Энтузиаст собрал полностью рабочий процессор из старых микросхем памяти

На первый взгляд, эта мешанина из проводов, компонентов и вручную спаянных схем может показаться киберпанк-скульптурой, но на самом деле это проект, который можно описать лишь как «гениально абсурдный». Энтузиаст собрал полноценный процессор — не плату разработчика и не микроконтроллер, а настоящий CPU, способный выполнять инструкции и работать с памятью, используя лишь старые микросхемы памяти и логические компоненты эпохи 8-битных компьютеров. Проект, названный EPROMINT, не предназначен для замены современных процессоров, а создан ради «чистого удовольствия» от DIY.

Автор этого удивительного проекта — Majsterkowanie i nie tylko (сокращённо MINT, «Сделай сам и не только» на английском) — потратил три месяца на проектирование, пайку, программирование и документирование каждой детали архитектуры процессора. Идея родилась из простого эксперимента с устаревшими микросхемами памяти EPROM, изначально предназначенными для управления внешними системами, такими как ШИМ-диммер или дисплей для сообщений. Простота этой схемы натолкнула на мысль: если память можно использовать для имитации базовой логики, то, возможно, не так уж сложно собрать полноценный процессор.

Вскоре энтузиаст погрузился в схемотехнику, воссоздавая структуру классических 8-битных CPU, таких как Z80, которые когда-то стали основой революции персональных компьютеров. В результате получилась машина, которая, хоть и выглядит неказисто, работает с реальными наборами инструкций, исполняет ассемблерный код и обрабатывает аппаратные прерывания — совсем как коммерческий процессор.

Проект начался с самого базового компонента любого CPU — арифметико-логического устройства (АЛУ). Первый прототип, способный выполнять простые сложения, оказался ненадёжным и был переделан. Его замена получила сокеты для удобства отладки. Затем добавились интерфейс памяти, контроллер шины адреса (управляемый вторым АЛУ) и, наконец, логика управления, декодирующая опкоды и координирующая потоки данных.

Программное обеспечение также было написано с нуля. Почти 2000 строк кода определяли обработку инструкций, перемещение данных и тестовые процедуры — всё на базе собственных инструментов разработки, созданных для предыдущих проектов. Набор инструкций вышел даже богаче, чем у старых CPU, включая умножение, деление, тригонометрические вычисления и работу с битовыми последовательностями. Как выразился автор, процессор «получил дозу стероидов».

Изображение: Majsterkowanie i nie tylko, YouTube

После сборки всех модулей процессор впервые включили, потребляя 250 мА тока. Тестовая программа заставила мигать светодиод, а второй загорался при обработке прерывания, демонстрируя, что CPU может реагировать на внешние события даже во время выполнения команд. Он останавливал текущую операцию, обрабатывал прерывание и затем возвращался к прерванной задаче — как настоящий процессор.

Готовый CPU занял четыре монтажные платы, весил более 500 г и содержал более километра проводов, если их вытянуть в линию. Вся логика реализована через предварительно запрограммированную память: вместо физических NAND-вентилей система отправляет 8-битный вход в EPROM, который возвращает результат из таблицы. Так работают маршрутизация данных и декодирование инструкций. В качестве демонстрации автор подключил процессор к VFD-экрану и написал код для показа фрагментов из «Матрицы» в низком разрешении.

В отличие от современных SoC, где всё скрыто под слоем кремния, этот процессор полностью «оголён». Каждый такт, каждый опкод и изменение регистров можно отследить визуально. В этом и есть красота DIY в его самом «панковском» проявлении. Глядя на это, понимаешь, насколько магическими выглядят CPU в наших компьютерах — миллиарды транзисторов, управляемые человеческой волей. Если собрать простейший процессор так сложно, то какие амбиции стоят за производством TSMC!

Источник: Tomshardware.com