这种古法制作CPU,看第一眼就被震撼到了

程序员书库 2021-02-25 18:14

来源:中国半导体论坛(ID:CSF211ic)

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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?


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。


对于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或者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,今天我们认为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。