Библиотека

Гайды по уровням

Пошаговые описания заданий и решений для каждого из 47 уровней.

1. 1. Да будет свет!
2. 2. Отрицание
3. 3. Идеальная пара
4. 4. Хотя бы один
5. 5. Строгий выбор
6. 6. Полусумматор
7. 7. Сумматор
8. 8. 8-битный Сумматор
9. 9. Перекрёсток
10. 10. Замыкание
11. 11. Умный запоминатель
12. 12. Осязаемая память
13. 13. Выбор операции
14. 14. Сердце математики
15. 15. Пульс системы
16. 16. Счётчик команд
17. 17. Анатомия дешифратора
18. 18. ФИНАЛ: Компьютер Ершова
19. 19. Шаг вперёд (PC+2)
20. 20. Двойное чтение
21. 21. Указатели
22. 22. Конфликт на шине
23. 23. Геймпад
24. 24. Ручной пиксель
25. 25. Проверка на минус
26. 26. Бросок кубика
27. 27. Hello, Ports!
28. 28. Движущаяся точка
29. 29. ФИНАЛ: Змейка
30. 30. Hello, Wire!
31. 31. Управление потоком (MUX)
32. 32. Первое вычисление
33. 33. Масштабирование схем
34. 34. Переход к шинам данных
35. 35. Центр вычислений (АЛУ)
36. 36. ALU
37. 37. Память и Время
38. 38. Шаг за шагом
39. 39. Оперативная память
40. 40. Сердце процессора
41. 41. Анатомия системы
42. 42. Рентген для кремния
43. 43. Остановка времени
44. 44. Мозг процессора
45. 45. Своя инструкция
46. 46. Окно в реальный мир
47. 47. Материализация

Руководства по компонентам

Все компоненты с изображениями — на одной странице →

Базовая логика

• Input (Вход) — источник сигнала, переключается кликом
• Output (Выход) — выходной порт схемы, проверка тестом
• NAND (И-НЕ) — универсальный логический элемент, таблица истинности
• NOT (Инвертор) — простейший логический элемент, инверсия сигнала
• AND (И) — логическое умножение, маскирование битов
• OR (ИЛИ) — логическое сложение, объединение условий
• XOR (Искл. ИЛИ) — контрольный инвертор, основа сумматоров
• NOR (ИЛИ-НЕ) — основа RS-триггеров, универсальный элемент

Арифметика и маршрутизация

• Half Adder — полусумматор, сложение двух битов
• Full Adder — полный сумматор, ripple-carry цепочка
• ADDER8 — 8-битный сумматор, награда уровня 8
• ALU8 — 8 операций: ADD, SUB, AND, OR, XOR, NOT, SHL, SHR
• MUX (2→1) — мультиплексор, цифровой переключатель
• BusMUX — шинный мультиплексор, выбор целого байта
• Splitter — разделитель шины на 8 битов
• Maker — сборщик 8 битов в шину
• BusInput — 8-битный вход, значение ползунком 0–255
• BusOutput — 8-битный выход, десятичный индикатор
• BusConstant — константа на шине, маски и адреса
• BusNOT — побитовое НЕ, дополнение до 255
• BusAND — побитовое И, защита от конфликтов на шине
• BusOR — побитовое ИЛИ, установка битов
• BusXOR — побитовое XOR, сравнение и toggle
• BusSHL — сдвиг влево, умножение на 2
• BusSHR — сдвиг вправо, деление на 2
• BusZero — детектор нуля на шине

Память и состояние

• DFF (D-триггер) — запоминание бита по фронту Clock
• Register8 — 8-битный регистр, аккумулятор процессора
• IndexRegister (IX) — индексный регистр, косвенная адресация
• RAM (256 байт) — оперативная память, чтение и запись
• ROM (256 байт) — постоянная память, хранение программы

Периферия (Memory-Mapped I/O)

• MatrixDisplay 16×16 — матричный дисплей, порты 0xFC/0xFD/0xFF
• Gamepad — 4-кнопочный геймпад, порт 0xFE
• LFSR (ГСЧ) — генератор случайных чисел, порт 0xFA
• LED8 — светодиодная линейка, визуализация байта
• Manual Clock — ручной тактовый генератор

Процессор и управление

• Clock — тактовый генератор, синхронизация схем
• Display — дисплей dec/bin/hex, отладка
• ProgramCounter — счётчик команд, +Inc за такт
• Decoder — дешифратор команд, 9 управляющих сигналов
• Decoder V2 — дешифратор команд V2: JZ/JN раздельно, WE аккумулятора, 12 сигналов
• AddrDecoder — дешифратор адреса, RAM vs I/O
• Ассемблер — архитектура, система команд, синтаксис, отладка

Статьи по схемотехнике

• Введение в схемотехнику
• Как устроен компьютер: гид для школьников и родителей
• Как работает процессор: от транзистора до программы
• 0 и 1: На каком языке говорят машины
• От транзистора к вентилю — как рождается логика
• Логические вентили И, ИЛИ, НЕ
• Законы де Моргана: Как собрать схему из того, что есть
• Исключающее ИЛИ (XOR)
• От таблицы истинности к схеме: СДНФ и СКНФ
• Минимизация логики: карты Карно
• Полином Жегалкина: любая булева функция одной формулой
• Двоичная математика для начинающих
• Шестнадцатеричная система счисления
• Дополнительный код: отрицательные числа
• Как компьютер хранит текст: ASCII и UTF-8
• Анатомия сумматора
• Информационные магистрали (Шины)
• Мультиплексор: электронный стрелочник
• АЛУ: Сердце математики
• Магия обратной связи
• Тактовый генератор и D-триггер
• Регистры: первый байт памяти
• Гарвардская архитектура: Разделяй и властвуй
• Счётчик команд (Program Counter)
• Дешифратор инструкций: Переводчик процессора
• Конфликты на шине и адресное пространство
• Memory-Mapped I/O: Гениальный обман процессора
• Флаги состояния: Как процессор понимает мир
• Битовые операции и маски
• Ассемблер: самый честный язык программирования
• Как выучить ассемблер с нуля: 15 команд и учебный эмулятор
• Указатели и индексные регистры (IX)
• Ветвления и циклы (JZ, JN, JMP)
• Временна́я диаграмма: как читать поведение схемы
• Задержка распространения: почему сигналы опаздывают
• «Искусство схемотехники»: Хоровиц и Хилл — разбор книги: что внутри и в каком порядке читать
• Книги по схемотехнике: пять учебников по логике и цифровым схемам
• Инженер-схемотехник: кто это, чем занимается и как им стать
• Архитектура RISC-V: открытый стандарт процессора простыми словами
• Сколько транзисторов в процессоре: от 2300 до 20 миллиардов
• Как читать принципиальную схему: символы, сети и типичные ошибки
• Комбинационная и последовательная логика: в чём разница
• Логические уровни: TTL и CMOS, почему 5 В и 3,3 В нельзя соединять напрямую
• Setup и hold: почему метастабильность нельзя исправить
• FPGA, ASIC или микроконтроллер: как выбрать под задачу

Для преподавателей

Методические материалы для внедрения курса «Компьютер Ершова» в учебную программу.

• Ершов и «Программирование — вторая грамотность» — почему курс носит это имя
• Методическое руководство — философия курса, аппаратная платформа, отладка, финальный проект
• Презентация проекта — питч для администрации школы: ценность, результаты, профориентация
• Ershov Board — Техническое задание — компонентная база, pin-mapping, шелкография, Ershov Loader
• Программа курса — таймлайн 47 уровней: задание, сложность, время и измеримый результат каждого

Verilog / Программирование железа

Цикл статей «От кода к кремнию» — о том, как писать на Verilog и создавать собственную аппаратуру.

• Кремний вместо кода: почему Verilog — это не программирование
• Verilog для начинающих: первый модуль за 15 минут
• Как железо принимает решения (Жизнь без if/else)
• Учим кремний математике (Секрет символа «+»)
• Иерархия: как не утонуть в проводах
• Шины данных: от отдельных битов к байтам
• АЛУ: Сердце вашего процессора
• Verilog: память и время — триггеры, регистры, RAM
• Tang Nano 9K: от ZIP до платы — путь проекта в реальное железо

Инструменты и разделы

Онлайн-инструменты для практики и тематические хабы.

• Симулятор логических схем — бесплатный онлайн-симулятор: 47 уровней от провода до процессора
• Генератор таблиц истинности — полная таблица по любой булевой формуле
• Конвертер систем счисления — двоичная, десятичная и шестнадцатеричная системы
• Калькулятор булевых функций — СДНФ, СКНФ, полином Жегалкина, минимизация и карта Карно
• Хаб «Verilog и FPGA» — с чего начать: статьи, гайд уровня 47, плата Ershov Board
• Сравнение с другими проектами — NandGame, Turing Complete, Nand2Tetris