技术狂人用基本逻辑门做了个电脑

2021-12-12 14:00:21 来源: 半导体行业观察

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来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自hackster ，谢谢。

CPU 和 GPU 的发明意味着工程师现在可以设计大型、功能强大的计算机，且仅需要少量的外部电路和更少的组件数量，这开创了现代时代。但是，当尝试学习逻辑门如何执行数学和编程时，仅用基本芯片创建一台简单的计算机会很有用，这正是YouTube 用户 jdh决定做的。他的面包板 PC 称为 JDH-8，具有 8 位寄存器、16 位地址总线、256 个 I/O 端口和一个非常简单的 208x240px 图形处理器。也许最重要的是，它完全组装在 20 个面包板上，并带有大量跳线。

提出一个计划

在 jdh 开始布置他的小型计算机的电路之前，他首先必须提出一个详细的计划、原理图，并为构建选择最好的部件。CPU 基于加载-存储架构，这意味着它必须在执行操作之前将内存中的值加载到寄存器中。它还支持带有推送和弹出指令的硬件堆栈，以及大量的 ALU 操作。

为了存储操作数据，JDH-8 的 CPU 总共包含 8 个寄存器，其中最多 7 个可用于一般用途，最后一个用于存储 ALU 在操作后生成的状态标志。在内存方面，16KB ROM 保存程序，16KB 通用RAM，一个堆栈空间，以及三个保存堆栈指针、程序计数器和当前存储库的字。

示意图

随着理论设计在模拟器上运行之后，jdh 可以进入下一步：将其转换为硬件。该设计并没有为每个组件制作一个巨大的示意图，而是将设计拆分为可以相互交互而不会过于复杂的模块。并且不是为每个部分放置单独的晶体管，逻辑门、锁存器组、多路复用器和其他部分，以上都由单个符号表示，以便于使用。

一旦一切都经过虚拟设计、模拟并确认可以工作，原理图就被转换成一系列实际芯片，在它们之间用导线传输信号。

建造

每个模块都独立地布置在几个面包板上，以便进行测试。这包括将 IC 放置在中间并在正确的引脚之间运行跳线。总的来说，jdh 必须构建一个 ALU、寄存器文件、地址模块、I/O、指令计数器、控制信号，最后是迄今为止涉及最多的视频生成器。

测试

在花了无数个小时将 IC 连接在一起并测试模块之后，jdh 首次将它们连接在一起并通电。对他来说幸运的是，大部分指令都能正常工作，但试图在屏幕上显示图形却无法正常工作。8 小时、20 次尝试和几次修复之后，它终于成功并在屏幕上显示了字母“HI”和一张小小的笑脸。

如下所示，jdh 现在可以在屏幕上显示图像、进行一些数学运算并通过其 I/O 总线与其他设备交互。

项目的事后分析

尽管这个项目令人印象深刻并且运行正常，但 jdh 确实有一些他希望有所不同的东西。也就是说，硬件堆栈是不必要的，他的 ALU 设计被过度设计，并且加载存储架构被证明是笨拙的。但即使有这种小问题，小型计算机也能正常工作，看看它还能做些什么会很令人兴奋。

要查看有关其工作原理的更多信息， 您可以 点击下方文末“ 阅读原文 ”，查看 jdh 的源代码和设计文件，

*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第2886内容，欢迎关注。

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