Кольцевой генератор или ring oscillator является одним из фундаментальных элементов цифровой электроники, способным преобразовывать логические уровни в непрерывные колебательные сигналы. Традиционно такие схемы реализуются в аппаратуре на транзисторах, однако последние достижения в области CSS позволяют эмитировать поведение логических вентилей, включая инверторы, с помощью функций CSS. Особое значение в этом играет новейшая функция if(), позволяющая реализовывать булевую логику непосредственно в стилевых таблицах. Этот эксперимент показывает, как можно создать работающий кольцевой генератор, используя CSS для логики и визуализации, а JavaScript — для преодоления ограничений браузеров, связанных с циклическими зависимостями переменных. При разговоре о digital-логике с использованием CSS нет смысла недооценивать инновационность подобного подхода, ведь он открывает новые горизонты для веб-разработчиков и энтузиастов цифровой электроники, позволяя создавать интерактивные демонстрации и обучающие материалы, не выходя из браузера.
Кольцевой генератор представляет собой цепь из нечётного количества инверторов, соединённых по кольцу. Каждый инвертор принимает бинарный вход и выдает обратное значение: если вход 0 — выход 1, и наоборот. При такой конфигурации сигнал оказывается в состоянии постоянного изменения, или осцилляции, поскольку обратная связь с нечётным числом инверсий не позволяет цепочке достичь стабилизации. Когда все выходы находятся в каком-то постоянном состоянии, возникает логическое противоречие, заставляющее систему изменяться. Именно этот принцип лежит в основе кольцевого генератора.
Современные браузеры усилили меры по предотвращению циклических зависимостей в CSS переменных, так как такие связи могут привести к неопределённому поведению, нарушениям безопасности и снижению производительности. Например, попытка напрямую связать переменную с её собственной зависимостью через цепочку приводит к блокировке и невозможности вычисления значений. В попытке реализовать кольцевой генератор только средствами CSS без JavaScript можно наткнуться на невозможность создания рабочей обратной связи. В стандартном синтаксисе CSS переменная не может зависеть от своей же переменной через цепь. Именно здесь и проявляется уникальное преимущество JavaScript — он обеспечивает обновление значений CSS переменных, создавая таким образом искусственную обратную связь.
Ключевым элементом проекта является использование CSS функции if(), которая позволяет задавать условные выражения в CSS. В частности, она работает со значениями CSS-переменных, позволяя определять логику обработки данных прямо в стилях. Например, чтобы реализовать инвертор на CSS можно было записать выражение вида --inverter-output: if(calc(var(--inverter-input) = 0), 1, 0); оно указывает, что если вход равен нулю, выход должен быть равен единице, и наоборот. Такой подход открывает возможности для реализации различных базовых логических вентилей: AND, OR, NAND, NOR, XOR и их комбинаций. Сам ring oscillator строится на трех инверторах, соединенных по кольцу.
Их входы и выходы связаны таким образом, что выход каждого инвертора становится входом следующего, а выход последнего — входом первого. Чтобы обойти запреты на циклические переменные в CSS, JavaScript периодически обновляет значения пользовательских свойств CSS в элементе :root, моделируя таким образом изменение сигналов. В каждой итерации JavaScript вычисляет состояние каждого инвертора, основываясь на предыдущем состоянии другого инвертора, меняет датасет соответствующего HTML-элемента и обновляет CSS переменные. Благодаря этому создается иллюзия непрерывной обратной связи, приводящей к анимации переключения состояний. Визуальная часть проекта также заслуживает внимания.
Каждому инвертору соответствует HTML структура с тремя основными элементами: входом, инверсией и выходом. С точки зрения CSS, эти элементы окрашиваются в различные цвета в зависимости от текущего состояния, имитируя подачу сигнала высокого или низкого уровня. Для наглядности создана анимация плавного перехода цветов, что помогает воспринимать изменения более естественно. Дополнительно реализован осциллографический индикатор, отображающий циклическую природу сигналов, синхронно обновляющийся с изменением состояния инверторов. Важным аспектом является возможность взаимодействия пользователя с симуляцией.
Интерфейс содержит элементы управления запуском и остановкой генератора, а также настройку скорости распространения сигнала, что позволяет наблюдать различные аспекты поведения кольцевого генератора. Благодаря гибкой реализации на JavaScript и CSS, можно экспериментировать не только с тремя инверторами, но и увеличивать их количество, или менять логику последовательно подключаемых вентилей для исследовательских и обучающих задач. Реализация логических вентилей посредством CSS открывает новый уровень интеграции программирования и стилизации. Традиционно CSS воспринимается лишь как средство для визуального оформления, однако появление функции if() и расширение возможностей CSS переменных создают предпосылки для прямого внедрения булевой логики в стили. Это не только расширяет инструментарий веб-разработчика, но и создает условия для разработки интерактивных образовательных платформ, демонстраций схем и моделей без необходимости использовать сложные внешние библиотеки или среды.
Однако стоит признать, что современные браузеры все еще ограничены в поддержке таких нововведений. Функция if() пока не имеет универсального распространения. Наиболее полно она поддерживается в последних версиях Chrome, Edge и Safari. Это необходимо учитывать при создании проектов с использованием CSS-логики для обеспечения корректного отображения и функционирования на разных устройствах и системах. Эта работа вдохновлена ранее выполненными проектами, например, CSS Logic Gates от yongsk0066 и Silon от SLaks, которые показали возможности реализовывать логические схемы на базе CSS при помощи альтернативных техник, таких как использование состояний чекбоксов и селекторов.
Новая же реализация с использованием функции if() выводит концепцию на качественно новый уровень, добавляя гибкость и масштабируемость. Для разработчиков и исследователей, заинтересованных в цифровой логике и веб-технологиях, данный проект представляет собой отличную демонстрацию синергии стилизованных компонентов и программной логики средствами JavaScript. Открытый исходный код предоставляет прекрасную основу для расширения, тестирования и адаптации под различные обучающие или демонстрационные сценарии. В итоге, реализация кольцевого генератора с помощью CSS и JavaScript сочетает в себе инновационные технологии и классические принципы цифровой электроники. Благодаря потенциалу CSS if() функции открываются пути к созданию более сложных логических схем в браузере, что может повлиять на методы обучения и моделирования электронных систем в будущем.
Текущий подход подчеркивает, как современное веб-разработка может размывать границы между дизайном и логикой, создавая уникальные и наглядные инструменты для всех заинтересованных сторон.
