Il y a quelques années, j'ai eu l'occasion de m'essayer à attirer des jeunes curieux dans le développement de la microélectronique. Et puis ce fut, comme dans le célèbre proverbe: "La griffe est enlisée - l'oiseau est un abîme!" Je ne pouvais pas m'arrêter. Je veux partager cette expérience avec le public, peut-être que d'autres ingénieurs en électronique voudront également organiser quelque chose comme ça. De meilleures personnes sont une vie meilleure.
Tout a commencé avec le fait que nous avons presque accidentellement convenu avec l'École interrégionale d'informatique de Dubna près de Moscou d'organiser pour leurs étudiants quelque chose comme une conférence sur la conception de microprocesseurs. Ce sujet m'est connu de première main, depuis deux décennies j'y cuisine. J'ai eu la chance de travailler dans des entreprises nationales et étrangères. Eh bien, pourquoi ne pas dire aux adolescents en quoi consiste le travail d'ingénieurs qui inventent les internes des «prots». Ce n'est pas parmi les mêmes nerds à la conférence de parler - vous ne pourrez tout simplement pas déchirer le texte devant les enfants. S'ils ne sont pas du tout intéressés, ils ne se soucient pas des cheveux gris honorables, des taches chauves brillantes et des joues gonflées. Ils bâilleront, sans honte, et s'agiteront sur des chaises dans l'espoir de s'échapper le plus tôt possible. Mais il y a des avantages - toutes sortes de libertés, de blagues, d'inexactitudes et de simplifications ne provoqueront pas l'indignation et les demandes de brûler le locuteur hérétique. En général, à en juger par le nombre de questions dans le processus de communication, la première crêpe n'était pas grumeleuse, il est devenu intéressant de passer à autre chose.
Et puis, après une leçon similaire avec des écoliers et des enseignants, déjà au camp Goto, une idée est née pour donner aux enfants la possibilité d'essayer d'assembler diverses «pièces de rechange» pour les transformateurs sur une planche à pain et de les sentir vivre. Heureusement, parmi les différents programmeurs, il y avait un repaire de robotique, dans lequel il était possible de mettre la main sur des microcircuits, des fils, des LED et des boutons. Cette approche est mille fois meilleure que de regarder des diagrammes et des diagrammes sur papier. Pour voir de vos propres yeux comment les zéros et les uns fonctionnent à l'intérieur du circuit, enfoncez un doigt dans les portes logiques - qui peuvent être plus fiables pour maîtriser le matériau. Et puis ils programment leurs microcontrôleurs comme des boîtes noires, sans imaginer du tout ce qui brille à l'intérieur. Et même les FPGA ne résoudront pas le problème de rendre l’électronique visuelle. Eh bien, l'enfant a écrit une fonction logique sur Verilog, eh bien, je l'ai téléchargée via le programmeur à l'intérieur - le résultat est le même, toute la logique est cachée dans les entrailles de la puce. Par conséquent, seules les portes. Mieux encore, les transistors.
L'ensemble des «champignons en vrac» disponibles dans le camp au moment de la perspicacité n'était pas riche. Mais le plus important - il l'était. Il était nécessaire sur cette base de trouver quelque chose qui pourrait inviter des lumières ou bourdonner avec quelque chose. La situation était compliquée par le fait que j'ai eu une discussion théorique sur les microprocesseurs et que je suis allé chez moi à 50 km du camp. Autrement dit, j'étais ici, et les détails étaient là.
Par conséquent, l'un des enseignants a dû organiser des séances d'électronique de télévision. J'ai trouvé des plans, je les ai dessinés sur des buvards et je lui ai envoyé des photos. Et il a essayé de démonter cette écriture cunéiforme, de l'assembler sur une planche à pain et de réaliser un bon fonctionnement. Il m'a décrit le résultat dans des messages de réponse, et j'ai essayé de déterminer la cause des problèmes et des défauts afin de les éliminer. Étonnamment, au final, nous avons réussi à vaincre deux schémas: un décodeur d'adresses et un multiplexeur. On ne savait toujours pas comment les enfants aimeraient cela, mais il y avait déjà quelque chose à leur montrer.
Une enquête a été organisée dans le camp s'il y avait quelqu'un qui voulait y assister, non pas une conférence, mais un séminaire avec un laboratoire sur le travail de l'intérieur des puces numériques. Il y avait une douzaine de jeunes courageux de quinze ans qui n'avaient pas peur d'essayer de comprendre le matériel, ce qui, d'ailleurs, est généralement raconté au cours de la troisième année de l'institut. Il était immédiatement clair que le TTL, l'ESL et d'autres types de logique moussue avec lesquels les professeurs calfeutrent le cerveau en gelées devraient être exclus de la présentation. Seulement CMOS, seulement grand public! À ses risques et périls, il a expliqué les principes de fonctionnement des transistors MOS dans les circuits numériques. Mais sans la physique des semi-conducteurs et autres horreurs.
Voici une digression lyrique pour ceux qui grondent la jeunesse moderne pour la paresse et la stupidité. Ne les laissez pas abattre, c’est quoi. Nous avons une jeunesse normale, n'écoutez pas les vieux grognards, les gars et les filles. La digression est terminée.
Les enfants ont si intelligemment saisi le matériau, après des explications et des exemples, ils sont hardiment sortis sur une planche installée directement sur la pelouse en plein air, et ont dessiné des vannes au niveau du transistor selon les tables de vérité - c'était merveilleux. Puis ensemble sur ces portes nous avons «inventé» un additionneur, un décodeur et un multiplexeur. Et après cela - tadam! - le professeur et le bon magicien Alexei ont fait des maquettes avec les résultats de notre télétravail avec lui. Cela a provoqué une certaine excitation parmi le public - vous pouvez toucher avec vos mains ce qui vient d'être dessiné sur le tableau avec des feutres et appuyez sur les boutons pour observer la commutation des LED aux sorties. La meilleure réplique était: "Ahhh, maintenant je comprends où presque tous les fils du laboratoire sont passés!"
Après cela, les enfants ont posé beaucoup de questions sur l'électronique. Heureusement, j'avais les compétences pour y répondre. Sauf pour un: "Et où lire ce que vous avez dit?" Mais il n'y a nulle part. Les vieux livres soviétiques, selon lesquels nous avons soudé notre musique en couleur et nos radios, sont dépassés en termes de «nombres». Les lettres des instituts avec leurs formules déjoueront tout désir d'étudier l'électronique. Il y a un merveilleux livre Harris, mais il n'y a pas d'expériences sur la planche à pain. Il existe d'excellents ensembles de composants de maquette, mais il n'y a généralement pas d'explication détaillée sur le fonctionnement de tous ces appareils. Encore une fois, je devais repartir avec le sentiment que je n'avais pas terminé quelque chose.
Comme vous le savez, si vous n'êtes pas satisfait de ce que vous avez, ne vous plaignez pas, mais faites-le vous-même, comme bon vous semble. J'ai dû m'asseoir pour écrire et publier un cours éducatif et pratique pour les écoliers sensibles. Pour ce faire, bien sûr, il fallait acheter des pièces, une planche à pain, des fils et commencer à travailler à la maison. Soudain, cela s'est avéré terriblement excitant.
Par exemple, le jeu "qui est plus rapide" sur deux transistors MOS:
Nous avons ensuite assemblé ce jeu sur une carte de circuit imprimé avec un élève du secondaire, et cela a suscité un vif intérêt parmi ses amis de l'école, qui ont passé des semaines à compter avec insouciance sur les boutons, mettant les smartphones de côté. Qui dit que vous ne tirerez pas les enfants des téléphones par les oreilles? Eh bien, le héros du fer à souder et de la colophane a demandé de trouver autre chose pour que vous puissiez frapper vos camarades.
Et voici la porte XOR (OU exclusif) sur une dizaine de transistors:
Mais c'est un D-trigger, déclenché par le niveau (trigger-latch). Il répond parfaitement aux idées de stockage et de stockage de données:
Après avoir traité le fonctionnement de tous les types de portes logiques au niveau du transistor, vous pouvez passer aux microcircuits d'un faible degré d'intégration de la série CD4000. Il n'y aura pas de miracles et de magie dans leur travail après l'agitation des transistors sur la planche à pain. Par exemple, un additionneur complet:
Mais, ne le croyez pas, la disposition de la RAM. Il, bien sûr, misérable - quatre registres de deux bits. Mais c'est une mémoire honnête avec des décodeurs d'adresses, des bus de bits, des cellules de mémoire et d'autres nœuds et fils, à chaque point dont vous pouvez piquer la sonde de la sonde logique et voir le fonctionnement des zéros et des uns par les LED allumées et mourantes, analyser en détail les processus de lecture et d'écriture des données .
Au total, la nouvelle version du cours pour l'école d'été comprend trois douzaines de circuits, ludiques et pédagogiques, qui séquentiellement d'un transistor à une douzaine de microcircuits aident les enfants à apprendre l'électronique numérique sans même pouvoir programmer.
En général, les élèves du secondaire d'aujourd'hui sont tout simplement trop difficiles à maîtriser la sagesse de la conception de matériel informatique à partir du niveau le plus bas. Il n'y a rien qui soit inaccessible à un esprit curieux avec des composants et des capacités modernes. Il est à espérer qu'il sera possible d'élargir et d'approfondir la promotion des valeurs microélectroniques auprès de la population.