如何用面包板设计出自己的CPU?

从无到有(make something from scratch)一直是工程师的浪漫,例如自行调配出操作系统、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 就在免焊万用电路板(俗称面包板)上,以跳线实做出自己设计的 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 led 灯以二进位表示)、演奏音阶、演奏走音的马里奥兄弟主题曲。
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。
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 印刷电路板印制、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。


讯飞智能学习机兼具颜值与实力,辅导孩子学习的好帮手
荣耀手环4简评 帮助你监测信息状态的一大利器
CMET2009中国国际医疗电子技术大会盛况空前
USB频谱分析仪基础知识
中国成为全球最大的5G市场
如何用面包板设计出自己的CPU?
超轻薄的VR眼镜Pareal VR Glasses正式发布
DSC:一种强大的材料表征技术
Avido发布无线充电电池组 摆脱线缆随走随充
供应链管理系统的优点是怎样的
英特尔宣布进军汽车AI芯片市场
高速数据采集神器来袭!Teledyne FLIR Forge-5G 24M相机助力工业成像应用
接地和接零的目的、作用及其区别概述
防爆灯的作用
110V转15V5V 1A 控制电源芯片-AH8619SA
三星为何放弃11年的燃料电池而转向锂电池?
电视还有新玩法?海尔电视四大场景一屏多体验
听懂声音——ADI公司的人工智能如何大幅延长设备的正常运行时间
哈佛结构的特点_改进型哈佛结构特点
联想Z5s性能强悍的同时还兼具颜值杀 首销火爆程度超乎想象