8-Bit Computer sa isang Pangkalahatang-ideya ng Breadboard: 3 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Ang layunin ko para sa proyektong ito ay upang mabuo ang isang mas mahusay na pag-unawa sa arkitektura ng computer, disenyo ng hardware, at mga wika sa antas ng pagpupulong. Bilang isang Junior sa unibersidad na nag-aaral ng computer engineering, kamakailan-lamang ay nakumpleto ko ang mga kurso sa electronics, mga lab na nagpapakilala sa akin sa wika ng pagpupulong, at arkitektura ng hardware. Sa pagtanggap ng isang pagpapakilala sa mga paksang ito, nais kong dagdagan ang aking pag-unawa sa mga finer na detalye sa lahat ng tatlong mga kurso, at anong mas mahusay na paraan upang malaman kaysa sa pagtatrabaho sa isang proyekto?

Ang aking orihinal na hangarin ay ganap na tipunin ang 8-Bit computer na ito gamit ang mga video sa panayam na ibinigay sa youtube channel ni Ben Eater, na gumagawa ng isang kamangha-manghang trabaho ng pagkasira ng proseso ng disenyo sa isang solidong halo ng materyal na natakpan ko at mga aspeto na dapat ko pa matuto Dahil mayroon na akong pangunahing pagkaunawa sa disenyo ng kombinatoriko at pangunahing lohika sa electronics, nais kong hamunin ang aking sarili sa pamamagitan ng pagsubok na disenyo at pagbuo ng mga bahagi ng computer pagkatapos ng mga pangkalahatang ideya ng disenyo, ngunit hindi pinapanood ang mga tagubilin sa gusali. Sa buong proyekto, ang aking hangarin ay upang malaman at pagbutihin ang aking pag-unawa nang higit pa sa bumuo ng isang bagong bagay, kaya't sa bawat hakbang ng proyekto, gumawa ako ng kaunting pagbabasa mula sa mga online na artikulo at forum sa bahagi ng arkitektura, at pangunahing mga kombensyon na ginamit para sa bawat isa sa kanila

Hakbang 1: Magsasaliksik Sa Daan

Ang proyektong ito ay talagang nakakuha sa akin ng pagbabasa ng higit sa inaasahan ko. Ang isa sa aking pangunahing diskarte sa bawat sangkap ay upang mabasa ang isang pangkalahatang ideya mula sa isang online forum o artikulo, panoorin ang mga lektura mula sa mga video ni Eater, at subukang idisenyo ang aking sariling bahagi bago ang pagbuo, pagsubok, at karamihan sa oras na kailangan upang i-scrap ito para sa isang mas maraming gabay na diskarte mula sa channel ni Eater. Ang isang halimbawa nito ay noong itinatayo ko ang bahagi ng ALU ng PC. Habang pinapanood ko ang mga video ng disenyo, nagbasa ako ng mga artikulo sa mga bahagi ng maliit na tilad na may mas mataas na pag-andar at nagpapalitaw ng mga input na magpapahintulot sa paglipat ng mga uri ng tagubilin at pag-invert ng mga input sa pandagdag ng 2 sa loob. Gayunpaman, bago bilhin ang mga ginagawang mas madaling chip na ito, sinuri ko ang diskarte sa disenyo na pinag-usapan ni Ben Eater sa kanyang mga video, na may paghahalo ng mga adder at XOR logic gate upang madagdagan ang pag-andar sa ALU module nang hindi nangangailangan ng mas mataas na mga chips ng gastos. Ginawa kong pahalagahan ang paggamit ng discrete lohika at ang pagkakagamit nito sa disenyo ng computer, at alamin ang iba't ibang mga diskarte sa mga bahagi ng pagbuo. Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga mas mababang antas ng chips sa breadboard, natutunan ko rin ang ilang mga pangunahing katangian ng arkitektura na ginamit sa loob ng ALU, na nagpataas ng aking pag-unawa sa sangkap ng pagpapatupad na ito sa PC.

Ang isa pang pangunahing sangkap na natutunan ko tungkol sa ay ang paggamit ng mga transceiver, na kilala rin bilang mga buffer. Bago lumalim sa proyekto, naisip ko na simpleng gaganain ko at i-deactivate ang iba`t ibang mga bahagi gamit ang mga signal ng kontrol, ngunit mabilis na natagpuan sa buong mga artikulo na kailangang magamit ang mga buffer upang magamit nang maayos ang arkitekturang istilong Von-Neuman na ito. Dahil ang computer ay gumagamit ng isang nakabahaging bus para sa data upang maglakbay sa pagitan ng magkakaibang mga module sa PC, ang pagsabay ng mga pag-ikot ay idinidikta ng orasan. Gayunpaman, pinapayagan ang mga tindahan at pag-load na maganap nang hindi makagambala sa magagamit na data sa bus, nalaman kong ang mga transceiver ay mahalaga upang kumilos bilang mga pintuang-daan, na nangangailangan ng isang paganahin ang signal upang payagan ang data na dumaloy sa bus sa isang napapanahong paraan. ang kakayahan sa pagbasa ay hindi mahirap maintindihan, dahil ang mga wire ay palaging hawak ang mga halaga sa bus, ngunit ang paggamit ng wastong halaga ay nangangahulugang pinapagana ang mga rehistro na hawakan ang bagong halaga.

Ang isang panghuling takeaway mula sa pagsasaliksik sa buong proyektong ito ay ang pag-unawa sa mga pagkakaiba-iba ng detalye sa pagitan ng mga chips na magkatulad. Kadalasan nakakakita ako ng mga chips na may parehong mga halaga ng ID ngunit magkakaibang mga titik ng tagapaglarawan tulad ng LS at HC. Ang natutunan ko ay hindi ito simpleng pagmamanupaktura ng mga label, kundi pati na rin ang pagtutukoy ng tiyempo at kapangyarihan tungkol sa mga chips. Sa kabutihang palad dahil ang aking computer ay gumagamit ng medyo mababang antas, mataas na mga sangkap ng pagpapaubaya, hindi ko na kailangang mag-alala tungkol sa pagtutugma ng maraming mga detalye, ngunit sa mas mataas na antas ng disenyo, natutunan ko na ang mga bagay tulad ng bilis ng orasan at pagguhit ng kuryente ay kritikal sa tagumpay o pagkabigo ng elektronikong disenyo

Hakbang 2: Mga Nahihirapang Nakatagpo

Mabilis na mabilis sa proyekto nakapag-disenyo ako ng mga simpleng sangkap tulad ng orasan para sa pagsasabay sa mga proseso, at pangunahing arkitektura ng memorya, ngunit ang pag-order ng mga bahagi sa tabi ng isang mabibigat na kurso na kurso ay naging mahirap na maglaan ng oras sa labas sa proyekto, na ibabalik sa akin iskedyul para sa pagkumpleto. Matapos ang aking unang malaking kabiguan mula sa paghihintay na maghintay ng isang linggo para dumating ang mga bahagi, natapos ko ang pagtabi sa karagdagang mga pagkaantala sa pamamagitan ng pag-order ng lahat ng mga bahagi na naisip kong kakailanganin kong kumpletuhin ang proyektong ito, na naging kapaki-pakinabang dahil hindi ko na naharap ang mga pagkaantala hanggang sa mai-publish ito. Matapos malaman ang ilang pangunahing mga diskarte sa pag-debug din, sinimulan kong hindi pansinin ang ilang pagpupulong na nangangahulugang kailangan kong bumalik at muling manuod ng mga video upang mahuli ang aking mga pagkakamali, na karaniwang humantong sa paghiwalay ng karamihan sa isang board. Wala itong shortcut. Nalaman ko ang halaga sa pagsuri sa iyong pag-unlad sa pagbuo ng anumang elektronikong aparato. Sa pamamagitan ng pag-debug ng bawat board sa daan, nakapagpatuloy ako sa pagsasama-sama ng mga ito nang may higit na kumpiyansa, pagkatapos ay ang pag-debug ng mga pinagsamang board ay naging mas madali.

Hakbang 3: Mga Nakamit at Pagninilay

Sa kabuuan, kasalukuyang nakumpleto ko ang orasan, opcode at counter ng programa, unit ng ALU, mga rehistro ng rs rt at rd, at ang RAM. Bukod sa kakailanganin upang makumpleto ang bus at mga peripheral upang makumpleto ang proyektong ito, natutunan ko ang isang malaking halaga tungkol sa arkitektura ng computer, na inaasahan kong magpatuloy sa aking mga eleksyon sa nakatatandang taon, kumukuha ng kurso sa arkitektura ng computer.

Ibinigay ng M5 ang lahat ng kinakailangang mga tool para magtrabaho ako sa aking proyekto, at ang mga sangkap ay napakahusay na inilatag sa mga dingding ng mga bahagi, kaya't alam kong maaga sa mga bahagi na kailangan ng pag-order at kung ano ang hindi maibibigay. Kung ang isa pang mag-aaral ay nais gawin ang proyektong ito, tiyak na mapapansin ko na ang proyektong ito ay tumatagal ng maraming oras kung sinusubukan mong maunawaan ang lahat ng nangyayari sa computer. HINDI MAHIRAP ito, ngunit nangangailangan ito ng pangangalaga kung nais mong matagumpay itong gumana. Masidhing inirerekumenda kong dumaan sa playlist ng video sa youtube channel ni Ben Eater upang maunawaan ang lahat ng mga bahagi na kailangan mong gamitin upang hindi ka mahuli sa oras kung hindi mo plano na magdisenyo ng iyong sariling diskarte. Dahil binili ko ang karamihan sa mga bahagi na plano kong dalhin ito sa akin upang makumpleto sa sarili kong oras, ngunit magiging cool na ibigay ito upang payagan ang isa pang mag-aaral na kumpletuhin ito, na nangangahulugang magaan na pagkakalantad sa disenyo ng mga natitirang bahagi, ngunit isang malaking pagtuon sa wika ng pagpupulong, na sa kabutihang palad ay nakapagtrabaho ako sa ibang mga klase