8-битов компютър на макета Общ преглед: 3 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Целта ми за този проект беше да изградя по -добро разбиране на компютърната архитектура, хардуерния дизайн и езиците на ниво монтаж. Като младши в университета, изучавайки компютърно инженерство, наскоро завърших курсове по електроника, лаборатории, които ме запознаха с асемблерния език и хардуерната архитектура. Получавайки въведение в тези теми, исках да разширя разбирането си за по -фините детайли и в трите курса и какъв по -добър начин да науча от работата по проект?

Първоначалното ми намерение беше да сглобя напълно този 8-битов компютър, използвайки лекционните видеоклипове, предоставени на youtube канала на Ben Eater, които вършат фантастична работа, като разбиват процеса на проектиране в солидна смес от материали, които съм обхванал, и аспекти, които тепърва ми предстои уча. Като се има предвид, че вече имам базово разбиране за комбинаторния дизайн и основната логика на електрониката, исках да предизвикам себе си, като се опитах да проектирам и изградя части от компютъра след прегледа на дизайна, но без да гледам инструкциите за изграждане. По време на проекта целта ми беше да науча и да подобря разбирането си повече, отколкото просто да изградя нещо ново, така че по време на всяка стъпка от проекта четях малко от онлайн статии и форуми за архитектурата на компонентите и основните конвенции, използвани за всеки от тях.

Стъпка 1: Изследвайте по пътя

Този проект наистина ме накара да прочета много повече, отколкото очаквах. Един от основните ми подходи към всеки компонент беше да прочета преглед от онлайн форум или статия, да гледам лекциите от видеоклиповете на Eater и да се опитам да проектирам собствената си част преди изграждането, тестването и през повечето време се налага да я премахна за по -ръководен подход от канала на Eater. Пример за това беше, когато изграждах ALU компонента на компютъра. Докато гледах дизайнерските видеоклипове, прочетох статии за компоненти на чипа с по -висока функционалност и задействащи входове, които биха позволили вътрешно превключване на типове инструкции и инвертиране на входове в 2. Въпреки това, преди да закупя тези чипове за улесняване, прегледах дизайнерския подход, за който Бен Ийтър говори в своите видеоклипове, със смесването на суматори и логически порти XOR, за да се увеличи функционалността в модула ALU, без да се нуждаят от чипове с по-висока цена. Това ме накара да оценя използването на дискретна логика и нейната приложимост към компютърния дизайн и да науча за различни подходи за изграждане на компоненти. Чрез комбиниране на чипове от по -ниско ниво в чертежа научих и за някои ключови архитектурни черти, използвани в ALU, което повиши разбирането ми за този компонент за изпълнение на компютъра.

Друг ключов компонент, за който научих, беше използването на трансивъри, известни също като буфери. Преди да се задълбоча в проекта, мислех, че просто ще активирам и деактивирам различни компоненти, използвайки управляващи сигнали, но бързо открих в статиите, че е необходимо да се използват буфери, за да функционира правилно тази архитектура в стил Von-Neuman. Тъй като компютърът използва споделена шина за пренос на данни между различните модули на компютъра, синхронизирането на циклите се диктува от часовника. Въпреки това, позволявайки да се осъществява съхранение и натоварване, без да се намесва в наличните данни в шината, открих, че приемо -предавателите са жизненоважни, за да действат като порти, изисквайки разрешителен сигнал, за да позволят данните да преминават към шината своевременно. способността за четене не беше толкова трудна за разбиране, тъй като проводниците винаги ще държат стойностите в шината, но използването на правилната стойност означаваше да се даде възможност на регистрите да държат новата стойност.

Един последен извод от изследванията по време на този проект беше разбирането на разликите в спецификациите между чиповете, които бяха сходни. Често пъти откривах чипове със същите идентификационни стойности, но различни букви на дескриптора като LS и HC. Това, което научих, беше, че не става въпрос само за производство на етикети, но и за време и спецификации за чиповете. За щастие, тъй като компютърът ми използваше компоненти с доста ниско ниво и висока толерантност, не трябваше да се притеснявам за съвпадение на много спецификации, но при по -високо ниво на дизайна научих, че неща като тактовата честота и захранването са от решаващо значение за успеха или провала на електронните дизайн

Стъпка 2: Срещащи се трудности

Доста бързо в проекта успях да проектирам прости компоненти като часовника за синхронизиране на процесите и основната архитектура на паметта, но необходимостта да поръчвам части заедно с тежък семестър на курса затрудни разпределянето на време извън проекта, което ме върна обратно график за завършване. След първата ми голяма неуспех от необходимостта да изчакам една седмица, за да пристигнат части, в крайна сметка заобиколих по -нататъшните забавяния, като поръчах всички части, които смятах, че ще ми трябват, за да завърша този проект, което се оказа полезно, тъй като вече не се сблъсквах със закъснения до публикуването на този. След като научих и някои основни подходи за отстраняване на грешки, започнах да пренебрегвам някои сборки, което означаваше, че трябва да се върна и да гледам отново видеоклипове, за да уловя грешките си, което обикновено водеше до разглобяване на по-голямата част от дъската. Това нямаше пряк път. Научих стойността да проверя напредъка ви в изграждането на всяко електронно устройство. Чрез отстраняване на грешки на всяка дъска по пътя успях да премина към комбинирането им с повече увереност, след което отстраняването на грешки в комбинираните дъски стана много по -лесно.

Стъпка 3: Постижения и размисъл

Като цяло, в момента съм завършил часовника, операционния код и брояча на програмата, ALU единицата, rs rt и rd регистрите и RAM. Освен че трябва да завърша шината и периферните устройства, за да завърша този проект, научих значително за компютърната архитектура, която се надявам да продължа към курсовете по компютърна архитектура.

M5 предостави всички необходими инструменти, за да мога да работя по моя проект, а компонентите бяха разположени много добре по стените на частите, така че много рано знаех за частите, които се нуждаят от поръчка и какво не може да се използва. Ако друг ученик щеше да се заеме с този проект, определено ще отбележа, че този проект отнема много време, ако се опитвате да разберете всичко, което се случва на компютъра. НЕ Е ТРУДНО, но изисква грижи, ако искате да функционира успешно. Силно препоръчвам да прегледате плейлиста за видеоклипове в канала на Ben Eater в youtube, за да разберете всички части, които трябва да използвате, за да не изоставате навреме, ако не планирате да проектирате свой собствен подход. Тъй като закупих повечето от частите, които смятам да взема със себе си, за да ги завърша по свое време, но би било готино да предам това, за да позволя на друг ученик да го завърши, което би означавало излагане на светлина на дизайна на останалите части, но голям акцент върху асемблерния език, с който за щастие успях да работя по време на други класове