8-bitni računalnik na ploščici Pregled: 3 koraki

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Moj cilj pri tem projektu je bil bolje razumeti računalniško arhitekturo, oblikovanje strojne opreme in jezike na ravni montaže. Kot mladinec na univerzi, ki je študiral računalniški inženiring, sem pred kratkim zaključil tečaje elektronike, laboratorijev, ki so me seznanili z montažnim jezikom in arhitekturo strojne opreme. Ko sem prejel uvod v te teme, sem želel povečati razumevanje drobnih podrobnosti v vseh treh tečajih in kaj je boljšega načina učenja od dela na projektu?

Moj prvotni namen je bil v celoti sestaviti ta 8-bitni računalnik z uporabo video posnetkov predavanj na youtube kanalu Bena Eaterja, ki odlično delajo pri razčlenitvi oblikovalskega procesa v trdno mešanico materiala, ki sem ga obravnaval, in vidikov, ki jih še nisem učiti. Ker sem že imel osnovno razumevanje kombiniranega oblikovanja in osnovne logike elektronike, sem se želel izzvati tako, da sem po pregledu zasnove poskušal oblikovati in zgraditi dele računalnika, vendar brez upoštevanja gradbenih navodil. Med celotnim projektom je bil moj cilj, da se naučim in izboljšam svoje razumevanje, ne le ustvarjam nekaj novega, zato sem ob vsakem koraku projekta malo bral iz spletnih člankov in forumov o arhitekturi komponent ter osnovnih konvencij, ki se uporabljajo za vsako izmed njih.

1. korak: Raziskave na poti

Ta projekt me je resnično prebral veliko več, kot sem pričakoval. Eden od mojih glavnih pristopov k vsaki komponenti je bil, da sem prebral pregled s spletnega foruma ali članka, si ogledal predavanja iz videoposnetkov Eaterja in poskušal oblikovati svoj del pred gradnjo, preizkušanjem in večino časa, ko sem ga moral odpraviti za bolj voden pristop iz kanala Eater. Primer tega je bil, ko sem gradil komponento ALU računalnika. Ko sem gledal videoposnetke oblikovanja, sem bral članke o komponentah čipa, ki so bile bolj funkcionalne in sprožijo vhode, ki bi omogočali notranje preklapljanje vrst navodil in pretvorbo vhodov v komplete 2. Preden sem kupil te čipe za olajšanje, sem pregledal pristop oblikovanja, o katerem je Ben Eater govoril v svojih videoposnetkih, z mešanjem seštevalnikov in logičnih vrat XOR za povečanje funkcionalnosti v modulu ALU, ne da bi potrebovali višje stroške čipov. Zaradi tega sem cenil uporabo diskretne logike in njeno uporabnost pri računalniškem oblikovanju ter se naučil različnih pristopov pri gradnji komponent. Z združevanjem čipov nižje ravni na plošči sem izvedel tudi za nekatere ključne arhitekturne lastnosti, ki se uporabljajo v ALU, kar je povečalo moje razumevanje te izvedbene komponente v računalniku.

Druga ključna komponenta, o kateri sem izvedel, je bila uporaba oddajnikov, znanih tudi kot odbojniki. Preden sem se poglobil v projekt, sem mislil, da bom preprosto aktiviral in deaktiviral različne komponente s krmilnimi signali, vendar sem hitro v vseh člankih ugotovil, da je za pravilno delovanje te arhitekture Von-Neumanovega sloga potrebno uporabiti vmesnike. Ker računalnik za prenos podatkov med različnimi moduli v računalniku uporablja skupno vodilo, je sinhronizacijo ciklov narekovala ura. Vendar pa sem omogočil shranjevanje in nalaganje brez poseganja v podatke, ki so na voljo na vodilu, in ugotovil, da so oddajniki ključnega pomena za delovanje kot vrata, kar zahteva signal za omogočanje pravočasnega pretoka podatkov na vodilo. sposobnosti branja ni bilo tako težko razumeti, saj bi žice vedno držale vrednosti na vodilu, vendar je uporaba pravilne vrednosti pomenila, da je registrom omogočeno, da zadržijo novo vrednost.

Zadnji zaključek raziskav v tem projektu je bilo razumevanje razlik v specifikacijah med podobnimi čipi. Pogosto sem našel čipe z enakimi vrednostmi ID -ja, vendar z različnimi črkami deskriptorja, kot sta LS in HC. Naučil sem se, da ne gre le za izdelavo nalepk, temveč tudi za časovni razpored in specifikacije moči čipov. Na srečo, ker je moj računalnik uporabljal komponente z nizko stopnjo in visoko toleranco, mi ni bilo treba skrbeti, da bi se ujemal s številnimi specifikacijami, vendar sem se pri oblikovanju na višji ravni naučil, da so stvari, kot sta hitrost ure in poraba energije, ključnega pomena za uspeh ali neuspeh elektronskih naprav. oblikovanje

2. korak: naletite na težave

Precej hitro sem v projekt lahko zasnoval preproste komponente, kot je časovni razpored za sinhronizacijo procesov in osnovno arhitekturo pomnilnika, vendar je bilo treba ob težkem semestru predavanja naročiti dele, kar je otežilo dodelitev časa zunaj projekta, kar me je znova prilagodilo. urnik dokončanja. Po mojem prvem velikem zastoju, ko sem moral čakati teden dni, da so prispeli deli, sem se izognil nadaljnjim zamudam, tako da sem naročil vse dele, za katere sem mislil, da jih bom potreboval za dokončanje tega projekta, kar se je izkazalo za koristnega, saj se do objave tega nisem več soočal z zamudami. Po tem, ko sem se naučil tudi nekaj osnovnih pristopov k odpravljanju napak, sem začel spregledati nekaj sklopov, kar je pomenilo, da se je treba vrniti in znova pogledati videoposnetke, da bi ujel svoje napake, kar je običajno privedlo do razstavljanja večine plošče. To ni imelo bližnjice. Naučil sem se vrednosti preverjanja vašega napredka pri izdelavi katere koli elektronske naprave. Z odpravljanjem napak na vsaki plošči sem lahko prešel na njihovo združevanje z večjo samozavestjo, nato pa je razhroščevanje kombiniranih plošč postalo veliko lažje.

3. korak: Dosežki in razmislek

Skratka, trenutno sem dokončal uro, opcode in programski števec, enoto ALU, rs rt in rd registre ter RAM. Poleg tega, da sem za dokončanje tega projekta potreboval dokončanje vodila in zunanjih naprav, sem se veliko naučil tudi o računalniški arhitekturi, ki jo upam nadaljevati pri izbirnih predmetih za letnik, ki tečejo pri računalniški arhitekturi.

M5 mi je zagotovil vsa potrebna orodja za delo pri mojem projektu, komponente pa so bile zelo dobro razporejene vzdolž sten delov, zato sem zelo zgodaj vedel, katere dele je treba naročiti in kaj je nepotrebno. Če bi se tega projekta lotil še en študent, bi vsekakor opozoril, da ta projekt traja veliko časa, če poskušate razumeti vse, kar se dogaja na računalniku. NI TEŽKO, vendar zahteva nego, če želite, da deluje uspešno. Priporočam ogled seznama predvajanja videoposnetkov na youtube kanalu Bena Eaterja, da se seznanite z vsemi deli, ki jih morate uporabiti, da ne boste pravočasno zaostali, če ne nameravate oblikovati svojega pristopa. Ker sem kupil večino delov, ki jih nameravam vzeti s seboj, da jih dokončam ob svojem času, bi bilo pa super, če bi to omogočili še enemu študentu, kar bi pomenilo izpostavljenost svetlobi oblikovanju preostalih delov, vendar velik poudarek na sestavnem jeziku, s katerim sem se na srečo ukvarjal med drugimi pouki