Digitalschaltungssimulation - zellulärer Automat

Die Regeln für den Zustandsübergang einer Zelle dieses zellulären Automaten lauten:

• wenn Rot, dann Hellrot
• wenn Hellrot, dann Schwarz
• wenn Schwarz und ein oder zwei Nachbarzellen Rot, dann Rot
• wenn Schwarz und mindestens drei Nachbarzellen Rot, dann Schwarz
• wenn Weiß, dann Weiß

Das Beispiel zeigt ein Speicherelement, bestehend aus Leiter-Zellen ( Schwarz ). Ein Generator am linken Oberflächenrand gibt in bestimmten Zeitabständen ein Elektron ( Elektronen-Kopf = Rot, Elektronen-Schwanz = Hellrot )  abwechselnd zunächst auf die untere Leiterbahn (= Setz-Leitung ) und auf die obere Leiterbahn (= Rücksetz-Leitung). Das erste Elektron fliesst in das Speicherelement und kreist dort mit einer durch die Konstruktion des Speicherlements und der Elektronen-Ausbreitungsgeschwindigkeit bedingten Umlaufgeschwindigkeit. Nach jedem Umlauf wird auf der Ausgabeleitung eine Elektron an die Umgebung abgegeben. Das Elektron ist in dieser Weise gespeichert.  Das zweite Elektron wird vom Generator zu einem wohldefinierten Zeitpunkt auf die Rücksetzleitung gegeben, damit es an einem bestimmten Punkt in der Speicherzelle auf das darin kreisende Elektron trifft und beide sich gegenseitig auslöschen, womit der Speicher dann gelöscht ist.

Das Speicherelement besteht aus vier geeignet verdrahteten Dioden:

Die Durchlass-Richtung einer  Diode ist von der geschlossenen in Richtung der geöffnete Seite. Ein Elektron benötigt für die vollständige Durchquerung der Diode 4 Uhrenticks.

Wegen der konstanten und für alle Elektronen gleichen Ausbreitungsgeschwindigkeit, nämlich 1 Quadrat pro Uhrentick, müssen die Schaltungselemente und Leiterbahnen so ausgelegt werden, dass jedes Schaltungselement in jedem Intervall von T Uhrenticks genau ein Elektron empfängt (= 1 ) oder aber keines (= 0). Diese Ausbreitungsgeschwindigkeit kann als Lichtgeschwindigkeit der Simulation betrachtet werden. Damit besteht für Schaltkreise dieser Simulation eine analoge Problematik bezüglich Taktrate und Miniaturisierung, wie sie auch in der realen elektronischen Welt existiert.

Durch einen Mausklick auf die Simulations-Oberfläche wird der Edit-Modus eingeschaltet. Die Bedienelemente sind:

Bedienelement	Funktion
	Simulation starten
	Neue Simulation anlegen
	Wechsel in den Lösch-Modus
	Wechsel in den Zeichen-Modus
	Leiterbahn zeichnen
	Elektron zeichnen
	Einzelschritt(e) Schritt-Zähler Schritt-Stop
	Aus Memory auf Zeichenfläche Von Zeichenfläche in Memory
	Beispiel auf Zeichenfläche