Descripció general de l’ordinador de 8 bits en una taula de pa: 3 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

El meu objectiu per a aquest projecte era construir una millor comprensió de l’arquitectura d’ordinadors, el disseny de maquinari i els llenguatges a nivell de muntatge. Sent júnior a la universitat estudiant enginyeria informàtica, recentment havia cursat cursos d’electrònica, laboratoris que em van introduir al llenguatge de muntatge i a l’arquitectura de maquinari. En rebre una introducció a aquests temes, volia millorar la meva comprensió dels detalls més detallats en els tres cursos, i quina millor manera d’aprendre que treballar en un projecte?

La meva intenció original era muntar completament aquest ordinador de 8 bits mitjançant els vídeos de conferències proporcionats al canal de youtube de Ben Eater, que fan un treball fantàstic en descompondre el procés de disseny en una sòlida barreja de material que he tractat i aspectes que encara no tenia aprendre. Tenint en compte que ja tenia una comprensió bàsica del disseny combinatori i la lògica electrònica bàsica, volia desafiar-me intentant dissenyar i construir parts de l'ordinador després de les visions generals del disseny, però sense mirar les instruccions de construcció. Al llarg del projecte, el meu objectiu era aprendre i millorar la meva comprensió més que construir alguna cosa nova, de manera que, al llarg de cada pas del projecte, vaig fer una petita lectura d'articles i fòrums en línia sobre l'arquitectura de components i les convencions bàsiques utilitzades per a cadascun. d'ells.

Pas 1: investigar al llarg del camí

Aquest projecte em va fer llegir molt més del que esperava. Un dels meus principals enfocaments per a cada component era llegir una visió general d’un fòrum o article en línia, veure les conferències dels vídeos de l’Eater i intentar dissenyar la meva pròpia part abans de crear, provar i la majoria de les vegades que necessités desfer-lo per enfocament més guiat des del canal d'Eater. Un exemple d'això va ser quan estava construint el component ALU del PC. Mentre mirava els vídeos de disseny, llegia articles sobre components del xip que tenien una funcionalitat més alta i activaven entrades que permetrien canviar els tipus d’instruccions i invertir les entrades en el complement de 2 internament. Tanmateix, abans de comprar aquests xips més senzills, vaig revisar l’enfocament de disseny del qual parlava Ben Eater als seus vídeos, amb la combinació d’adders i portes lògiques XOR per augmentar la funcionalitat al mòdul ALU sense necessitat de xips de cost més elevat. Això em va fer apreciar l’ús de la lògica discreta i la seva aplicabilitat al disseny d’ordinadors i conèixer diferents enfocaments per construir components. Combinant xips de nivell inferior a la taula de treball, també vaig conèixer alguns trets arquitectònics clau utilitzats a l’ALU, que van augmentar la meva comprensió sobre aquest component d’execució al PC.

Un altre component clau que vaig conèixer va ser l’ús de transceptors, també coneguts com a buffers. Abans d’aprofundir en el projecte, vaig pensar que simplement activaria i desactivaria diferents components mitjançant senyals de control, però vaig trobar ràpidament en tots els articles que calia utilitzar memòries intermèdies per poder funcionar correctament aquesta arquitectura d’estil Von-Neuman. Com que l'ordinador utilitza un bus compartit perquè les dades viatgin entre els diferents mòduls del PC, la sincronització de cicles era dictada pel rellotge. Tanmateix, permetent que es produeixin càrregues i emmagatzematge sense interferir amb les dades disponibles al bus, vaig trobar que els transceptors eren vitals per actuar com a portes, necessitant un senyal d’habilitació per permetre que les dades flueixin al bus de manera oportuna. la capacitat de lectura no era tan difícil d’entendre, ja que els cables sempre contenien els valors del bus, però utilitzar el valor correcte significava permetre als registres mantenir el nou valor.

Un darrer tret de la investigació al llarg d’aquest projecte va ser entendre les diferències d’especificació entre xips que eren similars. Sovint he trobat xips amb els mateixos valors d'identificació, però diferents lletres del descriptor com LS i HC. El que vaig aprendre va ser que no es tractava simplement de fabricar etiquetes, sinó també de les especificacions de temps i potència dels xips. Afortunadament, ja que el meu ordinador feia servir components de tolerància elevada i de nivell bastant baix, no em necessitava preocupar-me per coincidir amb moltes especificacions, però en el disseny de nivell superior, vaig aprendre que coses com la velocitat del rellotge i el consum de potència són fonamentals per a l’èxit o el fracàs dels sistemes electrònics. disseny

Pas 2: dificultats trobades

Amb força rapidesa en el projecte, vaig poder dissenyar components simples com el rellotge de sincronització per a processos de sincronització i arquitectura de memòria bàsica, però la necessitat d’ordenar peces junt amb un semestre de curs pesat va dificultar l’assignació de temps fora del projecte i em va tornar a posar en calendari de finalització. Després del meu primer gran contratemps en haver d’esperar una setmana perquè arribessin peces, vaig acabar esquivant més retards en demanar totes les parts que pensava que necessitaria per completar aquest projecte, cosa que va resultar útil ja que ja no m’enfrontava a retards fins a la publicació d’aquest. Després d’aprendre també algunes aproximacions bàsiques a la depuració, vaig començar a passar per alt algun muntatge que significava haver de tornar enrere i tornar a veure vídeos per detectar els meus errors, cosa que normalment portava a desmuntar la majoria d’un tauler. Això no tenia cap drecera. Vaig aprendre el valor de comprovar el vostre progrés en la construcció de qualsevol dispositiu electrònic. En depurar cada tauler al llarg del camí, vaig poder passar a combinar-los amb més confiança i, després, la depuració de taulers combinats va ser molt més fàcil.

Pas 3: Assoliments i reflexió

Amb tot, actualment he completat el comptador de rellotges, codis opcionals i programes, unitat ALU, registres rs rt i rd i la memòria RAM. A més de la necessitat de completar el bus i els perifèrics per poder completar aquest projecte, he après una gran quantitat d’arquitectura d’ordinadors, que espero continuar amb els meus cursos optatius de segon any, fent el curs d’arquitectura d’ordinadors.

M5 em proporcionava totes les eines necessàries per treballar en el meu projecte i els components estaven molt ben disposats al llarg de les parets de les peces, de manera que vaig saber molt aviat les peces que necessitaven la comanda i el que era prescindible. Si un altre estudiant assumís aquest projecte, sens dubte recordaria que aquest projecte triga molt de temps si intenteu entendre tot el que passa a l’ordinador. NO ÉS DIFICULTAT, però requereix cura si voleu que funcioni correctament. Us recomano passar per la llista de reproducció de vídeos al canal de youtube de Ben Eater per conèixer totes les parts que heu d’utilitzar per no quedar-vos enrere a temps si no teniu previst dissenyar el vostre propi enfocament. Com que he comprat la majoria de les peces, tinc previst portar-ho amb mi per completar-ho pel meu temps, però seria genial lliurar-ho per permetre que un altre estudiant el completés, cosa que significaria una exposició a la llum del disseny de la resta de peces., però un gran focus en el llenguatge assemblador, que per sort vaig treballar durant altres classes