memoria del equipo posible más simple (Pi0K)

Question

Me gustaría construir la más simple posible equipo. No me importa acerca de la velocidad o de almacenamiento, de hecho, tienen baja velocidad y el almacenamiento es una gran ventaja, ya que quiero construir fuera de los transistores (idealmente relés!) y quiero un LED para cada estado. Va a ser programado a través de una Raspberry Pi, que será el anfitrión de una cámara de modo que usted puede ver cada ciclo de reloj de ejecución (sí, se va a ejecutar en Hz no GHz). Va a ser un diseño abierto con la intención de que las escuelas pueden comprar las partes, comprender y mejorar el diseño. Así que el total de presupuesto debe estar muy por debajo de £400, preferiblemente de alrededor de £100.

He investigado a lo largo de muchos años y tiene buenas ideas para la CPU (un mínimo de registros, microcódigo en los interruptores DIP y bits en serie lógica/aritmética de las operaciones para reducir la cantidad de transistores). Lo que no puedo entender es cómo conseguir la memoria, me gustaría 1024 a 8096 bits.

La mejor que se me ocurre es que dos de 6 bits de n decodificadores que da acceso a 64 x 64 de la cuadrícula de condensadores. Ya sea que tienen un cargo en ellos o no, y la lectura se refuerzan ese estado. No habría LEDs en los condensadores como la actualización de este "DRAM" sería en el orden o minutos (lo cual es una pena, ya que esta sería la única parte que no muestran el estado).

Otras ideas incluyen algún tipo de unidad de cinta (compact cassette mecanismo: gran almacenamiento, demasiado complejo, no buscar), memoria de tambor (cinta adhesiva alrededor de un bean puede: demasiado duro para conseguir la mecánica de trabajo), memoria mecánica (bicicleta ruedas y rodamientos de bolas: demasiados errores de bits), el núcleo de la memoria (disco duro de gran tamaño núcleos de ferrita: siendo muy difícil de conseguir en la escala necesaria), cinta/tarjeta (¿se puede comprar la cinta de lectores), la rotación del disco con agujeros perforados en orden binario y algunos magnético de memoria para el almacenamiento (demasiado complejo para construir).

En última instancia, el objetivo es publicar un diseño que se pueden construir en un año escolar, donde todas las partes de una CPU y la memoria son "visibles" y entonces usted puede ver la instrucción fetch, decode para microcódigo, y la dirección de decodificación/registro de acceso/lógica que está sucediendo en el transcurso de los minutos.

Si alguien tiene ideas para realmente barato de memoria (<<£100) donde está claro exactamente cómo funciona, a continuación, por favor, hágamelo saber.

Tony

Answer 1

Hay muchas personas que se han construido equipos de discretos transistores, circuitos integrados, relés, e incluso tubos de vacío. Que van desde los 4 bits de máquinas de todo el camino hasta 32 bits. El 4-bitter, por supuesto, será la más simple que se puede construir y hacer cualquier cosa. El primer microprocesador fue el Intel de 4 bits, el 4004.

Me gustaría empezar por buscar en Google por "home-brew 4 bits de los ordenadores" (sin las comillas).

He aquí un consejo de un transistor de 4 bits en equipo:

Tan lejos como la memoria se va, algunos de estos proyectos, que de otra manera están utilizando discretos transistores de "trampa" y el uso de SRAM fichas. Ellos son increíblemente barato para cantidades moderadas de memoria de 32 kb es de $3.28 y no requiere de relojes y no actualizar.

Incluso si el resto de su equipo utiliza relés, utilizando para la memoria va a ser prohibitivamente caro.

Si usted puede conseguir con 1K de bits, usted podría construir uno con transistorizada flip-flops; 2048 2N3904 del costo de 3 centavos cada uno, ($60 altogether, plus the other components which will be even cheaper -- resisters for 1/2 a cent etc). You can get PCB's made for $10 cada uno, a continuación, contratar a un chico para rellenarlos.

Relé de equipos fecha todo el camino de regreso a finales de la década de 1930, y uno de los primeros fue el Harvard Mark I. Es donde el nombre de Harvard la arquitectura viene (programa independiente del espacio y de datos, en comparación con el de von Neumann la arquitectura que combina los dos).

El más famoso home-brew relé equipo es uno construido por Harry Porter.

Echa un vistazo a los videos de la computadora funcionando. Me recuerda a un viejo electromecánico de la central telefónica.

Aquí está una parte de otro home-brew relé equipo llamado Zusie:

Un montón de luces parpadeantes.

Y finalmente, aquí hay un enlace a un vídeo de 4 bits sumador, compuesto de 24 de relés. Complementos como este son el corazón de la ALU (arithmetic logic unit) en un equipo.

Answer 2

Si desea simple memoria, entonces no busque más allá de un flip-flop. Con dos transistores y cuatro resistencias, usted puede tener un poco de memoria. Usted también puede hacer un flip-flop con dos acoplada en cruz, NI puertas, o simplemente comprar un IC con un grupo de flip-flops en ella ya.

De hecho, el rápido caché de CPU , es básicamente un grupo de flip-flops, integradas en la CPU.

Answer 3

Estoy de acuerdo en que sería muy bueno para tener un equipo completo del sistema con un LED para cada bit de estado, visible para el ojo humano.

El TIM de 8 relés equipo utiliza 8 condensadores, 2 diodos y un relé SPDT por byte en sus 12 bytes de memoria RAM la memoria principal (memoria de datos). (La de TIM 8 tiene 16 bytes de la variable de memoria si se incluyen los registros).

El TIM de 8 relés equipo utiliza el punzón de la cinta para su memoria de programa.

Es posible sustituir los diodos Led, así que hay un breve pulso de mostrar los datos que va dentro o fuera de un byte de RAM? Tal vez si el sistema de actualización de la memoria DRAM con la suficiente rapidez, escaneo a pesar de todos los bytes de RAM, a continuación, cada uno de los bits de estado parece ser visibles en los LEDs (aunque técnicamente sólo un byte de Led se activa en cualquier instante). (Los que tendría que ser bastante alta corriente de los LEDs si queremos CARGAR y ALMACENAR los datos de los condensadores en función de retransmisión de los registros).

Es posible poner una resistencia y un LED a través de cada uno de los bits de condensador de almacenamiento, verdaderamente mismo tiempo que muestra cada uno de los bits de estado? (Los que tendría que ser bastante baja corriente de los LEDs y físicamente grandes condensadores si queremos que el condensador para almacenar los datos de tiempo suficiente para una razonable tasa de actualización. Algunos de los LEDs puede ser visto fácilmente con sólo 1 mA de corriente. Con un 1 segundo ciclo de actualización y (guesstimating) condensadores inicialmente cargado a 12 V aunque (guesstimating) un cargo de 7 V en el capacitor es suficiente para cargar la bajada de hardware, a continuación, el condensador debe una calificación de C ~= i*t/V = 1 mA * 1 s / (12 V - 7 V) = 200 uF. ).

Esto, por supuesto, ser inmensamente más grandes y tienen más mano de obra humana para ensamblar de casi cualquier circuito integrado basado en la memoria principal.

Answer 4

Estoy de acuerdo en que sería muy bueno para tener un equipo completo del sistema con un LED para cada uno de los bits de estado, visible para el ojo humano, en lugar de ocultar en el interior de una misteriosa caja negra.

Usted podría considerar el uso de más o menos estándar de bits del bus de memoria paralelo -- quizás algo como STEbus (IEEE-1000 bus).

Usted podría considerar el uso de un montón de ICs como 74HC273 o 74LS373 o 74HC564 para almacenar los datos de forma que el estado actual de los datos en el chip está siempre visible en LEDs conectados al puerto paralelo-pines de salida. A continuación, utilice octal 3-estado de los buffers (tales como la 74HC241 o 74LS245) o une, también conectado a aquellos paralelo pines de salida, para canalizar los datos en el bus. Usted termina para arriba con un par de one-of-N decodificador y 2 fichas por cada 8 bits de almacenamiento. "Esto le permite a usted... a ver qué datos se almacenan realmente en cada uno de los bytes de RAM." -- Pong Chico SAP-1 Simple como sea Posible Equipo con Componente Discreto de RAM. La misma disposición se utiliza para los registros Jaromir del Fourbit de la CPU o de los registros en el Kyle de 8 bits de espagueti de la CPU.

Actual (2016) precios de Mouser.com se acerca $0.11/bit in qty 10 for such an arrangement (one octal storage latch plus one octal 3-state buffer per 8 bits), and $0.05/bits para los nuevos LEDs en la cantidad de 500. Para 2^9 bytes = 512 bytes = 2^12 bits = 4096 bits, que es (a grandes rasgos)

• $205 en LEDs
• $450 en el almacenamiento y chips de búfer
• $??? el 1-de-N decodificador para seleccionar el apropiado almacenamiento en búfer o chip; el costo de la madera, alambre, mano de obra, etc.

Tal vez usted podría construir (muy aproximadamente) de 64 bytes de memoria de datos (la misma cantidad de memoria de datos como un Atmel ATTINY13 o un Microchip PIC16F570) aproximadamente $90 ( which may fit within your $150 ~= £100 presupuesto).

Usted puede ver por qué es tentador para reemplazar todos los de almacenamiento y chips de búfer y la mayoría de los decodificador con un off-the-shelf 32Kx8 paralelo SRAM chip dar mucho más espacio de almacenamiento por menos de $10. (Alianza AS6C1008-55PCN, Ciprés CY7C199CN-15PXC, etc.)

Esta puede ser la razón por la mayoría de los home-brew Cpu, desde la pequeña Nibbler 4 Bits de la CPU a la impresionante RC-3 Relé Equipo http://www.computerculture.org/2012/09/rc-3-relay-computer/ http://www.computerculture.org/projects/rc3/ , están conectados a una caja negra SRAM chip de memoria principal.

Con algo así como un estándar de bus de la memoria, tal vez usted podría tienen varias tarjetas de memoria conectada a la CPU al mismo tiempo:

• Un par de bytes de completamente visible de almacenamiento de variables, y un par de bytes de completamente visible hard-wired programa de la ROM, lo que debería ser suficiente para algunos de los interesantes programas de demostración.
• Un SRAM chip que puede ser ocasionalmente enchufado para la celebración de los programas o de datos o ambos cuando todavía no se ha construido completamente visible memoria para almacenarlos.

Answer 5

Por qué no simplemente usar un simple 8 bits de la CPU (por ejemplo, 6502) y una muy pequeña cantidad de memoria (registros de la CPU, IC de memoria RAM, y una cantidad muy pequeña de almacenamiento externo (por ejemplo: FD, HD, o disco flash, etc.) y luego de explicar sólo con diapositivas los siguientes:

1. El hardware de los componentes, sub-componentes y sus funciones
2. El sistema operativo, los programas del sistema, y los programas de usuario
3. Carga y ejecución de un programa sencillo para sumar 2 números juntos, almacenar el resultado en cada tipo de memoria y la visualización en una pantalla de vídeo.

Si desea mantener el dispositivo tan simple y barato como sea posible, use un micro controlador de sistema de desarrollo como la base de su sistema o incluso un Arduino es simple y bastante barata. Ninguno de los estudiantes se va a construir un simple relé o tubo de vacío del equipo--, ni tampoco nadie que realmente quiero hacerlo. Se debe comenzar con un buen libro y un Arduino para la comprensión básica de la programación. Luego, si quieren conseguir en la lectura/control de dispositivos externos, se puede profundizar en la programación específica o en ingeniería.

Este es un buen proyecto para que usted considere de ideas:
http://www.instructables.com/id/How-to-Build-an-8-Bit-Computer/?ALLSTEPS