https://habr.com/en/articles/1062064/
Помимо видео школьников я также выложил в посте следующую программу:
Приквел для FPGA и ASIC с помощью микросхем малой степени интеграции
Полноценный набор упражнений
Юрий Панчул, 2026-07-23
Идеально для школьников, но полезно и для студентов, чтобы они не пытались “программировать” на верилоге, а строили верилоговским кодом аппаратные структуры.
Годно чтобы учить детей концентрироваться над решением технических задач на полянке в глухом лесу, без доступа к интернету и ИИ. Только даташиты на микросхемы, макетные платы, батарейки на 9 вольт, ручка и листы бумаги.
Для этих упражнений я рекомендую использовать светодиоды, рассчитанные на напряжение 5 вольт, кнопки со встроенными подтягивающими резисторами (pull-down), стабильный блок питания для макетки на 5 вольт и уже собранный модуль генератора тактовых сигналов на основе микросхемы 555.
Все это избавляет от бессмысленного втыкания десятков резисторов, сборки неактуальной схемы с конденсаторами и 555 и прочих танцев с бубном, которые жалко выбросить всем составителям наборов для детей с 1970-х годов.
По той же причине я исключил транзисторы, SR-защелки, JK-триггеры итд, поскольку современный RTL-проектировщик (RTL = Register Transfer Level) не сталкивается с этим на рабочем месте.
Цель - провести школьников от логических элементов И/ИЛИ/НЕ и D-триггеров к микроархитектуре, поэтому мы стараемся не выходить за рамки двух абстракций: комбинационной/последовательностной логики и (потом, когда дойдем до FPGA) статического анализа тайминга внутри такта.
Дальше - см. пост
Помимо видео школьников я также выложил в посте следующую программу:
Приквел для FPGA и ASIC с помощью микросхем малой степени интеграции
Полноценный набор упражнений
Юрий Панчул, 2026-07-23
Идеально для школьников, но полезно и для студентов, чтобы они не пытались “программировать” на верилоге, а строили верилоговским кодом аппаратные структуры.
Годно чтобы учить детей концентрироваться над решением технических задач на полянке в глухом лесу, без доступа к интернету и ИИ. Только даташиты на микросхемы, макетные платы, батарейки на 9 вольт, ручка и листы бумаги.
Для этих упражнений я рекомендую использовать светодиоды, рассчитанные на напряжение 5 вольт, кнопки со встроенными подтягивающими резисторами (pull-down), стабильный блок питания для макетки на 5 вольт и уже собранный модуль генератора тактовых сигналов на основе микросхемы 555.
Все это избавляет от бессмысленного втыкания десятков резисторов, сборки неактуальной схемы с конденсаторами и 555 и прочих танцев с бубном, которые жалко выбросить всем составителям наборов для детей с 1970-х годов.
По той же причине я исключил транзисторы, SR-защелки, JK-триггеры итд, поскольку современный RTL-проектировщик (RTL = Register Transfer Level) не сталкивается с этим на рабочем месте.
Цель - провести школьников от логических элементов И/ИЛИ/НЕ и D-триггеров к микроархитектуре, поэтому мы стараемся не выходить за рамки двух абстракций: комбинационной/последовательностной логики и (потом, когда дойдем до FPGA) статического анализа тайминга внутри такта.
Дальше - см. пост
👍11❤7🔥2
Оказывается, школьницы стран бывшего СССР умеют ваять цифровые схемы на CMOS 4000 ничуть не хуже школьников, причем не только русскоязычных школьников, но и школьников из Индии и Китая. Под конец нашей месячной "Школы не в Замке, а в Клубе Хакеров по викендам" образовалась такая теплая компашка:
Майя - сделала схему которая сравнивает числа поступающие из двух источников (простого счетчика и счетчика Джонсона) и показывает лампочками "больше/меньше/равно".
Света - сделала вариант ALU, который для вычитания использует тот факт что "- A == ~ A + 1", то бишь чтобы сконструировать отрицательное число в дополнительном коде, нужно инвертировать его биты и прибавить единицу. Это был один из вопросиков на собеседование в процессорную компанию MIPS Technologies в 2009 году.
Тимофей и Нил - сконструировали несколько дизайнов, в том числе вариант конечного автомата светофора из счетчика с декодированным (one-hot) выводом 4017 и комбинационной логики после него.
Матвей - сериализацию/десериализацию с сдвиговыми регистрами, сейчас вставляет в схему побитовый сумматора
Аржун - школьник индийского происхождения, он только что вы пустился и поступил в унверситет Иллинойса. Сконструировал на микросхемах малой степени интеграции полный CPU, потом перенес его в FPGA.
Грант - школьник китайского происхождения, сконструировал демо многофункционального ALU на CMOS 40181 и вариант демо с интеграцией FPGA и датчика радиации.
Для тех, кто говорит "о, сейчас все перешли на Ардиуно и Расберри Пай": Ардуино/Расберри Пай - это вообще не о проектировании электронных схем, а о программировании микроконтроллеров / встроенных процессоров и немного о проектировании систем (комбинировании микроконтроллера с сенсорами и актуаторами). Говорить что школьники якобы изучают электронику при работе с Ардуину - это как говорить что человек может научиться проектировать автомобильный двигатель от уроков вождения авто по улицам.
В четверг школьники будут демонстрировать эти проекты на мероприятии в Маунтин-Вью, прошу распостранить следующую информацию:
Come to the Verilog Meetup booth at the Technology Showcase event hosted by the City of Mountain View and sponsored by Google. School students, starting from 10-year-olds, are going to demonstrate digital designs implemented using small-scale integration circuits: variants of ALUs, comparators, bit-serial arithmetic with parallel-to-serial and serial-to-parallel conversion, simple finite-state machines (FSMs) and other building blocks.
While modern 2nm designs in smartphones and AI accelerators are certainly faster than those 50-year-old 20 micron chips, they still use functionally equivalent sub-blocks constructed using logic synthesis tools and ASIC libraries. So these exercises provide a clear path for a mathematically inclined child toward future research or a profession: they can move from such exercises to SystemVerilog and FPGAs, ASIC shuttle using Tiny Tapeout, exercises in microarchitecture and building RISC-V CPUs.
This is different from exercises with Arduino and Raspberry Pi, which essentially offer microcontroller / embedded programming and some system integration, but not digital design itself. No matter how much a kid programs Arduino he will not be exposed to the work of the CPU core inside the Arduino microcontroller and therefore could not design such a core. Just like a car driver does not learn how to build a car by simply driving it on the streets.
The Technology Showcase:
Thursday, July 30, 2026
Exhibits 11-3 pm
Panel 4-6pm
Center of Performing Arts, 500 Castro St, Mountain View
Free to attend, registration not required
Майя - сделала схему которая сравнивает числа поступающие из двух источников (простого счетчика и счетчика Джонсона) и показывает лампочками "больше/меньше/равно".
Света - сделала вариант ALU, который для вычитания использует тот факт что "- A == ~ A + 1", то бишь чтобы сконструировать отрицательное число в дополнительном коде, нужно инвертировать его биты и прибавить единицу. Это был один из вопросиков на собеседование в процессорную компанию MIPS Technologies в 2009 году.
Тимофей и Нил - сконструировали несколько дизайнов, в том числе вариант конечного автомата светофора из счетчика с декодированным (one-hot) выводом 4017 и комбинационной логики после него.
Матвей - сериализацию/десериализацию с сдвиговыми регистрами, сейчас вставляет в схему побитовый сумматора
Аржун - школьник индийского происхождения, он только что вы пустился и поступил в унверситет Иллинойса. Сконструировал на микросхемах малой степени интеграции полный CPU, потом перенес его в FPGA.
Грант - школьник китайского происхождения, сконструировал демо многофункционального ALU на CMOS 40181 и вариант демо с интеграцией FPGA и датчика радиации.
Для тех, кто говорит "о, сейчас все перешли на Ардиуно и Расберри Пай": Ардуино/Расберри Пай - это вообще не о проектировании электронных схем, а о программировании микроконтроллеров / встроенных процессоров и немного о проектировании систем (комбинировании микроконтроллера с сенсорами и актуаторами). Говорить что школьники якобы изучают электронику при работе с Ардуину - это как говорить что человек может научиться проектировать автомобильный двигатель от уроков вождения авто по улицам.
В четверг школьники будут демонстрировать эти проекты на мероприятии в Маунтин-Вью, прошу распостранить следующую информацию:
Come to the Verilog Meetup booth at the Technology Showcase event hosted by the City of Mountain View and sponsored by Google. School students, starting from 10-year-olds, are going to demonstrate digital designs implemented using small-scale integration circuits: variants of ALUs, comparators, bit-serial arithmetic with parallel-to-serial and serial-to-parallel conversion, simple finite-state machines (FSMs) and other building blocks.
While modern 2nm designs in smartphones and AI accelerators are certainly faster than those 50-year-old 20 micron chips, they still use functionally equivalent sub-blocks constructed using logic synthesis tools and ASIC libraries. So these exercises provide a clear path for a mathematically inclined child toward future research or a profession: they can move from such exercises to SystemVerilog and FPGAs, ASIC shuttle using Tiny Tapeout, exercises in microarchitecture and building RISC-V CPUs.
This is different from exercises with Arduino and Raspberry Pi, which essentially offer microcontroller / embedded programming and some system integration, but not digital design itself. No matter how much a kid programs Arduino he will not be exposed to the work of the CPU core inside the Arduino microcontroller and therefore could not design such a core. Just like a car driver does not learn how to build a car by simply driving it on the streets.
The Technology Showcase:
Thursday, July 30, 2026
Exhibits 11-3 pm
Panel 4-6pm
Center of Performing Arts, 500 Castro St, Mountain View
Free to attend, registration not required
❤11🔥9👍6
На всяких народных гуляниях типа MakerFaire и OpenSauce меня постоянно спрашивают при виде FPGA "Это Ардуино / Raspberry Pi?" Причем когда я отвечаю "нет", у людей появляется выражение лица будто я им нагрубил. Я раньше не понимал, с чем это связано, но теперь думаю, что цель такого вопроса - просто показать свою эрудицию, а я эту цель обламываю. Кроме этого минимум у одной дамы было такое выражение лица, что она наверное подумала, что я сумасшедший.
Теперь при использований микросхем малой степени интеграции для обучения школьников появляется второй вопрос "разве все эти микросхемы не устарели и не были заменены Ардуино?"
Короче для Technology Showcase в Mountain View в этот четверг я решил сделать вот такую одну страничку и просто молча давать ее людям, которые задают эти два вопроса:
Текст (но прошу посмотреть на имиджи):
During shows like OpenSauce and MakerFaire there are two questions people ask again and again. So I decided to create a one-page leaflet and simply give it to them.
There will be an event in Mountain View this Thursday, called the Technology Showcase.
So:
The plain text (please review the images and give me feedback):
QUESTION: Is this an Arduino? Is this a Raspberry Pi?
ANSWER: No. Arduino is a microcontroller and RPi is an embedded microprocessor.
Here we have an FPGA: Field Programmable Gate Array which does not have a CPU core inside. The structure of Arduino or RPi is fixed at the silicon foundry. FPGA allows to form a digital circuit on the fly. A matrix of cells with changeable function. One cell can become AND, another OR, yet another - one bit of memory. An FPGA does not contain a fixed CPU, but can be configured to work as a CPU.
[A side observation: when I say "No" some people feel uneasy. I guess they just want to show they know what Arduino/Raspberry Pi is. Answering them "No" is perceived as something impolite.]
FPGA applications:
Education: Can be used to train ASIC designers.
Prototyping: Debug functionality of ASIC designs before manufacturing, albeit at lower frequency than the final ASIC.
Video processing: High bandwidth and parallelism compensate for lower clock frequency.
High-frequency trading: FPGA delivers low latency.
Space: A mix of FPGAs and MCUs makes better economic sense than custom ASICs.
QUESTION: Why do you teach kids small-scale integration ICs like CMOS 4000 series? Aren’t they all obsolete and replaced by Arduino?
ANSWER: Programming Arduino does not teach microelectronics.
Breadboarding with an old CMOS 4013 chip from 1968 is still the best way to demo the function of a D-Flip-Flop (DFF).
The function is the same for an old 20 micron chip and a new 2 nanometer smartphone chip.
The knowledge about logic gates and DFFs is a prerequisite for learning Register Transfer Level (RTL) methodology used in Apple, Samsung, NVidia to design modern chips.
Programming Arduino does not expose DFFs.
After small-scale integration the students move to FPGA exercises and ASIC design using Tiny Tapeout.
Теперь при использований микросхем малой степени интеграции для обучения школьников появляется второй вопрос "разве все эти микросхемы не устарели и не были заменены Ардуино?"
Короче для Technology Showcase в Mountain View в этот четверг я решил сделать вот такую одну страничку и просто молча давать ее людям, которые задают эти два вопроса:
Текст (но прошу посмотреть на имиджи):
During shows like OpenSauce and MakerFaire there are two questions people ask again and again. So I decided to create a one-page leaflet and simply give it to them.
There will be an event in Mountain View this Thursday, called the Technology Showcase.
So:
The plain text (please review the images and give me feedback):
QUESTION: Is this an Arduino? Is this a Raspberry Pi?
ANSWER: No. Arduino is a microcontroller and RPi is an embedded microprocessor.
Here we have an FPGA: Field Programmable Gate Array which does not have a CPU core inside. The structure of Arduino or RPi is fixed at the silicon foundry. FPGA allows to form a digital circuit on the fly. A matrix of cells with changeable function. One cell can become AND, another OR, yet another - one bit of memory. An FPGA does not contain a fixed CPU, but can be configured to work as a CPU.
[A side observation: when I say "No" some people feel uneasy. I guess they just want to show they know what Arduino/Raspberry Pi is. Answering them "No" is perceived as something impolite.]
FPGA applications:
Education: Can be used to train ASIC designers.
Prototyping: Debug functionality of ASIC designs before manufacturing, albeit at lower frequency than the final ASIC.
Video processing: High bandwidth and parallelism compensate for lower clock frequency.
High-frequency trading: FPGA delivers low latency.
Space: A mix of FPGAs and MCUs makes better economic sense than custom ASICs.
QUESTION: Why do you teach kids small-scale integration ICs like CMOS 4000 series? Aren’t they all obsolete and replaced by Arduino?
ANSWER: Programming Arduino does not teach microelectronics.
Breadboarding with an old CMOS 4013 chip from 1968 is still the best way to demo the function of a D-Flip-Flop (DFF).
The function is the same for an old 20 micron chip and a new 2 nanometer smartphone chip.
The knowledge about logic gates and DFFs is a prerequisite for learning Register Transfer Level (RTL) methodology used in Apple, Samsung, NVidia to design modern chips.
Programming Arduino does not expose DFFs.
After small-scale integration the students move to FPGA exercises and ASIC design using Tiny Tapeout.
🔥9👍7❤1
Школьники, которых я обучил собирать схемы на макетной плате показали свои проекты Дейлу Догерти, идеологу движения мейкеров, основателю журнала Make Magazine и выставок Maker Faire (на фото). Maker продает наборы как хоббистам, так и школьным учителям.
Я вручил Дейлу мое предложение по обновлению мейкерской деятельности по части микросхем малой степени интеграции: удалить из наборов, книг и туториалов нерелевантные вещи из 1970s, сделать привязку к следущим шагам в виде FPGA и к проектированию ASIC-ов, то есть к тому чем занимаются сейчас в офисе инженеры в Apple, Samsung, NVidia.
Вот предложение - https://verilog-meetup.com/2026/07/31/an-improved-way-of-teaching-school-kids-digital-electronics-using-venerable-small-scale-integration-ics/
Вот список используемых в проектах компонент если вы хотите повторить или улучшить результаты
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1ULTF4ocT2YyJowGakEOEVTsIUBTxLMkqXyvZM56vlU8/edit?usp=sharing
Еще на наш стенд на мероприятии Technology Showcase пришел менеджер современного open-source проекта симулятора Verilator, а также пришел инженер, который в 1980-х вместе с Джоном Аустерхаутом создал САПР СБИС Magic. Его привлекло, что на наших маечках был изображен фрагмент GDSII файла. И он спросил не редактором Magic ли он создан. Я ему сказал, что данный конкретный фрагмент пришел из Synopsys IC Compiler, но когда я буду дизайнить маечки в следующий раз, я возьму изображение из Magic, благо Magic у меня на компьютере установлен.
Далее мы выступили на сцене - ссылка на youtube в заметке на Хабре:
https://habr.com/en/articles/1065220/
Еще на мероприятии было местное отделение NASA.
Как я уже сказал, следующие две недели я проведу в отпуске на Кавказе, а потом с 16 августа мы продолжим митапы с 11.00 до 14.00 по адресу Hacker Dojo, 855 Maude Ave, Mountain View, California.
Я вручил Дейлу мое предложение по обновлению мейкерской деятельности по части микросхем малой степени интеграции: удалить из наборов, книг и туториалов нерелевантные вещи из 1970s, сделать привязку к следущим шагам в виде FPGA и к проектированию ASIC-ов, то есть к тому чем занимаются сейчас в офисе инженеры в Apple, Samsung, NVidia.
Вот предложение - https://verilog-meetup.com/2026/07/31/an-improved-way-of-teaching-school-kids-digital-electronics-using-venerable-small-scale-integration-ics/
Вот список используемых в проектах компонент если вы хотите повторить или улучшить результаты
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1ULTF4ocT2YyJowGakEOEVTsIUBTxLMkqXyvZM56vlU8/edit?usp=sharing
Еще на наш стенд на мероприятии Technology Showcase пришел менеджер современного open-source проекта симулятора Verilator, а также пришел инженер, который в 1980-х вместе с Джоном Аустерхаутом создал САПР СБИС Magic. Его привлекло, что на наших маечках был изображен фрагмент GDSII файла. И он спросил не редактором Magic ли он создан. Я ему сказал, что данный конкретный фрагмент пришел из Synopsys IC Compiler, но когда я буду дизайнить маечки в следующий раз, я возьму изображение из Magic, благо Magic у меня на компьютере установлен.
Далее мы выступили на сцене - ссылка на youtube в заметке на Хабре:
https://habr.com/en/articles/1065220/
Еще на мероприятии было местное отделение NASA.
Как я уже сказал, следующие две недели я проведу в отпуске на Кавказе, а потом с 16 августа мы продолжим митапы с 11.00 до 14.00 по адресу Hacker Dojo, 855 Maude Ave, Mountain View, California.
🔥14❤5👏2👍1