Minecraft：红石电路运作机制详解

• 电路设计可响应玩家手动激活，也可自动工作，输出信号或响应非玩家引发的变化，如生物移动、物品掉落、植物生长、昼夜更替等。
• 红石控制的机械类别广泛，从自动门、光开关等简单机械，到电梯、自动农场、小游戏平台、游戏内计算机等大型机械。
• 了解红石电路及其控制机制能极大增加Minecraft的游戏深度。
• 通常，"有/无信号"被称为"1/0"、"True/False"或"高电平/低电平"，这种逻辑称为"正逻辑"。
• 相(Phase)指逻辑代数中的"相同"与"相反"——例如"1"与"0"互为反相。
• 信号出现短暂的"0-1-0"过程称为脉冲（或正脉冲），"1-0-1"的过程称为负脉冲，脉冲持续的时间长度被称为脉冲的长度。

红石电路的运作机制

• 在Java版中，红石电路的运作依赖于方块更新机制。
• 单次方块更新使周围红石元件接收到"附近发生变化"的提示，检测自身是否应变化。
• 自身变化后，又会对周围发出方块更新，形成连锁反应，电路不一定能达到完全稳定的状态。
• 基岩版使用"有向图"数据结构存储与管理红石电路，称为红石系统。该有向图实现上采用了邻接链表，亦称"邻接表"。
• 红石电路的运作主要依赖于红石系统，同时也受方块更新的影响。
• 更新"待变更列表"内的元件的有向图（如活塞推拉方块截线或取消截线）；处理红石系统依赖（如比较器检测容器）；计算信号源元件的信号（如拉杆被玩家开关）。同时将可能导致输入变更的元件加入待计算列表。
• 对"待计算列表"中的消费者元件进行信号计算，若元件需要做出某些特定响应将在下一游戏刻进行处理。
• 若区块已被加载过，其中的元件及链接就已被加入图。
• 即使区块被卸载，元件数据与链接也不会被删除，仍能正确进行信号计算，包括所有机械元件（只是无法响应信号并工作）。
• 因此静态电路可以抗卸载工作。

元件特性

• 有的元件无法改变红石粉指向，如标靶、活塞、钟。
• 它们只能将自身和连接到自身的元件组成的有向边额外加入图。
• 线路连接优先级高于充能连接；优先处理线路搜索，处理完线路连接再处理充能连接。
• 如果线路连接和充能连接指向同一元件，直接选择线路连接的结果，而无视充能连接的结果（即便充能连接的衰减较低）。
• 因为多数红石元件需要2的整数倍游戏刻改变状态，所以红石刻曾被定义为Minecraft更新红石元件状态的最小时间单位。
• 现在常把游戏刻（game tick简称"gt"）作为最小时间单位。
• 在基岩版中，红石元件的信号通常每隔1游戏刻计算一次。
• 红石刻既可以作为时间单位使用，等于2游戏刻；也可以用"红石刻"和"非红石刻"指代游戏刻，以区分该游戏刻是否更新红石信号。

电路体积与分类

• 通常使用长×宽×高的格式描述电路体积，其中包括底层用于附着的方块，不包括输入信号或输出信号的方块或结构，单位为方块（Block），简称b。
• 数字电路（数电）通过红石元件与逻辑机制（或、非）实现逻辑运算。数字电路一般基于二进制运算法则和逻辑运算来实现各种运算，从而实现各种复杂的计算器和计算机
• Minecraft的红石信号实际在强度和时间都是离散的，这类信号以及相关的处理电路逻辑在现实中称为多电平逻辑（归属于数字电路）。
• "模拟": 区分有无信号和信号强度的传输与计算。
• 红石模拟电路主要分为"弱信号模拟电路"（弱模）和"强信号模拟电路"（强模）。
• 根据设计目标，可分为高速械电和高压械电等。
  • 高速械电优先追求速度，其次追求减小体积。
  • 高压械电优先追求减小体积，其次追求速度，所以通常时序复杂。
• 飞行器科技（航械、黏液块技术、活塞虫等）利用活塞和黏液块/蜂蜜块实现可单向或多向航行的机械，也能用来可移动的其他类型的电路，例如世界吞噬者、移动矢量炮、移动3×3门等。
• 生存实用电路（生电）集数电、模电、械电三家之长，主要特点是为生存模式服务，追求耗材少、卡顿低、稳定性强等。
• 储存电路（储电）针对容器和物品进行处理，内涵盒子科技、矿车科技、物品编码科技、分整流技术等，与生存结合紧密，也有创储这一以创造为主要玩法的储电形式。

红石传输技术

• 荧石、倒置楼梯与台阶上方能够放置红石线的同时不会隔断红石线，信号能够在2×1的"梯子"上纵向传输，但仅能向上传输，可构建纵向二极管。
• 红石梯子占地小，无延迟，但每15个就需要中继。
• 在基岩版中，可以通过玻璃或活塞构建1×2的梯式纵向双向传输。
• 红石梯速度极快但占地稍高。
• 光电：利用晴天白天太阳光无遮挡时恒为15级亮度，构建无视竖直距离、无延迟的竖直传输路径（光路）。
• 使用活塞推拉方块或发射器控制流体来控制光路的遮挡，就能控制在此光路中的阳光探测器输出信号。
• 阳光探测器遮挡控制器也被称为光控。
• 光电的特点是传输连续信号。
• 实体传输：包括利用弹射、坠落、气泡柱升降移动实体到感应位置，可自带复位，实现穿墙传输。
• 通常距离越远实体速度越快，延迟通常较难计算，需对游戏机制有一定了解。
• 实体传输的卡顿通常稍高但能极大拓展布线可能性。

记忆电路

• 记忆电路的输出不单与输入相关，还与"过去的输入"相关。
• 锁存器（Latch）指对输入信号的某个状态产生反应的电路；触发器（Flip-flop）指对输入信号的变化产生反应的电路。
• RS锁存器：用于状态寄存，具有输入Set（简写S，设置状态）与输入Reset（简写R，重置状态），输出O与输出O'。当输入S为1：输出O为1，O'为0；当输入R为1：O为0，O'为1。
• T触发器：用于信号切换（类似拉杆），具有输入Input（简写I）与输出Output（简写O)。当I满足条件时翻转O的状态（1变为0，0变为1）。
• D触发器：用于储存，具有常规输入Input（简写I）与时钟输入Clock（简写CLK）以及输出Output（简写O）。当CLK为1时将O设为I的状态，当CLK为0时O会保持原有状态。
• 计数器：用于记录输入满足条件次数的装置。
• 二进制计数器（或称数电计数器）：通常由级联的T触发器构成，其计数条件与选用的T触发器的满足条件相关。
• 模电计数器：通常由模寄存器与进位判断构成。

方块更新探测器

• 方块更新探测器（Block Update Detector，缩写为BUD）：即将方块更新作为输入，检测到输入后执行特定反应的电路。
• 单稳态BUD反应为输出脉冲，而T-BUD（双稳态BUD）反应为切换输出状态（也可以用单稳态BUD搭配T触发器实现）。
• 侦测器也被认为是单稳态BUD的一种。
• 在Java版中，BUD通常依赖于活塞。

选择器

• 选择器（也称多路选择器、数据选择器、集线器）：拥有多个输入，一个输出以及选择输入C，通过C的输入决定输出哪个输入。

TNT电路安全注意事项

• 建造包含TNT的电路（如陷阱或大炮）时要格外小心。
• 建造中的电路可能会意外点燃TNT，因此请控制放置TNT的时间。
• 例如，如果将红石火把放置在被充能的方块上，它将不知道它应该关闭并且可以短暂地为电路提供信号，直到下一游戏刻。
• 在电路的其余部分完成后放置TNT将有助于避免此类问题导致的机器损坏。
• 这也适用于可能通过这种动作意外启动的电路的任何其他特征（例如，在电路准备好之前先激活发射器或准备好电路后再填入发射器内容物）。

本篇深入探讨Minecraft中红石电路的运作机制。包括Java版中依赖的方块更新机制，以及基岩版中使用的“有向图”数据结构。了解这些机制能帮助玩家更好地设计和理解复杂的红石电路。