces portes logiques sont utilisées partout dans Minecraft, mais également dans le monde réel. Elles sont présentes dans tous les composants pour modifier leur état à partir de certaines entrées.
Comment faire des portes logiques sur Minecraft ?
L’heure de la pratique a sonné, après avoir vu les différents composants utiles sur Minecraft, ce qu’est une porte logique, voyons comment en intégrer dans le jeu ! Dans cette publication, nous allons traiter différentes portes qui permettent de faire le plus grand nombre de circuits.
Porte INVERSE (NOT)
La porte NOT est la plus simple. Elle permet d’inverser un signal qu’elle reçoit. Si le signal d’entrée est actif, le signal de sortie sera inactif. L’inverse se produit si l’entrée du signal est inactif, la sortie sera alors active.
Table de vérité
| A | S |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
Circuit Minecraft
Pour construire cette porte, on a besoin d’une torche de Redstone, ainsi qu’un bloc. La sortie est représentée par la lampe de Redstone à droite de l’image. L’entrée, quant à elle, correspond au levier à gauche de l’image.
Lorsqu’aucun courant ne circule dans la torche de Redstone, elle est allumée, ce qui allume la lampe. En revanche, lorsque l’on donne du courant à la torche de Redstone, elle s’éteint, ce qui permet d’éteindre la lampe.
Porte OU (OR)
La porte OR permet de vérifier l’entrée de deux ou plusieurs entrées. Si une de ces entrées est active, alors le signal de sortie sera actif. C’est-à-dire que si toutes les entrées sont inactives, la sortie sera ainsi inactive.
Table de vérité
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
Circuit Minecraft
Pour représenter les plusieurs entrées, nous allons prendre des levier qui peuvent provenir d’autres circuits. La sortie est toujours représentée par la lampe de Redstone.
Tout le circuit est relié aux deux entrées (les leviers). Si au moins un de ces deux leviers est activé, alors la lampe sera allumée.
Porte ET (AND)
La porte AND est utile pour vérifier que toutes les entrées soient actives. Si toutes les entrées sont activées, alors le signal de sortie sera actif. Sinon, si une ou plusieurs entrées sont désactivées, le signal de sortie sera alors inactif.
Table de véritié
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Circuit Minecraft
Pour construire cette porte, il nous faut des torches de Redstone et de la poudre de Redstone.
Afin d’allumer la torche derrière les blocs oranges, il nous faut dans un premier temps, éteindre les deux qui sont au-dessus de ces blocs. Pour cela, on actionne nos deux entrées (les leviers).
Porte NON-OU (NOR)
La porte NOR représente l’inverse de la porte OR, c’est-à-dire que la sortie a été inversée par rapport aux entrées. Si aucune entrée n’est activée, alors la sortie sera active. Cependant, si une des entrées est active, ainsi, la sortie sera inactive.
Table de vérité
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
Circuit Minecraft
Pour construire ce circuit, il est possible de fusionner une porte OR puis une porte NOT pour inverser la sortie de la première porte.
Lorsque l’on active une des entrées, on désactive alors la torche qui se trouve dans le circuit, qui alimente la lampe de Redstone.
Porte NON-ET (NAND)
La porte NAND, quant à elle, est l’inverse de la porte AND. La sortie est active sauf lorsque toutes les entrées sont actives.
Table de vérité
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Circuit Minecraft
Comme pour la précédente porte, nous pouvons associer les portes AND et NOT pour construire une porte NAND. Il est également possible de simplifier le circuit, en modifiant la porte AND.
Dans cette porte, les deux torches alimentent la lampe de Redstone. En donnant du courant à ces deux torches, on peut alors les éteindre, ce qui éteindra la sortie de la porte.
Porte OU-EXCLUSIF (XOR)
La porte XOR est dérivée de la porte OR. Elle fonctionne similairement, à un détail près, lorsque toutes les entrées sont actives, la sortie sera alors inactive. Pour que la porte renvoie une sortie active, il faut qu’une des entrées soit active et que toutes les autres soient désactivées.
Table de vérité
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Circuit Minecraft
Le circuit de cette porte est un peu plus compliqué afin de prendre en compte ses caractéristiques. Cependant, nous pouvons utiliser les mêmes composants : torches de Redstone et poudres de Redstone.
Lorsque les deux entrées sont inactives, les deux dernières torches du circuit deviennent inactives et n’allument pas la lampe de Redstone. Cependant, lorsque une des entrées est active, une de ces torches est alors allumée, ce qui donne du courant à la lampe. Enfin, si les deux entrées sont activées, la lampe de Redstone au milieu du circuit s’allume, ce qui désactive les deux dernières.
Une utilisation des portes logiques dans le monde réel
Les portes logiques vues précédemment permettent de créer des circuits complexes et variés. Ces dernières peuvent nous amener à construire des ordinateurs capables d’effectuer des calculs complexes, ou bien d’être utiles pour créer une voiture autonome.
Dans cette partie, nous allons découvrir un composant essentiel aux circuits électroniques de base : le multiplexeur 2 vers 1.
Qu’est-ce qu’un multiplexeur ?
Un multiplexeur est un circuit qui permet d’aiguiller une entrée parmi plusieurs entrées vers une ou plusieurs sorties en fonction d’une entrée de sélection. Plus simplement, un multiplexeur permet de choisir une certaine entrée parmi d’autres grâce à une entrée de sélection.
Dans notre cas, nous allons nous intéresser particulièrement à un multiplexeur qui a deux entrées et une sortie.
Note
Il existe de nombreux fournisseurs qui vendent et produisent des multiplexeurs. Ils sont extrêmement utiles pour de nombreuses utilisations dans la vie réelle.
Comment construit-on un multiplexeur ?
Expression d’un multiplexeur 2 vers 1
Afin de construire un multiplexeur 2 vers 1, il nous faut d’abord connaître l’expression du circuit. Cette expression permet de décrire le comportement du circuit.
Note
On peut comparer les expressions logiques avec les expressions mathématiques, on peut faire le lien entre :
- les entrées du circuit et des nombres ;
- les portes logiques et les opérations mathématiques.
Pour construire notre expression logique, on utilise d’abord la table de vérité. En fonction des différentes sorties indiquées, on pourra alors créer notre expression.
On note A et B les deux entrées principales de notre multiplexeur.
E est l’entrée qui permet de sélectionner l’entrée voulue.
Enfin, S représente la sortie de notre circuit.
On considère que lorsque E = 0, on choisit l’entrée A, tandis que lorsqu’on
a E = 1, on ressort l’entrée B.
| A | B | E | S |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
À partir de cette table, on peut en déduire l’expression du circuit.
On regarde, pour chaque ligne, les entrées lorsque S = 1.
Lorsque l’entrée $x$ est inactive (égale à 0), on prend l’inverse de $x$ que
l’on note $\bar x$.
Lorsque l’entrée $x$ est active (égale à 1), on récupère la valeur $x$.
Pour chaque ligne, on combine les entrées avec des portes AND. On notera cette porte “$.$”. Par la suite, on pourra associer les différentes expressions obtenues par ligne avec des portes OR (notées “$+$”).
On obtient ainsi les expressions suivantes :
| A | B | E | S | Expression |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 0 | 0 | 1 | 0 | |
| 0 | 1 | 0 | 0 | |
| 0 | 1 | 1 | 1 | $\bar A . B . E$ |
| 1 | 0 | 0 | 1 | $A . \bar B . \bar E$ |
| 1 | 0 | 1 | 0 | |
| 1 | 1 | 0 | 1 | $A . B . \bar E$ |
| 1 | 1 | 1 | 1 | $A . B . E$ |
Ainsi, l’expression d’un multiplexeur est : $\bar A . B . E + A . \bar B . \bar E + A . B . \bar E + A . B . E$.
Cette expression peut, comme en mathématiques, être simplifiée en appliquant certaines règles, notamment la factorisation. En factorisant notre expression, on arrive à : $A . \bar E + B . E$.
Tip
Il est possible d’arriver à cette expression en utilisant les tableaux de Karnaugh. Cela permet de simplifier une table de vérité en expression afin de construire un circuit. Pour avoir plus d’informations sur cette méthode, vous pouvez vous rendre sur la page Wikipedia.
Circuit du multiplexeur
À partir de cette expression, il est possible de créer le circuit correspondant
à un multiplexeur.
Nous avons 3 signaux d’entrée (A, B et E), un signal de sortie S, une
porte OR, deux portes AND et une porte NOT.
On relie alors les différentes entrées et les différentes sorties ensembles pour créer le circuit en fonction de l’expression trouvée.
Dans ce circuit, le triangle avec un rond représente la porte NOT, les demi-cercles droits sont les portes AND et la porte OR est présente à la toute fin du circuit.
Construction du circuit sur Minecraft
Sur Minecraft, rien de plus simple pour construire un multiplexeur 2 vers 1. En reprenant le schéma du circuit trouvé, nous pouvons translater les portes logiques dans le jeu et relier nos circuits comme le circuit.
Afin de simplifier la visualisation du circuit, nous avons, respectivement, de
haut en bas, les entrées A, E et B.
Cette répartition permet de visualiser les différentes portes logiques présentes
dans ce circuit : deux portes AND, une porte NOT et une porte OR.
Conclusion
Les portes logiques sont des composants électriques utilisés dans tous les domaines et dans tous les objets qui nous entourent. De l’automobile, en passant par les systèmes embarqués, pour aller à la cryptologie et la sécurité informatique, les portes logiques sont partout !
Sur Minecraft, ces dernières servent à créer de nombreux circuits et machines. Les portes logiques sont au coeur des portes automatiques avec des Pistons, ou des ordinateurs permettant de jouer à Minecraft dans Minecraft.
Tout au long de cet article, vous avez pu (re)découvrir différents concepts techniques clés : le concept d’électricité, les portes logiques, les tables de vérité, les multiplexeurs et les tables de vérité. Ces derniers sont utilisées dans la majeure GISTRE à l’EPITA, une spécialisation liée à l’électronique et aux systèmes embarqués. Les portes logiques sont une des notions clés utilisées au sein de l’apprentissage du langage de programmation VHDL.
Annexes
- Guide Redstone - Bases - Portes logiques : AND - OR - NAND - NOR - XOR - XNOR - Aypierre | Youtube
- 2. Portes logiques - Apprendre
- Point Redstone #5 - Les portes logiques | Minecraft-France
- Circuit de Redstone | Le Minecraft Wiki
- NL_CM9.pdf | Paris Descartes
- Table de Karnaugh | Wikipedia
- vas-y, viens, on recrée un ordi dans Minecraft - V2F | Youtube