Отчет о посещении кружка по изучению основ цифровой схемотехники в Музее Космонавтики в Москве

Когда я был маленьким мальчиком, моей любимой книгой была «Земля и Небо». Она до сих пор стоит у меня на полке:
^[1]

Потом я в 1 классе поехал в Москву, пошел на ВДНХ в павильон «Космос», и с большим интересом познакомился там с луноходом. И вот недавно, 38 лет спустя, я повторил знакомство:

^[2]

Правда теперь он стоял не в павильоне «Космос», а в Музее Космонавтики рядом с ВДНХ, в здании под взлетающей ракетой:

^[3]

В музей космонавтики меня пригласил зайти Антон Михайлов ^[4], организатор кружка для обучения детей основам электроники который называется Конструкторское бюро «Восток» ^[5]. С Антоном Михайловым я познакомился через Руслана Тихонова ^[6] из компании http://amperka.ru ^[7].

Антон Михайлов также сотрудничает с Московским государственным техническим университетом имени Н. Э. Баумана, где собирается 19 декабря провести соревнование для школьников по цифровой схемотехнике ^[8].

Когда я пришел в Музей Космонавтики, меня прежде всего поводил по нему экскурсовод, молодой человек, который лично общался с кучей космонавтов, а также, насколько я помню, участвует в казаческом движении. Я рассказал, что микропроцессоры, разработанные в нашей компании Imagination Technologies (ранее MIPS Technologies) используются как в космических кораблях Японского агентства аэрокосмических исследований JAXA ^[9], так и в американском космическом аппарате, который летит к Плутону ^[10]. Кроме этого, сейчас наша компания сотрудничает с российской компанией НПЦ «Элвис» ^[11], которое также разрабатывает микросхемы для спутников и изначально выросло из советского предприятия ЭЛАС, которое разрабатывало электронику для космических станций «Салют» и «МИР» ^[12].

Наконец я встретил Антона Михайлова:

^[13]

И Руслана Тихонова:

^[14]

Они разработали набор для обучения школьников основам цифровой схемотехники на основе макетных плат и микросхем малой степени интеграции, которые содержат логические элементы, D-триггеры, счетчики и генераторы синхросигнала:

^[15]

Ту читатель может воскликнуть: «Зачем это?! XXI век! Детям надо Ардуино, Лего, Разберри Пай!»

Увы, Лего/Ардуино/Разберри Пай могут научить программировать микроконтроллеры и подсоединять к ним готовую периферию, но они не показывают, как можно спроектировать сам микроконтроллер/встроенный процессор, на основе которого сделан Ардуино/Разберри Пай. Чтобы сделать первый шаг, школьнику необходимо четко понять концепции логических элементов, D-триггеров и синхросигналов. Это три фундаментальных кирпичика, без которых никак, и понимать эти концепции лучше не на симуляторе и не на ПЛИС/FPGA, а именно на микросхемах малой степени интеграции — это нагляднее, особенно для детей.

Я писал об этом раньше (Как и зачем начинать обучение младшего школьника цифровой электронике? ^[16], Набор электроники для кружка робототехники Информатикум ^[17]).

Пример платы собранной из аналогичного американского набора Гибсона:

^[18]

После таких упражнений самых продвинутых старших школьников можно пересадить на ПЛИС/FPGA — см. «Как начать разрабатывать железо, используя ПЛИС — пошаговая инструкция» ^[19]

После нашей встречи с Антоном и Русланом они начали занятия кружка. Я прочитал перед школьниками речь с рассказом о Silicon Valley, а также о том, как им повезло — они будут первым поколением электронных инженеров, которые могут, не эмигрируя, работать в России «по гамбургскому счету», то есть иметь доступ к мировой экосистеме разработки (EDA tools, semiconductor IP), участвовать в международных проектах в совместных американо-европейско-российско-азиатских командах ^[20], а также иметь доступ к международному венчурнуму капиталу и рынкам сбыта для своих разработок.

Дети с интересом послушали и приступили к своим занятиям:

^[21]

^[22]

^[23]

Под конец Антон Михайлов устроил им тест:

^[24]

А теперь немного материала для взрослых:

Японский космический корабль с гордым названием Хаябуса-2 («Сокол»), который сейчас летит к астероиду 1999 JU3, управляется процессором HR5000 на основе довольно давно лицензированного у MIPS Technologies процессорного ядра MIPS 5Kf. ^[25]

Datasheet на HR5000 ^[26]

А вот datasheet на его ядро MIPS 5Kf ^[27]

Структура процессорного конвейера этого ядра:

И протокол шины MIPS 5Kf под названием EB (External Bus).

Автор: YuriPanchul

Источник ^[28]