تجربه هایی از یک پروژه – StrongPC

پروژه های فان، که یک دفعه جدی میشن، همیشه هستند. بعضی وقتا ممکنه یک عده دانشجو بشینن دور هم و بگن خب ما میخوایم یک سیستم عامل بنویسیم و … ، نتیجه‌ش بشه سیستم عاملی که همه بهش یه طوری محتاجن! و خب از این دست پروژه ها در هر رشته و گرایشی در دنیا، کم نیستند. حالا من هم از این قاعده مستثناء نبودم در ایجاد این پروژه های فان و خب پروژه هایی هم بودند که جدی شدند و کمک های زیادی هم برای من بودند. یکی از این پروژه ها، پروژه StrongPC هست که البته اوایل به اسم LadyBug ایجاد شده بود.این پروژه خیلی خیلی آکادمیکه و خب، اولین قدم هاش هم کاملا فان برداشته شد. در این پست، تقریبا تجربیات مفید این پروژه رو میگم و همچنین مطرح میکنم که «چرا باید ادامه‌ش بدم».

اولین قدمها

همیشه اولین قدمها مهم ترین قدم ها در شکل گیری یک ایده یا پروژه هستند، چیزایی که باعث میشن شما بیش از پیش علاقمند به تحقیق و توسعه بشید و بیش از پیش؛ کار کنید. اولین قدم های پروژه هم از اینجا زده شد : طراحی یک کامپیوتر ساده. دوست عزیزی، کتابی با عنوان But How Do it know رو بهم داده بود که معماری کامپیوتر رو خیلی ساده توضیح میداد و چیزایی که من از کتاب یاد گرفتم، همه‌ش در این پروژه ساده پیاده شد. یادگیری معماری کامپیوتر با اون کتاب، نه تنها کمک کرد که این پروژه ساخته بشه، بلکه در درسهای مدار منطقی؛ معماری، ریزپردازنده، الکترونیک دیجیتال و حتی زبان ماشین هم کمک بسزایی به من کرد. در سال ۲۰۱۶ بود (طبق چیزی که از وبسایت StrongPC هم بر میاد ، ژوئن ۲۰۱۶) که پروژه StrongPC با اسم LadyBug استارت خورد و خب این اولین دیزاینی هست که برای پروژه انجام شده. و حتی دیزاین رو صفحه اول وبسایت هم قرار دادم :

 

و همونطور که می بینید، یک دیزاین ساده از یک پردازنده RISC هست. این ها اولین قدم ها بودن و خب همیشه خوشحالم که این قدم ها رو برداشتم. اما بعدش چه کردم؟

هدف پروژه

شاید هدفی مثل «تولید کامپیوتر» یا حتی تولید بخشی از اون، اون هم در ایران کمی دور از ذهن باشه. گرچه نشدنی نیست ولی خب کمی دورتر از چیزی هست که الان داریم. شاید خب این که یکی از ایده هایی که هزاران بار پیاده شدند رو برای بار ۱۰۰۱م پیاده کنیم، یک اپ آندروید بزنیم و روز دوم سقوط کنیم و بعد ۴ سال توی لینکدین بنویسیم «دارای سابقه ۶۲ استارتاپ شکست خورده» ، بسیار ساده تر باشه. اما بهرحال عقیده شخصی من اینه که «مطالعات و کارهای آکادمیک» همیشه نیازن. این ها نباشن، اون ها (استارتاپ ها و …) هم نیستند. هدف پروژه هم مطلقا چیزی مثل تولید CPU نیست چون مطمئنا بازار قوی ای مثل اینتل نخواهد داشت. ولی یک «معماری آزاد» میتونه داشته باشه که خب این خودش به خودی خود، قابل قبول و خوبه! و این «معماری آزاد» میتونه بیاد روی FPGA و … اجرا بشه. یه جورایی هدف پروژه این شد که بشه یک مرجع آکادمیک یا بهتر بگم «بستری برای یادگیری».

دستاورد پروژه؟

شاید بتونم بگم که این کتاب کوچک ، مهم ترین دستاورد پروژه بود! چرا که تقریبا هر مرحله ای که در این پروژه دنبال کرده بودم، در این کتاب مستند شده. در کتاب هم از ساده ترین بخش های مدار منطقی شروع میشه و تا شبیه سازی یک کامپیوتر کوچک پیش میره. به این شکل، میتونید بفهمید که واقعا در StrongPC چه چیزهایی رخ داده.

چرا باید ادامه پیدا کنه؟

دلیل ادامه پیدا کردن اینه که هرچی بیشتر برم جلو، بیشتر یاد میگیرم و میتونم بیشتر پیاده سازی کنم؛ به این شکل میشه گفت خیلی از مباحثی که در مهندسی سخت افزار مطرح شده رو به خوبی میتونم پوشش بدم و خب اگر بعدها کسی پرسید «چرا سخت افزار بخونم؟» جواب درستی براش داشته باشم. یا اگر کسی پرسید «سخت افزار چطور ساخته میشه؟» باز هم بتونم جواب درست و درمونی بهش بدم. امیدوارم که این پست، برای شما هم مفید واقع شده باشه!

FacebookTwitterGoogle+Share

آغاز به یادگیری هوش مصنوعی

در پست قبلی وبلاگ، در مورد چیستی هوش مصنوعی توضیح دادم. در این یکی پست، قصدم اینه که به شما بگم برای یادگیری هوش مصنوعی لازمه چه چیزهایی بلد باشیم و چه چیزهایی رو در طول زمان یاد میگیریم. خب، پس بریم سراغ این که برای هوش مصنوعی چه پیش‌نیازی لازمه، بعد کم کم بریم سراغ سیر یادگیری و … .

  • الگوریتم:
    این که بتونید برای یک برنامه، یک الگوریتم بهینه پیدا کنید یا پیشنهاد بدید، مهم ترین عامل در یادگیری و انجام پروژه های هوش مصنوعی به حساب میاد. اگرچه این مورد، همه جا کاربرد داره و کلا برای برنامه نویس و دولپر خوب شدن لازمش داریم؛ ولی اینجا لازمه که به الگوریتم و الفبای موضوع مسلط باشیم. پس، باید یاد بگیریم که چطور با استفاده از الگوریتم ها یک برنامه بسازیم. خب برای یادگیری الگوریتم (اگر بلد نیستید) پیشنهاد من کتاب CLRS هست. هم ترجمه این کتاب در بازار موجوده و هم زبان اصلیش در اینترنت هست.
  • برنامه نویسی :
    برای این که بتونید پروژه هوش مصنوعی انجام بدید باید برنامه نویسی بلد باشید؛ بهرحال بخشی از کامپیوتره و نمیشه ازش در رفت. گرچه ممکنه شما صرفا ایده پردازی یک پروژه هوش مصنوعی رو انجام داده باشید ولی موضوع مهم اینه که شما بتونید همون ایده رو هم چندین بار تست کنید و بعد ارائه‌ش کنید به یک تیم. پس، برنامه نویسی بلد بودن هم از شرایط یادگیری و انجام پروژه در هوش مصنوعی هست. پیشنهاد من هم برای یادگیری زبان، پایتونه که الان تبدیل شده به ابزار شماره یک پروژه های هوش مصنوعی.
  • علوم شناختی :
    علوم شناختی یا Cognitive Science ترکیبیه از روانشناسی، فلسفه ذهن، زیست شناسی مغز و علوم کامپیوتر. البته انقدر ها هم خلاصه نیست و من دارم انقدر خلاصه میگم. برای این که بتونیم پروژه های هوش مصنوعی بزنیم؛ لازم داریم که بلد باشیمش. گرچه طوریه که در حین یادگیری هوش مصنوعی هم، این موضوع رو یاد میگیریم. خیلی از ایده ها و … که در هوش مصنوعی (به ویژه شبکه های عصبی مصنوعی) مطرح شده، حاصل کار دانشمندان شناختی بوده.
شبکه عصبی مصنوعی
شبکه عصبی مصنوعی

 

  • با مغز انسان آشنا بشید!
    این مورد از مهم ترین مواردی هست که باید به عنوان کسی که کار هوش مصنوعی میکنه، بلد باشیم. کاری که ما میخوایم بکنیم این هست که یک سری اعمال انسانی مثل تفکر، تصمیم گیری و یادگیری رو برای ماشین پیاده سازی کنیم و ماشین ما قراره فکر کنه برای ما. پس، بهتره که ساختار مغز رو بشناسیم و باهاش آشنا بشیم. در این زمینه هم کتاب و رفرنس زیاد داریم.
  • از منابع مختلف استفاده کنید!!!
    و در آخر هم، استفاده از منابع متعدد مثل یوتوب، وبسایت های هوش مصنوعی و کتابها توصیه میشه. به این شکل شما میتونید به راحتی و بدون هیچ مشکلی، هوش مصنوعی یاد بگیرید و از انجام پروژه های هوش لذت ببرید.
FacebookTwitterGoogle+Share

هوش مصنوعی چیست؟

«هوش مصنوعی» کلمه ای نه‌چندان آشنا برای همه افرادیست که در حوزه های مربوط با IT ، کامپیوتر و رباتیک فعالیت میکنند. این کلمه هر روز شنیده میشه، و وقتی در وادی های تخصصی تر وارد میشیم، کلمات و عبارات دیگری همچون «یادگیری عمیق» ، «علم داده»، «شبکه عصبی» و … هم پا به عرصه وجود میذارن. هر کدوم دارن به یک چیزی اشاره میکنن، ولی در نهایت میرسیم به «هوش مصنوعی». هوش مصنوعی، آینده علوم کامپیوتر و حتی شاید آینده بشریت باشه!

artificial-intelligence-risk-reward-now-labs

اما هوش مصنوعی دقیقا چیه؟! چه کاربردی داره و چه طور میشه که انقدر میتونه در زندگی من و شما، مهم باشه؟ به طور کلی میشه گفت اگر رفتارهای انسانی رو بخوایم روی ماشین پیاده کنیم، میشه هوش مصنوعی ولی تعریف اصلا نمیتونه هوش مصنوعی رو توجیه یا تعریف کنه. چرا که همین الان بدون هوش مصنوعی خیلی از کارهایی که انسان میکرده (یا میکنه) رو کامپیوتر ها هم میتونن حل کنن (مثل محاسبات جبری یا منطقی ساده). ولی اگر بگیم که رفتارهای هوشمندانه انسان، مثل تفکر و تصمیم‌گیری رو روی ماشین پیاده کنیم تا حد خیلی زیادی هوش مصنوعی رو تونستیم پوشش بدیم. حالا چی شد که هوش مصنوعی انقدر مهم شد؟ انقدر برای ما ارزنده شد؟! بهتره قبل از این که جواب این سوال رو بدیم، بریم ببینیم که اصلا کاربردش چیه!

در سیستم سنتی کامپیوتر، ما وقتی بخوایم که یک برنامه بنویسیم، چی کار میکنیم؟ میایم راه حل در میاریم براش و با اون راه حل، ورودی هایی که بهمون داده شده رو به خروجی تبدیل میکنیم. این سیستم، سیستم خیلی خوبیه و همیشه و همه جا هم کاربرد داره. ولی یه جاهایی هم نمیتونه کاربردی بشه، چرا که مثلا مثل «تبدیل هر ورودی به عدد ۳» نمیشه ساختار الگوریتمیکی برای مساله پیدا کرد یا پیشنهاد داد. نتیجتا میایم و از یه سری تکنیک استفاده میکنیم که به اون جواب میرسن، ولی هیچوقت جواب کامل و دقیق نمیشه. دقیقا همونطوری که اکثر کارهای روزمره ما در زندگی پیش میره. این میشه کاربرد هوش مصنوعی. مثلا بخوام ریاضیاتی تر و کامپیوتری تر در موردش صحبت کنم، میتونم بگم که ما یک مساله داریم که پیچیدگی زمانی n داره، خب این قابل حله (هر قدر هم مزخرف باشه؛ باز با همون راه حل های سنتی قابل حل شدنه). ولی یک مساله داریم با پیچیدگی زمانی های تخیلی (مثل NP ) که در این حالت، هوش مصنوعی به ما کمک میکنه. خروجی مورد نظر ما رو ماشین دریافت میکنه و یاد میگیره که حدود اون یه خروجی تولید کنه.

چرا انقدر واسمون مهم شد؟

«اتوماسیون» یا خودکار سازی، فازهای مختلفی داشتند که در زمان های مختلف بشر سعی کرده انجامش بده. از خودکارسازی و اتوماسیون هایی که صرفا روی کاغذ پیشنهاد شدن (توسط ریاضیدانان و فلاسفه و …) و بعد از اون دوره طوری شد که این اتوماسیون ها شکل مکانیکی پیدا کردند و ماشین ها به کمک انسان اومدن که همین الان هم شما میتونید تاثیرش رو ببینید (فکر کنید مثلا یک پیچ رو بخواید بدون پیچ گوشتی باز کنید؛ یا حتی اصلا بخواید بدون خود پیچ، دو قطعه چوبی یا فلزی رو بهم متصل کنید!). یک دوره دیگه، اتوماسیون توسط کامپیوتر صورت گرفت که ما الان دقیقا وسط همون دوره داریم زندگی میکنیم. از زبان های برنامه نویسی که برای حل مسائل ابتدایی پیشنهاد شدند تا پیشنهاداتی برای تغییر در لایه های زیرین و سخت افزاری کامپیوتر. در دهه ۶۰ میلادی، پیشنهاد شد که برای کامپیوتر هوش و قدرت تفکر هم قائل بشیم و بسازیمش. اگرچه اون دوران (و حتی الان!) شدیدا به این موضوع نقد میشه (شاید بعدها در موردش بنویسم که چرا بهش نقد میشه و چرا اکثرش غلطه) ولی خود هوش مصنوعی، به خودی خود قدمی بزرگ در شکل گیری اتوماسیون های بهتر بوده.

چند مثال از کاربردهای هوش مصنوعی …

  • تشخیص تصویر : با بینایی ماشین یا Computer Vision و همون Image Processing خیلی از کارهای ما، ساده تر شده. مثلا در یکی از پروژه های IoT که مربوط به دوربین های ترافیکی میشده، ظاهرا سروری وجود داشته که وضعیت ترافیک رو بررسی میکرده، اون رو با تقاطع های دیگر مقایسه میکرده و در نهایت؛ میتونست یک زمان بندی برای قرمز و سبز شدن چراغ های اون تقاطع ها پیشنهاد بده. این به خودی خود، یک پیشرفت بزرگ در زمینه ترافیک و مهندسی شهری به حساب میاد.
  • تشخیص ساده تر بیماری ها : اگر ما نتایج آزمایش ها، اسکن ها و … رو بعنوان داده به یک کامپیوتر بدیم، و مطمئن باشیم که نتایجی که میدیم همه یک بیماری به خصوص (مثل دیابت یا سرطان) رو داشتند، فقط کافیه نتایج آزمایشات و اسکن های بیمار جدید رو به کامپیوتر بدیم، کامپیوتر با الگوهایی که بدست آورده (که اصطلاحا بهش Pattern Recognition هم گفته میشه) ، اون ها رو مقایسه میکنه و مثلا به ما میگه «شما دچار بیماری نیستید» یا میگه «از ۵۰ نشانه شما تنها ۳ نشانه دارید که نشان از این بیماری نمیدهد» و … . یعنی هوش مصنوعی، میتونه به پزشک ها و متخصصان این حوزه ها هم کمک زیادی بده!
  • ساختن اتوماتیک چیز ها : هرچیزی که فکرش رو بکنید، میتونه توسط یک کامپیوتر هوشمند به صورت اتوماتیک ساخته بشه. جمله زیادی اغراق آمیزه ولی یک حقیقته. مثلا این ویدئو ، نشان میده که چطور یک سیستم هوشمند، میتونه برای ما موسیقی بسازه، اون هم با دریافت فایل های MIDI از آهنگ های معروف . همین قضیه در مورد ساختن نقاشی و … هم موثره.

مثالی عملی تر؟

حالا به یک مثال عملی تر و شاید حتی ترسناک از هوش مصنوعی برسیم. شوی دیدنی House of Cards یا همون «خانه پوشالی» ، با استفاده از «داده کاوی» و پردازش داده های کاربران سرویس Netflix ساخته شده (منبع)، و این دقیقا همون راهیه که اسپاتیفای به ما موزیک پیشنهاد میده، گوگل نتایج جست و جو هامون رو حدس میزنه، یوتوب ویدئوهای پیشنهادی رو برای ما لیست میکنه و فیسبوک به ما دوست پیشنهاد میده! به نظرم مثال از این ها عملی تر نداریم!

[ File # csp7448789, License # 1399958 ] Licensed through http://www.canstockphoto.com in accordance with the End User License Agreement (http://www.canstockphoto.com/legal.php) (c) Can Stock Photo Inc. / iDesign

 

از کجا شروع کنم؟

برای شروع یادگیری هوش مصنوعی، به نظر من بهتره شما با مطالعه «جبر بول» و بعدش «طراحی الگوریتم» شروع کنید. برای یادگیری این مسائل کتاب CLRS ، یکی از بهترین مراجع و منابعه. بعد از این که این رو یاد گرفتید «الگوریتم ژنتیک» رو سعی کنید یاد بگیرید، چرا که این الگوریتم یک الگوریتم «بهینه ساز» هست ؛ در پست های بعدی بیشتر در موردش توضیح خواهم داد. بعد از یادگیری این مباحث شما میتونید به هرشاخه ای که میخواید وارد بشید، مثلا شخصا یادگیری عمیق برای من موضوع جذاب تری بوده و سعی دارم که یادش بگیرم! شما شاید بخواید برید سراغ دیتاماینینگ و دیتاساینس و … .

و آیا هوش مصنوعی برای ما خطرناکه؟

اجازه بدید این موضوع رو در تاپیک های جداگونه، شرح بدم و توضیح بدم. فعلا در این تاپیک قصد این بود که یاد بگیریم اصلا هوش مصنوعی چیه و به چه دردی میخوره.

موفق باشید :)

FacebookTwitterGoogle+Share

میکروکنترلرها، طراحی و پیاده سازی – ریلیز شد!

قریب به دو سال هست که دارم روی معماری کامپیوتر و پیاده سازی یک کامپیوتر ساده به شکل های مختلف، تحقیق میکنم. تابستان پارسال تصمیم گرفتم که تجربیاتم رو قدم به قدم مکتوب کنم و با دیگران به اشتراک بذارم. همینطور که مطالعه میکردم، شبیه سازی میکردم و به نتیجه ای می‌رسیدم، کم کم یادداشت میکردم و در زمان هایی که پیش می اومد، با یک قالب کلی و به زبان انگلیسی، به صورت سازمان یافته و دسته‌بندی شده درشون می‌آوردم.

سرفصل های کتاب :

فصل اول : میکروکنترل چیست؟
در این فصل کلیت یک میکروکنترلر و این که چه بخش هایی درونش به کار رفته، توضیح داده شده.

فصل دوم : چطور با کامپیوتر حرف بزنیم
در این بخش در مورد زبان های برنامه نویسی و مبناهای عددی و فضای ذخیره سازی دیتا صحبت شده.

فصل سوم : عملیات محاسباتی
در این فصل در مورد انجام عملیات ریاضی در مبنای دو صحبت شده.

فصل چهارم : عملیات منطقی
در این فصل در مورد جبر بول و نحوه انجام عملیات بولین صحبت شده.

فصل پنجم : مدارهای منطقی
اینجا، اومدیم و یه سری گیت های پایه رو بررسی کردیم. همینطور در مورد گیت های مادر صحبت کردیم.

فصل ششم : مدارهای ترکیبی
در این فصل، از ترکیب مدارهای فصل پنجم منطق های جدید ساختیم و چیزای جدید تر پیاده کردیم

فصل هفتم : نخستین کامپیوتر
در این فصل، هف اددر و فول اددر ساختیم، یه ماشین جمع ساده درست کردیم باهاش.

فصل هشتم : حافظه
اینجا رسیدیم به مدارهای ترتیبی و حافظه ای، در اینجا لچ S-R رو ساختیم، در مورد لچ Active High و Active Low توضیح دادیم.

فصل نهم : رجیستر فایل
اینجا چندین رجیستر رو چیدیم کنار هم و یک رجیستر فایل طراحی کردیم.

فصل دهم : معماری کامپیوتر
اینجا با کلیت معماری کامپیوتر و مفاهیم تئوری قضیه آشنا شدیم. چیزایی که لازمه برای یادگیری معماری بلد بود رو آوردیم اینجا.

فصل یازدهم : طراحی، ماشین جمع کننده پیشرفته
اینجا به کامپیوتر ساده فصل هفتم، که فقط جمع میکرد رجیستر و بلاک حافظه ای اضافه میکنیم.

فصل دوازدهم : کامپیوتر (تئوری)
در اینجا به صورت تئوری و روی کاغذ کامپیوتر اصل کاری طراحی شده. تصمیم گیری شده که چه کارهایی انجام بده و «سازمان کامپیوتر» در این نقطه مشخص شده.

فصل سیزدهم : واحد محاسبه و منطق
در این فصل، واحد محاسبه و منطقی برای کامپیوتر خودمون طراحی کردیم، و در مورد Instruction Code ها تصمیم گیری کردیم.

فصل چهاردهم : ساختار برنامه
اینجا برای برنامه پذیر شدن کامپیوتر خودمون تصمیم گیری کردیم و ساختار برنامه ها در زبان ماشین رو تعیین کردیم.

فصل پانزدهم : میکروکنترلر
اینجا بخش های لازم رو کنار هم چیدیم و در نهایت رسیدیم به یه میکروکنترلر فوق العاده ساده.

فصل شانزدهم : برنامه نویسی و سیستم عامل
در اینجا نگاه اجمالی داشتیم به نوشتن برنامه و سیستم عامل برای کامپیوتر خودمون.

فصل هفدهم : نیمه تاریک ماه
در این قسمت، وارد مباحث دیجیتالی و پیاده سازی فیزیکی کامپیوتر شدیم. چیزایی که برای دانشجوهای سخت افزار آشناس ولی نرم افزاری ها یکم در شناختش مشکل دارن. به همین خاطر هم اسمش شده این.

برای دانلود PDF هم میتونید از این لینک استفاده کنید.

FacebookTwitterGoogle+Share

سلول های دیجیتال!

بعد از مدتها، یک تاپیک قشنگ برای نوشتن پیدا کردم، شاید مدتها هم در همین مورد در وبلاگم بنویسم. موضوعی که در جهان، در کنار موضوعات دیگر مطرح هست، موضوعی هست به اسم زیست شناسی مصنوعی که به نوعی میشه گفت پیوند علوم مختلف با زیست شناسی، و تغییر در ساختار بیولوژیک موجوداتی هست که در اطراف ما زندگی میکنن. لینکی را در توییتر دیدم (و البته خاطرم نیست که کجا دیدمش، وگرنه لینک میکردم بهش) که نوشته بود دانشمندان با استفاده از DNA تونستند مدار منطقی بسازند. همونجا خشکم زد و گفتم چطوری میشه؟! تا این که این ویدئو رو دیدم. حقیقت اینه که تا قبل از این، دیده بودم که از نورون (سلول های عصبی) برای انتقال اطلاعات و پیاده سازی منطق های مختلف استفاده بشه، ولی استفاده از DNA برای من به شدت جدید و جذاب بود. و فکر نمیکردم که بشه از DNA ها، ساختار ترانزیستوری گرفت.

در حقیقت، چیزی که اینجا برای ما صفر و یک میسازه، الکتریسیته نیست. بلکه پروتئین ها هستند. در واقع شما دو نوع پروتئین دارید، که یکی نماینده صفر منطقی و دیگری نماینده یک منطقی به حساب میاد. حالا یکم دقیق تر پیش بریم، اگر ویدئو رو ببینید، خواهید دید که ساختار DNA یک نوع باکتری به اسم E.coli (با تلفظ ایکولای) مثل یک گیت NOR هست. یعنی همه منطق های موجود رو میشه با استفاده از این DNA طراحی کرد! نکته جالب تر و شگفت آورتر قضیه هم اینجاست که دانشگاه MIT پلتفرمی به اسم سلوکد منتشر کرده که شما با مراجعه بهش، میتونید کد Verilog بنویسید و تحلیل DNA ایش رو ببینید! و از همه جالبتر اینه که MIT کدهای نوشته شده شما رو، روی سلول های زنده تست میکنه!

تست سلوکد

خب برای این که این پلتفرم دوست داشتنی رو تست کنم، نشستم و یک معکوس کننده یا گیت NOT رو با Verilog HDL نوشتم :

کد   
module NOT(output out, input in);
 always@(in)
   begin
   case({in})
   1'b0: {out} = 1'b1;
   1'b1: {out} = 1'b0;
   endcase
  end
endmodule

بعد از این که روی دکمه Run کلیک کردم (البته یادتون باشه که قبلش تعدادی DNA Sequence رو به عنوان ورودی و خروجی انتخاب کنید تا تحلیل های درست و بهتری تحویل بگیرید) ، شروع کرد به تحلیل کردن. حالا نتایج رو با هم می بینیم!

شکل گیت NOT به صورت قسمتی از DNA :

inverter_A000_dnaplotlib_Eu_outخب، این شکلی هست که در «زیست شناسی مصنوعی» برای بخش های کوچک DNA و نمایندگی اون ها استفاده میشه. ورودی و خروجی های این طراحی ها Promoter هستند که اتصالات بین پروتئین ها رو میتونن به وجود بیارن. پس میشه در یک سلول زنده منطق های مختلف داشت، و ساخت. حالا، جدول درستی این ساختار رو با هم می بینیم :

inverter_A000_RFP_truthهمونطور که می بینید، با صفر و یک طرف نیستیم، بلکه دو نوع ماده شیمیایی هستند که نقش صفر و یک رو بازی میکنند. البته یک ساختار گیت هم برای این واحد ها در نظر گرفته شده که به این شکل هستند :

inverter_wiring_agrn

که می بینید با ساختار گیت هایی که میشناختیم فرق داره. اگرچه، قبل از این که بخوایم اصلا HDL نویسی کنیم، نیاز داریم که اون طراحی منطقی رو انجام بدیم و منطق مدارهای خودمون رو تست کنیم. ولی این ابزار هم خودش برامون گیت ها رو میسازه.

و آخرین چیزی که توجهم رو به خودش جلب کرد، نمودار زیستی ای بود که در خروجی قرار داشت و عملکرد گیت رو به صورت کاملا زیستی تحلیل میکرد :

inverter_A000_xfer_model_P1_PhlF

و البته یک ساختار گیتی دیگر هم داره، که «جنس» ورودی خروجی ها، همون پروتئین هایی که نماینده صفر و یک منطقی هستند رو برای ما مشخص میکنه :

inverter_A000_wiring_grn

خب، تا اینجا میشه فهمید که بشر قصد داره کم کم ترانزیستور رو کنار بذاره و خب در آینده، کامپیوتر الکترونیکی، جای خودش رو به کامپیوترهای بیولوژیکی میده! و این به این معنیه که احتمالا نسل های بعد از ما، زمانی که بخوان سخت افزار رو مطالعه کنن، احتمالا درس «سلول های دیجیتال» خواهند داشت به جای «الکترونیک دیجیتال»! سعی میکنم در این مورد بیشتر مطالعه کنم و یاد بگیرم، و در آینده در موردش بیشتر بنویسم.

موفق باشید :)

FacebookTwitterGoogle+Share

پیشنهادهای شما برای پیاده سازی یک ایده سخت افزاری

با سلام. خیلی وقت بود وبلاگ نویسی نکرده بودم و حالا پس از مدتها اومدم که بنویسم! شاید بگید الان که فرجه امتحانات هست و بهتره برم به زندگیم برسم، ولی خب توی همین فرجه هم وقت آزاد فراوان هست.

بگذریم، جادی چند وقت پیش در مورد ایده ای که بشه ازش استارتاپ ساخت صحبت کرد. البته ایده و همچنین پیاده سازی که بعد ها به کار گرفت یا همون استارتاپ بستون، کاملا نرم افزاری و بر پایه وب پیش رفت. حالا چرا من اینجا دارم این مطلب رو مینویسم؟

توی پست های جادی چند مساله جالب به چشم میخوره، اولیش اینه «چی نداریم؟! آیا وسیله ای هست اون کار رو انجام بده؟ اگر نیست، خودم میسازمش». و دومین نکته هم «پیاده سازی ایده و تبدیل کردنش به استارتاپ و حتی تا حدی به پول رسوندنش، اونقدر ها هم که فکر میکنیم سخت نیست». و حتی شاید سومیش این باشه که «معطل نکن، شروع کن به پیاده سازی». خب، حالا بیایم ببینم که من میخوام چی کار کنم؟ جادی به من ایده داد که ایده جمع کنم برای یک محصول سخت افزاری! اما محصولی که بشه به در یک مدت زمان نه چندان کوتاهی پیاده سازیش کرد و بعد ازش به پول رسید (بر خلاف StrongPC که بیشتر فاز تحقیقی داره).

ایده هایی که در ذهن خودم هستن اینان :

  • پیاده سازی یه دستگاه ساده با استفاده از میکروکنترلرهایی که توی بازار موجودند، و روبرو شدن با چالش هایی مثل مطالعه معماری، برنامه نویسی برای ریزپردازنده، طراحی مدارهای واسط و … .
  • پیاده سازی یه دستگاه ساده با استفاده از آردوینو و ماژول هاش
  • پیاده سازی یک دستگاه ساده IoT طور با استفاده از Cubieboard یا رزبری
  • و …

حالا از شماها که این پست رو میخونید، میخوام در این باره کمک بدید. اول این که «دستگاه ساده» چی میتونه باشه (مثلا ساعت؟! تقویم رومیزی؟ سیستم اطفاء حریق و …) و دوم این که با چی و چطوری پیاده سازی بشه. بعد از این که ایده مشخص بشه، مرحله مرحله پیاده سازیش در همین وبلاگ، گزارش میشه.

FacebookTwitterGoogle+Share

پروژه گاه‌شمار

خب، من در گروه های تلگرامی این پیام رو میذاشتم :

دوستی مدتی پیش (که خیلی هم ازش نگذشته ) یک چالش رو بعنوان تمرین برنامه نویسی پیشنهاد داد، و اون هم نوشتن یک API بود برای دریافت ساعت و تاریخ.
من هم وارد این چالش شدم و یک API با روبی و سیناترا نوشتم، روی گیتهاب هم قرارش دادم ولی الان دپلویش کردم که اگر شما هم خواستید بتونید ازش استفاده کنید :
https://gahshomar-api.herokuapp.com/

خب، این هم پروژه ای بود که محسن بعنوان تمرین خواست که ما یه API بنویسیم، من هم این رو با Sinatra نوشتم و الان دپلوی شده و در دسترسه! امیدوارم ازش لذت ببرید :)

FacebookTwitterGoogle+Share

ساخت یک کامپیوتر ساده در Logisim – قسمت اول

بالاخره یه سری پست جدید تصمیم گرفتم بنویسم، و خب این سری قراره که مرحله به مرحله پیش بریم تا یک کامپیوتر ساده بسازیم. تنها دانشی که شما برای این سری از پست ها نیاز دارید :

۱. دونستن کمی مدار منطقی (که قبلا در وبلاگ راجع بهش حسابی صحبت کردم)

۲. بلد بودن کار با Logisim (که میشه گفت مثل نقاشی کشیدن میمونه و همین پست ها رو دنبال کنید یاد میگیرید.).

راه اندازی محیط کار

برای این که بتونیم مداراتمون رو طراحی و آزمایش کنیم، نیاز داریم که نرم افزار Logisim رو داشته باشیم. یه نسخه خوب از این نرم افزار به اسم Logisim Evolution طراحی شده که کار ما رو به شدت ساده تر کرده، خروجی گرفتن ازش بی دردسر تره، و همچنین مدارات و ویژگی هاشون دقیق تر طراحی شده. برای دانلود و نصب و روش راه اندازیش میتونید به اینجا برید. فقط هم نیازه که جاوا روی سیستمتون نصب باشه.

چالش های پیش رو

خب، برای این که بیایم یک کامپیوتر بسیار ساده طراحی کنیم نیاز داریم که یک سری سوالات از خودمون بپرسیم و جواب بدیمشون، اینطوری راحت تر میتونیم مدارات مورد نیاز رو طراحی کنیم و از پیچیدگی محصول نهایی جلوگیری کنیم.

کامپیوتر ما باید چه عملیاتی انجام بده؟

یک کامپیوتر ساده که بتونه به راحتی قابل درک هم باشه، هم باید Word Size کوچیکی داشته باشه (توی آموزش ها با ۸ بیت میریم جلو) و هم Instruction Setش باید کوچیک باشه. یک سری دستور پایه هست که هر کامپیوتری میتونه انجامش بده، ما کامپیوترمون رو اینطور طراحی مکنیم که AND, OR, NOT رو بتونه انجام بده، علاوه بر اون بتونه جمع و تفریق هم بکنه. پس باید :

  1. مداری طراحی کنیم که بتونه ۸ بیت رو NOT کنه
  2. مداری طراحی کنیم که بتونه ۸ بیت رو OR کنه
  3. مداری طراحی کنیم که بتونه ۸ بیت رو AND کنه
  4. و مدار(ها)ی طراحی کنیم که بتونن ۸ بیت رو جمع و تفریق کنن.

حالا به سادگی میتونیم بفهمیم که چی میخوایم. البته این صرفا واحد محاسبه و منطق هست، ما باید یک واحد حافظه، یک واحد کنترل و چند واحد حافظه موقتی و کوچک هم طراحی کنیم که با چسبوندنشون به هم، بتونیم به کامپیوتر کامل برسیم.

در پست های بعدی، زیرمدارهای کامپیوتر خودمون رو میسازیم. در این پست صرفا با کامپیوتر ساده و کوچیکمون آشنا شدیم :)

FacebookTwitterGoogle+Share

نوشتن اسمبلی ۳۲ بیت

در گذشته، پست هایی که در مورد اسمبلی قرار دادم، همه در مورد اسمبلی ۱۶ بیت بودن اما حالا میخوایم بریم سراغ اسمبلی ۳۲ بیت. خب فرق ۱۶ با ۳۲ بیت در چیه؟!

اولین نکته، سایز ثبات هاست! در ۱۶ بیت در هر ثبات میتونستیم حداکثر یک مقدار ۴ رقمی هگزادسیمال ذخیره کنیم ولی در ۳۲ بیت این مقدار به ۸ رقم میرسه! حالا خیلی مسائل دیگه مثل دیتاباس و کنترل باس و … که بماند (چون اینجا داریم برنامه نویسی میکنیم و بیشتر با ثبات ها کار داریم).

اینجا، قضیه یه فرقای کوچولویی داره، مثلا اسمبلر nasm قراره استفاده بشه (گرچه قبلا در ساخت اون سیستم عامل کوچک ازش استفاده کردیم) و همچنین وقفه ها و system call هایی که استفاده میکنیم شماره و مقدارشون و مکانشون متفاوته.

بیاید این برنامه رو در نظر بگیریم :

کد   
section .text
	global_start
 
_start:
	mov edx, len
	mov ecx, msg
	mov eax, 0x04
	int 0x80
 
	mov eax, 0x01
	int 0x80
 
section .data
	msg db 'Hello, World!', 0xa
	len equ $ - msg

 

خب در بخش اول، تابعی که نیاز داریم فراخوانی کنیم رو تعریف کردیم. بعدش اومدیم start رو نوشتیم. حالا بیاید این بخش رو بررسی کنیم :

کد   
mov edx, len
mov ecx, msg
mov eax, 0x04
int 0x80

اینجا، مقدار طول رشته ای که خواستیم چاپ کنیم رو توی EDX یا رجیستر داده قرار دادیم. بعدش اومدیم پیامی که میخوایم چاپ بشه رو قرار دادیم درو نECX .

بعدش سیستم کال ۴ یا sys_write رو توی eax قرار دادیم و وقفه ۸۰ رو صدا زدیم. حالا وقفه ۸۰ با مقدار ۴ که توی eax ذخیره شده، میگرده دنبال رشته ای که توی ecx هست و بعدش چاپش میکنه.

حالا بخش دوم کد سگمنت رو بررسی میکنیم :

کد   
mov eax, 0x01
int 0x80

اینجا هم مقدار ۰۱ یا sys_exit رو وارد eax کردیم، تا برنامه پس از اجرا، خارج شه. بعد از این هم باز وقفه ۸۰ رو صدا زدیم.

بخش دیتا هم، مثل همه برنامه های قبلی، تمام داده های مورد نیاز رو با Directive ها تعریف کردیم که بتونیم به راحتی توی کد سگمنت ازشون استفاده کنیم و چون قبلا توضیح داده شده، دیگه دوباره کاری نمی کنم. فقط این پست رو نوشتم تا فرقهای اسمبلی ۳۲ و ۱۶ بیت رو ببینیم. که درآینده بسطش خواهم داد به ۶۴ بیت.

امیدوارم که این پست، بدردتون خورده باشه.

موفق و موید باشید!

FacebookTwitterGoogle+Share

زبان ماشین، رمزگشای دستور العمل

در پست های گذشته بسیار بسیار در مورد زبان ماشین و اسمبلی بحث کردیم، اما این بار میخوایم بررسی کنیم که یک دستور، چطور کار میکنه. برای این کار، ما از ساده ترین دستورات استفاده میکنیم. قبل از اون، باید ببینیم که چه اتفاقی میفته که دستورات ما، شناسایی میشن! پس میایم و دستوراتمون رو بررسی میکنیم.

یک دستور در ماشین چطور خونده میشه؟

این خیلی مهمه که بدونیم یک دستور به چه شکلی خونده میشه. بسیار خوب، دستور زیر رو در نظر بگیرید :

کد   
MOV AX, 0

 

این دستور ماشین کد به این شکل داره :

کد   
B8 0000

 

که البته این ماشین کد، یک ماشین کد هگزادسیمال هست. اون چهار صفری که داریم که مقداری هست که خواستیم توی AX قرار بدیم و باهاش کاری نداریم، ولی B8 ما ، همون دستوریه که لازمه رمزگشایی شه و به صورت دو دویی به این شکل در میاد :

کد   
1011 1000

 

خب ما یک «دیکدر» (که یک مدار متشکل از n ورودی و دو به توان n خروجی هست) داریم، که این اعداد رو به ترتیب روشن و خاموش میکنه، و به این شکله که ما به  دستور میرسیم. در واقع مدارات مربوط به دستور رو خواهیم داشت.

بسیار خوب، حالا که میدونیم چه چیزی باعث میشه که ما بتونیم زبان ماشین رو درک کنیم، بیایم بررسی کنیم که :

زبان ماشین از چند بخش تشکیل شده؟

زبان ماشین، اول به صورت اسمبلی نوشته میشه که به زبون انسان خیلی خیلی نزدیکه. یعنی هرکس کمی انگلیسی بدونه میدونه که کلمه ای مثل ADD یعنی جمع کردن. اما، حالا مشکلی که هست اینه که وقتی «اسمبلی» به «آبجکت کد» یا همون کد هگزادسیمال تبدیل میشه رو هرکسی نمیتونه بخونه. پس راه حل چیه؟

اول باید ببینیم که یک خط آبجکت کد از چیا تشکیل میشه! بیاید این مثال رو در نظر بگیریم باز :

کد   
MOV AX, 0 ;B8 0000

 

خب اینجا من آبجکت کد رو به صورت کامنت در آوردم. دو بخش داریم، یکیش چهارتا صفر، که بهش عملوند یا Operand میگیم و دیگری «کد عملیات» یا Operation Code هست. مثلا برای انتقال به AX همیشه از B8 استفاده میشه. چرا؟ چون اینتل اینطور خواسته 😀 . بعد از این، این کد هگزادسیمال به یک کد باینری تبدیل میشه که CPU میتونه اون رو برای ما اجرا کنه.

از کجا آبجکت کد رو بخونیم؟

همه اسمبلر های موجود میتونن فایلی تولید کنن که آبجکت کد، سمبلهای به کار رفته و … رو شامل شه، و در اسمبلر MASM این فایل با پسوند LST ساخته میشه. شما میتونید با باز کردن این فایل با یک ویرایشگر متنی و خوندنش، ببینید که هر دستوری چه کدی رو داره.

یک برنامه نمونه

خب، من یک برنامه اسمبلی خیلی ساده نوشتم که اجرا کردنش هیچ خروجی ای نداره (:D ) ولی خب آبجکت کد ها تولید شده و اسمبل بدون مشکل صورت گرفته. این برنامه با آبجکت کدهاش به صورت کامنت به این شکله (بررسی دستور MOV در ۱۲ حالت مختلف) :

کد   
.MODEL SMALL
.8086
.STACK 
.DATA
.CODE
MOV AX, 0 ;B8 0000
MOV BX, 0 ;BB 0000
MOV CX, 0 ;B9 0000
MOV DX, 0 ;BA 0000
MOV AH, 0 ;B4 00
MOV BH, 0 ;B7 00
MOV CH, 0 ;B5 00
MOV DH, 0 ;B6 00
MOV AL, 0 ;B0 00
MOV BL, 0 ;B3 00
MOV CL, 0 ;B1 00
MOV DL, 0 ;B2 00
END

برای جلوگیری از ابهام هم مقداری که توی رجیسترها ریخته شده صفر هست، به این شکل کد ماشین بسیار ساده تر شده.

تا پست های بعدی، و اسمبلی بیشتر، موفق و موید و آزاد و شاد باشید! :)

FacebookTwitterGoogle+Share