Breadboardda 8 Bitlik Kompüterə Baxış: 3 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:46

Bu layihə üçün məqsədim kompüter arxitekturası, hardware dizaynı və montaj səviyyəsi dillərini daha yaxşı başa düşmək idi. Universitetdə kompüter mühəndisliyi ixtisası üzrə təhsil almışam, bu yaxınlarda elektronika, montaj dili ilə tanışlıq laboratoriyaları və aparat memarlığı kurslarını bitirmişdim. Bu mövzulara giriş əldə edərkən, hər üç kursda daha incə detallar haqqında anlayışımı artırmaq istədim və bir layihə üzərində çalışmaqdan daha yaxşı öyrənmək üçün hansı yol var?

Orijinal niyyətim, dizayn prosesini əhatə etdiyim materialın möhkəm bir qarışığına və hələlik açmadığım cəhətlərə birləşdirmək üçün fantastik bir iş görən Ben Eater-in youtube kanalında təqdim olunan mühazirə videolarını istifadə edərək bu 8 Bitlik kompüteri tam yığmaq idi. öyrənmək. Kombinator dizaynı və elektronikanın əsas məntiqi ilə bağlı əsas anlayışa malik olduğumu nəzərə alaraq, dizaynın icmalından sonra kompüterin hissələrini dizayn etməyə və qurmağa çalışaraq özümü sınamaq istədim. Layihə boyunca məqsədim yeni bir şey qurmaqdan daha çox anlayışımı öyrənmək və inkişaf etdirmək idi, buna görə də layihənin hər bir mərhələsi ərzində komponentlərin memarlığı ilə bağlı onlayn məqalələrdən və forumlardan və hər biri üçün istifadə olunan əsas konvensiyalardan bir az oxudum. onlardan.

Addım 1: Yolda Araşdırma

Bu layihə həqiqətən gözlədiyimdən daha çox oxumağa səbəb oldu. Hər bir komponentə əsas yanaşmalarımdan biri, onlayn bir forumdan və ya məqalədən ümumi bir məlumat oxumaq, Yeyənlərin videolarından mühazirələri izləmək və qurmadan, sınamadan və çox vaxt onu silməkdən əvvəl öz hissəmi hazırlamağa çalışmaq idi. Eater kanalından daha çox istiqamətləndirilmiş yanaşma. Bunun bir nümunəsi, PC -nin ALU komponentini qurduğum vaxt idi. Dizayn videolarını seyr edərkən, təlimat növlərinin dəyişdirilməsinə və girişlərin daxilində 2 -ci tamamlayıcıya çevrilməsinə imkan verən daha yüksək funksionallıq və tetikleyici girişləri olan çip komponentləri haqqında məqalələr oxudum. Ancaq bu asanlaşdırıcı çipləri almadan əvvəl, Ben Eater-in videolarında danışdığı dizayn yanaşmasını, ALU modulundakı funksionallığı artırmaq üçün əlavə xərclər və XOR məntiq qapıları ilə birlikdə daha yüksək qiymətə ehtiyac duymadan dizayn yanaşmasını nəzərdən keçirdim. Bu, diskret məntiqin istifadəsini və kompüter dizaynına tətbiq olunmasını qiymətləndirməyimə və komponentlərin qurulmasına fərqli yanaşmalar öyrənməyimə səbəb oldu. Çörək lövhəsində aşağı səviyyəli çipləri birləşdirərək, ALU -da istifadə olunan bəzi əsas memarlıq xüsusiyyətlərini də öyrəndim ki, bu da PC -də bu icra komponenti haqqında anlayışımı artırdı.

Öyrəndiyim başqa bir əsas komponent, tamponlar olaraq da bilinən ötürücülərin istifadəsi idi. Layihəyə daha dərindən girməzdən əvvəl, idarəetmə siqnallarından istifadə edərək fərqli komponentləri aktivləşdirib deaktiv edəcəyimi düşündüm, ancaq məqalələrdə tez bir zamanda bu Von-Neuman üslublu arxitekturanın düzgün işləməsi üçün tamponlardan istifadə edilməli olduğunu tapdım. Kompüter, məlumatların PC -dəki fərqli modullar arasında hərəkət etməsi üçün ortaq bir avtobus istifadə etdiyindən, dövrlərin sinxronizasiyası saat tərəfindən diktə edildi. Bununla birlikdə, avtobusda mövcud olan məlumatlara müdaxilə etmədən mağaza və yüklərin meydana gəlməsinə icazə verərək, qəbuledicilərin məlumatların avtobusa vaxtında axmasına imkan verən aktivləşdirici siqnal tələb edərək qapı kimi fəaliyyət göstərməsinin vacib olduğunu gördüm. oxuma qabiliyyətini başa düşmək o qədər də çətin deyildi, çünki tellər həmişə avtobusdakı dəyərləri saxlayırdı, lakin düzgün dəyərdən istifadə etməklə qeydlərin yeni dəyəri saxlamasına imkan verirdi.

Bu layihə boyunca edilən araşdırmalardan bir son nəticə, oxşar olan çiplər arasındakı xüsusiyyət fərqlərini anlamaq idi. Çox vaxt eyni identifikasiya dəyərlərinə malik fişlər tapırdım, lakin LS və HC kimi fərqli təsvir məktubları. Öyrəndiyim şey, sadəcə etiket istehsal etmək deyil, həm də çiplər haqqında vaxt və güc spesifikasiyaları idi. Şükürlər olsun ki, kompüterim kifayət qədər aşağı səviyyəli, yüksək dözümlülük komponentlərindən istifadə etdiyi üçün bir çox xüsusiyyətlərə uyğun olmaqdan narahat olmağa ehtiyac duymadım, amma daha yüksək səviyyəli dizaynda, saatın sürəti və güc çəkmə kimi şeylərin elektronikanın uğuru və ya uğursuzluğu üçün vacib olduğunu öyrəndim. dizayn

Addım 2: Qarşılaşılan Çətinliklər

Layihəyə kifayət qədər tez daxil olaraq, proseslərin sinxronizasiyası üçün zamanlama saatı və əsas yaddaş arxitekturası kimi sadə komponentlər hazırlaya bildim, ancaq ağır bir kurs semestrinin yanında hissələr sifariş etməyim, layihəyə kənar vaxt ayırmağı çətinləşdirdi və məni yenidən işə saldı. tamamlanma cədvəli. Parçaların gəlməsi üçün bir həftə gözləməyə ehtiyac duyduğum ilk böyük uğursuzluqdan sonra, bu layihəni tamamlamağım lazım olduğunu düşündüyüm bütün hissələri sifariş edərək, sonrakı gecikmələri bir kənara qoyub sona çatdım, çünki bu nəşr olunana qədər gecikmələrlə üzləşmədim.. Hata ayırmağın bəzi əsas yanaşmalarını öyrəndikdən sonra, səhvlərimi başa düşmək üçün geri qayıtmaq və videoları yenidən izləmək lazım olan bir məclisi gözdən qaçırmağa başladım ki, bu da adətən bir lövhənin çox hissəsinin ayrılmasına səbəb oldu. Bunun qısa yolu yox idi. Hər hansı bir elektron cihaz qurma tərəqqinizi yoxlamağın dəyərini öyrəndim. Yol boyunca hər bir lövhəni düzəltməklə, onları daha inamla birləşdirməyə davam edə bildim, sonra birləşdirilmiş lövhələri düzəltmək daha asan oldu.

Addım 3: Nailiyyətlər və Düşüncə

Ümumiyyətlə, hazırda saatı, kod kodunu və proqram sayğacını, ALU vahidini, rs rt və rd qeydlərini və RAM -ı tamamladım. Bu layihəni başa çatdırmaq üçün avtobusu və ətraf qurğuları tamamlamalı olmağımdan başqa, kompüter memarlığı kursunu keçərək, birinci kurs seçmə kurslarımda da davam etdirməyi ümid etdiyim kompüter arxitekturası haqqında çox şey öyrəndim.

M5, layihəm üzərində işləməyim üçün lazım olan bütün vasitələri təmin etdi və komponentlər hissə divarları boyunca çox yaxşı qurulmuşdu, buna görə sifariş verməli olan hissələri və nəyin paylanacağını çox erkən bilirdim. Başqa bir tələbə bu layihəni öz üzərinə götürsəydi, mütləq qeyd edərdim ki, kompüterdə baş verən hər şeyi anlamağa çalışırsınızsa, bu layihə çox vaxt aparır. Çətin deyil, amma müvəffəqiyyətlə işləməsini istəyirsinizsə, qayğı tələb edir. Ben Eater -in youtube kanalındakı video çalğı siyahısından keçməyi məsləhət görürəm ki, öz yanaşmanı tərtib etməyi planlaşdırmırsansa vaxtında geri qalmamaq üçün istifadə etməli olduğun bütün hissələri başa düş. Əksər hissələri aldığım üçün öz vaxtımda tamamlamağı özümlə aparmağı planlaşdırıram, amma başqa bir tələbənin tamamlamasına icazə vermək üçün təhvil verməyim yaxşı olardı ki, bu da qalan hissələrin dizaynına yüngül məruz qalma deməkdir., amma xoşbəxtlikdən digər dərslər zamanı üzərində işləməli olduğum montaj dilinə böyük diqqət yetirirəm