Эвм своими руками
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 18.09.2024
И снова велосипед - простой транзисторный компьютер
Да, я все еще пытаюсь сделать компьютер из транзисторов. На этот раз подошел несколько ближе - почти расчертил схему по кусочкам Завтра куплю два листа ватмана - буду чертить все вместе. Ну а пока. Можно попросить проверить небольшой кусочек схемы? (выложу несколько позже).
73! Игорь (позывной для работы в эфире теперь ищите в моём профиле) :: Правильно заданый вопрос - половина ответа!
Хорошая идея Начать желательно с "вышивки" куба памяти на ферритовых кольцах. Эдак, на несколько "Гиг".
Ну вот опять бред, до этого кажется
было что-то вроде самодельного принтера
на очереди летательный аппарат по типу,
как в фильме Кин-дза-дза
купите 4, рано или поздно ведь придется апгрейдить
п.с. кстати, да, а принтер то работает?
или без компьютера никак?
А Вы уверены, что ему 15 лет, в чём я очень свневаюсь.
Да ему в 2 раза больше!
И комп у него есть и нет есть и всё у него есть,
он прикалывается, так
сказать один из видов приключений
ну что ж помогите ему в изготовлении
компа на транзисторах, или вы не понимаете
что это такое и прикиньте сколько тысяч их туда надо
а для рисования схемы пачки миллимитровки будет мало
а ещё лучше купите несколько десятков тысяч, как минимум,
ферритовых колец и аплетайте их проводом,
это будет память, если Вы не курсе
а вообще я не знаю куда смотря модераторы
В своё время, когда получал высшее образование, нам показывали (из музея) триггерную ячейку, собранную на двух лампах.
А на транзисторах - это совсем круто.
Правда, без гравицапы не обойтись.
Молодец ! Была даже такая в пятидесятых прошлого столетия , называлась "БЭСМ". Триггеры на лампах 6Н8С , целый этаж занимала машина . Позже появилась похожая на то , что вы собираетесь изобрести , "МИНСК-11" . Правда процесс обсчета на простой логарифмической линейке, изготовленной в ГДР (знаете , что это за рудимент ?) занимал времени меньше , чем ввод информации в сей агрегат . Шагать "ленинским курсом" в прошлое конечно почетно , но пожалейте свое время , оно улетает стремительно , вы уж мне старику поверьте ! Лучше потратить его с большей пользой , в настоящее время получать огонь методом трения двух кусков деревяшки , пожалуй не стоит .
Спаяв десять лет назад свою первую схему на электромагнитных реле, способную сложить два числа, я подумал: вот было бы здорово создать полноценный компьютер на тысяче релюшек! Не знал я тогда, что крепко подсяду на такое хобби и после воплощения затеянного замахнусь не только на ламповую ЭВМ, но и на компьютер на базе утерянной технологии создания логических элементов, работающей на струе воздуха.
Релейный компьютер BrainfuckPC на фоне его автора
Релейная цифровая вычислительная машина №1. Реле, светодиоды и ворох проводов
Герконовые реле РЭС55, РЭС64 и РЭС43, использованные в проекте
Я задумал собрать полноценную электронно-вычислительную машину на реле, способную самостоятельно исполнять программы. Дальнейшие эксперименты с герконовыми реле показали, что им по силам частота переключения в 1000–1200 Герц, то есть на два порядка быстрее, чем у обычных реле. Именно этот факт привел меня к тому, что будущая машина должна быть построена на герконовых реле, чтобы иметь возможность стать самым быстрым релейным компьютером в мире из существующих или существовавших ранее.
Нет, не единственным существующим в настоящий момент. В 2004 году Гарри Портер показал миру свой первый современный компьютер на базе 415 электромагнитных реле. В четырех шкафах расположилась ЭВМ с восьмиразрядной шиной данных, 16-разрядной шиной адреса и простым набором инструкций. Программы и данные хранятся в микросхемах статической памяти на 32 Кбайта. Программы в него вводят с помощью панели программирования. Компьютер Портера способен работать на частоте порядка 5 Гц.
Релейный компьютер Гарри Портера на фоне его автора
Релейный мини-компьютер №2
С тех пор появились еще как минимум полтора десятка машин разных самодельщиков, и как правило, они имеют схожие характеристики. Я тоже времени не терял. Собирал в огромных количествах герконовые реле РЭС55 и РЭС64 и проектировал свою будущую ЭВМ.
Релейная логика
Электромагнитное реле представляет собой электромагнит с блоком контактов, установленных на подвижном якоре. При подаче напряжения на катушку электромагнита якорь примагничивается к сердечнику и переключает состояние контактов. Соединяя контакты нескольких реле в различных комбинациях, мы получим логический элемент того или иного типа.
- Например, соединив нормально разомкнутые контакты двух реле последовательно, мы получим логический элемент 2И. Сигнал на выходе будет тогда, когда напряжение будет подано на оба реле.
- Соединив эти же самые контакты, но параллельно, получим 2ИЛИ — сигнал на выходе будет, если хотя бы на одно реле подано напряжение.
- Два последовательно соединенных нормально замкнутных контакта дадут логический элемент 2ИЛИ-НЕ.
- Они же, по параллельно соединенные — 2И-НЕ.
Принципиальная схема базовых логических элементов на реле
РЦВМ-2 Buzzy
Изначально за основу этой машины я взял микроконтроллерную архитектуру MSP430. Это полноценная 16-разрядная архитектура с единым адресным пространством для кода и данных. Здесь всего 27 инструкций, из них 11 — математические операции АЛУ. 16 регистров общего назначения, ортогональная система доступа к памяти — что может быть лучше?
Принципиальная схема АЛУ проекта РЦВМ-2 для 1 бита
На рисунке выше представлена принципиальная схема АЛУ будущего компьютера для одного бита. Каждый прямоугольный блок — это простейший логический элемент на базе одного или нескольких реле. С одной стороны, выглядит несложно — много однотипных элементов. С другой стороны, на один бит требуется 36 реле — или 576 реле на 16-разрядное АЛУ. С учетом 16 регистров по 16 бит каждый, кучи логики, защелок, декодера инструкций и т.д. общее количество реле, требуемое для осуществления этой задумки, быстро перевалило за три тысячи. И тут на помощь пришел Brainfuck.
Язык программирования Brainfuck
Brainfuck — пожалуй, самый популярный из эзотерических языков программирования. А заодно самая настоящая Тьюринг-полная трясина. Всего лишь восемь инструкций, на которых можно писать все что угодно, но очень долго. К примеру, на то, чтобы написать и отладить программу деления двух целых чисел, которая печатает в терминал результат с шестью знаками после запятой, у меня ушло три дня.
Инструкции языка Brainfuck
Весь синтаксис языка строится вокруг ОЗУ на 30 тысяч ячеек памяти с разрядностью 8 бит.
- Двумя инструкциями + и - мы изменяем значение в текущей ячейке данных на единицу больше или меньше.
- Двумя инструкциями и > мы изменяем на единицу указатель на текущую ячейку данных, тем самым перемещаясь по памяти.
- Еще две инструкции — [ и ] — позволяют нам организовать циклы. Все, что внутри скобок, является телом цикла. Вложенные циклы допускаются. Логика инструкции проста — если значение текущей ячейки данных не равно нулю, мы выполним одну итерацию цикла, если равно, то выходим из него.
- Последние две инструкции — . и , . Они позволяют вывести значение текущей ячейки в терминал или ввести его с устройства ввода в ОЗУ. Это позволяет писать интерактивные программы.
Да, этого более чем достаточно для написания любой программы. Существование компиляторов из языка C в Brainfuck подтверждает это. Но плотность кода — никакущая. Для выполнения простейших операций, например сложения двух переменных, требуется исполнить сотни инструкций Brainfuck. В этом и заключается вся академическая прелесть языка, и в результате многие программисты практикуются в создании программ на нем. Они уже написали тысячи приложений, и, если мы сможем исполнять их на релейном компьютере, это будет хорошо.
Brainfuck++
Есть небольшой вариант оптимизации плотности кода на Brainfuck. Программы в большинстве своем состоят из последовательностей инструкций + — . Например, десять операций инкремента мы можем заменить на равноценную операцию +10 . Двадцать операций сдвига указателя вправо — на операцию > 20 и так далее. В итоге некоторые программы потребуют на 20–30% меньше тактов, а какие-то будут ускорены в несколько раз.
Инструкции языка Brainfuck++
Таким образом, в 2016 году мое техническое задание на разработку релейного компьютера приняло окончательный вид. Я решил создать полноценный компьютер на базе герконовых реле со следующими характеристиками.
- Набор инструкций Brainfuck++.
- Полноценная 16-разрядная архитектура фон Неймана — и шина адреса, и шина данных шириной 16 бит. Программы на Brainfuck, как правило, восьмиразрядные, так что требуется обеспечить обратную совместимость.
- Декодирование инструкций и все вычисления реализованы на релейной логике.
- Рабочая частота — многократно превышающая существующие решения на реле (то есть существенно выше пяти инструкций в секунду).
- ОЗУ на базе микросхем SRAM (как и у других самодельщиков).
Продолжение доступно только участникам
Предыстория: первые микропроцессоры в США и СССР
Компьютеры в более-менее привычном современным пользователям виде появились на рубеже 1970–1980-х годов. Они все еще были громоздкими и стоили очень дорого, но занимали всего одно рабочее место, а их покупку уже можно было представить — вычислительные машины первых поколений могли располагаться только в большом институте, министерстве или секретной военной части.
Большие ЭВМ оставались очень дорогими в начале 1980-х: согласно источникам, ЕС-1060 (на фото) в 1983 году стоила 2,2 млн рублей
Разработчики вычислительной техники всегда стремились к ее уменьшению, однако они полностью зависели от элементной базы: простейших электронных устройств, служивших основой любой машины. От размеров и производительности отдельных элементов зависели габариты всей машины, от их энергопотребления и нагрева — системы питания и охлаждения: могли потребоваться и настоящие градирни.
Первый коммерчески успешный микрокомпьютер Altair 8800 на основе i8080 стоил около $ 500. MITS, Альбукерке, 1975 год
Советская микроэлектроника в 1970-х, несмотря на отдельные успехи, от американской сильно отставала и все больше склонялась к копированию западных образцов. Был выпущен и аналог i8080, получивший обозначение КР580ИК80. Как раз на его базе собственные разработки создавали советские инженеры-энтузиасты.
Тот самый опытный образец Александр Долгий передал в IT-музей DataArt. Еще в конце 1980-х он вмонтировал свой экземпляр в корпус венгерского видеотерминала Videoton VDX 52600
Сборка компьютера, даже по новой, существенно упрощенной схеме, требовала серьезных инженерных навыков, а нужные микросхемы приходилось доставать на толкучках и стихийных радиорынках. Зато обладатель самодельной машины мог набирать тексты, писать и отлаживать программы, а главное — играть, пусть и в символьной псевдографике. Все-таки раньше компьютерные игры были развлечением почти недоступным.
Шесть промышленных моделей
В конце 1980-х на волне повсеместного дефицита советские оборонные предприятия начинают частично переориентировать на производство вполне мирной продукции. Этот процесс называют конверсией, а директора заводов стараются, чтобы с подчиненных им конвейеров сходили механизмы и приборы, близкие к тому, что на них собирали раньше. Радиоэлектронные предприятия начинают выпускать компьютеры, предназначенные, в первую очередь, для вузов и школ.
Да "Радио РК 86" это мой первый комп собранный своими руками, от сотен дырок лично просверленных на двусторонней с не металлизированными дырками платы, до самим разработанном и сделанном программаторе для К573РФ2. и ультрафиолетовой стиралки от лампы ДЛР с кондерами. сколько часов я провел по битно записывая вручную эту ПЗУ, сколько раз ошибался , стирал и начинал по новой. Но в итоге этот РК 86 родился. счастья было полные штаны.
Сегодня на рынке высокопроизводительных процессоров тесно. Если отбросить в сторону мобильные архитектуры, где существует целый ряд перспективных наработок, то только две компании всё ещё способны выпускать настольные и серверные Х86 процессоры. Вообще, в последнее время настольный сегмент атакует Apple. Инженеры яблочной компании создали настоящего монстра, который способен тягаться с самыми быстрыми процессорами конкурентов. Мало того, он выполнен на архитектуре ARM и обладает отличной энергоэффективностью. Возможно, в будущем примеру Apple последуют и другие, но пока компании довольствуются смартфонами и планшетами, предпочитая не выходить из мобильного сектора.
реклама
Всё это говорит о чрезвычайно высокой сложности разработки, предполагающей огромные вложения. Как оказалось, при должном усердии и знании предмета можно даже в домашних условиях создать процессор. На самом деле созданный студентом по имени Сэм Зелооф чип правильнее относить к интегральной схеме, но сам он гордо величает его процессором. Поэтому не будем спорить с автором 10-микронного камня. Весь процесс доступен на видео ниже, не ждите длительных описаний, Сэм не очень разговорчив, предпочитая останавливаться на основных моментах. Это значит, что вы вряд ли сможете повторить успех парня в домашних условиях.
В качестве источника для создания чипа он использовал 12 микросхем Z2, каждая из которых включала 100 транзисторов, произведённых по нормам 10 микрометров (не путать с нанометрами). Это значит, что внутри расположилось 1200 транзисторов. Сэм отмечает, что первый процессор Intel 4004 был построен по аналогичному техпроцессу на 10 микрометров и включал 2000 транзисторов. На видео можно заметить, что энтузиаст использует пусть и устаревшее, но весьма дорогостоящее оборудование, которое точно не встретишь в доме каждого человека.
Во время создания процессора использовались так называемые грязные химикаты, что позволило обойтись без доступа к сверхчистому помещению. Сам разработчик отмечает, что каждый следующий чип будет отличаться от предыдущего, поэтому наладить производство идентичных интегральных схем в домашних условиях нереально. К сожалению, Сэм Зелооф не рассказал о производительности доморощенного процессора. Поэтому мы можем только догадываться на что способно такое чудо инженерной мысли.
Читайте также: