Pneumatyczny procesor
Na University of Michigan skonstruowano procesor, który do wykonywania obliczeń używa nie elektronów, ale... powietrza. Poszczególne wartości logiczne reprezentowane są przez zasysanie powietrza do tuby (0) i jego wypuszczanie (1).
Procesor jest więc złożony z szeregu zaworów, tub i kanałów, którymi wędruje powietrze.
Pneumatyczne zawory wykorzystują elastyczne membrany i umieszczone pod nimi komory. Gdy do komory trafia powietrze, membrana wypychana jest w górę, blokując przepływ powietrznego sygnału w bramce. Gdy powietrze zostaje wyssane, membrana się obniża i sygnał może przejść.
Dzięki całemu zestawowi kanałów powietrznych kontrolowanych za pomocą zaworów Mark Burns i Minsoung Rhee stworzyli bramki logiczne, rejestry przesuwne i przerzutniki. Dzięki ich połączeniu powstał powietrzny 8-bitowy procesor.
Wbrew pozorom wykorzystujący powietrze procesor to nie tylko ciekawostka. Układ może pomóc w udoskonaleniu systemów typu "laboratorium w układzie scalonym", które są coraz szerzej wykorzystywane w medycynie, chemii czy biologii. Systemy takie wykorzystują najczęściej przepływ cieczy i gazów w skali mikro. Nie są wyposażone w żadną elektronikę, a więc połączenie ich ze współczesnymi układami liczącymi nie jest łatwe i tanie. Tymczasem powietrzny procesor jest zbudowany podobnie, tak jak i one wykorzystuje serię zaworów, ale czyni to w celu dokonywania obliczeń. Jego połączenie z urządzeniami "laboratorium w układzie scalonym" powinno być więc stosunkowo łatwe.
Komentarze (18)
Jurgi, 4 września 2009, 18:36
Ciekawym, czy zaimplementowano jakąś istniejącą architekturę (MOS, Zilog? wątpię…), czy jakąś „własną”. I ciekawe, ile MHz wyciąga. Oj, rozpędziłem się, pewnie raczej Hz.
Tolo, 4 września 2009, 21:02
Dawno temu w książce z końca lat 80-tych dla dzieci i młodzieży, której tytułu już nie pomne. Był podany właśnie przykład takiego komputera tzn chodziło o to ze komputer można zbudować w oparciu o dowolne zjawisko fizyczne którym można w jakiś sposób sterować (sterować przepływem) czyli np jako komputer na powietrze czy wodę.
Powiem wiec ze spokojnym sumieniem ze nic nowego nie odkryli...
mikroos, 4 września 2009, 21:04
Czyli jeżeli ludzie wylądują na Plutonie, to też będzie "nic nowego", bo wcześniej ktoś kiedyś o tym napisał? ???
luk-san, 4 września 2009, 21:32
O ile ciekawostką to może być to szkoda o tym pisać. Co innego licznik zrobiony z klocków LEGO to było warte opisania. Ogólnie chyba uniwerki w USA przeżywają kryzys wiedzy, mało teraz Polaków tam wyjeżdża to pewnie dla tego ;]
Tolo, 4 września 2009, 23:11
mikroos a co w tym nowego ?
Skoro już 20 lat temu ktoś o tym pisał i to w książce dla dzieci. Dla mnie dzięki tej książce dziś jest oczywiste ze "liczyć" można na czym bądź nie tylko w oparciu o prąd. Wtedy dla autora było to tak samo oczywiste jak automat do gry w kółko i krzyżyk z którym nie da się wygrać a co najwyżej zremisować zbudowany z kabli włączników i przewodów (nawet obliczył ilość połączeń miedzy przełącznikami) nie zbudował go ale czy jak ja go zbuduje to będzie odkrycie ?
A może trzeba iść dalej i zbudować maszynę liczącą "na korbkę"? Po tak doniosłym odkryciu pozostanie zbudować już tylko chyba silnik na korbkę.
mikroos, 4 września 2009, 23:19
To w tym nowego, że zapisu w książce nie uruchomisz. Uruchomić możesz dopiero prawdziwy prototyp, a potem konkretne urządzenie. I to z niego jest prawdziwa korzyść, a nie z jakiegoś tam zapisu w książce.
Jeśli znajdziesz dla niego zastosowanie w chemii i biologii, dzięki czemu ułatwisz rozwój topowej obecnie dziedziny wiedzy (a uwierz mi, że urządzenia typu 'lab on a chip' to obecnie top), to prawdopodobnie tak.
Ty naprawdę nie widzisz, że to urządzenie może zostać wykorzystane do celów, z którymi wcześniej nie radziły sobie żadne maszyny? I że autorzy tego prototypu mogą się istotnie przyczynić do rozwoju nauki, a nie tylko zrealizować jakiś tam głupi pomysł?
Powtarzam kolejny raz: czy jeżeli ludzie wylądują na Plutonie, to stwierdzisz, że niczego wielkiego nie osiągnięto, bo ktoś już kiedyś o tym napisał?
Jurgi, 5 września 2009, 11:00
A dałbyś radę „pomnąć” jej tytuł i autora? Lubię takie rzeczy, a już książki i czasopisma o informatyce z lat 80. to mój feblik.
jotunn, 5 września 2009, 11:57
Tolo, polecam zapoznanie się z pracami Charlesa Babbage'a
A co do całości sporu, to obaj z mikroosem macie rację, każdy swoją - dla Ciebie ważne jest, że ktoś kiedyś położył teoretyczne podwaliny pod takie urządzenie i masz rację - w takim kontekście nie jest to nowość, lecz nowością jest zbudowanie działającego prototypu, który na dodatek może przyczynić się do rozwoju innej dziedziny nauki (dość nowej i dynamicznie rozwijającej się, lecz niezwykle ważnej - lab on a chip) - i tu znów rację ma mikroos
Andrys, 5 września 2009, 14:56
W sumie ciekawa sprawa. Kilka lat temu, w którymś z czasopism pokazano podobny przykład, z tym, że zamiast powietrza, użyto wody.
Tolo, 5 września 2009, 15:56
jotunn
Między innymi właśnie dla tego ze pan Babbage'a jest mi znany ze swojej działalności pojawił się ironiczny pomysł "pójścia dalej" i wymyślenia komputera na korbkę. Choć bliżej było mi jak to pisałem do maszyny liczącej Pascala.
Jurgi
Raczej nie ma szans. Zbyt dawno temu to było i zbyt wiele takich książek wtedy przeczytałem by próbować. A co do Twojego zainteresowania to polecam odwiedzić najbliższą bibliotekę publiczną oni miewają jeszcze pokaźne zapasy z tych lat co najgorsze czasem więcej takich niż aktualnych.
mikroos
Nie musze uruchamiać treści z książki żeby być w stanie ocenić czy to zadziała.
A przydatność takiego czegoś to inna sprawa.
Jak dla mnie to ktoś wymyślił sobie coś co było znane od dawna i na siłę próbuje znależć zastosowaniezeby pokazać jakiego wiekopomnego odkrycia dokonał.
Ktoś raczej rzucił hasłem niż znalazł zastosowanie. Takie coś to maszyna cyfrowa (chodzi o jej dyskretny charakter) natomiast ciśnienie w procesach różnistych nie zmienia się w sposób dyskretny a ciągły. I mamy problem dyskretyzacji ciągłych zmian i dokonywania na nich jakiś obliczeń w oparciu o niewydolny 8 mio bitowy procesor "na luft". Ten problem został już dawno temu rozwiązany. Na przykład tak (pierwszy link z google):
www.freescale.com/files/sensors/doc/data_sheet/MPX5100.pdf
I do tego jakiś mikrokontroler albo mikroprocesor z konwerterem analogowo cyfrowym i pozamiatane.
Zwróć uwagę ze "Twoje" lab on chip potrzebuje do pracy ciśnienia i podciśnienia które musi być zewnętrzne wytworzone by miało odpowiednia wydajność. Więc już mamy lab on chip, kompresor i pompę do podciśnienia. Do tego sterowanie tym ma charakter mechaniczny co już dośc szybko stawia pierwsza granice wydajności.
Zastanawiałeś się kiedyś czemu w informatyce skończyła się epoka lamp ?
Dalej nic bardziej skomplikowanego nikt z tego nie zrobi bo szybko się zepsuje albo w ogóle nie zadziała lub wraz z rozrostem będzie działać wolniej.
mikroos, 5 września 2009, 16:05
Tyle, że samo szkiełko kosztuje kilka centów, a przy odpowiednim zaprojektowaniu spełnia funkcję całego zestawu odczynników. Tak więc kupuje się najtańszą pompkę+kompresor, a do tego wystarczy potem wymieniać śmiesznie tanie szkiełka. Nie mając styku z takimi badaniami na bieżąco najprawdopodobniej nie zdajesz sobie sprawy, jak ogromne korzyści może dać ta technologia, szczególnie stosowana w warunkach polowych.
Poza tym nie wspomnę nawet o tym, że Ty zaprezentowałeś projekt zwykłego sensora ciśnienia, a to jest jednak ZNACZNIE inna rzecz od procesora.
DimmuR, 7 września 2009, 10:43
Od siebie dodam tyle że już Verne pisał o podróży na księżyc, zanim to nastąpiło
I zarówno jak z tym mechanicznym procesorem jak i wylotem na księżyc przełomowe może być, nie tyle wymyślenie że można, tylko konkretna implementacja (gotowy prototyp procesora, prototyp wahadłowca etc).
Ślubek, 8 września 2009, 09:51
Pozwolę sobie zauważyć, że napięcie w elektronicznych układach cyfrowych również nie zmienia się w sposób dyskretny. Jest tylko interpretowane jako "0" lub "1" w zależności od poziomu.
Nie wiem zresztą, czy możliwe jest skonstruowanie układu, w którym nie będzie stanów pośrednich (pasmo zabronione) - układy elektroniczne mają te czasy po prostu niższe i dlatego są wydajniejsze. Możliwe, że dopiero układy kwantowe rozwiążą ten problem.
Co do układów pneumatycznych - taniej (a to ma podstawowe znaczenie w przemyśle) jest jednak ,,postawić'' mikrokontroler z podłączonym przez przetwornik A/C czujnikiem ciśnienia niż budować procesor pneumatyczny ,,od zera''. A na pewno taki układ łatwiej oprogramować, czy to w Assemblerze, czy w językach wyższego poziomu.
Jeśli dodamy do tego ograniczenie prędkości działania przez prędkość rozchodzenia się dźwięku (nie światła jak w elektronice), zawodność wynikającą ze zużywania się części mechanicznych, hałas jaki towarzyszy przetwarzaniu (ruchome elementy + mechaniczna pompa zasilająca) oraz wymiary ograniczające miniaturyzację stwierdzimy, że taki procesor ma jedynie sporą wartość dydaktyczną.
A co do głosów ,,to już było'' - laboratorium cyfrowych układów pneumatycznych istniało ponad 15 lat temu na Politechnice Warszawskiej, na wydziale Mechaniki Precyzyjnej (obecnie Mechatroniki). Procesorów co prawda się tam nie modelowało, ale uniwersalna tablica umożliwiała budowę pneumatycznych przerzutników i łączenie ich w różnego rodzaju rejestry. Budowa procesora to ,,tylko'' kwestia skonstruowania prostego ALU i połączenia tego w całość.
Jurgi, 8 września 2009, 12:05
Co innego zabawa tablicą w szkole, a co innego zbudowanie funkcjonalnego mikropocesora nie potrzebującego elektroniki, który powstał dla ściśle określonego zadania.
Tolo, 15 września 2009, 12:44
To jest pomysł taki jak by wymyślić korkociąg z napędem pneumatycznym i tłumaczyć ze można by go użyć do trepanacji czaszki. Ja to oceniam raczej jako twórczość kogoś komu się nudziło lub naczytał się czegoś w klimacie nie wiem stream punku może i postanowił zaistnieć.
Wydaje mi się ze po prostu nikt nie zrobił tego wcześniej żeby się nie wygłupiać.
Już dawno temu w samochodach na przykład ciężarowych do sterowania hamulcami były stosowane układy czysto pneumatyczne. Pedał był zaworem siłownik układem wykonawczym. Teraz jest sobie komputer, z tyłu na ramie jest zawór elektronicznie sterowany troszkę czujników działa to o niebo lepiej. Przede wszystkim szybciej ! Bo prąd elektryczny biegnie szybciej niż powietrze a ma do pokonania tylko kawałek od zaworu do siłownika a nie drogę od pedału do tyłu samochodu.
mikroos
Pneumatyczny procesor nie będzie kosztował kilka centów !
Powiedzmy ze cofniemy się wstecz o jakieś 35 lat żeby nie kopać tego projektu pentiumem (bo by było niesportowo) i przytulimy sobie procesr intel 8080.
Prędkość 2 MHz ilość tranzystorów 4500.
I teraz wyobraż sobie 4500 tubek z membranami które sobie "pulatają". I pompkę która to napędza (dwie w zasadzie). Dalej jaka jest awaryjność takiego układu według mnie duża.
I ile to tak sobie będzie musiało "pultać" żeby zrównoważyć sekundę pracy wspomnianego procesora z przed ponad cwierć wiecza?.
Zmieść takie coś na chipie za kilak centów powodzenia takich rzeczy nie ma nawet w erze. To co reprezentowały sobą pierwsze mikroprocesory jest dla technologi pneumatycznej czymś w rodzaju granicy nie do przebycia bo wraz ze wzrostem skomplikowania będzie rosła pojemność którą będzie trzeba równoważyć albo wydajnością pomp albo spadkiem prędkości.
Co do sensora to jest to urządzenie które zamiennia cienienie na prąd które już jest i jest "brakującym ogniwem" miedzy pneumatyką a elektroniką. Natomiast w przyadku cyfrowego procesora pneumatycznego który ma uogólniając 8 wejść cyfrowych brakuje po drodze czegoś co zmieni cienienie zmieniające się w sposób ciągły na postać cyfrową strawną dla tego pożął się boże mikroprocesora. Kwestie samego mikroprocesora pominąłem bo już od wielu lat są znane rożne rozwiązania w postaci mikroprocesorów czy mikrokontorlerów.
DimmuR
To jest żadne odkrycie "komputer" to nie jest kupka tranzystorów które się przełączają, to ze tak to ujmę pewien sposób rozumowania które ma wiele poziomów zaczyna się w matematyce a kończy na twoim biurku. Tutaj po prostu ktoś w którymś momencie wyjął z tej układanki jeden puzzel i włożył na silę inny i przekonuje ludzi ze pasuje.
Ślubek źle mnie zrozumiałeś w komputerze pneumatycznym dwa stany mają być reprezentowane przez dwa stany pod i nadciśnienie które nie zawsze muszą być stałe co do wartości byle rozpoznawalne i jak i w elektronice. Chodzi o to ze mamy maszynę cyfrową która która przyjmuje na wejściu 2^8 możliwości a my mamy na przykład jeden wąż w którym zmienia się ciśnienie w sposób ciągły. Pisałem o procesie jaki ten procesor miał by badać a nie samym procesorze.
"Co do taniej" to pełna zgoda i to właśnie cały czas tłumacze ze to żaden wynalazek a nadmiar czyjegoś wolnego czau lub pieniędzy.
A co do Politechniki i laboratorium to właśnie o to mi chodzi ze nie ma w tym żadnej tajemnicy. Nikt nic nie odkrył.
Reasumują taki procesor nie nadaje się do niczego a już w szczególności do miniaturyzacji, zmniejszenia awaryjności czy szybkości czegokolwiek.
A argumentowanie ze mozna go wykorzystać w lab-on-chip jest śmieszne wręcz dla mnie bo chip nagle miał by rozmiary mojego komputera lub większe.
Można wykorzystać jedynie ewentualnie pewne elementy jako zawory do sterowania na przykład przepływem ale równie dobrze można było by wykorzystać elektrycznie sterowane układy wykonawcze a poza tym jak napisał Ślubek takie rzeczy to już 15 lat temu i to u nas.
Ten news ma mniej więcej takie przesłanie dla mnie. Skonstruowaliśmy wspaniała armatę na muchy, jest wspaniała i idealna to wiekopomne odkrycie bo z łusek można robić popielniczki.
wilk, 15 września 2009, 13:35
A może po prostu autorzy tego pomysłu są fanami steampunka i to taki proof of concept.
mikroos, 15 września 2009, 15:08
No i? Przecież nikt nie powiedział, że będzie. Za to będzie miał totalnie inne zastosowanie od klasycznego.
Wystarczy kilka "pultnięć", bo zastosowanie jest kompletnie inne. To tak, jakbyś porównywał skuteczność cegły i kosiarki jako narzędzi do utrzymywania prawidłowej długości trawy.
Jurgi, 15 września 2009, 21:45
Może miast tego wpierw przeczytał byś więcej o projekcie? Tak się składa, że został stworzony w określonym celu i będzie miał określone zastosowanie praktyczne.