大神手工自制CPU的过程

描述

    CPU怎么识别我们写的代码?

    为了深入理解这个问题,大神耗时整整半年,“逐点”焊接,自制了一个CPU,杰作如下图所示。

电阻

    据大神介绍,他主要采用了如下3个原材料:

二极管、三极管和电阻。   

    用一堆开关做成一个CPU?

    下文介绍下大神自制CPU的过程。

寄存器

    通常来讲,CPU的结构可以大致分为运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。

而他最先“下手”的,就是CPU的寄存器部分。

    大神设计了一个6位的移位寄存器,样子如下图,是不是跟想象中的不一样?

电阻

    它的作用不仅能是用来存储,还能在时钟信号的控制下,将数据进行进行逐次右移或左移。

程序计数器

    大神处理的第二个结构,是程序计数器 (PC)。

    它作用简单来说,就是记录程序运行的位置。而这也是整个项目下来最耗时、最复杂的部分,花了整整3个月之久。

    程序计数器涉及的功能那可就多了。像最基本的就是挨个字节读完指令后,计数要自动+1;而CPU重启之后,计数便会清零。

    而且在不同的条件之下,还要能实现直接跳转、调用函数、函数返回等功能。

    功夫不负有心人,在经历3个月令人头秃的时光之后,最复杂的模块还是被他搞定了。上电测试也没有问题。

ROM和RAM

    硬盘(ROM)和内存(RAM)是CPU外,比较庞大两个部分。大神用上了比较容易操作的HM628512芯片来做ROM和RAM,如下图分别是HM芯片(上)、RAM(中)和ROM(下):

电阻

电阻

电阻

    将ROM和RAM组装上去,现在CPU的基础模块已经基本完成了。

指令译码器

    接下来就是打造指令译码器。

    它主要是用于把传到这里的CPU指令,进行解析运行:

电阻

    再把做加减乘除的运算器(ALU)加上去:

电阻

    最后还得再焊一个通用缓存上去,这个全部由三极管、二极管和电阻焊接而成的CPU就完成了!看到这密密麻麻的元件,工程量的浩大就不用多说。

二进制编码

    因为这个CPU的指令集和架构都是自主研发的,所以没有适配的编程语言。

    那怎么能让它跑起来呢?

纯手写最原始代码——二进制编程!

电阻

    之后竟然就开启了上古编程模式——“扣”程序:

电阻

    一切准备工作就绪。接下来,便是见证奇迹的时刻。

上电测试

    最开始,程序的运行并不是一帆风顺。即便大神重启了几次,跑马灯的效果偶尔还是出现问题。于是,大神重新编程,一切修改完毕,重新“扣”程序,启动!这一次,就没有任何的异常了。

电阻

  审核编辑:汤梓红。

 

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