Guide Porte Logiche e Transistor

[skizzo66]

Ciao ragazzi, innanzitutto sono davvero felice di essermi iscritto in questo forum. Ho 15 anni e sono un appassionato di elettronica. Ho un sogno, dopo svariati passaggi tra linguaggi di programmazione e microcontrollori alla ricerca di qualcosa da realizzare ho capito cosa voglio fare. Ho abbastanza confidenza con l'elettronica ma comunque le mie conoscenze sono assai limitate. Mi piacerebbe iniziare a creare piccoli circuti dove creare dei microcomputer, tramite l'utilizzo di porte logiche e transistor, e passare sempre a cose più difficili, fino a poter capire il funzionamento di un computer nel suo intero. Chissà magari un giorno in futuro, acquisite le varie conoscenze, potrei riuscire a crearne uno rudimentale. so che questo branco dell'elettronica è ormai superato da molti anni ormai (20-30?), ma credo che sperimentare e imparare da dove i nostri nonni hanno cominciato sia il modo migliore per imparare.

Tuttavia non so proprio da dove cominciare, non so come si costruisce una porta logica, ne come possa essere usata per compiere delle azioni che possano portare ad una specie di microcomputer. Su internet non ho trovato nulla, solo progetti di circuiti che ad esempio sommano due numeri in binario, ma niente spiegazioni, ne come cominciare ad orientarsi in questo mondo.

Vi sarei molto grato se mi aiutaste, Grazie mille!

[DanteCpp]

Solo dal transistor alle porte logiche c'è un'odissea. Non ti dico cosa c'è tra porte logiche e calcolatori programmabili.
Le tue intenzioni sono buone, ma se posso darti un consiglio: scegli un problema(anche piccolo) e cerca di risolverlo, di studiarci su.
Quando ti accorgerai di saperne "abbastanza", passa ad un altro argomento magari limitrofo, ma non necessariamente.
Se mentre sei concentrato sui dettagli, non perdi la visione d'insieme. Piano piano vedrai il quadro prendere forma.

[skizzo66]

Il problema è che non so da dove partire.

[GuidoB]

Ciao skizzo66 e benvenuto.

Anch'io alla tua età giocavo coi transistor e qualche circuito integrato.

Le cose di cui (giustamente) sei un curiosone fanno parte di un campo molto vasto che spazia tra l'elettronica e l'informatica.
Io le ho studiate quasi 30 anni fa nel corso di laurea in Ingegneria elettronica con indirizzo Informatica al Politecnico di Milano.

Oggi questo indirizzo non c'è più, è stato sostituito da Ingegneria informatica, che si imparte in molte università italiane (qui la scheda del corso triennale, per la laurea magistrale ci vogliono altri due anni). Comunque per darti un'idea:

1) la tecnologia di implementazione delle porte logiche con componenti elettronici in varie famiglie, flip-flop, shift registers, convertitori analogico-digitale e digitale-analogico era trattato nella prima parte (quella digitale) di un corso (annuale, come tutti al tempo) del quarto anno, Tecnologie Elettroniche (anche chiamato Elettronica Applicata II) tenuto dal prof. Giuseppe Macchiarella.

2) L'algebra di Boole, varie rappresentazione dei numeri in binario, le reti combinatorie (che includono addizionatori, moltiplicatori, ALU), le macchine sequenziali asincrone e sincrone, le macchine di Moore e Mealy erano trattate in Calcolatori Elettronici Sez. A, un corso del terzo anno tenuto dalla prof. Maria Giovanna Sami.

3) Architetture di calcolatori (macchine di Von Neumann, multiprocessori...), bus, tecnologie di memorie, strutture e funzionamento di CPU (registri, ALU, generatori di segnali di clock, microcodice, accessi a memoria...), metodi di accelerazione (reti di anticipazione di riporto, codici speciali per la rappresentazione dei numeri, pipeline, cache...) erano trattati in un corso del quarto anno, Macchine per l'Elaborazione delle Informazioni (prof. Renato Stefanelli).

Tre corsi piuttosto densi e molto interessanti, su un totale di 29.

Mi piacerebbe iniziare a creare piccoli circuti dove creare dei microcomputer, tramite l'utilizzo di porte logiche e transistor, e passare sempre a cose più difficili, fino a poter capire il funzionamento di un computer nel suo intero. Chissà magari un giorno in futuro, acquisite le varie conoscenze, potrei riuscire a crearne uno rudimentale.... credo che sperimentare e imparare da dove i nostri nonni hanno cominciato sia il modo migliore per imparare.

È molto positivo sperimentare, ma se parti da transistor e porte logiche ti consiglierei di fermarti a reti combinatorie o qualche macchina sequenziale. Così tocchi con mano le basi. Da solo è pressoché impossibile riuscire a costruire un computer partendo da mattoni così semplici, è un lavoro immane destinato al fallimento. Meglio investire il tempo in seguito studiando come sono fatti i computer. Poi puoi comprare a pochi euro una scheda a microcontrollore (un computer integrato in un solo chip) e divertirti a programmarlo (anche questo è un mondo).

Tuttavia non so proprio da dove cominciare, non so come si costruisce una porta logica

Beh, una porta NOR a due ingressi ridotta all'osso potrebbe essere questa:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Con le porte NOR (o anche con le NAND) puoi fare qualunque altra porta, applicando le formule dell'algebra di Boole.

...ne come possa essere usata per compiere delle azioni che possano portare ad una specie di microcomputer.

Questo è terribilmente complesso, parliamo di migliaia se non milioni di porte, vale la pena studiarlo ma non certo farlo en bricoleur.

Per non costruire tutto a mano potresti usare dei chip chiamati FPGA (Field Programmable Gate Array) e programmarli in VHDL per collegare le porte contenute all'interno e ottenere le funzioni logiche richieste, ma anche così per riuscire a farlo in un tempo umano devi mettere insieme blocchi già fatti da altri... e comunque non è semplice.

Su internet non ho trovato nulla, solo progetti di circuiti che ad esempio sommano due numeri in binario, ma niente spiegazioni, ne come cominciare ad orientarsi in questo mondo.

Dovresti cercare testi universitari ma non troppo approfonditi, se no non finisci più.

Puoi cominciare per esempio dal cap. 6 del libro del prof. Carlà "Appunti di Elettronica per Fisici" che trovi in PDF qui. Spiega l'algebra di Boole, come sono implementate le porte in varie famiglie logiche (attenzione che le figure 6.11 e 6.14 delle porte CMOS non sono quelle giuste, sono di altre porte), reti combinatorie, addizionatori, flip-flop, shift register, contatori.

Toh, guarda, ho trovato il programma di un corso di "Calcolatori elettronici" più recente, con anche l'indicazione dei libri di testo (F. Fummi, M. Sami, C. Silvano, “Progettazione digitale”, McGraw-Hill ed eventualmente R. Katz, "Contemporary Logic Design", The Benjamin/Cummings Publishing Company).

Il corso seguente è "Architettura dei calcolatori e sistemi operativi". Trovi Programma e materiale didattico. Del materiale didattico potresti cominciare a guardare questo pdf, Blocchi funzionali combinatori. Il resto è meglio non guardarlo subito, bisogna avere più basi e si rischia di fare confusione.
Non so perché ci abbiano ficcato dentro anche i sistemi operativi. Secondo me non c'entrano molto, ai miei tempi avevo fatto un corso annuale apposito e indipendente.

Mi raccomando, non spaventarti. Col tempo e l'impegno si riesce a far tutto, ma ti consiglio di attendere di andare all'università perché da autodidatta è un lavoro immane. Adesso dovrebbe bastarti un'infarinatura.

Buono studio.

[skizzo66]

Grazie mille, GuidoB piano piano inizierò a studiarmi i vari argomenti; è solo che non vedo l'ora di fare l'università e imparare tutte queste cose nuove. Grazie a tutti per le risposte.