mümkün olan en basit bilgisayar için bellek (Pi0K)

Mümkün olan en basit bilgisayarı kurmak istiyorum. Hız veya depolama umurumda değil, gerçekten yavaş hız ve düşük depolama sahip olmak büyük bir avantaj, çünkü transistörlerden (ideal olarak röleler!) İnşa etmek istiyorum ve her durum için bir LED istiyorum. Her saat döngüsünün yürütülmesini görebilmeniz için bir kamera barındıracak olan bir Ahududu Pi ile programlanacaktır (evet, GHz'de değil Hz'de çalışacaktır). Okulların parçaları satın alabilmesi, tasarımı anlayabilmesi ve geliştirebilmesi amacıyla açık bir tasarım olacaktır. Dolayısıyla toplam bütçe 400 £ 'un altında, tercihen yaklaşık 100 £ olmalıdır.

Bunu uzun yıllar boyunca araştırdım ve CPU için iyi fikirlerim var (minimum kayıtlar, DIP anahtarlarında mikro kod ve transistör sayısını azaltmak için bit seri mantık / aritmetik işlemler). Anlayamadığım şey hafızayı nasıl alacağım, 1024 ila 8096 bit istiyorum.

Gelebileceğim en iyi şey, 64 x 64 kapasitör ızgarasına erişim sağlayan iki adet 6 bitlik n kod çözücüdür. Ya içlerinde bir suçlama var ya da yok, ve okumak bu durumu pekiştirecektir. Bu 'DRAM'ın yenilenmesi sırayla veya dakikalar içinde olacağı için kapasitörlerde herhangi bir LED olmayacaktır (bu durum göstermemenin tek parçası olduğu için utanç vericidir).

Diğer fikirler arasında bir tür teyp sürücüsü (kompakt kaset mekanizması: büyük depolama, çok karmaşık, arayış yok), davul belleği (bir fasulye etrafındaki bant: mekaniği çalıştırmak için çok zor), mekanik bellek (bisiklet tekerleği ve bilyalı rulmanlar: çok fazla bit hatası), çekirdek bellek (büyük sert ferrit çekirdekler: gerekli ölçekte doğru almak için hala çok zor), teyp / kart (teyp okuyucularını satın alabilir miyiz), ikili düzende delikli delikli disk ve bazı manyetik depolama için bellek (inşa etmek için çok karmaşık).

Nihayetinde amaç, bir CPU ve belleğin tüm bölümlerinin 'görünür' olduğu bir okul yılında inşa edilebilecek bir tasarım yayınlamaktır ve böylece talimat getirme, mikrokodda kod çözme ve adres kod çözme / kayıt erişimi / mantığını görebilirsiniz. dakikalar içinde oluyor.

Herkes gerçekten ucuz bellek (<< £ 100) tam olarak nasıl çalıştığı hakkında fikirleri varsa o zaman lütfen bana bildirin.

Tony

PS'nin mevcut oyun durumu http://www.blinkingcomputer.org/ adresinde

Ayrık transistörler, IC'ler, röleler ve hatta vakum tüplerinden bilgisayarlar inşa eden birçok insan var. Bunlar 4-bit makinelerden 32-bit'e kadar değişir. Elbette 4-acı, inşa edebileceğiniz ve yapabileceğiniz en basit şey olacaktır. İlk mikroişlemci Intel'in 4-bit 4004'üydü .

Google'da " ev yapımı 4 bit bilgisayarları " (tırnak işaretleri olmadan) arayarak başlardım .

Transistörlü bir 4 bit bilgisayardan bir tahta:

Hafızaya gelince, aksi takdirde ayrık transistörler kullanan bu projelerden bazıları "hile" ve SRAM yongaları kullanıyor. Orta derecede bellek için inanılmaz derecede ucuzlar , 32KB $ 3.28 ve saat ve yenileme gerektirmiyor.

Bilgisayarınızın geri kalanı röleler kullansa bile, bellek için bunları kullanmak oldukça pahalı olacaktır.

1K bitlerle başa çıkabilirseniz, transistörlü parmak arası terliklerle bir tane oluşturabilirsiniz; 2048 2N3904'ler 3 ¢ mal olacak (toplam 60 $, artı daha ucuz olacak diğer bileşenler - 1/2 cent için direnç vb.). PCB'leri 10 $ karşılığında alabilirsin, sonra onları doldurması için bir çocuk kiralayabilirsin.

Röle bilgisayarları 1930'ların sonlarına kadar uzanır ve ilklerinden biri Harvard Mark I idi . Harvard mimarisi adının geldiği yer ( ikisini birleştiren von Neumann mimarisine kıyasla ayrı program alanı ve veriler ).

En ünlü ev demleme röle bilgisayarı Harry Porter tarafından inşa edilen bir bilgisayardır .

Çalışan bilgisayarın videolarına bakın. Bana eski bir elektromekanik telefon santralini hatırlatıyor.

İşte Zusie adlı başka bir ev demeti röle bilgisayarının bir kısmı :

Yanıp sönen ışıklar bir sürü.

Ve son olarak, 24 röleden oluşan 4 bitlik bir toplayıcının videosuna bir bağlantı . Bunun gibi toplayıcılar bir bilgisayardaki ALU'nun (aritmetik mantık birimi) kalbidir.

Basit bir bellek istiyorsanız , bir flip-floptan daha uzağa bakmayın . İki transistör ve dört dirençle, bir miktar belleğe sahip olabilirsiniz. Ayrıca, iki çapraz bağlı NOR geçidi ile bir flip-flop yapabilir veya zaten içinde bir sürü flip-flop bulunan bir IC satın alabilirsiniz.

Aslında, çok hızlı CPU önbelleği temelde CPU'ya entegre edilmiş bir grup parmak arası terliktir.

İnsan gözünün görebildiği her durum için LED'li eksiksiz bir bilgisayar sistemine sahip olmanın oldukça havalı olacağını kabul ediyorum .

TİM 8 röle bilgisayar 8 kapasitörler, 2 diyot ve RAM ana bellek (veri bellek), 12 bayt bayt başına bir SPDT röle kullanır. (Kayıtları eklerseniz TIM 8'in 16 bayt değişken belleği vardır).

TIM 8 röle bilgisayarı program belleği için delikli bant kullanır.

Bu diyotları LED'lerle değiştirmek mümkün mü, bu nedenle RAM baytına giren veya çıkan verileri gösteren kısa bir darbe var mı? Belki de sistem DRAM her bayt RAM'i tarayarak yeterince hızlı bir şekilde yenilenirse, o zaman her LED durumu bu LED'lerde görünür gibi görünebilir (teknik olarak herhangi bir anda sadece bir bayt LED etkinleştirilir). (Bu kapasitörlerden röle tabanlı kayıtlara veri yüklemek ve depolamak istiyorsak, bunların oldukça yüksek akım LED'leri olması gerekir).

Her bit depolama kapasitörüne bir direnç ve bir LED yerleştirmek mümkün mü, aynı anda her bit durumunu gösterir mi? (Kapasitörün verileri makul bir yenileme hızı için yeterince uzun süre tutmasını istiyorsak, bunlar oldukça düşük akım LED'leri ve fiziksel olarak büyük kapasitörler olmalıdır. Bazı LED'ler sadece 1 mA akımla kolayca görülebilir. 1 saniyelik bir yenileme ile aşağı akım donanımını şarj etmek için kapasitördeki 7 V'luk bir şarj yeterli olsa da, başlangıçta 12 V'a şarj edilmiş döngü ve (tahmin uyarıcı) kapasitörler, daha sonra kapasitör C ~ = i * t / V = ​​1 mA değerine ihtiyaç duyar * 1 s / (12 V - 7 V) = 200 uF.).

Bu, elbette, büyük ölçüde daha büyük olacak ve birleştirilmesi neredeyse tüm entegre devre tabanlı ana hafızalardan daha fazla alacaktır.

Neden sadece basit bir 8 bit CPU (örn. 6502) ve çok az miktarda bellek (CPU kayıtları, IC RAM ve çok az miktarda harici depolama (örneğin: FD, HD veya flash disk, vb.) Kullanmıyorsunuz? .) & sonra sadece slaytlarla aşağıdakileri açıklayın:

1. Donanım bileşenleri, alt bileşenler ve işlevleri
2. İşletim sistemi, sistem programları ve kullanıcı programları
3. Birlikte 2 sayı eklemek için basit bir program yükleyin ve yürütün, sonucu her bellek türünde saklayın ve video ekranında görüntüleyin.

Cihazı olabildiğince basit ve ucuz tutmak istiyorsanız, temel sisteminiz olarak bir mikro denetleyici geliştirme sistemi kullanın, hatta bir Arduino bile yeterince basit ve ucuzdur. Öğrencilerin hiçbiri basit bir röle veya vakum tüplü bilgisayar inşa etmeyecek - ne de gerçekten bunu yapmasını istememelisiniz. Programlamanın temel anlayışı için iyi bir kitap ve bir Arduino ile başlamalıdırlar. Daha sonra, harici cihazları okumak / kontrol etmek istiyorlarsa, belirli programlamaya veya mühendisliğe girebilirler.

Fikirler için düşünmeniz gereken iyi bir proje:
http://www.instructables.com/id/How-to-Build-an-8-Bit-Computer/?ALLSTEPS

Gizemli bir kara kutunun içine gizlenmek yerine, insan gözünün görebildiği her durum için LED'li eksiksiz bir bilgisayar sistemine sahip olmanın oldukça havalı olacağını kabul ediyorum.

Belki de STEbus (IEEE-1000 veri yolu) gibi daha fazla veya daha az standart bit paralel bellek veri yolu kullanmayı düşünebilirsiniz .

Verileri saklamak için 74HC273 veya 74LS373 veya 74HC564 gibi bir grup IC kullanmayı düşünebilirsiniz, böylece çip içindeki verilerin mevcut durumu paralel çıkış pimlerine bağlı LED'lerde her zaman görünür olur. Daha sonra veriyi veriyoluna yönlendirmek için sekizli 3 durumlu tamponlar (74HC241 veya 74LS245 gibi) veya bu paralel çıkış pimlerine bağlı olan muksiler kullanın. Birkaç tane N-dekoder çipi ve 8 bit depolama başına 2 çip ile sonuçlanırsınız. "Bu size ... RAM'in her baytında gerçekte hangi verilerin depolandığını görüntülemenizi sağlar." - Ayrık Bileşen RAM'li Pong Guy'ın SAP-1 Olabildiğince Basit . Jaromir'in Fourbit CPU'sundaki kayıtlar veya Kyle'ın 8 bit spagetti CPU'sundaki kayıtlar için aynı düzenleme kullanılır .

Mouser.com'dan şu anki (2016) fiyatlar, böyle bir düzenleme için adet 10'da yaklaşık 0.11 $ / bit (bir sekizli depolama mandalı artı 8 bit başına bir sekizli 3 durumlu tampon) ve adet 500'deki yeni LED'ler için 0.05 $ / bit. 2 ^ 9 bayt = 512 bayt = 2 ^ 12 bit = 4096 bit, bu (çok kabaca)

• LED'lerde 205 $
• Depolama ve tampon çiplerinde 450 $
• , $ ??? uygun depolama veya tampon çipini seçmek için 1-N-dekoder çipleri; panoların maliyeti, tel, işçilik vb.

Belki de (çok kabaca) 64 bayt veri belleği (Atmel ATTINY13 veya Microchip PIC16F570 ile aynı miktarda veri belleği) yaklaşık 90 $ (150 $ = 100 £ bütçenize sığabilecek) için oluşturabilirsiniz.

Tüm bu depolama ve tampon yongalarını ve kod çözücü yongalarının çoğunu, 10 dolardan daha düşük bir fiyata çok daha fazla depolama alanı sağlayan hazır 32Kx8 paralel SRAM yonga ile değiştirmenin neden cazip olduğunu görebilirsiniz. (Birlik AS6C1008-55PCN, Selvi CY7C199CN-15PXC, vb.)

Bu nedenle, küçük Nibbler 4 Bit CPU'dan etkileyici RC-3 Röle Bilgisayarına kadar ev yapımı CPU'ların çoğu http://www.computerculture.org/2012/09/rc-3-relay-computer/ http: / /www.computerculture.org/projects/rc3/ , ana bellek için bir kara kutu SRAM çipine bağlanır .

Standart bir bellek veri yolu gibi bir şeyle, belki de aynı anda CPU'ya bağlı birkaç farklı bellek kartına sahip olabilirsiniz:

• Birkaç bayt tamamen görünür değişken depolama ve birkaç bayt tamamen görünür sabit kablolu program ROM, ki bu bazı ilginç demo programları için yeterli olmalıdır.
• Programları veya verileri veya her ikisini birden tutmak için zaman zaman takılabilen bir SRAM yongası, bunları saklamak için henüz tamamen görünür bir bellek oluşturmadıysanız.

İşte size değerli olabilecek benzer bir proje için başka bir öneri - bir Turing Makinesi inşa edin.Mümkün olan en basit bilgi işlem makinesi hakkında