Компьютер Ершова

Собери свой компьютер: от провода и вентилей до работающего 8-битного процессора

Что это такое

«Компьютер Ершова» — интерактивный браузерный симулятор цифровой схемотехники и архитектуры ЭВМ. Здесь вы собираете компьютер «снизу вверх»: от первого провода и логических вентилей до 8-битного процессора с собственной шиной данных, памятью и ассемблером, на котором в финале запустите «Змейку». А в продвинутых модулях — переходите к структурному Verilog, блоку управления и выгрузке схемы на плату Tang Nano 9K. Всё работает прямо в браузере без установки и регистрации.

Что внутри

Да будет свет!

Источник → приёмник. Самый первый провод.

Отрицание

Инвертор НЕ из одного NAND.

Идеальная пара

Логическое И (AND) из NAND и NOT.

Хотя бы один

Логическое ИЛИ (OR) по де Моргану.

Строгий выбор

Исключающее ИЛИ (XOR).

Полусумматор

Сумма (XOR) + перенос (AND).

Сумматор

Полный: A, B, CarryIn → Sum, CarryOut.

8-битный Сумматор

Каскад из 8 сумматоров. Шины.

Перекрёсток

Мультиплексор MUX: переключатель 2→1.

Замыкание

SR-защёлка из NOR. Основа памяти.

Умный запоминатель

D-триггер. Запись по фронту Clock.

Осязаемая память

8-битный регистр из 8 DFF. Светодиоды покажут байт.

Выбор операции

Мультиплексор выбирает результат: ADD, AND или OR.

Сердце математики

АЛУ: ADD, AND, OR, XOR, NOT, SHL, SHR.

Пульс системы

Ручной такт. Концепция Clock. Счётчик на LED8.

Счётчик команд

PC из регистра и АЛУ. Перебор адресов.

Анатомия дешифратора

Инструкция → сигналы управления.

ФИНАЛ: Компьютер Ершова

Harvard-процессор. Собери и запрограммируй!

Hello, Wire!

Первый вентиль И и первое соединение в Verilog.

Управление потоком (MUX)

XOR через тернарный оператор: строки кода ведут себя как провода.

Первое вычисление

Арифметика и логика в Verilog: выражения вместо вентилей.

Масштабирование схем

generate-for: множество экземпляров схемы одной строкой кода.

Переход к шинам данных

Многобитные сигналы и модули-кирпичики для переиспользования.

Центр вычислений (АЛУ)

Полное АЛУ из комбинационных блоков: Adder8, вентили, MUX.

ALU

8-битное АЛУ: сложение и побитовое И. Модули Adder8 и Mux.

Память и Время

8-битный регистр из D-триггеров. Добавляем тактовый сигнал.

Шаг за шагом

Счётчик: регистр + сумматор в петле обратной связи. Значение растёт с каждым тактом.

Оперативная память

Подключаем RAM256: запись и чтение данных по адресам.

Сердце процессора

Тракт данных: Counter → ROM → ALU → Register. Так выполняется инструкция.

Анатомия системы

Каждый блок CPU в своём файле (VFS). Сборка — в главном модуле.

Рентген для кремния

RTL Viewer: заглядываем внутрь чипа, чтобы увидеть реальные графы и шины.

Остановка времени

Ловим аппаратный баг через осциллограмму (waveform).

Программа курса → — таймлайн всех 47 уровней: задание, сложность, время и результат каждого.

Чему вы научитесь

Пошаговое обучение

47 уровней: провод, вентили AND, OR, NOT, сумматоры, триггеры, регистры, АЛУ и в финале работающий 8-битный процессор. Каждый уровень открывает новые компоненты.

Визуальное программирование

На старте — только интерактивный холст: соединяйте логические элементы проводами и в реальном времени наблюдайте, как переключаются сигналы. Логика работы схем проверяется интерактивными тестами и таблицами истинности прямо на экране.

Настоящая архитектура

Полноценная учебная Гарвардская архитектура: раздельная память команд (ROM) и данных (RAM), АЛУ на 8 операций, регистры и счётчик команд. Вы сами собираете тракт данных и видите каждый такт работы процессора.

Текстовое проектирование

После визуальных схем вы освоите структурный Verilog — текстовый язык описания аппаратуры. Вентили, шины и модули описываются кодом и тут же появляются в RTL Viewer.

Как это работает

Собирайте схемы из логических элементов в браузере. Перетаскивайте компоненты на холст, соединяйте их проводами и сразу наблюдайте результат. Встроенная система проверки сравнивает поведение вашей схемы с таблицей истинности. Вы сразу видите, какие биты совпали, а какие нет.

Продвинутый уровень

После процессора начинается самое интересное: ROM и RAM, шины данных, дешифратор команд, порты ввода-вывода. Встроенный ассемблер позволяет программировать собранную архитектуру, а новые компоненты открывают периферию и игры.

Язык Verilog

Переход от графических элементов к Verilog. Текстовый редактор с подсветкой синтаксиса и встроенный RTL Viewer позволяют на лету превращать код в наглядную схему, строить иерархические модули и отлаживать архитектуру на уровне шин и сигналов.

Архитектура компьютера

Проектирование блока управления, подключение переключателей и светодиодов через Memory-Mapped I/O и запуск готового компьютера. Финальный проект экспортируется в виде Verilog-проекта для прошивки на FPGA-плату Tang Nano 9K: ваш процессор заработает в настоящем железе.

ИИ-Наставник

В панели справа встроен ИИ-наставник. Он анализирует схему, находит ошибки и задаёт наводящие вопросы, чтобы вы разобрались самостоятельно. Если совсем застряли, покажет пошаговое решение.

Игровая экономика

За пройденные уровни начисляется игровая валюта: транзисторы. Профиль инженера хранит историю побед, а готовое решение из подсказки стоит транзисторов. Выгоднее дойти самому.

Пройдите входную диагностику — 18 вопросов и 3 практических задания, 10–15 минут. По её итогам откроется стартовый уровень (до 30-го): не нужно проходить заново то, что вы и так знаете.

Библиотека знаний

Чтобы пройти игру, не обязательно искать ответы на стороне. В Библиотеке собрано всё необходимое:

Гайды по уровням — пошаговые прохождения всех 47 уровней, включая отладку Verilog-схем
Руководства по компонентам — даташиты 42 элемента с таблицами истинности, описанием пинов и примерами применения
Статьи по схемотехнике — 44 статьи о логических вентилях, архитектуре процессора, ассемблере и не только
Интерактивные демо-примеры — живые схемы 9 вентилей: переключайте входы и смотрите, как меняются выходы

Инструменты

Полезные утилиты для изучения схемотехники: бесплатные, без установки.

Симулятор логических схем — бесплатный онлайн-симулятор: 47 уровней, в финале ваш собственный процессор
Генератор таблиц истинности — полная таблица по любой булевой формуле за секунду
Конвертер систем счисления — двоичная, десятичная и шестнадцатеричная системы, дополнительный код
Verilog и FPGA — хаб «с чего начать»: цикл статей, гайд уровня 47 и плата Ershov Board
Сравнение с другими проектами — NandGame, Turing Complete, Nand2Tetris

Для преподавателей

Готовые материалы для внедрения курса «Компьютер Ершова» в учебную программу.

Методическое руководство

Подробная методичка: философия курса, аппаратная платформа, отладка, финальный проект «Эволюция CPU».

Презентация проекта

Короткий питч для администрации: ценность курса, образовательные результаты, профориентация.

Ershov Board

Техническое задание на лабораторную плату: компоненты, pin-mapping, шелкография, Ershov Loader.

Часто задаваемые вопросы

Что такое «Компьютер Ершова»?

Интерактивный браузерный симулятор, где вы шаг за шагом собираете 8-битный процессор: от вентиля NAND до программирования на ассемблере. Ничего скачивать не нужно.

Это бесплатно? Что нужно установить?

Полностью бесплатно, работает в браузере. Ничего устанавливать и регистрироваться не нужно: откройте сайт и начинайте.

Кому это подходит?

Школьникам, изучающим информатику, студентам технических специальностей и всем, кому интересно понять, как на самом деле работает компьютер.

Чем отличается от NandGame?

В NandGame всё строится как абстрактный математический пазл вокруг одного вентиля NAND. «Компьютер Ершова» ближе к практическому курсу схемотехники: мы начинаем с наглядного провода и базовой логики, подробно разбираем работу шин, адресацию памяти, Memory-Mapped I/O, дешифратор команд и переходим к Verilog. К каждому уровню — подробный гайд, к компонентам — даташиты.

Нужно ли знать программирование?

Нет. Симулятор рассчитан на полных новичков. Вы начнёте с простого провода, а к финалу сами напишете программы на ассемблере для собранного процессора.

Для кого эта игра

Школьники

Информатика на практике: схемы, которые вы собираете и сразу проверяете.

Студенты

Тренажёр к курсу «Архитектура ЭВМ»: вентили, регистры, АЛУ, процессор.

Энтузиасты

Для тех, кто хочет понять, почему процессор выполняет именно ваш код.

Школам и вузам — как внедрить «Компьютер Ершова» в учебное заведение.

Начать обучение