Створи компютер для програмування з старих компонентів

Чи задумувався хтось з вас про повторне використання процесорів з минулого століття?

Власноруч розроблений і спаяний компютер з б/у комплектуючих 2000-х років, стане чудовим досвідом в схемотехніці і побудові систем на фізичному рівні.

Думаю більша частина вже про це неодноразово думала, і ще менша частина втілювала це в своїх проектах. Не важливо, вмієш ти програмувати, чи лише вирішив спробувати все одно рано чи пізно з своїм розвитком вирішиш спробувати написати свою власну програму на власноруч створеному пристрої.

Шлях в програмуванні дозволяє створювати програми не знаючи того що під капотом. Та мій шлях лежить прямісінько по ТТЛ і далі по КМОН периферіях внутрішніх будов.

Багато хто розуміє, що сучасна бізнес логіка працює на зростання вартості технології в першу чергу за для власного розширення та збільшення прибутку, і вже потім стратегія перевіряється і суміщується з потребами кінцевих користувачів методом часткового здешевлення. Це стосується всього сегменту розробки нових технологій. І якщо окремі виробники з усього стеку звязані певними процедурами і суворо контролюються, то звичайні любителі задля власного використання можуть творити справжні архітектурні шедеври.

Хоча схемотехнічна архітектура SRAM в поєднанні з DRAM на перший погляд здасться складною для новачка, для більшості любителів технологій це вже пройдений або частково пройдений шлях. Розуміючи архітектуру Ви з легкістю створите свій пристрій з вживаних компонентів. Окремої уваги треба надати можливостям керування та виводу інформації. Для пристроїв з високою функціональністю знадобиться деякі знання в програмуванні на низькому рівні, а
точніше вміння обєктно бачити процеси: додавати їх, віднімати, ділити, множити і тому подібне.

Початківцям раджу обмежитись 16-ти бітним процесором в корпусі TQFP з можливістью працювати на частоті до 40 МГц і виконанням простих інструкцій до 50 нс. Це повністю покриє більшість з ваших завдань, звісно якщо Ви не плануєте зробити пристрій для обробки відеографіки. В таких випадках даних характеристик буде замало, та для простої цілком функціональної невеликої рекурентної або повнозв’язаної нейромережі SLM / Micro-NN цих параметрів достатньо. Це так би мовити низькорівневий прародич сучасної LLM. Для виводу інформації оберем дисплей з можливістю підключення по SPI або за допомогою шини не більше 8 біт і максимальною роздільною здатністю 640 на 480 точок. Панель вводу (клавіатуру) теж можна виготовити самому, або скористатись існуючими в наявності трохи модифікувавши їх.

Чому саме процесори з минулого століття. Справа в тому що мікроелектроніка 2000-их років чудово піддається монтажу і зворотньому демонтажу. До того ж дозволить в певній мірі ігнорувати деякі інженерні розрахунки впливу сторонніх фізичних сил і параметрів, а саме наводок і паразитних ємностей. За наявності у вільному доступі даташиту на процесор всі ці аспекти легко вкладуться у Ваш майбутній виріб. Та якщо його немає, не біда. Орінтуючись на платі з легкістью можна знайти всі призначення виводів. Тимчасовою проблемою скоріш стане пошук конфігурацій управління ним. Але як говорить мій батько, цитую «Все піддається методу научного тику». Озброєвшись саморобним генератором сигналу, за потреби та подавши струм на процесор, топологія, біт за бітом, розповість про себе все. Значно пришвидьшить такий процес осцилограф і аналізатор шини адрес і даних, який я пропоную теж зробити самому.
Далі слід обрати, які функції може і буде виконувати пристрій окрім вводу, обробки й виводу інформації. Проводячи аналогії з сучасними готовими модулями для розробки можна відзначити наявність каналів обміну даними (інтерфейсів звязку UART, I2C, SPI). Якщо процесор має певні інтерфейси то ок, але можна створити свої додаткові канали з власноруч створеним інтерфейсом.

Якщо данний етап Вами вже пройдений і вам здалось це не цікавим, а Ви б хотіли створити повнофункціональну конячку з виходом в інтернет, маєте розуміти принцип роботи мережевих технологій, а саме моделі OSI, обрати інтерфейс (зазвичай це розповсюджений RJ45) і вивчити структури пакетів які описані в стандарті RFC. Лише після детального вивчення можна будувати свою мережеву карту, та не варто забувати про обмеження обчислювальних можливостей вашого процесору.

Щоб дізнатись про модель OSI для початку раджу прочитати цю статтю: OSI-модель: як спуститись в кролячу нору й випірнути звідти.

Що ж, процесор вже маємо, з функціоналом визначились слід обрати оперативочку. Якщо оперативна память була на платі донора процесора, сміливо можна використати її (не дрібніший за корпус TSOP-II для зручності монтажу). Якщо що доведеться рахуватись з обємом памяті.

І нарешті постійна основна память, тут доведеться пошукати. Причина полягає в тому що нам хочеться мати достатній обєм для зберігання інформації плюс важливу роль в доступі відіграє технологія. Раджу знайти мікросхему з паралельною NOR Flash памятью і конфігурацією 32M x 16 (32 мільйони слів по 16 біт). Можна далі обєднати дві таких і отримати 128 Мегабайт. Для підтримки Вашого духу зауважу, що своїм набором ми наблизились до КПК 2000 — 2005 років ))).

Я для своїх розробок також використовую спеціальну мікросхему постійної памяті в якій зберігається ядро програмного забеспечення з усіма командами і кодами ініціалізації. Вона змонтована на розємі для швидкої заміни або перепрограмування в програматорі. Це щось подібне до біосу )))). На мою думку такий підхід вартий уваги.
Наступним кроком буде побудова адресного простору нашого 16-ти бітного монстрика, щоб розділити області памяті під майбутні звернення процесора, і мати чітку уяву для використання адрес в своїх програмах. Оскільки використовуватимемо архітектуру Фон Неймана з спільною шиною, обєм памяті всіх мікросхем будем розглядати і обєднаєм як один адресний простір. Це спростить програмування і логіку в майбутньому.
Перейдемо до створення принципової схеми. Потрібно накреслити лінії підключення живлення, шини адрес і даних та лінії проміжного управління.

Якщо Вас цікавить дана тема додавайте статтю в обране і слідкуйте за її оновленням. З радістю доповню її зображеннями схем і фото (можливо й відео). Доповнюватиму поступово, тому ваші коментарі або рекомендації по темі не будуть зайвими.

Дякую.

Далі буде......