7 мая в 12:25

Бумажный компьютер из песочницы

Всем привет! В 15 лет я стал одержим идеей создания бумажной вычислительной машины — полноценного механического компьютера, созданного из бумаги, картона и зубочисток. Меня поразило то, что бумага существует уже более 2000 лет, но до сих пор никто не утруждал себя созданием бумажного компьютера.

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!
Владимир Бодюл @boddiul
карма
38,0
рейтинг 108,8
Геймдизайнер
Самое читаемое

Комментарии (79)

  • +22
    Нет слов, как круто.
    Ещё бы видео с комментариями по принципу работы каждого элемента.
    • +2
      Поддерживаю, особенно про видео!
  • +4
    Замечательно!

    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.
    • +1

      Упомянутый ниже CARDIAC вообще не автоматический, но его же в качестве учебного пособия используют.

  • 0
    Бумага 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.
    • +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?
      • –1
        Демонстрация 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 ;).
        • +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.
      • 0

        1 — пряморукость, если вместе с дошкольниками такое строить.
        2 — ну и знания о двоичной системе не помешают.

    • +2
      Мало 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…
  • 0
    «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?
    • +22
      почему именно бумага а не, скажем, дерево или кость?

      Возможно, у него поблизости просто не оказалось подходящего кладбища
      • –1
        Возможно, 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).
    • +3
      Дерево 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.
      • +1
        Выглядит… 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.
        • 0
          Я так понял, выбор бумаги в т.ч. вызван тем, что она линованная и по ней просто отмерять отрезки.
          • 0
            Можно 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.
  • +8
    Не мнется в процессе работы?
    Очень бы хотелось посмотреть видео с демонстрацией работы. Выложите пожалуйста!
  • –3
    Нет слов. Разве что: «За деревьями не видно леса».
  • +2
    В 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.
    • 0
      Так это вы наверное пневмооборудование проходили. Ну сборка пневматических схем.
      • +1
        Вполне 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.
        image
        • 0
          Еще круче это выглядит на примере «свет и зеркала». Вообще кажется, что за этим будущее.
        • +1
          ага, именно пневмоника, собирал логические схему типо сенсорный выключатель. Реально интересно, но в эпоху электроники малоприменимо, разве что для специфических задач типа работа в радиации.
  • +4
    Основная 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.
    • +4
      Чуть менее основные проблемы: система мнётся, рвётся и горит :)
    • +2

      И без масштабирования признаки износа будут уже после сотни тактов заметны. Но сама по себе разработка интересная, даже заставить функционировать удалось.

  • –6
    круто ))) спасибо за материал!!!
  • 0
    а теперь для бумажного компьютера придумайте компилятор и перфокарты :)
    Мне понравилось. Вспомнил статью, про гидравлические логические элементы.
  • 0
    Ещё статья про образовательный бумажный компьютер: CARDIAC — компьютер из бумаги своими руками.
    • +1

      Насколько я помню, CARDIAC закопиращен по самую шею. Ещё есть Бинардик и Little Man Computer.

  • –2

    Если не секрет, вдохновлялись Майнкрафтом?


    P.S. Идея просто супер!

    • 0
      Имел ввиду к примеру механическую АЛУ с майнкрафта…

      https://www.youtube.com/watch?v=LGkkyKZVzug
  • 0

    Очень занимательно.
    Где-то видел ранее бумажную машину, где логика была реализована "вводом" шарика, рекомендую поискать и посмотреть, это затягивает :)

  • +1
    мне 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?
  • +1
    Году 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…
    • +1

      Это 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".

      • 0
        Точно! Как говорится в любой шутке есть доля шутки…
  • +3
    Сколько циклов выдерживает бумажный логический вентиль?
  • +1
    бумага 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’Arithmétique Binaire
    (Википедия)
    А до этого пользовались троичной, четверичной, шестиричной, десятиричной и пр. системами счисления.
    • –1
      Зануда
    • +2

      Компьютер !== двоичная система счисления. Известный, но не единственный контр-пример — троичная «Сетунь».

  • –1
    А Дум на нём работает?
  • –4
    Забавно 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?
  • +1

    Логарифмическая 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.

  • –2
    Ну ты и псих :))
    По сути идея не столько в «бумажном» компютере, сколько в «механическом». Неужели никто не делал чтото подобное?
  • +1
    Круто конечно. Но из бумаги очень не надежно. Долго он не проработает.
  • +1
    1. 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.
  • 0
    Ох, 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 :)
    • +1
      С большим удовольствием! Но, если ваш бумажный компьютер работает по такому-же принципу
      • 0

        Ответил вам в диалогах. Давайте додавим эту тему до логического, тьюринг-полного завершения.

  • +1
    Здорово, 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.
    • +1
      http://fouryears.eu/2012/09/03/self-learning-mini-checkers-machine/
      • 0
        Спасибо.
        Про шашки и не знал )
  • 0
    Сразу вспомнилось как в виртуально мире Трисоляриса, делали компьютер из десятков тысяч «живых» людей.
  • –1
    Как из говна бумаги и палок собрать компьютер ))
    Каков будет масштаб законченного устройства? Какова производительность (с чем можно будет сравнить из существовавших/существующих вычислительных машин)? С арифмометрами потягается?
    • 0
      Масштаб 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.
      • +1

        Скорость прохождения сигналов в механизме ограничена скоростью звука в его материалах. Так что не совсем мгновенно ;)
        А если механизм не одноразовый — то еще медленнее.

      • 0
        Да, работа кропотливая, мне даже не по мозгам оценить такой масштаб. Для меня это выглядит сложнее, чем создание релейного компьютера.
    • –1
      10 герц это, пожалуй, максимальная скорость для подобных компьютеров, но они имеют одно неоспоримое преимущество: говно бумага 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.
      • 0
        бумага 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.
  • 0
    подскажите. 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
    • 0
      Логика из пневматики известна очень давно, и даже используется в оборонке как крайне радиационно стойкая.
  • 0
    Круто! Довести идею до несложного калькулятора, чтобы и работу памяти можно было продемонстрировать — это будет очень интересно не только детям :)
    • +1
      Довести идею до несложного калькулятора

      … размером с письменный стол, учитывая элементную базу.
  • 0
    image
  • 0
    Очень круто, ты молодец, столько расчетов), терпения)), удачи в делах:)
  • –1
    Планирует ли автор сделать комп из глины, бетона, льда?
    • +1

      Минус зря. Для создания механизмов бумага так же плохо подходит, как и указанные материалы.

  • 0
    А Железный Феликс компьютером не является? Его можно скопировать из картона. Наверное.
  • 0
    У этой реализации есть ограничение по частоте переключений. Иначе от трения может произойти самовозгорание))
    Спасибо) Ещё раз убедился — эту страну не победить))
  • 0
    Титаническая (или почти) работа. По идее, годах в 50-60-х что-то подобное должно было быть в кибернетических кружках.
  • +1

    Эх, 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 :-)

  • 0
    C бумажных баб ( https://vk.com/boddiul?z=photo59559418_370399485%2Falbum59559418_0%2Frev ) на бумажные компьютеры ну ну.)
  • +1
    Сразу вспомнил Z1 в Deutsche Technikmuseum) Сорри за качество, там странное освещение очень
    image
  • 0
    Надо бумажно подумать! ))

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.