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.
Все механизмы были разработаны мною, за исключением «AND» вентиля, идею которого я позаимствовал у одного из механических Lego-компьютеров.
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.
NOT
AND
OR
XOR
RS-триггер
Дешифратор
Линия задержки
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.
Генератор импульсов
Демонстрациионая машина с основными логическими вентилями
Очень хочется услышать мнение и советы экспертов касательно этого проекта и шансов создания полноценной бумажной вычислительной машины. С удовольствием отвечу на любые ваши вопросы.
Спасибо за внимание!
Комментарии (79)
APLe
07.05.2017 13:01+4Замечательно!
Единственное что – я правильно понял, что линия задержки работает от мускульной силы оператора (оператор видит, что линия задержки ожидает передачи сигнала, и самостоятельно его передаёт), а все остальные элементы генерируют выходной сигнал на энергии входного?
Тогда компьютер будет очень сильно асинхронным и неавтоматическим, а при его работе оператору придётся очень-очень много двигать флажками линий задержки. Потому что цепь из многих логических элементов подряд сделать вряд ли получится, последним в цепи энергии будет не хватать.
Кстати, а задача сделать механический компьютер, или именно бумажный? Если элементов в компьютере будет много, то, мне кажется, использовать 3D принтер было бы удобнее.
tormozedison
08.05.2017 14:35+1Упомянутый ниже CARDIAC вообще не автоматический, но его же в качестве учебного пособия используют.
mike_y_k
07.05.2017 13:13Бумага конечно интересный материал, но…
Таки с 3D принтером несколько продуктивнее будет.
А так хорошая идея для стартапа обучающего материала для 4+ по основам компьютерной грамотности, ну и для самообучения.
GeMir
07.05.2017 13:19+3«Хорошая идея для стартапа обучающего материала для 4+ по основам компьютерной грамотности» — не подскажете, что именно вы считаете в данной реализации особенно подходящим для детей дошкольного и младшего школьного возраста?
mike_y_k
07.05.2017 20:50-1Демонстрация принципов работы в таком возрасте может дать хорошие последствия в будущем ;).
Начиная с формальной логики, основы которой в таком возрасте хорошо способствуют развитию мышления.
На пальцах такое несколько сложнее получается.
Я с детьми занимался этим на пальцах — результат положительный, хотя затрат было гораздо больше, чем с таким устройством. Да и творческий элемент в изготовлении не стоит пропускать ;).GeMir
07.05.2017 20:54+1«Я с детьми занимался этим на пальцах» — пальцы не бумага. Не мнутся, не рвутся, не огорчают тем, что «должно работать, но не работает, потому что что-то отвалилось».
Кстати о формальной логике на пальцах (рук?) тоже с удовольствием почитал бы, если это не образное выражение было.
tormozedison
08.05.2017 11:371 — пряморукость, если вместе с дошкольниками такое строить.
2 — ну и знания о двоичной системе не помешают.
rPman
07.05.2017 14:08+2Мало того, разработка алгоритмов генерации stl для послойного формирования этого компьютера (серия неровных и дырявых пластин из разных пластиков — твердого и мягкого), в идеале, использующая пневматику/гидравлику, может иметь коммерческие последствия.
При должном красноглазии гидравлика может даже на внешний звук реагировать, используя резонанс…
GeMir
07.05.2017 13:25«В 15 лет я стал одержим идеей создания бумажной вычислительной машины […] из бумаги, картона и зубочисток.» — после слова «одержим» не принято спрашивать «почему?», но всё же, почему именно бумага а не, скажем, дерево или кость? Как самый доступный в том числе и для обработки материал?
DrPass
07.05.2017 13:45+22почему именно бумага а не, скажем, дерево или кость?
Возможно, у него поблизости просто не оказалось подходящего кладбища
semen-pro
08.05.2017 19:31-1Возможно, имеется в виду игральная кость. А если поместить её в деревянную коробочку — нельзя определить её значение, не открыв крышку. Чем-то похоже на элемент квантового компьютера. (Но это не точно).
Rastishka
07.05.2017 14:15+3Дерево и кость все же сложнее в обработке.
Хотя я сразу представил себе древний компьютер из дерева, кости и кожи буйвола… =)
А вот картон вполне мог бы совместить в себе требование обязательности бумаги и существенно бОльшей надежности.Norno
08.05.2017 11:27+1Выглядит… круто, и не представляю сколько труда на это ушло. Но тоже несколько удивлен выбором обычной тетрадной бумаги. Картон (хотя смотря какой) все же значительно сложнее в обработке, я бы посоветовал обратить внимание на бумагу высокой плотность (больше 200г/м2), из легко доступного — ватман например, или что-нибудь еще чертежное, такая бумага, как правило прочнее картона той же толщины, и позволить сделать значительно более надежную и прочную установку.
Единственное для получения ровных сгибов ее требуется предварительно биговать по линии сгиба или хотя бы предварительно провести по линии сгиба чем-то гладким.famiak
13.05.2017 08:51Я так понял, выбор бумаги в т.ч. вызван тем, что она линованная и по ней просто отмерять отрезки.
Norno
13.05.2017 11:34Можно сделать шаблон (в том числе и из линованной бумаги) и по нему переносить на плотную бумагу. Это конечно дольше, но жесткость и надежность будет значительно выше. Когда мне надо было вырезать и согнуть ~30 листов плотной бумаги я размечал ее по шаблону и потом уже по линейке резал или гнул на импровизированном биговщике.
saboteur_kiev
07.05.2017 13:47+8Не мнется в процессе работы?
Очень бы хотелось посмотреть видео с демонстрацией работы. Выложите пожалуйста!
format1981
07.05.2017 20:07+2В институте изучали логику на пневмо-элементах. То есть был компрессор который дает воздух, всякие логические элементы и много шлангов, которыми все это дело соединялось. В общем на эти лабораторные я ходил с удовольствием.
D_Starikov
09.05.2017 10:56Так это вы наверное пневмооборудование проходили. Ну сборка пневматических схем.
Peacemaker
10.05.2017 14:08+1Вполне могли изучать именно логику, есть такая область — «Пневмоника», связанная с изучением, разработкой и применением устройств (элементов), действие которых основано на использовании аэрогидродинамических эффектов — на взаимодействии струй, отрыве потока от стенки, турбулизации течения в ламинарной струе, дросселировании потоков, вихреобразовании.
Crystal_HMR
16.05.2017 21:53Еще круче это выглядит на примере «свет и зеркала». Вообще кажется, что за этим будущее.
cssmajor
16.05.2017 21:53+1ага, именно пневмоника, собирал логические схему типо сенсорный выключатель. Реально интересно, но в эпоху электроники малоприменимо, разве что для специфических задач типа работа в радиации.
Regis
07.05.2017 20:26+4Основная проблема: система плохо масштабируется. При увеличении числа компонентов будут быстро расти потери на трение, что приведет к необходимости прикладывать больше усилий на входах, что, в свою очередь, будет вызывать повреждение/деформацию элементов.
tormozedison
08.05.2017 10:29+2И без масштабирования признаки износа будут уже после сотни тактов заметны. Но сама по себе разработка интересная, даже заставить функционировать удалось.
stanislavskijvlad
07.05.2017 22:30а теперь для бумажного компьютера придумайте компилятор и перфокарты :)
Мне понравилось. Вспомнил статью, про гидравлические логические элементы.
anmipo
07.05.2017 23:02Ещё статья про образовательный бумажный компьютер: CARDIAC — компьютер из бумаги своими руками.
tormozedison
08.05.2017 10:35+1Насколько я помню, CARDIAC закопиращен по самую шею. Ещё есть Бинардик и Little Man Computer.
Slonyxia
08.05.2017 00:32Очень занимательно.
Где-то видел ранее бумажную машину, где логика была реализована "вводом" шарика, рекомендую поискать и посмотреть, это затягивает :)
SbWereWolf
08.05.2017 02:22+1мне кажется это будет отличное учебное пособие если заменить материал на, что то более жёсткое чем бумага.
для не которых людей руками потрогать, даёт намного больше чем формулу написать.
или у Lego всё это уже есть в пластмассе?
mkokorev
08.05.2017 05:00+1Году эдак 1986 в журнале Scientific American, опубликовали забавную статью. о замене электронных элементов на деревянные палочки соединённые между собой подобным образом. Ещё тогда я восхитился идеей деревянного компьютера. Видимо эта идея не прошла бесследно… Удачи вам в этом ремесле, возможно, что то толковое из этого и выйдет…
tormozedison
08.05.2017 11:08+1Это была первоапрельская шутка о якобы существовавшем острове Apraphul (искаж. April fool) и якобы построенном там механическом компьютере с приводом от слонов. Её перепечатали в советском журнале "В мире науки".
Zoomerman
08.05.2017 05:00+1бумага существует уже более 2000 лет, но до сих пор никто не утруждал себя созданием бумажного компьютера
потому что
Современная двоичная система была полностью описана Лейбницем в XVII веке в работе Explication de l’Arithmetique Binaire
(Википедия)
А до этого пользовались троичной, четверичной, шестиричной, десятиричной и пр. системами счисления.
k12th
08.05.2017 10:10+2Компьютер !== двоичная система счисления. Известный, но не единственный контр-пример — троичная «Сетунь».
CheeseMaster
08.05.2017 09:00-4Забавно получилось, молодец, но не могу не пошутить («совпадение? не думаю», или как сейчас принято говорить) про:
В 15 лет я стал одержим идеей создания бумажной вычислительной машины...
Спустя 3 года работы с перерывами, я решил поделиться с интернетом своими наработками в данном направлении.
от армии косишь с такими идеями?
iig
08.05.2017 09:18+1Логарифмическая линейка чем не компьютер? :)
Если серьёзно, не обязательно делать на бумаге именно двоичную логику. Это громоздко и не очень наглядно. Старинные счетные машины с дисками можно рассмотреть как пример.
dima_lisovyk
08.05.2017 15:44-2Ну ты и псих :))
По сути идея не столько в «бумажном» компютере, сколько в «механическом». Неужели никто не делал чтото подобное?
putinBog
08.05.2017 21:30+11. Это не бумажный компьютер. Бумажный — это кардиак и прочие движущиеся табличики, экспонометры.
2. Но это просто офигенная идея для деревянного конструктора с металлическими уголками, стержнями и пружинами. и возможностью добавить электромотор. плюс придумать элементы для передачи сигнала на следующий «этаж» конструкции. очень очень понравилось.
maeris
10.05.2017 13:03Ох, если бы я знал, что это кого-то заинтересует на хабре, я бы уже несколько лет назад опубликовал. Во избежание споров о первенстве предлагаю сделать проект коллективным. Я покажу, как правильно, а у вас время на это есть :)
OlegZorin
10.05.2017 14:08+1Здорово, проделана хорошая работа.
Касательно компьютеров из бумаги. Еще в 90х, где-то на просторах fido, находил информацию про «компьютер» для игры в крестики-нолики, состоящий из спичечных коробков и бусин. Получалась некая обучающаяся система — там был свод правил о поощрении и наказании «машины» в случаи победы и проигрыша соответственно.
Надо бы поискать материалы.
Oper124
10.05.2017 14:08Сразу вспомнилось как в виртуально мире Трисоляриса, делали компьютер из десятков тысяч «живых» людей.
ShER424
10.05.2017 14:08-1Как из
говнабумаги и палок собрать компьютер ))
Каков будет масштаб законченного устройства? Какова производительность (с чем можно будет сравнить из существовавших/существующих вычислительных машин)? С арифмометрами потягается?boddiul
10.05.2017 14:25Масштаб сейчас сложно оценить, зависит от типа АЛУ и количества памяти.
ТЕОРЕТИЧЕСКИ, если бы в машине отсутствовали элементы задержки, то вычисления происходили бы мгновенно. Фактически, данная бумажная машина безусловно проигрывает существующим компьютерам.iig
10.05.2017 14:57+1Скорость прохождения сигналов в механизме ограничена скоростью звука в его материалах. Так что не совсем мгновенно ;)
А если механизм не одноразовый — то еще медленнее.
ShER424
10.05.2017 22:24Да, работа кропотливая, мне даже не по мозгам оценить такой масштаб. Для меня это выглядит сложнее, чем создание релейного компьютера.
maeris
11.05.2017 03:34-110 герц это, пожалуй, максимальная скорость для подобных компьютеров, но они имеют одно неоспоримое преимущество:
говнобумага доступна даже студенту, изнывающему от скуки на парах по архитектуре ЭВМ.
Арифмометры проводили операции вроде умножения за линейное от значения наименьшего операнда время, а двоичная логика может за квадрат логарифма. Если у автора всё пойдёт так, как нужно, можно будет потягаться даже с Беббиджем.DrPass
11.05.2017 14:21бумага доступна даже студенту, изнывающему от скуки на парах по архитектуре ЭВМ
Да при желании скучающий студент и коробку рассыпной логики серий 555 или 1533 на мороженку выменять сможет. Сейчас-то оно уже не драгоценность. Другое дело, что скорее всего он предпочтёт съесть свой пломбир, чем изобретать процессор.
blindmen
10.05.2017 14:08подскажите. к примеру если сделать логический модуль размером с 1-2 см. то что можно «создать» на обычном столе (в 1 слой) и сколько займёт места калькулятор? получиться ли сделать всё это на сжатом воздухе? спасибо
maeris
15.05.2017 07:03Логика из пневматики известна очень давно, и даже используется в оборонке как крайне радиационно стойкая.
MaxxxZ
10.05.2017 21:04А Железный Феликс компьютером не является? Его можно скопировать из картона. Наверное.
prospero78su
10.05.2017 21:04У этой реализации есть ограничение по частоте переключений. Иначе от трения может произойти самовозгорание))
Спасибо) Ещё раз убедился — эту страну не победить))
aleksandros
11.05.2017 10:17Титаническая (или почти) работа. По идее, годах в 50-60-х что-то подобное должно было быть в кибернетических кружках.
BelBES
11.05.2017 21:57+1Эх, показать бы этот пост моей преподавательнице по Численным методам, которая утверждала, что в случае войны у нас не будет компьютеров и придется всё руками считать :-)
riosun
12.05.2017 15:27C бумажных баб ( https://vk.com/boddiul?z=photo59559418_370399485%2Falbum59559418_0%2Frev ) на бумажные компьютеры ну ну.)
liankary
12.05.2017 15:27+1Сразу вспомнил Z1 в Deutsche Technikmuseum) Сорри за качество, там странное освещение очень
zookko
Нет слов, как круто.
Ещё бы видео с комментариями по принципу работы каждого элемента.
kalkov
Поддерживаю, особенно про видео!