Hace unos años tuve la oportunidad de probar suerte para atraer a jóvenes inquisitivos al desarrollo de la microelectrónica. Y luego fue, como en el famoso proverbio: "La garra está empantanada, ¡el pájaro es un abismo!" No pude parar. Quiero compartir esta experiencia con el público, quizás otros ingenieros electrónicos también deseen organizar algo así. Mejores personas son mejores vidas.
Todo comenzó con el hecho de que casi accidentalmente acordamos con la Escuela Interregional de Computación en Dubna, cerca de Moscú, para ofrecer a sus estudiantes algo así como una conferencia sobre el diseño de microprocesadores. Este tema lo conozco de primera mano, durante dos décadas he estado cocinando en él. Tuve la oportunidad de trabajar en empresas nacionales y extranjeras. Bueno, ¿por qué no decirles a los adolescentes en qué consiste el trabajo de los ingenieros que inventan los elementos internos de los "prots"? No está entre los mismos nerds en la conferencia hablar: simplemente no podrá romper el texto ante los niños. Si no les interesa en absoluto, no les importan las canas honorables, los parches calvos brillantes y las mejillas hinchadas. Bostezarán, sin vergüenza, y se moverán inquietos en las sillas con la esperanza de escapar lo antes posible. Pero hay ventajas: todo tipo de libertades, bromas, imprecisiones y simplificaciones no causarán indignación y demandas para quemar al hablante hereje. En general, a juzgar por la cantidad de preguntas en el proceso de comunicación, el primer panqueque no era grumoso, se volvió interesante seguir adelante.
Y luego, después de una lección similar con escolares y maestros, ya en el Campamento Goto, surgió una idea para darles a los niños la oportunidad de tratar de ensamblar varias "piezas de repuesto" para procesadores en una placa de pruebas y sentirlos en vivo. Afortunadamente, entre los diversos programadores había una guarida de robótica, en la que era posible obtener microcircuitos, cables, LED y botones. Este enfoque es mil veces mejor que mirar diagramas y diagramas en papel. Para ver con sus propios ojos cómo corren los ceros y los que están dentro del circuito, introduzca un dedo en las puertas lógicas, que pueden ser más confiables para dominar el material. Y luego programan sus microcontroladores como cajas negras, sin imaginar lo que está crujiendo en su interior. E incluso los FPGA no resolverán el problema de hacer que la electrónica sea visual. Bueno, el niño escribió una función lógica en Verilog, bueno, la descargué a través del programador en el interior: el resultado es el mismo, toda la lógica está oculta en las entrañas del chip. Por lo tanto, solo puertas. Mejor aún, transistores.
El conjunto de "hongos sueltos" disponibles en el campamento en el momento de la percepción no era rico. Pero lo más importante: lo era. Sobre esta base, era necesario idear algo que invitara a encender luces o zumbar con algo. La situación se complicó por el hecho de que tuve una discusión teórica sobre microprocesadores y fui a mi casa a 50 km del campamento. Es decir, estaba aquí, y los detalles estaban allí.
Por lo tanto, uno de los maestros tuvo que organizar sesiones de electrónica de televisión. Se me ocurrieron esquemas, los dibujé en papel secantes y le envié fotos. Y trató de desmontar esta escritura cuneiforme, ensamblarla en una placa de pruebas y lograr la operación adecuada. Me describió el resultado en mensajes de respuesta, y traté de determinar la causa de los problemas y problemas técnicos para eliminarlos. Sorprendentemente, al final, logramos derrotar dos esquemas: un decodificador de direcciones y un multiplexor. Todavía no estaba claro cómo les gustaría a los niños, pero ya había algo que mostrarles.
Se organizó una encuesta en el campamento si había personas que deseaban asistir no a una conferencia, sino a un seminario con un laboratorio sobre el trabajo del interior de los chips digitales. Había una docena de valientes jóvenes de quince años que no tenían miedo de tratar de comprender el material, que, por cierto, generalmente se cuenta en el tercer año del instituto. De inmediato quedó claro que el TTL, el ESL y otros tipos de lógica musgosa con los que los profesores calafateaban el cerebro a las jaleas deberían excluirse de la presentación. ¡Solo CMOS, solo mainstream! Bajo su propio riesgo y riesgo, incluyó explicaciones de los principios de operación de los transistores MOS en circuitos digitales. Pero sin la física de los semiconductores y otros horrores.
Aquí hay una digresión lírica para aquellos que regañan a la juventud moderna por flojera y estupidez. Que no se aullen, eso es lo que. Tenemos juventud normal, no escuchemos a viejos gruñidores, chicos y chicas. La digresión ha terminado.
Los niños captaron el material de manera tan inteligente que, después de explicaciones y ejemplos, salieron valientemente al tablero instalado directamente en el césped al aire libre y dibujaron válvulas en el nivel del transistor de acuerdo con las tablas de verdad: fue maravilloso. Luego, juntos en estas puertas, "inventamos" un sumador, un decodificador y un multiplexor. Y después de eso, ¡tadam! - El maestro y el buen mago Alexei hicieron maquetas con los resultados de nuestro teletrabajo con él. Esto causó cierta emoción entre la audiencia: puede tocar con las manos lo que acaba de dibujar en el tablero con rotuladores y presionar botones para observar el cambio de LED en las salidas. La mejor réplica fue: "¡Ahhh, ahora entiendo a dónde se fueron casi todos los cables del laboratorio!"
Después de eso, los niños hicieron muchas preguntas sobre electrónica. Afortunadamente, tenía las habilidades para responderlas. Excepto por uno: "¿Y dónde leer sobre lo que le dijiste?" Pero no hay ningún lugar. Los viejos libros soviéticos, según los cuales soldamos nuestra música y radios en color, están desactualizados en términos de "números". Las letras del instituto con sus fórmulas vencerán cualquier deseo de estudiar electrónica. Hay un maravilloso libro de Harris, pero no hay experimentos en el tablero. Hay excelentes conjuntos de componentes de maquetas, pero generalmente no hay una explicación detallada de cómo funcionan todos estos dispositivos. Nuevamente tuve que irme con la sensación de que no había terminado algo.
Como sabe, si no está satisfecho con lo que tiene, no se queje, pero hágalo usted mismo, como mejor le parezca. Tuve que sentarme para escribir y publicar un curso educativo y práctico para escolares sensibles. Para hacer esto, por supuesto, era necesario comprar piezas, una placa de pruebas, cables y comenzar a jugar en casa. De repente resultó ser terriblemente emocionante.
Por ejemplo, el juego "quién es más rápido" en dos transistores MOS:
Luego armamos este juego en una placa de circuito impreso con un estudiante de secundaria, y despertó un gran interés entre sus amigos de la escuela, quienes durante semanas pasaron contando imprudentemente los botones, dejando a un lado los teléfonos inteligentes. ¿Quién dice que no arrastrará a los niños de los teléfonos por las orejas? Bueno, el héroe del soldador y la colofonia exigió inventar algo más para que pudieras golpear a tus camaradas.
Y esta es la puerta XOR (OR exclusivo) en una docena de transistores:
Pero este es un D-trigger, activado por el nivel (trigger-latch). Cumple perfectamente las ideas de almacenar y almacenar datos:
Después de tratar con el funcionamiento de todos los tipos de compuertas lógicas a nivel de transistor, puede pasar a microcircuitos con un pequeño grado de integración de la serie CD4000. No habrá milagros y magia en su trabajo después del alboroto con los transistores en el tablero. Por ejemplo, un sumador completo:
Pero, no lo creas, el diseño de la RAM. Él, por supuesto, miserable: cuatro registros de dos bits. Pero esta es una memoria honesta con decodificadores de direcciones, buses de bits, celdas de memoria y otros nodos y cables, en cada punto en el que puede tocar la sonda de la sonda lógica y ver el funcionamiento de ceros y unos por los LED encendidos y moribundos, analizar los procesos de lectura y escritura de datos en detalle .
En total, la nueva versión del curso para la escuela de verano tiene tres docenas de circuitos, entretenidos y educativos, que secuencialmente de un transistor a una docena de microcircuitos ayudan a los niños a aprender electrónica digital sin siquiera poder programar.
En general, los estudiantes de secundaria de hoy son demasiado difíciles de dominar la sabiduría de diseñar hardware de computadora desde el nivel más bajo. No hay nada inaccesible para una mente inquisitiva con componentes y capacidades modernas. Hay esperanza de que sea posible ampliar y profundizar la promoción de los valores microelectrónicos entre la población.