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如何古法制作CPU !

发布时间:2020-01-14 02:45:33

无到有(make something from scratch)一直是工程师的浪漫,例如自行调配出、自己写系统核心等(如 Linux)。然而在家从无到有打造出“一颗”CPU 就没听过了吧?最近有一位 YouTuber 就在免焊万用(俗称面包板)上,以跳线实做出自己设计的 CPU。


如何古法制作CPU !


CPU(中央处理器),这么一小颗神奇的高科技黑方块,是现代电脑的核心元件,大多数电脑设备都是 64 位 CPU,技术层次之深、设计之复杂,要从无到有重新设计、打造出全新的 CPU 谈何容易?1970 年代个人电脑刚萌芽时期的 Intel 8008、Zilog Z80 等 8 位处理器相对单纯原始,应该比较容易做得到吧?尽管如此,从无到有开发出一个新的 8 位 CPU 也不是容易事。


不是 AMD、Intel、ARM 等大公司,自己打造 CPU 有可能吗?YouTuber 保罗·君士坦丁(Paulo Constantino )就向大家证明了这并非办不到的事。他在自己的 Github 进行名为 Dreamcatcher 的完全自行开发电脑计划──把电脑里每个必要元件都重新设计、手工做出来。


对未受过训练的人来说,君士坦丁的 CPU 作品看起来就像板子上一团又一团的电线。他的作品基于 74HC 系列的 CMOS 积体电路,插在面包板上用电线跳接起来,他花了两天时间画电路图、一个星期时间实际制作。目前还很简陋,编写程序需要用 DIP 开关进行,根据影片,目前只运作过简单程序:从 0 记数到 255(用一排 8 个 灯以二进位表示)、演奏音阶、演奏走音的马里奥兄弟主题曲。


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简陋归简陋,不过影片拍摄的时候是 8 位,现在已经进化到 16 位,一共拥有 256 道指令的指令集(instructions),现在还做好了简单的 BIOS(基本输入输出系统),当然又是另外一团电线乱乱的面包板。谢天谢地,终于可以输出画面到屏幕上了,君士坦丁的下一个目标就是再做好连接键盘的功能,这样写程序就方便多了,最终目标又能运作 MS-DOS 或 Minix 系统。


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这样用面包版绕线做 CPU 原型简直就像愚公移山,不过今日我们认为 PCB 印制、硬件描述语言(Verilog VHDL)、FPGA(可程序化的积体电路)技术是理所当然,而 1980 年以前,还没有这些技术,CPU 原型就是如此打造。一位矢志从无到有重造轮子的自造者,自然要用古法来制作 CPU 原型啰。


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