Привет, Хабр! Недавно Дмитрий Калашников представил бесплатный образовательный проект «Компьютер Ершова». Это браузерный симулятор, позволяющий с нуля собрать работающий 8-битный микропроцессор из базовых логических вентилей, а также настроить периферию и написать для него игру на встроенном ассемблере.
Вот как Дмитрий описывает проект:
«Почему вдруг такая тема? Я периодически думаю о будущем микроэлектроники. Считаю важным, чтобы у нас были свои разработчики микропроцессоров. А для этого нужно готовить кадры со школьной скамьи. Порог входа обычно высок: даже для взрослых то, что происходит внутри смартфона, — технология, неотличимая от магии».
Проект назван в честь пионера отечественного программирования академика Андрея Ершова. Он не только занимался разработкой программ и программно-аппаратных систем, но и много лет возглавлял журнал «Микропроцессорные средства и системы». Работая редактором, Ершов помогал читателям увидеть связи между физическим уровнем, схемотехникой и высокоуровневым кодом, формируя целостное видение устройства вычислительных систем. Именно эта идея — формирования сквозных навыков — одна из основополагающих для нового обучающего проекта.
Механика и процесс обучения
«Компьютер Ершова» ориентирован на школьников, студентов младших курсов и всех, влюблённых в железо. Обучение построено в виде игры по инженерному принципу «снизу вверх»:
-
Базовые элементы: Начинаем с соединения простейших логических вентилей (AND, OR, NOT).
-
Сборка блоков: Поэтапное конструирование сумматоров, триггеров памяти и АЛУ.
-
Аппаратный опыт: Игроку предстоит не просто соединять абстрактные блоки, но и своими руками настраивать периферию через Memory-Mapped I/O, использовать адресный дешифратор и разрешать конфликты на шинах.
Игровая экономика довольно простая. Симулятор содержит 47 уровней: за самостоятельное прохождение начисляется внутриигровая валюта — «транзисторы», а за использование автосборки вычитаются штрафные очки.
Валидация прохождения уровней происходит автоматически благодаря сверке поведения собранной схемы с целевой таблицей истинности.
Встроенная база знаний
Для старта не требуется начальных знаний. В библиотеке доступны учебник с теорией и справочник компонентов (даташиты). Информация доступна и в режиме игры справа от холста со схемой. В описании есть и таблицы истинности, и область применения, и интерактивные иллюстрации. Для примера я собрала гифку из состояний полусумматора:
Полусумматор (Half adder)
По словам разработчика, ключевое отличие «Компьютера Ершова» от аналогов (таких как NANDgame или Turing Complete) заключается в последовательной работе над одним компьютером на протяжении всего курса. В процессе обучения плавно меняются уровни абстракции: от логических вентилей и микросхем до описания архитектуры на Verilog.
Ещё одна идея, вдохновившая на создание тренажёра — это инициатива «Один студент — один чип» (YSYX), цель которой — подготовка специалистов по компьютерным системам через прохождение полного цикла создания процессора.
Развитие проекта
В симуляторе появятся виртуальные классы для распределения студентов по группам и для назначения индивидуальных заданий.
Главный следующий шаг — логическое завершение курса через перенос проектов из виртуальной среды на реальное «железо». Для этого уже подготовлено техническое задание на лабораторную плату «Ershov Board», включающее маппинг пинов, список компонентов и описание загрузчика «Ershov Loader».
В настоящий момент разработчик ищет образовательные организации, готовые бесплатно внедрить разработанную программу для развития инженерного мышления у школьников и студентов.
Источник: habr.com