Эта статья прислана на конкурс.
Николай Попов
В один прекрасный день, а точнее — 29 марта 2018 года, перед мной лежала полная коробка микросхем 155 серии. И выкинуть жалко и применения никакого. Валяется мертвым грузом! Немного подумал, появилась идея сделать процессор на элементарной логике.
Сказано – сделано! Дня четыре пыхтения над бумажными листами. И готово! Первые принципы работы камня понятны, осталось воплотить это в железе. И работа закипела.
Но хорошая мысля приходит опосля. Появилась другая идея, полностью меняющая подход к задаче. В первой микроархитектуре загрузка кода шла последовательно, а во второй — параллельно. Я выбрал параллельную загрузку, как более скоростную.
И опять бумажные листы, линейка, авторучки… Две недели позади, микроархитектура готова. Началось воплощение в железе. Платки 7*10 см, соединенные проводами. В роли ОЗУ выступает Arduino UNO. Да, да именно то, что презирают микроконтроллерные профессионалы. Но я то не профессионал, я даже высшего образования не имею ))) так что мне можно использовать все, что есть под рукой.
16 мая 2018 года заработала первая простенькая программа. Счастью нет предела! Всё работает на очень низкой частоте (примерно 3 Гц), чтобы визуально по светодиодам отслеживать выполнение программы. Но счастье длилось не долго. При маленьком увеличении частоты, камень начинал жить своей жизнью. Первое, что я подумал: это происходит потому что соединительных проводов очень много. Поэтому решил красиво все пропаять, ну и так, по мелочёвке кое-что поменять. Так была изготовлена вторая модель. Но и она не оправдала доверия, периодически глюча. Наступил творческий кризис…
Прошло полтора месяца. Отдохнувший, с новыми силами взялся за третью модель. Однако проверив некоторые нововведения и обрадовавшись, отправил в мусорный бак и третью. Четвертая была на разъёмах. Но в её работе не было стабильности, и ее тоже постигла печальная участь. Вновь творческий кризис…
Прошел месяц. Решил взяться за старое. Листая наброски схемы, увидел ошибку, которая проходила из модели в модель. Поверив, что после её устранения все будет работать, я начал работу над пятой моделью.
Три месяца бессонных ночей и все получилось! На языке Processing был написан примитивный компилятор. В роли загрузчика все та же Arduino UNO, после загрузки программы Ардуинку можно отцеплять, она свою роль выполнила.
ЭВМ работает от кварца 4,916 МГц и выполняет одну операцию за 2 такта. То есть 2,458 миллионов операций в секунду. Программа грузится словами по 16 бит – 8 бит команда, 8 бит данные. Внутренняя шина 8 бит. АЛУ 8-битное, выполняет операции сложения, вычитания, сравнения — больше, меньше, равно; сравнение по битам. ПЗУ (ноутбук и посредник в лице Ардуино) — со временем будут установлены КР573РФ4, заложена возможность адресации памяти до 65535 слов. ОЗУ (2 штуки 537РУ17) 8к х 16 бит, также заложена возможность адресации памяти до 65535 слов.
На борту имеется один таймер.
Для связи с внешним миром есть два 8-битных порта ввода данных и два 8-битных порта вывода. На эти порты параллельно вешаются дополнительные устройства: плата памяти, звуковая, видеокарта... в будущем планируется SD-карта и, возможно, что-нибудь ещё.
ЭВМ «Таймыр» (моя ЭВМ, как хочу, так и называю)
Вид поближе
Возможно, вы обратили внимание: платы не промыты от флюса. Так как они находятся в постоянной переделке, я не вижу смысла тратить время на красоту, пока функционал хромает. Так же прошу обратить внимание на то, что платы сделаны на гетинаксе, тоже советского производства.
Вид с обратной стороны
Плата памяти, звуковая плата, начало видео карты
Структурная схема ЭВМ Таймыр
Плата памяти нужна для хранения массива данных. Установлена 1 шт. 537РУ17 — 8к х 8 бит
Звуковая плата, 4 частоты, которые могут звучать как все вместе, так и раздельно
Видео карта (в процессе разработки) — пока только несколько микросхем и опять же Arduino NANO
ЭВМ
|
155ЛА1 = 1
155ЛА2 = 1
155ЛА3 = 7
155ЛЕ1 = 13
|
155ЛН1 = 4
155ЛИ1 = 11
155ТМ2 = 3
|
155ИД3 = 3
155ИР3 = 2
155ИЕ7 = 10
|
580ИР82= 17
555ИР22 = 1
561ИП2 = 2
|
1533АП5 = 2
555ИМ6 = 2
537РУ17 = 2
|
Итого 81 микросхема
Светодиоды = 86
Резисторы = 91
Резисторные сборки = 2
Конденсаторы электролитические = 3
Конденсаторы = 14 (потом добавлю еще)
Кварцевый резонатор = 1 шт. (4,916 МГц)
Плата памяти
|
155ИД3 = 1
155ИД10 = 1
|
155ЛЕ1 = 1
|
555ИР22 = 2
|
1533АП5 = 1
|
537РУ17 = 1
|
Итого 7 микросхем
Звуковая плата
|
155ИД3 = 1
155ИД10 = 1
|
155ЛЕ1 = 1
555ИР22 = 1
|
155ЛА3 = 2
|
155ИЕ7 = 1
|
155ТМ2 = 1
|
Итого 8 микросхем
Электролитический конденсатор = 4
Конденсатор = 1
Резистор = 1
Пьезоизлучатель = 1
Видео карта (в процессе разработки)
|
155ИД3 = 1
|
155ИД10 = 1
|
155ЛЕ1 = 1
|
155ЛИ1 = 1
|
155ЛН1 = 2
|
Итого 6 микросхем
Диод = 4
Электролитический конденсатор = 2
Конденсатор = 2
Резистор переменный = 2
ЭВМ собрана на микросхемах малой и средней интеграции (кроме микросхем памяти).
Итого на текущий момент задействовано 102 микросхемы.
ЭВМ рисует флаг СССР
Примитивная рисовалка (Ардуино в роли видеокарты — простой, но далеко не самый лучший вариант. Разрешение и скорость оставляют желать лучшего)
Зачем мне это надо? Это сложный, но увлекательный процесс, который перерос в хобби на года. Потому что нет предела совершенству. Я уже хочу переделать немного микроархитектуру — как выяснилось в процессе эксплуатации, нужно еще парочку регистров добавить, а то команду переменная = массив (переменная, переменная) реализовать не получается.
Также некоторые команды выполняются с избыточным кодом (не напрямую, а через АЛУ), например: установка таймера и переменная=переменная
Так что работы мне еще хватит. Вот так — начал с процессора, а переросло в ЭВМ.
Насчет практического применения: можно использовать как учебный стенд (запустив на малой частоте, есть возможность переключения кварц / конденсатор). Или загнать всё это в один кристалл и продать патент Северной Корее )))
Ну и закончить статью хочу словами из античности: «я сделал всё что мог, кто может, пусть сделает лучше»
Обсудить статью в специально созданной ветке форума. Эта статья прислана на конкурс.
© Текст, фотографии — Николай Попов
© Железные призраки прошлого — 2019 г.
Опубликовано 25.03.2019 г.
Дополнения или поправки на phantom@sannata.ru
|
