نظرة عامة على الكمبيوتر 8 بت على اللوح: 3 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

كان هدفي من هذا المشروع هو بناء فهم أفضل لهندسة الكمبيوتر وتصميم الأجهزة ولغات مستوى التجميع. كوني مبتدئًا في الجامعة يدرس هندسة الكمبيوتر ، فقد أكملت مؤخرًا دورات في الإلكترونيات ، ومختبرات تعرّفني على لغة التجميع ، وهندسة الأجهزة. عند تلقي مقدمة حول هذه الموضوعات ، أردت زيادة فهمي للتفاصيل الدقيقة في الدورات الثلاث جميعها ، وما هي أفضل طريقة للتعلم من العمل في مشروع ما؟

كانت نيتي الأصلية هي تجميع هذا الكمبيوتر ذي 8 بتات بالكامل باستخدام مقاطع فيديو المحاضرات المتوفرة على قناة Ben Eater على youtube ، والتي تقوم بعمل رائع في تقسيم عملية التصميم إلى مزيج متين من المواد التي قمت بتغطيتها والجوانب التي لم أكن أقوم بتغطيتها بعد. يتعلم. نظرًا لأن لدي بالفعل فهمًا أساسيًا للتصميم الاندماجي ومنطق الإلكترونيات الأساسي ، فقد أردت أن أتحدى نفسي من خلال محاولة تصميم وبناء أجزاء من الكمبيوتر بعد النظرات العامة على التصميم ، ولكن دون مشاهدة تعليمات البناء. خلال المشروع ، كان هدفي هو التعلم وتحسين فهمي أكثر من مجرد بناء شيء جديد ، لذلك خلال كل خطوة من المشروع ، قمت بقراءة صغيرة من المقالات والمنتديات عبر الإنترنت حول بنية المكونات ، والمصطلحات الأساسية المستخدمة لكل منها منهم.

الخطوة 1: البحث على طول الطريق

لقد جعلني هذا المشروع أقرأ أكثر مما كنت أتوقع. كان أحد مقاربي الرئيسية لكل مكون هو قراءة نظرة عامة من منتدى أو مقالة عبر الإنترنت ، ومشاهدة المحاضرات من مقاطع فيديو Eater ، ومحاولة تصميم الجزء الخاص بي قبل الإنشاء والاختبار ومعظم الوقت الذي أحتاج إلى إلغاءه للحصول على نهج أكثر إرشادًا من قناة Eater. مثال على ذلك عندما كنت أقوم ببناء مكون ALU للكمبيوتر الشخصي. أثناء مشاهدة مقاطع الفيديو الخاصة بالتصميم ، قرأت مقالات عن مكونات الرقاقة التي كانت ذات وظائف أعلى وأطلقت المدخلات التي من شأنها أن تسمح بتبديل أنواع التعليمات وعكس المدخلات إلى مكمل 2 داخليًا. ومع ذلك ، قبل شراء هذه الرقائق الميسرة ، قمت بمراجعة نهج التصميم الذي تحدث عنه Ben Eater في مقاطع الفيديو الخاصة به ، مع مزج الإضافات وبوابات XOR المنطقية لزيادة الوظائف في وحدة ALU دون الحاجة إلى شرائح تكلفة أعلى. جعلني هذا أقدر استخدام المنطق المنفصل وإمكانية تطبيقه على تصميم الكمبيوتر ، وتعلم الأساليب المختلفة لبناء المكونات. من خلال الجمع بين الرقائق ذات المستوى الأدنى على اللوح ، تعرفت أيضًا على بعض السمات المعمارية الرئيسية المستخدمة داخل ALU ، مما زاد من فهمي لمكون التنفيذ هذا على جهاز الكمبيوتر.

عنصر رئيسي آخر تعلمته هو استخدام أجهزة الإرسال والاستقبال ، والمعروفة أيضًا باسم المخازن المؤقتة. قبل التعمق في المشروع ، اعتقدت أنني سأقوم ببساطة بتنشيط وإلغاء تنشيط المكونات المختلفة باستخدام إشارات التحكم ، ولكن سرعان ما وجدت في جميع المقالات أن المخازن المؤقتة يجب استخدامها من أجل تشغيل بنية نمط Von-Neuman بشكل صحيح. نظرًا لأن الكمبيوتر يستخدم ناقلًا مشتركًا للبيانات للتنقل بين الوحدات النمطية المختلفة على الكمبيوتر ، فقد تم إملاء مزامنة الدورات بواسطة الساعة. ومع ذلك ، مع السماح بالتخزين والأحمال بالحدوث دون التدخل في البيانات المتاحة على الحافلة ، وجدت أن أجهزة الإرسال والاستقبال ضرورية للعمل كبوابات ، مما يتطلب إشارة تمكين للسماح بتدفق البيانات إلى الحافلة في الوقت المناسب. لم يكن من الصعب فهم القدرة على القراءة ، حيث أن الأسلاك ستحتفظ دائمًا بالقيم الموجودة في الناقل ، ولكن استخدام القيمة الصحيحة يعني تمكين السجلات من الاحتفاظ بالقيمة الجديدة.

كانت إحدى النتائج النهائية من البحث خلال هذا المشروع هي فهم اختلافات المواصفات بين الرقائق المتشابهة. غالبًا ما وجدت شرائح بنفس قيم المعرف ولكن بأحرف وصف مختلفة مثل LS و HC. ما تعلمته هو أنه لم يكن مجرد تصنيع الملصقات ، ولكن أيضًا التوقيت ومواصفات الطاقة حول الرقائق. لحسن الحظ ، نظرًا لأن جهاز الكمبيوتر الخاص بي يستخدم مكونات منخفضة المستوى وعالية التحمل ، لم أكن بحاجة إلى القلق بشأن مطابقة العديد من المواصفات ، ولكن في تصميم المستوى الأعلى ، تعلمت أن أشياء مثل سرعة الساعة وسحب الطاقة ضرورية لنجاح أو فشل الأجهزة الإلكترونية التصميم

الخطوة الثانية: الصعوبات التي تمت مواجهتها

بسرعة إلى حد ما في المشروع ، تمكنت من تصميم مكونات بسيطة مثل ساعة التوقيت لمزامنة العمليات ، وبنية الذاكرة الأساسية ، ولكن الحاجة إلى طلب أجزاء جنبًا إلى جنب مع فصل دراسي ثقيل جعل من الصعب تخصيص الوقت الخارجي للمشروع ، مما جعلني أعود للعمل الجدول الزمني للإنجاز. بعد أول انتكاسة كبيرة لي من الحاجة إلى الانتظار لمدة أسبوع حتى تصل الأجزاء ، انتهى بي الأمر بتجنب المزيد من التأخير عن طريق طلب جميع الأجزاء التي اعتقدت أنني سأحتاجها لإكمال هذا المشروع ، والذي تبين أنه مفيد لأنني لم أعد أواجه تأخيرات حتى نشر هذا. بعد تعلم بعض الأساليب الأساسية لتصحيح الأخطاء أيضًا ، بدأت في التغاضي عن بعض التجميع الذي يعني الحاجة إلى العودة وإعادة مشاهدة مقاطع الفيديو للقبض على أخطائي ، مما أدى عادةً إلى تفكيك معظم اللوحة. هذا ليس لديه طريق مختصر. لقد تعلمت قيمة التحقق من تقدمك في بناء أي جهاز إلكتروني. من خلال تصحيح أخطاء كل لوحة على طول الطريق ، تمكنت من الانتقال إلى دمجها بمزيد من الثقة ، ثم أصبح تصحيح أخطاء اللوحات المدمجة أسهل بكثير.

الخطوة الثالثة: الإنجازات والتفكير

الكل في الكل ، لقد أكملت حاليًا الساعة ، وعداد الشفرة والبرنامج ، ووحدة ALU ، وسجلات rs rt و rd ، وذاكرة الوصول العشوائي. إلى جانب الحاجة إلى إكمال الحافلة والأجهزة الطرفية من أجل إكمال هذا المشروع ، فقد تعلمت قدرًا كبيرًا عن هندسة الكمبيوتر ، والتي آمل أن أكملها إلى المقررات الاختيارية في السنة الأخيرة ، مع أخذ دورة هندسة الكمبيوتر.

قدمت M5 جميع الأدوات اللازمة لي للعمل في مشروعي ، وتم وضع المكونات جيدًا على طول جدران الأجزاء ، لذلك عرفت مبكرًا الأجزاء التي تحتاج إلى طلب وما يمكن الاستغناء عنه. إذا كان على طالب آخر تولي هذا المشروع ، فسأشير بالتأكيد إلى أن هذا المشروع يستغرق الكثير من الوقت إذا كنت تحاول فهم كل ما يحدث على الكمبيوتر. إنها ليست صعبة ، ولكنها تتطلب عناية إذا كنت تريدها أن تعمل بنجاح. أوصي بشدة بالاطلاع على قائمة تشغيل الفيديو على قناة Ben Eater على youtube للحصول على فهم لجميع الأجزاء التي تحتاج إلى استخدامها حتى لا تتأخر في الوقت المحدد إذا كنت لا تخطط لتصميم نهجك الخاص. نظرًا لأنني اشتريت معظم الأجزاء ، أخطط لأخذها معي لإكمالها في وقتي الخاص ، ولكن سيكون من الرائع تسليم ذلك للسماح لطالب آخر بإكماله ، مما يعني التعرض للضوء لتصميم الأجزاء المتبقية ، ولكن التركيز بشكل كبير على لغة التجميع ، والتي لحسن الحظ عملت عليها خلال الفصول الأخرى