Бумажный компьютер

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!
Поделиться публикацией
AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Подробнее
Реклама
Комментарии 80
  • +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:)
                                                                          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                                            • +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! ))
                                                                                          • –2
                                                                                            image

                                                                                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.