Спустя 3 года работы с перерывами, я решил поделиться с интернетом своими наработками в данном направлении. На данный момент, у меня готовы все основные логические вентили, сумматоры, триггеры и т.д. Теоретически, можно уже склеить целую бумажную машину с бумажной памятью.
Далее приводятся схемы и фотографии основных моих бумажных элементов.
Передача сигнала
Сигналы в машине передаются по поршневому принципу. Когда блок смещен на одну единицу длины, то передается положительное значение, иначе — ноль.
Линия задержки управляется оператором машины при помощи соответствующего рычага. Когда нужно продолжить сигнал «загорается» красная лампочка, иначе — зелёная. Линию задержки можно использовать для продолжения сигнала на большие расстояния, в случае, если мощности бумаги не хватает.
Спасибо за внимание!
А недавно я натолкнулся на описание модели компьютера, сделанной из бумаги, разработанную в 1968 в лабораториях Белла. Компьютер называется CARDIAC (CARDboard Illustrative Aid to Computation), что приблизительно переводится как Картонное Наглядное Пособие по Вычислениям. То есть на самом деле это не совсем компьютер, так как проводником сигналов, а также арифметико-логическим устройством в нем выступает человек. Тем не менее, он позволяет понять некоторые принципы, лежащие в основе современной вычислительной техники. К тому же, после недолгих поисков, я нашёл описание и материалы для изготовления CARDIAC.
Вот как выглядит оригинальный блок памяти:
CARDIAC может «выполнять» 10 различных инструкций (с кодами от 0 до 9):
Дальше необходимо следовать по стрелкам, начиная с надписи «Start» и выполнять все предписания. Например, на приведенной картинке нужно сначала переместить счетчик инструкций вперед, а затем добавить содержимое ячейки 41 к аккумулятору.
Конечно же вычисления (сложение, вычитание и сдвиг) придется выполнять вручную. Для этого рядом с надписью «Accumulator» есть несколько окошек, позволяющих выполнять сложение/вычитание в столбик.
| Адрес | Значение | Расшифровка |
|---|---|---|
| 17 | 034 | Ввести значение в ячейку 34 |
| 18 | 035 | Ввести значение в ячейку 35 |
| 19 | 134 | Скопировать ячейку 34 в аккумулятор |
| 20 | 235 | Прибавить ячейку 35 к аккумулятору |
| 21 | 636 | Записать аккумулятор в ячейку 36 |
| 22 | 536 | Вывести ячейку 36 |
| 23 | 900 | Остановка и сброс |
Эта программа складывает два числа, считываемые со входной ленты, и записывает результат на выходную ленту.
Инструкция ввода считывает значение из входной ленты, записывает его в заданную ячейку, а затем передвигает входную ленту на один шаг вперед, чтобы в окошке «Input» появилось следующее значение. При этом придется воспользоваться карандашом (и, возможно, ластиком), чтобы записать значение в ячейку памяти.
После выполнения этой программы со входными значениями 42 и 128 состояние памяти стало следующим:
| Адрес | Значение | Расшифровка |
|---|---|---|
| 07 | 068 | Ввести значения в ячейку 68 |
| 08 | 404 | Обнулить аккумулятора с помощью сдвига на 4 вправо |
| 09 | 669 | Записать аккумулятор в ячейку 69 |
| 10 | 070 | Ввести значения в ячейку 70 |
| 11 | 170 | Загрузить ячейку 70 в аккумулятор |
| 12 | 700 | Вычесть ячейку 0 (то есть значение 1) из аккумулятора |
| 13 | 670 | Записать аккумулятор в ячейку 70 |
| 14 | 319 | Если в аккумуляторе отрицательное значение, то перейти на адрес 19 |
| 15 | 169 | Загрузить ячейку 69 в аккумулятор |
| 16 | 268 | Прибавить ячейку 68 к аккумулятору |
| 17 | 669 | Записать аккумулятор в ячейку 69 |
| 18 | 811 | Перейти по адресу 11 |
| 19 | 569 | Вывести ячейку 69 |
| 20 | 900 | Остановиться |
Я прогнал эту программу для входных данных 5 и 3. При этом необходимо было выполнить 34 инструкции, на которые мне понадобилось немногим менее 15 минут. Следовательно частота следования инструкций для этого компьютера (в комплекте со мной) составила около 38 мГц (не путать с МГц).
Содержимое памяти и выходной ленты
Если взять листок бумаги, ручку принтер, ножницы и клей…
В летней компьютерной школе мы иногда предлагаем детям собрать «биокомьютер», то есть вычислительное устройство из того, что валяется в прямом смысле под ногами. Так как дети не очень хорошо знают, как устроены вычислительные устройства, то обычно получается что-то вроде картинки под спойлером. Но некоторые всё же делают счёты или абак.
Биокомпьютер
А недавно я натолкнулся на описание модели компьютера, сделанной из бумаги, разработанную в 1968 в лабораториях Белла. Компьютер называется CARDIAC (CARDboard Illustrative Aid to Computation), что приблизительно переводится как Картонное Наглядное Пособие по Вычислениям. То есть на самом деле это не совсем компьютер, так как проводником сигналов, а также арифметико-логическим устройством в нем выступает человек. Тем не менее, он позволяет понять некоторые принципы, лежащие в основе современной вычислительной техники. К тому же, после недолгих поисков, я нашёл описание и материалы для изготовления CARDIAC.
CARDIAC состоит из двух блоков — памяти и процессора. В процессорный блок вставлены несколько бумажных полосок с помощью которых нужно выбирать выполняющуюся инструкцию. Кроме этого, в блок памяти вставляется лента, куда происходит вывод, а в процессор — лента со входными данными.
Компьютер имеет 100 ячеек памяти с адресами от 00 до 99. Каждая из них может быть использована для хранения одной инструкции или одного трехзначного числа. Любая из ячеек может быть перезаписана, так что при желании можно даже написать самомодифицирующуюся программу. Значения в ячейках заносятся с помощью карандаша, а модифицируются с помощью карандаша и ластика. При этом в ячейке 0 всегда «прошито» значение 001. Его очень удобно использовать для инкремента, так как команд с непосредственными значениями аргументов у компьютера нет.
Вот как выглядит оригинальный блок памяти:
В оригинале в качестве счетчика инструкций используются божья коровка, как на рисунке выше. Она вставляется в специальные отверстия, пробитые в каждой из ячеек памяти. Так как мне не хотелось делать 100 отверстий, то для обозначения счетчика команд я использовал другую божью коровку — просто выкладывал ее на нужную ячейку.
Единственный регистр в компьютере — это аккумулятор. Он используется для выполнения арифметических операций (сложение, вычитание, сдвиг), а также для условных переходов. В отличие от ячеек памяти, аккумулятор может хранить 4 десятичных разряда.
Каждая инструкция кодируется с помощью трехзначного десятичного числа. Первая цифра — это всегда код операции. Остальные две цифры как правило представляют собой адрес ячейки, которой оперирует инструкция.
CARDIAC может «выполнять» 10 различных инструкций (с кодами от 0 до 9):
Я распечатал прилагаемые материалы на плотной бумаге, вырезал все нужные отверстия, вставил движущиеся полоски вовнутрь и склеил оба блока.
Функционирование компьютера заключается в последовательном выполнении инструкций. Перед началом выполнения, необходимо посмотреть где находится божья коровка (то есть счетчик инструкций) и перемещая полоски набрать значение из этой ячейки памяти в окошке «Instruction Register».
Дальше необходимо следовать по стрелкам, начиная с надписи «Start» и выполнять все предписания. Например, на приведенной картинке нужно сначала переместить счетчик инструкций вперед, а затем добавить содержимое ячейки 41 к аккумулятору.
Конечно же вычисления (сложение, вычитание и сдвиг) придется выполнять вручную. Для этого рядом с надписью «Accumulator» есть несколько окошек, позволяющих выполнять сложение/вычитание в столбик.
Для начала я «ввел» (то есть вписал карандашом в ячейки памяти с 17 по 23) первую из программ, приведенных в руководстве:
| Адрес | Значение | Расшифровка |
|---|---|---|
| 17 | 034 | Ввести значение в ячейку 34 |
| 18 | 035 | Ввести значение в ячейку 35 |
| 19 | 134 | Скопировать ячейку 34 в аккумулятор |
| 20 | 235 | Прибавить ячейку 35 к аккумулятору |
| 21 | 636 | Записать аккумулятор в ячейку 36 |
| 22 | 536 | Вывести ячейку 36 |
| 23 | 900 | Остановка и сброс |
Эта программа складывает два числа, считываемые со входной ленты, и записывает результат на выходную ленту.
Инструкция ввода считывает значение из входной ленты, записывает его в заданную ячейку, а затем передвигает входную ленту на один шаг вперед, чтобы в окошке «Input» появилось следующее значение. При этом придется воспользоваться карандашом (и, возможно, ластиком), чтобы записать значение в ячейку памяти.
После выполнения этой программы со входными значениями 42 и 128 состояние памяти стало следующим:
Какой же обзор компьютера без бенчмарков? Я взял из руководства следующую программу, предназначенную для перемножения двух чисел.
| Адрес | Значение | Расшифровка |
|---|---|---|
| 07 | 068 | Ввести значения в ячейку 68 |
| 08 | 404 | Обнулить аккумулятора с помощью сдвига на 4 вправо |
| 09 | 669 | Записать аккумулятор в ячейку 69 |
| 10 | 070 | Ввести значения в ячейку 70 |
| 11 | 170 | Загрузить ячейку 70 в аккумулятор |
| 12 | 700 | Вычесть ячейку 0 (то есть значение 1) из аккумулятора |
| 13 | 670 | Записать аккумулятор в ячейку 70 |
| 14 | 319 | Если в аккумуляторе отрицательное значение, то перейти на адрес 19 |
| 15 | 169 | Загрузить ячейку 69 в аккумулятор |
| 16 | 268 | Прибавить ячейку 68 к аккумулятору |
| 17 | 669 | Записать аккумулятор в ячейку 69 |
| 18 | 811 | Перейти по адресу 11 |
| 19 | 569 | Вывести ячейку 69 |
| 20 | 900 | Остановиться |
Я прогнал эту программу для входных данных 5 и 3. При этом необходимо было выполнить 34 инструкции, на которые мне понадобилось немногим менее 15 минут. Следовательно частота следования инструкций для этого компьютера (в комплекте со мной) составила около 38 мГц (не путать с МГц).
Содержимое памяти и выходной ленты
Создатели CARDIAC подошли к вопросу серьёзно и разработали (не считая приведенных выше) следующие программы:
Поделиться:
Хочу вам рассказать об одном замечательном проекте для деток, помогающий освоить первые навыки работы с компьютером посредством игры и чтения.
Его мне удалось воплотить с помощью одной замечательной девочки и книги "Иван-царевич".
Т.к. моя воспитанница оказалось девчушкой смышлёной и очень сообразительной, буквально всё схватывающей на лету, то во время занятий по обучению чтению и письму нам пришла в голову идея склеить из коробочки (подходящего размера) ноутбук! Ну, чтоб как у папы и у мамы был.
Со знанием дела обклеили коробочку, я распечатала готовую клавиатуру на одну из половинок импровизированного "ноутбука", нарисовали экран с прорезями для широкой бумажной ленты. Во время прокручивания которой, сменялись нарисованные заранее картинки.
Ребёнок представлял, что он печатает необходимое слово (а ведь и правда, слова набирала правильно), а на экране появлялась нарисованная нами картинка.
Всё бы ничего, НО хотелось большей реалистичности и динамики.
Я начала поиск подходящего материала по магазинам, т.к. понимала, что в лучшем случае мы можем взять старую "клаву" и "мышку", но ведь электронику нам пока не осилить, да и к компьютерному монитору не хотелось так рано подсаживать ребёнка, а значит нам нужно что-то ОЧЕНЬ НЕОРДИНАРНОЕ. Своих мыслей пока не хватало, идея отсутствовала.........
Мои поиски увенчались успехом. В 2001г Издательство "Олма-Пресс" выпустило книгу ВЯТКИНА Андрея Михайловича для детей младшего школьного возраста.
Называется она - БУМАЖНЫЙ КОМПЬЮТЕР, КНИГА-ИГРА по мотивам народных сказок "ИВАН-ЦАРЕВИЧ".
Да вот незадача и огорчение: Идея - великолепная (думаю, вы со мной согласитесь), а исполнение подкачало, да не просто какие-то мелкие недочёты (типа неправильного расположения букв на клавиатуре), а с очень серьёзным промахом.
Напечатанная клавиатура внизу каждой странички, которая должна была быть вырезанной на определённой букве, перекрывало (удаляло) почти наполовину рисунок к сказке с обратной стороны! Это был шок! Как такое могло случиться? Неужели, когда верстали книгу, не обратили внимание, что будут испорчены иллюстрации???
И я взялась исправлять то, что купила, пытаясь реабилитировать идею автора этой книги.
Вот изображение одной из первых страниц, где мы должны были отрезать эту часть, оставив под первую букву небольшой участок над хвостом коня.
Нарисовав клавиатуру с правильным расположением букв (как в англо-русской версии QWERTY) скомпоновав по двое, используя возможности графического редактора своего компа, получила вот такие распечатанные листы бумаги ( количество необходимых листов просчитала заранее).
Началась работа по наклеиванию на каждый из листов своей клавиатуры:
с неполным набором букв (от одной) в самом начале книги до всего набора в конце повествования.
Вот первая редактированная страничка этой книги, где хорошо видно, что клавиатура сместилась значительно ниже!
Ещё одним большим плюсом в такой игре было то, что она в некотором роде стала интерактивной. Т.е. в тексте содержалось порой два варианта продолжения сказки в виде вопроса. Ответив на который, надо было "нажимать" ту или иную букву. Если ответ был логичен и соответствовал сказке, то получалось "нажимать" буковки последовательно, проходя весь алфавит. Если же ребёнку хотелось другого поступка от героя, то "нажав" соответственно другую буковку, он перемещался уже на другие странички, минуя часть текста и картинок.
Принцип перемещений был как у словарей - выделенный алфавит был вырублен в нём, а вы сразу переходите на ту страничку, на букву которой начинается искомое слово.
На этой и последующей картинках показаны оригинальные странички из середины книги, ещё без редакции....
Вы можете увидеть авторский замысел этого действа.
А это странички уже обновлённой книги, с которой уже можно было играть, читать, просто смотреть картинки и обсуждать сюжет сказки.
Если у вас есть книжки , в которых текст и рисунки расположены аналогичным образом, попробуйте сделать и себе такой же компьютер!
Возможно, Вы, вместе с ребёнком, придумаете, запишете и нарисуете свою книгу, со своим сюжетом и неизвестными ранее героями.
Дерзайте, творите, получайте удовольствие!
P.S. 30 сентября в России празднуется День Internet: в этот день в 1998 году была
проведена первая перепись пользователей Рунета, а их количество достигло 1 млн.
человек.
Многие со мной согласятся, что сегодня мы уже никак не можем обойтись без интернета, например, как бы я могла это рассказать и показать , а вы могли просмотреть этот сюжет?
А так как пользоваться интернетом невозможно без компьютера, то мне показалось логичным вспомнить о такой поделке
Компью́тер (англ. computer — «вычислитель»), ЭВМ (электронная
вычислительная машина) — машина для проведения вычислений, а также
приёма, переработки, хранения и выдачи информации по заранее
определённому алгоритму (компьютерной программе).
Многие тысячи лет назад для счета использовались счетные палочки, камешки и т.д. Более 1500
лет тому назад (а может быть и значительно раньше) для облегчения вычислений стали использоваться счеты абак.
В 1642 г. Блез Паскаль изобрёл устройство, механически выполняющее сложение чисел, хотя в 1967 году были обнаружены неизвестные ранее записные книжки
Леонардо да Винчи, с помощью которых ученым и экспертам удалось
доказать что Леонардо да Винчи построил машину, способную складывать, вычитать, умножать и делить. А это было аж в 1500г.!
Бумага и картон - это универсальные материалы для самых разных поделок. Совсем не обязательно в совершенстве владеть техникой оригами. Некоторые оригинальные и забавные вещи может сделать даже ребенок. Вы еще не знаете, как сделать из бумаги ноутбук?
Зачем делать модель бумажную модель компьютера? Вариантов может быть много - это простая игрушка для ребенка, принадлежность для его куклы, открытка для взрослого любителя высоких технологий или шуточный подарок. Меняется только размер, а основная пошаговая инструкция, как сделать из бумаги ноутбук, одинакова для всех поделок.
Нетрудно догадаться, что для куклы и для самого ребенка нужны компьютеры разных размеров. Если же вы делаете открытку в подарок, выбирайте произвольный периметр заготовки. Интересная идея - сделать модель ноутбука и подарить его в коробке от настоящего ПК. Только учтите, что делать такой презент стоит исключительно человеку с хорошим чувством юмора. Если имеются сомнения относительно реакции получателя, откажитесь от этой идеи.
Вам понадобится два листа бумаги или картона равного размера. Соединяем основание и крышку при помощи скотча или ниток. Заготовка у нас есть. Теперь самое время заняться ее оформлением. Клавиатуру можно нарисовать или приклеить из отдельных бумажных «кнопок». Аналогичным образом делаем дисплей. Рисуем его на внутренней стороне крышки или приклеиваем. Ноутбук из бумаги может показывать страницу поисковой системы, рабочий стол или любимый сайт адресата подарка. Можно сделать экран сменным. Для этого приклейте узкие полоски - его обрамление. Верхний кусок бумаги или картона нужно закрепить только по краям, оставьте отверстие, через которое можно будет вставлять новые изображения.
В качестве основы для этой поделки можно использовать пустую коробку от конфет с поднимающейся крышкой. Еще одна интересная идея - сделать объемный ноутбук из бумаги своими руками. Для этого для боковых бортиков понадобятся прямоугольники из того же материала, что и основа. Каждый прямоугольник согните дважды, приклейте к основе. В месте загиба крышки также нужно оставить свободную полосу бумаги для ровного закрытия изделия. Такая конструкция позволяет создать объемные кнопки. Используйте бумажные кубики, которые нетрудно сложить самостоятельно. Также можно взять запчасти от старой настоящей клавиатуры. Не забудьте украсить крышку с наружной стороны "лейблом" производителя.
Материалы и инструменты:
- металлическая линейка;
- ножницы;
- двусторонний скотч;
- малярный скотч;
- карандаш и/или циркуль;
- клей «Момент Кристалл»;
- клей-карандаш;
- кусочек ватмана.
40×26,5 см - внешние размеры экрана, 33 см - высота.
Э-1 и Э-2
ПОДСТАВКА
П-1 и П-2
Совет!
П-2 П-3
Подставка готова.
СТОЙКА
Вырезаем детали: С-1 - 1 шт., С-2 - 4 шт., С-3 - 8 шт.
У детали С-1
Приклеиваем детали С-2 к детали С-1 , как показано на фото.
С-2 , вместо С-1
Склеиваем все детали С-3 .
С-1 + С-2 .
Наносим клей на деталь С-3 С-1 . Склеиваем заготовку.
ЭКРАН
Деталь Э-1
Деталь Э-2
Э-3 (без прорезей) и 4 детали Э-4 (с прорезями).
СБОРКА
Бумага и картон – это универсальные материалы для самых разных поделок. Совсем не обязательно в совершенстве владеть техникой оригами. Некоторые оригинальные и забавные вещи может сделать даже ребенок. Вы еще не знаете, как сделать из бумаги ноутбук?
Нетрудно догадаться, что для куклы и для самого ребенка нужны компьютеры разных размеров. Если же вы делаете открытку в подарок, выбирайте произвольный периметр заготовки. Интересная идея – сделать модель ноутбука и подарить его в коробке от настоящего ПК. Только учтите, что делать такой презент стоит исключительно человеку с хорошим чувством юмора. Если имеются сомнения относительно реакции получателя, откажитесь от этой идеи.
