مروری بر رایانه 8 بیتی بر روی Breadboard: 3 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

هدف من از این پروژه ایجاد درک بهتر از معماری کامپیوتر ، طراحی سخت افزار و زبانهای سطح مونتاژ بود. به عنوان دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد در دانشگاه که در رشته مهندسی کامپیوتر تحصیل می کرد ، اخیراً دوره های الکترونیک ، آزمایشگاه های معرفی زبان مونتاژ و معماری سخت افزار را گذرانده بودم. با دریافت مقدمه ای در مورد این موضوعات ، می خواستم درک خود را از جزئیات دقیق تر در هر سه دوره افزایش دهم ، و چه راهی بهتر از کار بر روی پروژه یاد بگیرم؟

قصد اصلی من این بود که این رایانه 8 بیتی را به طور کامل با استفاده از فیلم های سخنرانی ارائه شده در کانال یوتیوب Ben Eater مونتاژ کنم ، که کار فوق العاده ای در تجزیه فرآیند طراحی به ترکیبی جامد از مواد پوشش داده شده و جنبه هایی است که هنوز باید انجام دهم. فرا گرفتن. با توجه به این که من از ابتدا درک درستی از طراحی ترکیبی و منطق الکترونیکی اولیه داشتم ، می خواستم خودم را به چالش بکشم و سعی کنم بعد از مرور کلی طراحی ، قطعاتی از کامپیوتر را طراحی و بسازم ، اما بدون مشاهده دستورالعمل های ساختمان. در طول پروژه ، هدف من یادگیری و بهبود درک من بیش از ایجاد یک چیز جدید بود ، بنابراین در طول هر مرحله از پروژه ، من مقالاتی مختصر و مقاله هایی را در مورد معماری اجزا و قراردادهای اساسی مورد استفاده برای هر یک مطالعه کردم. از آنها

مرحله 1: تحقیق در راه

این پروژه واقعاً مرا بیش از آنچه انتظار داشتم خواند. یکی از رویکردهای اصلی من در مورد هر جزء این بود که یک نمای کلی از یک انجمن یا مقاله آنلاین بخوانم ، سخنرانی های ویدئوهای Eater را تماشا کنم و سعی کنم قسمت خودم را قبل از ساخت ، آزمایش و در بیشتر مواقع نیاز به حذف آن برای یک مقاله طراحی کنم. رویکرد راهنمای بیشتر از کانال Eater. نمونه ای از این موارد زمانی بود که من در حال ساختن قطعه ALU کامپیوتر بودم. وقتی فیلم های طراحی را تماشا می کردم ، مقالاتی را در مورد اجزای تراشه که دارای عملکرد بالاتر بودند و ورودی هایی را فعال می کردند می خواندم که به شما امکان می داد انواع دستورالعمل ها را تغییر دهید و ورودی ها را به مکمل 2 در داخل تبدیل کنید. با این حال ، قبل از خرید این تراشه های ساده تر ، من رویکرد طراحی را که بن ایتر در فیلم هایش صحبت می کرد ، با ترکیب افزونه ها و دروازه های منطقی XOR برای افزایش عملکرد در ماژول ALU بدون نیاز به تراشه های با هزینه بیشتر ، مرور کردم. این باعث شد که من از منطق گسسته و کاربرد آن در طراحی رایانه قدردانی کنم و از روش های مختلف در ساخت اجزا یاد بگیرم. با ترکیب تراشه های سطح پایین روی نان بورد ، من همچنین با برخی از ویژگیهای اصلی معماری استفاده شده در داخل ALU آشنا شدم ، که درک من را در مورد این جزء اجرایی در رایانه افزایش داد.

یکی دیگر از م componentلفه های کلیدی که من در مورد آن یاد گرفتم ، استفاده از گیرنده های گیرنده بود ، که به عنوان بافر نیز شناخته می شوند. قبل از اینکه در پروژه عمیق تر شوم ، فکر کردم که به سادگی اجزای مختلف را با استفاده از سیگنال های کنترلی فعال یا غیرفعال می کنم ، اما به سرعت در مقالات متوجه شدم که برای عملکرد صحیح این معماری سبک فون-نیومن ، باید از بافرها استفاده کرد. از آنجا که رایانه از یک گذرگاه مشترک برای انتقال اطلاعات بین ماژول های مختلف رایانه استفاده می کند ، همگام سازی چرخه ها توسط ساعت دیکته شد. با این حال ، با اجازه دادن به ذخیره و بارها بدون دخالت در داده های موجود در گذرگاه ، متوجه شدم که فرستنده گیرنده ها برای عمل به عنوان دروازه بسیار مهم هستند و نیاز به یک سیگنال فعال سازی دارد تا بتواند داده ها را به موقع بر روی گذرگاه جریان دهد. درک خواندن چندان دشوار نبود ، زیرا سیم ها همیشه مقادیر را در گذرگاه نگه می داشتند ، اما استفاده از مقدار صحیح به این معنی بود که ثبات ها می توانند مقدار جدید را نگه دارند.

آخرین برداشت از تحقیقات در طول این پروژه درک تفاوت مشخصات بین تراشه های مشابه بود. اغلب اوقات تراشه هایی با مقادیر ID یکسان اما حروف توصیف کننده مختلف مانند LS و HC پیدا می کردم. آنچه من متوجه شدم این بود که فقط برچسب تولید نمی کرد ، بلکه مشخصات زمان و قدرت در مورد تراشه ها بود. خوشبختانه از آنجا که رایانه من از اجزای سطح نسبتاً پایین و تحمل بالا استفاده می کرد ، نیازی به نگرانی در مورد مطابقت بسیاری از مشخصات نداشتم ، اما در طراحی سطح بالاتر ، متوجه شدم که مواردی مانند سرعت ساعت و کاهش قدرت برای موفقیت یا شکست دستگاه الکترونیکی بسیار مهم است. طرح

مرحله 2: مشکلات پیش آمده

به سرعت در پروژه ، من توانستم اجزای ساده ای مانند ساعت زمان بندی برای همگام سازی فرآیندها و معماری حافظه اصلی را طراحی کنم ، اما نیاز به سفارش قطعات در کنار یک ترم دوره سنگین ، تخصیص زمان خارج از پروژه را دشوار می کند و باعث می شود دوباره کار کنم. برنامه زمان بندی برای تکمیل پس از اولین شکست بزرگ من از نیاز به یک هفته صبر کردن برای رسیدن قطعات ، در نهایت با سفارش تمام قسمتهایی که فکر می کردم برای تکمیل این پروژه نیاز دارم ، از تاخیرهای بیشتر جلوگیری کردم ، که مفید واقع شد زیرا تا زمان انتشار این مقاله دیگر با تاخیر مواجه نشدم. به پس از یادگیری برخی از رویکردهای اساسی برای اشکال زدایی ، من برخی از مجموعه ها را نادیده گرفتم که به این معنی بود که باید به عقب برگردم و فیلم ها را دوباره مشاهده کنم تا خطاهایم را تشخیص دهم ، که معمولاً منجر به جدا شدن بیشتر تخته می شود. این میانبر نداشت. من ارزش بررسی پیشرفت شما در ساخت هر وسیله الکترونیکی را آموختم. با اشکال زدایی هر برد در طول راه ، من می توانم با اعتماد به نفس بیشتری به ترکیب آنها بپردازم ، سپس اشکال زدایی تخته های ترکیبی بسیار ساده تر شد.

مرحله 3: دستاوردها و تأمل

روی هم رفته ، من در حال حاضر ساعت ، کد کد و برنامه شمارنده ، واحد ALU ، رجیسترهای rs rt و rd و RAM را تکمیل کرده ام. علاوه بر نیاز به تکمیل اتوبوس و وسایل جانبی برای تکمیل این پروژه ، من مقدار زیادی از معماری کامپیوتر را آموخته ام ، امیدوارم این دوره را در دوره انتخابی سال آخر ، با گذراندن دوره معماری کامپیوتر ادامه دهم.

M5 تمام ابزارهای لازم را برای کار بر روی پروژه ام فراهم کرد و اجزای آن به خوبی در کنار دیوارهای قطعات چیده شده بود ، بنابراین من خیلی زود قطعاتی را که نیاز به سفارش دارند و آنچه که قابل استفاده است ، شناختم. اگر دانش آموز دیگری بخواهد این پروژه را بر عهده بگیرد ، من قطعاً توجه می کنم که اگر می خواهید همه چیز را که در رایانه اتفاق می افتد درک کنید ، این پروژه زمان زیادی می برد. دشوار نیست ، اما اگر می خواهید عملکرد موفقیت آمیزی داشته باشد ، نیاز به مراقبت دارد. من اکیداً توصیه می کنم لیست پخش ویدئویی را در کانال یوتیوب Ben Eater مرور کنید تا از تمام قسمتهایی که باید استفاده کنید مطلع شوید تا در صورت برنامه ریزی برای طراحی رویکرد خود ، به موقع عقب نمانید. از آنجا که من اکثر قطعات را خریداری کرده ام ، قصد دارم این قطعه را با خودم بردارم ، اما خوب است که آن را به دانش آموز دیگر بسپارم ، که به معنای قرار گرفتن در معرض نور در طراحی قطعات باقی مانده است. ، اما تمرکز زیادی بر روی زبان اسمبلی است ، که خوشبختانه در کلاسهای دیگر کار کردم