古法制作CPU

前言

从无到有（make something from scratch）一直是工程师的浪漫，例如自行调配出操作系统、自己写系统核心等（如 Linux）。然而在家从无到有打造出“一颗”CPU 就没听过了吧？最近有一位 YouTuber 就在免焊万用电路板（俗称面包板）上，以跳线实做出自己设计的 CPU。

CPU（中央处理器），这么一小颗神奇的高科技黑方块，是现代电脑的核心元件，大多数电脑设备都是 64 位 CPU，技术层次之深、设计之复杂，要从无到有重新设计、打造出全新的 CPU 谈何容易？1970 年代个人电脑刚萌芽时期的 Intel 8008、Zilog Z80 等 8 位处理器相对单纯原始，应该比较容易做得到吧？尽管如此，从无到有开发出一个新的 8 位 CPU 也不是容易事。

不是 AMD、Intel、ARM 等大公司，自己打造 CPU 有可能吗？YouTuber 保罗·君士坦丁（Paulo Constantino ）就向大家证明了这并非办不到的事。他在自己的 Github 进行名为 Dreamcatcher 的完全自行开发电脑计划──把电脑里每个必要元件都重新设计、手工做出来。

对未受过训练的人来说，君士坦丁的 CPU 作品看起来就像板子上一团又一团的电线。他的作品基于 74HC 系列的 CMOS 积体电路，插在面包板上用电线跳接起来，他花了两天时间画电路图、一个星期时间实际制作。目前还很简陋，编写程序需要用 DIP 开关进行，根据影片，目前只运作过简单程序：从 0 记数到 255（用一排 8 个 LED 灯以二进位表示）、演奏音阶、演奏走音的马里奥兄弟主题曲。

简陋归简陋，不过影片拍摄的时候是 8 位，现在已经进化到 16 位，一共拥有 256 道指令的指令集（instructions），现在还做好了简单的 BIOS（基本输入输出系统），当然又是另外一团电线乱乱的面包板。谢天谢地，终于可以输出画面到屏幕上了，君士坦丁的下一个目标就是再做好连接键盘的功能，这样写程序就方便多了，最终目标又能运作 MS-DOS 或 Minix 系统。

这样用面包版绕线做 CPU 原型简直就像愚公移山，不过今日我们认为 PCB 印刷电路板印制、硬件描述语言（Verilog VHDL）、FPGA（可程序化的积体电路）技术是理所当然，而 1980 年以前，还没有这些技术，CPU 原型就是如此打造。一位矢志从无到有重造轮子的自造者，自然要用古法来制作 CPU 原型啰。