Mi Unidad Central de Procesamiento (CPU) de TTL Hecho en Casa

Se trata de mi procesador de construcción casera equipo TTL. TTL significa "la lógica transistor-transistor" y se refiere a un conjunto de circuitos integrados (IC) de primera generación que contienen simples puertas lógicas, bufferes, un sumador binario, flip-flops, registros, decodificadores, multiplexores etc. Estas series 7400 IC son cuidadosamente diseñados para que puedan ser conectados entre sí para hacer grandes circuitos lógicos. He construido una unidad central de procesamiento (CPU) de mi propio diseño de estos circuitos integrados.

No soy un científico o ingeniero informático. Soy un aficionado a las computadoras. Mi primer computadora fue un Sinclair ZX-80. Aprendí BASIC, y más tarde Z-80 en lenguaje ensamblador. Usando las declaraciones POKE y POKE de BASIC escribí simples programas en lenguaje ensamblador en esta pequeña máquina. Más tarde, escribí algunos juegos de vídeo simple para la TRS-80.

Estaba interesado en cómo estas máquinas trabajaron en el nivel electrónico, así que compré un Radio Shack Digital Logic Learning Lab, un kit con un solo IC 7400 (cuatro puertas NAND) y varios diodos emisores de luz, resistencias y condensadores. Aprendí cómo un IC digital trabaja con este kit de bajo costo. Después leí algunos libros sobre la construcción de su propio ordenador de 8 bits, y lo intentó con un procesador Z-80. Mi primer intento fue un completo fracaso porque no tenía la capacidad de probar el sistema. Yo lo construí, no funcionó, y eso fue todo. La próxima vez, me aseguré de que he diseñado y construido el equipo de tal manera que yo que yo sabría por qué no funcionó. Hay que comprender que después de hacer cientos de conexiones, se hará a lo menos un error, y se debe ser capaz de corregir los errores.

Mi siguiente equipo fue un sistema absoluto mínimo, hecho de un Z-80, una memoria estática, y un reloj lento en un protoboard. Entré a mano un sencillo programa en la memoria, en código binario, comenzé el reloj, y quité la senal "reset". Después de correr un rato, pusé el equipo de nuevo en "reset", luego examiné la memoria. He aquí, el programa ha funcionado! Yo había hecho mi primer ordenador.

Mi siguiente equipo fue una sistema más completa basado en el Z-80 basado. Tenía una EPROM 2K, 1K de memoria RAM estática de entrada y salida de los puertos, y un teclado. Mas importante, hice una pantalla que mostraba el estado de los datos, la dirección y las líneas de control. Cuando se ejecuta con un reloj lento, se puede ver la actividad de la computadora y averiguar lo que está mal. Tuve un problema muy difícil con ese equipo. Una gota de soldadura había fusionado dos hilos de alambre, y luego se cayó la soldadura, sin dejar ningún rastro visible de los daños. Pero al mirar la pantalla, y el uso de mi cabeza, fue finalmente capaz de encontrar los alambres fundidos. Separé los alambres, y trabajó el equipo. Aquí es una computadora Z-80 que hicé.

Comprendí bien estos systemas, pero el propio procesador era un misterio. Quería entender esa parte también, a nivel de puerta lógica. A veces pensaba en hacer mi propio procesador, diseñado conjuntos de instrucciones y formatos de instrucciones. Sin embargo, la tarea parecía fuera del alcance de un aficionado como yo.

Un día, un compañero de trabajo tomar una clase de informática me mostró su libro de texto. Era "Diseño y Organización de la Computadora" (Computer Organization and Design) , 2 ª edición de David Patterson y John Hennessy (1998, Morgan Kaufmann). Después de revisar las páginas, yo realicé que el libro de texto mostraba de la manera de diseñar un procesador de la computadora! Cuando terminó la clase, ella me dio el libro (gracias, Lan!). En el momento en que terminé el capítulo 5, yo estaba listo para comenzar a diseñar mi procesador.

Las lecciones aprendidas en la construcción de los sistemas de 8 bits se ponían a buen uso en el proyecto del procesador. Yo fabricaba el procesador sabiendo que iba a cometer errores, entonces probaba cada subsistema durante la construcción. Se pasaron varios meses y fines de semana enrollando los alambres y haciendo las pruebas, pero por ultimo, la procesadora funcionó. Este es realmente "Mi Computadora".

Nuevo: A una parte de un libro(223 kb) (en Inglés) que se trata de este diseño de CPU in forma PDF. Incluye un descripcion de los senderos data y el diseño de la lógica de control. Por favor, léalo y dame sus comentarios. Gracias.

Me gustaría responder a cualquier pregunta que tenga sobre este proyecto. También me gustaría tratar de responder a cualquier pregunta que pueda tener acerca de la lógica digital, diseño de la CPU, o microcomputadoras.Si eres estudiante, te puedo ayudar con tus tareas! Mi dirección de correo electrónico está por debajo en una imagen pequeña para evitar que capturan los robots de spam la dirección. Sólo tienes que escribir lo que usted ve en su campo de dirección de correo electrónico, y voy a recibir su mensaje.