Alguns anos atrás, tive a oportunidade de tentar atrair jovens jovens para o desenvolvimento da microeletrônica. E então foi, como no famoso provérbio: "A garra está atolada - o pássaro é um abismo!" Eu não consegui parar. Quero compartilhar essa experiência com o público, talvez outros engenheiros eletrônicos também desejem organizar algo assim. Pessoas melhores são vida melhor.
Tudo começou com o fato de que quase acidentalmente concordamos com a Escola Inter-Regional de Computadores em Dubna, perto de Moscou, para oferecer aos alunos algo como uma palestra sobre o design de microprocessadores. Este tópico é conhecido por mim em primeira mão, por duas décadas eu o cozinho. Tive a chance de trabalhar em empresas nacionais e estrangeiras. Bem, por que não dizer aos adolescentes em que consiste o trabalho dos engenheiros que inventam os componentes internos dos "prots"? Não está entre os mesmos nerds da conferência para falar - você simplesmente não poderá rasgar o texto antes das crianças. Se eles não estão nem um pouco interessados, não se importam com cabelos grisalhos honrosos, manchas carecas brilhantes e bochechas inchadas. Eles bocejam, sem vergonha, e remexem nas cadeiras, na esperança de escapar o mais rápido possível. Mas existem vantagens - todos os tipos de liberdades, piadas, imprecisões e simplificações não causarão indignação e demandas para queimar o orador herético. Em geral, a julgar pelo número de perguntas no processo de comunicação, a primeira panqueca não era irregular, tornou-se interessante seguir em frente.
E então, depois de uma lição semelhante com crianças em idade escolar e professores, já no Campo Goto, surgiu uma idéia para dar às crianças a oportunidade de tentar montar várias “peças sobressalentes” para processadores em uma tábua de pão e senti-las vivas. Felizmente, entre os vários programadores, havia um covil de robótica, no qual era possível obter microcircuitos, fios, LEDs e botões. Essa abordagem é mil vezes melhor do que examinar diagramas e diagramas no papel. Para ver com seus próprios olhos como os zeros e os números correm dentro do circuito, coloque um dedo nos portões lógicos - o que pode ser mais confiável para dominar o material. E então eles programam seus microcontroladores como caixas pretas, sem imaginar o que está agitando por dentro. E mesmo os FPGAs não resolverão o problema de tornar a eletrônica visual. Bem, a criança escreveu uma função lógica no Verilog; baixei-a através do programador interno - o resultado é o mesmo, toda a lógica está oculta nas entranhas do chip. Portanto, apenas portões. Melhor ainda, transistores.
O conjunto de "cogumelos soltos" disponíveis no campo no momento da descoberta não era rico. Mas o mais importante - ele era. Era necessário, com base nisso, criar algo que pudesse convidar luzes ou zumbir com algo. A situação foi complicada pelo fato de eu ter uma discussão teórica sobre microprocessadores e ter ido a minha casa a 50 km do campo. Ou seja, eu estava aqui, e os detalhes estavam lá.
Portanto, um dos professores teve que organizar sessões de aparelhos eletrônicos de televisão. Criei esquemas, desenhei-os em borrões e enviei fotos para ele. E ele tentou desmontar essa escrita cuneiforme, montá-la em uma tábua de pão e obter uma operação adequada. Ele me descreveu o resultado em mensagens de resposta e tentei determinar a causa dos problemas e falhas, a fim de eliminá-los. Surpreendentemente, no final, conseguimos derrotar dois esquemas: um decodificador de endereço e um multiplexador. Ainda não estava claro como as crianças gostariam, mas já havia algo para lhes mostrar.
Uma pesquisa foi organizada no campo se houvesse alguém que quisesse participar, não uma palestra, mas um seminário com um laboratório sobre o trabalho do interior dos chips digitais. Havia uma dúzia de jovens corajosos de quinze anos que não tinham medo de tentar entender o material, o que, aliás, geralmente é contado no terceiro ano do instituto. Ficou imediatamente claro que o TTL, o ESL e outros tipos de lógica musgosa com que os professores calafetam o cérebro em geléias devem ser excluídos da apresentação. Apenas CMOS, apenas mainstream! Por seu próprio risco e risco, ele incluiu explicações sobre os princípios de operação dos transistores MOS em circuitos digitais. Mas sem a física dos semicondutores e outros horrores.
Aqui está uma digressão lírica para aqueles que repreendem os jovens modernos por preguiça e estupidez. Não deixem que eles latam, é isso. Temos jovens normais, não ouvimos velhos reclamantes, rapazes e meninas. A digressão acabou.
As crianças apreenderam o material de maneira tão inteligente, depois de explicações e exemplos, que ousadamente foram ao quadro instalado diretamente no gramado ao ar livre e desenharam válvulas no nível do transistor de acordo com as tabelas da verdade - foi maravilhoso. Então, juntos nesses portões, “inventamos” um somador, um decodificador e um multiplexador. E depois disso - tadam! - O professor e o bom mágico Alexei fizeram modelos com os resultados do nosso teletrabalho. Isso causou certa empolgação na platéia - você pode tocar com as mãos o que foi desenhado no quadro com canetas de feltro e pressionar os botões para observar a troca dos LEDs nas saídas. A melhor réplica foi: "Ahhh, agora eu entendo aonde quase todos os fios do laboratório foram!"
Depois disso, as crianças fizeram muitas perguntas sobre eletrônicos. Felizmente, eu tinha as habilidades necessárias para respondê-las. Exceto um: "E onde ler sobre o que você disse?" Mas não há lugar nenhum. Os velhos livros soviéticos, segundo os quais soldamos nossa música colorida e rádios, estão desatualizados em termos de "números". Cartas de institutos com suas fórmulas superam qualquer desejo de estudar eletrônica. Há um livro maravilhoso de Harris, mas não há experimentos na tábua de pão. Existem excelentes conjuntos de componentes de maquete, mas geralmente não há uma explicação detalhada de como todos esses dispositivos funcionam. Mais uma vez tive que sair com a sensação de que não tinha terminado alguma coisa.
Como você sabe, se você não estiver satisfeito com o que tem, não lamente, mas faça você mesmo, como achar melhor. Eu tive que me sentar para escrever e publicar um curso educacional e prático para crianças em idade escolar sensatas. Para fazer isso, é claro, era necessário comprar peças, uma tábua de pão, fios e começar a trabalhar em casa. De repente, tornou-se terrivelmente emocionante.
Por exemplo, o jogo "quem é mais rápido" em dois transistores MOS:
Em seguida, montamos esse jogo em uma placa de circuito impresso com um estudante do ensino médio e isso despertou grande interesse entre seus amigos da escola, que durante semanas passaram calculando imprudentemente os botões, deixando os smartphones de lado. Quem disse que você não vai arrastar crianças dos telefones pelas orelhas? Bem, o herói do ferro de soldar e da resina exigiu inventar outra coisa para que você pudesse atingir seus camaradas.
E este é o portão XOR (OR exclusivo) em uma dúzia de transistores:
Mas este é um gatilho D, acionado pelo nível (trava do gatilho). Cumpre perfeitamente as idéias de armazenamento e armazenamento de dados:
Tendo lidado com a operação de todos os tipos de portas lógicas no nível do transistor, você pode prosseguir para microcircuitos com um pequeno grau de integração da série CD4000. Não haverá milagres e magia em seu trabalho após a confusão com transistores na placa de ensaio. Por exemplo, um somador completo:
Mas, não acredite, o layout da RAM. Ele, é claro, desgraçado - quatro registros de dois bits. Mas essa é uma memória honesta com decodificadores de endereços, barramentos de bits, células de memória e outros nós e fios, em cada ponto em que você pode cutucar a sonda da sonda lógica e ver a execução de zeros e uns pelas luzes acesas e apagadas dos LEDs, analisar os processos de leitura e gravação de dados em detalhes .
No total, a nova versão do curso para a escola de verão tem três dúzias de circuitos, divertidos e educacionais, que sequencialmente de um transistor a uma dúzia de microcircuitos ajudam as crianças a aprender eletrônica digital sem nem mesmo poder programar.
Em geral, os alunos do ensino médio de hoje são muito difíceis de dominar a sabedoria de projetar hardware de computador do nível mais baixo. Não há nada inacessível a uma mente inquisitiva com componentes e capacidades modernas. Há esperança de que seja possível expandir e aprofundar a promoção de valores microeletrônicos entre a população.