Сотрудник Microsoft Алекс Горишек (биолог по образованию) выложил на Vimeo любопытное видео, в котором он демонстрирует работу основных логических вентилей компьютера (NOT, AND, OR, XOR, NAND и т.д.) с помощью системы тросиков и противовесов. В качестве стенда для своей демонстрации он использовал шахматную доску. Слева расположены входы вентилей, справа — выход. Получилось весьма наглядно, такой стенд не помешал бы в школе на уроках информатики:

Внешний вид картонного четырёхбитного калькулятора из картона. Хорошо видны полусумматор вверху и три сумматора в средней и нижней части калькулятора

Давным-давно, до изобретения электроники, люди изготавливали механические компьютеры из подручных материалов. Самым известным и сложным примером такой машины является антикитерский механизм — сложнейшее устройство из не менее чем 30 шестерёнок использовалось для расчёта движения небесных тел и позволяло узнать дату 42 астрономических событий.

В наше время механические компьютеры (калькуляторы) — скорее предмет развлечения гиков и повод устроить забавное шоу. Например, как компьютер из 10 000 костяшек домино, который складывает произвольные четырёхзначные бинарные числа и выдаёт пятизначную двухбитную сумму (математическая теория этого калькулятора и архитектура). Такие перфомансы позволяют детям лучше понять, как работают битовые логические операции в программировании, как устроены логические вентили. Да и вообще сделать маленький компьютер своими руками из подручных материалов очень интересно, тем более если вы делаете это вместе с ребёнком.

Несколько месяцев назад меня вдруг поразила мысль, что я понятия не имею о принципах работы компьютерного железа. Я до сих пор не знаю, как работают современные компьютеры.

Я прочитал книгу «Но откуда он знает?» Кларка Скотта с детальным описанием простого 8-битного компьютера: начиная с логических вентилей, ОЗУ, транзисторов процессора, заканчивая арифметико-логическим устройством и операциями ввода-вывода. И мне захотелось реализовать всё это в коде.

Хотя я не настолько интересуюсь физикой микросхем, но книга просто скользит по волнам и красиво объясняет электросхемы и как биты перемещаются по системе — от читателя не требуется знание электротехники. Но мне недостаточно текстового описания. Я должен видеть вещи в действии и учиться на своих неизбежных ошибках. Так я начал реализацию схем в коде. Путь оказался тернист, но поучителен.

Компьютер — это просто. Или нет?

Любой человек, интересующийся сферой информационных технологий, хоть раз задумывался о том, как на самом деле работает компьютер. А и действительно, с помощью компьютера можно сделать столько всего удивительного, что невозможно поверить, что всё, что происходит внутри него, — сложение чисел. Почему бы тогда не сделать свой самому?



Эта мысль явно прослеживается в книге Чарльза Петцольда «Код» — хорошее чтиво для тех, кто хочет разобраться в устройстве компьютера на пальцах не тратя особо времени. Эта книга произвела сильное впечатление на меня, да так, что я решил, что компьютер и вовсе банально простой агрегат и ничего сложного в нём нет.

Современные вычислительные системы разительно отличаются от того, что именовалось компьютером двадцать и тем более пятьдесят лет тому назад. И вычислительная мощность, и энергоэффективность, и даже габариты современных компьютеров стали несравнимо лучше. Но это не означает, что мир вычислительной техники достиг своего эволюционного апогея. На данный момент существует множество исследований, целью которых является кардинальное изменение компьютеров, а точнее изменение концепции данной технологии (к примеру, квантовые вычисления). Одним из таких направлений является применение жидких кристаллов. Ученые из Чикагского университета (США) в своем новом труде продемонстрировали, как можно использовать жидкие кристаллы для выполнения простых логических операций. Что подразумевается под фразой «жидкие кристаллы», какие именно операции они научились выполнять, как они это делают, и какое будущее ждет эту необычную разработку? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Да

Десятки лет мы задавались вопросом: «Запустится ли на этом устройстве Doom?». Теперь мы наконец можем задать вопрос иначе: «Запустится ли этот код в Doom?»

В статье я продемонстрирую, что в Doom можно запускать любые конечные вычисления, если не учитывать ограничения размеров уровня. Я не доказал, что Doom полон по Тьюрингу (см. ниже).

Система отлично работает с «ванильным» релизом Doom 2 (v1.9) для MS-DOS. Никаких модов и тому подобного не требуется!

Я люблю подобные проекты. Меня вдохновляют эзотерические машины в других играх, например, в Minecraft и RollerCoaster Tycoon.

Введение

Давайте начнём с самого начала. Что такое FPGA? FPGA расшифровывается как Field Programmable Gate Array (программируемая пользователем вентильная матрица).

FPGA относятся к классу устройств программируемой логики, иногда называемых программируемым оборудованием. По сути, сама по себе FPGA ничего не делает, но может быть сконфигурирована так, чтобы превратиться практически в любую нужную цифровую цепь. Магия заключается в том, что физически при этом ничего не меняется. Достаточно просто загрузить конфигурацию в FPGA, и она начнёт вести себя так, как нужная вам цепь. Не нужны ни пайка, ни перемычки, ни возня с другими соединениями. FPGA можно переконфигурировать так, чтобы она вела себя, как другая цепь, и делать это множество раз. Конфигурация хранится в ОЗУ, то есть, по сути, устройство можно переконфигурировать бесконечно.

Хотя мы говорили об использовании FPGA для создания цифровых цепей, обычно для разработки их архитектуры не рисуют схемы. Если бы нам пришлось чертить схему, то размер и сложность цепей, которые могут содержать FPGA, стали бы очень громоздкими. Вместо этого мы можем описать поведение нужной нам цепи, а инструменты используют это описание для создания цепи, соответствующей этому поведению.

В каком-то смысле это похоже на программирование, ведь мы просто вводим текст. Однако фундаментальная реализация существенно отличается, так как мы создаём оборудование.

Если создание оборудования при помощи текста кажется вам магией, не волнуйтесь. Концепция его работы на самом деле довольно проста, и в этом туториале мы подробно о ней расскажем.