Σχεδιασμός CPU με Μόνο Τσιπ Μνήμης

Η πρόκληση της δημιουργίας ενός υπολογιστή από το μηδέν

Η κατασκευή ενός απλού 8-bit υπολογιστή είναι μια εξαιρετική εισαγωγή στα θεμελιώδη της πληροφορικής. Ωστόσο, όταν το σύστημα βασίζεται σε έναν ήδη υπάρχοντα επεξεργαστή, οι γνώσεις που μπορεί να αποκομίσει κανείς είναι περιορισμένες. Για να εμβαθύνει κανείς περισσότερο, πρέπει να αναλάβει την πρόκληση να κατασκευάσει τον ίδιο τον επεξεργαστή, όπως απέδειξε ο [MINT] με το έργο του, το **EPROMINT**.

Η ιδέα πίσω από το EPROMINT

Η ιδέα του [MINT] ξεκίνησε όταν άρχισε να πειραματίζεται με τη συλλογή του από παλιά τσιπ μνήμης. Γρήγορα συνειδητοποίησε ότι αυτά τα τσιπ μπορούν να κάνουν πολύ περισσότερα από το να αποθηκεύουν δεδομένα. Αφού κατασκεύασε μια αναπτυξιακή πλακέτα για προγραμματιζόμενη λογική με βάση ένα μόνο τσιπ, αποφάσισε να δημιουργήσει έναν πλήρη επεξεργαστή χρησιμοποιώντας (E)EPROMs. Το αποτέλεσμα ήταν ένα κύκλωμα που εκτείνεται σε τέσσερις μεγάλες πλακέτες και ζυγίζει πάνω από μισό κιλό, ενώ η κατασκευή του απαίτησε εβδομάδες συγκόλλησης.

Η καρδιά του συστήματος: Η ALU

Η καρδιά του συστήματος είναι η **ALU** (Arithmetic Logic Unit), η οποία εκτελεί ένα σετ εντολών εμπνευσμένο από τον **Z80**, αλλά με βελτιστοποιήσεις και πρόσθετες λειτουργίες. Συγκεκριμένα, περιλαμβάνει νέες λειτουργίες για πολλαπλασιασμό, διαίρεση, λειτουργίες ροής bit, πιο προηγμένη μετατόπιση bit, καθώς και ένα ευρύ φάσμα μαθηματικών λειτουργιών, όπως εκθέτες, ρίζες και τριγωνομετρικές συναρτήσεις. Ο [MINT] έχει τεκμηριώσει όλα αυτά σε ένα καλοδιαμορφωμένο offline εγχειρίδιο, διαθέσιμο στο αποθετήριο GitHub του έργου.

Προγραμματισμός και δυνατότητες του EPROMINT

Αυτή τη στιγμή, ο προγραμματισμός για το CPU είναι δυνατός μόνο μέσω opcodes ή μιας προσαρμοσμένης μορφής assembly. Ωστόσο, υπάρχουν σχέδια για την ανάπτυξη ενός μεταγλωττιστή **C** για το σύστημα. Ακόμα και χωρίς τη δυνατότητα να γράφει σε υψηλότερου επιπέδου γλώσσα από την assembly, ο [MINT] κατάφερε να οδηγήσει μια οθόνη **VFD** με το EPROMINT, την οποία χρησιμοποίησε για να προβάλλει σκηνές από την ταινία The Matrix. Αυτό προσέφερε την ευκαιρία να επιδείξει βασικές μεθόδους αποσφαλμάτωσης, που περιλάμβαναν την απόρριψη και ανάλυση του περιεχομένου της μνήμης μετά από αποτυχημένη εκτέλεση προγράμματος.

Η χρήση τσιπ μνήμης ως λογικές πύλες

Η χρήση τσιπ μνήμης ως προγραμματιζόμενες λογικές πύλες είναι ένα ενδιαφέρον hack. Έχουμε δει Lisp προγράμματα να γράφονται για να διευκολύνουν αυτή τη διαδικασία. Φυσικά, αυτό δεν είναι ο πρώτος επεξεργαστής που έχουμε δει να κατασκευάζεται χωρίς τσιπ που προορίζονται για λογικές λειτουργίες. Αυτού του είδους οι καινοτομίες δείχνουν τη δημιουργικότητα και την εφευρετικότητα που μπορεί να προκύψει όταν οι περιορισμοί γίνονται κίνητρο για νέες λύσεις.

Ευχαριστούμε τον [Piotr] για την πληροφορία!