Come costruire un microprocessore fai da te

Come costruire un computer fai da te, con il solo utilizzo di porte logiche e transistor. Sul web si trovano molte informazioni su come costruire, sia su breadboard che su circuito stampato, con kit o schema elettrico, microprocessori di varia complessità e prestazioni. Si trovano sia computer a soli transistor che sommano due numeri binari, sia microprocessori che gestiscono programmi su monitor ed hanno anche un sistema operativo. Chi si cimenta in questa avventura dovrà avere in chiaro le funzioni che vuole esplorare/utilizzare e la complessità della programmazione, in pratica il set di istruzioni che vuole implementare.

Il più semplice computer fai da te esegue una semplice operazione di somma di due numeri binari. Questo progetto utilizza solo transistor per creare le porte logiche necessarie alla costruzione del sommatore. E’ programmabile attraverso 8 interruttori. Nel sito internet dell’autore (in lingua inglese) trovate il circuito elettrico completo, le spiegazioni e principi di elettronica digitale utili per realizzare questo computer fai da te a 4 bit. In pratica il circuito elettronico è formato da 4 full adder, sommatore completo, collegati in cascata.

Il computer a 8 bit più semplice l’ha costruito Jack Eisenmann, che tra l’altro ha realizzato dei computer fai da te, anche complessi, su breadboard. Assolutamente da visitare il suo sito ostracodfiles.com in inglese.

Il DUO Basic è un semplice computer ad 8 bit costruito interamente con porte logiche della serie 7400. Questo microprocessore è stato realizzato per l’utilizzo didattico, per dimostrare i principi della logica digitale e di come funziona un computer nelle sue componenti di base.

Questo progetto è dotato di una memoria di programma di 256 byte direttamente programmabile attraverso interruttori presenti sulla scheda; ha un accumulatore A, un registro di memoria B per uso generico, ed un Program Counter (PC). Non ha memoria RAM. Il computer è dotato di clock.

Lo studio e l’utilizzo di questo semplice microprocessore vi permetteranno di comprendere come funzionano i computer. Le istruzioni assembler che utilizza sono 2, ed è in grado di eseguire somme di più numeri. Nel sito internet trovate un emulatore software che vi permette di immettere le linee di programma assembler e verificarne il funzionamento direttamente dal sito web, senza necessità di scaricare programmi sul vostro PC.

Se avete la pazienza e le possibilità potreste costruire una copia del primo microprocessore costruito dalla Intel, il 4004. Per assemblare la replica di questo glorioso microprocessore dovrete saldare qualche migliaio di transistor come hanno fatto nel sito Intel 4004 – 35° Anniversario.

I realizzatori di questa epica impresa mettono a disposizione il circuito elettrico verificato, la lista componenti ed un simulatore java animato. Il circuito stampato che vedete in figura è realizzato con componenti smd, ma replica fedelmente le funzioni e la disposizione dei vari componenti elettronici e moduli svolte dal microprocessore Intel 4004. Con mia sorpresa ho scoperto che questo microprocessore, quello che ha fatto la gloria e la storia della Intel, è stato inventato, progettato e costruito da un italiano, Federico Faggin, un vero genio.

Il sito web 6502.org invece studia e replica composizione e funzioni del microprocessore omonimo. Ci sono bellissime fotografie in alta risoluzione del wafer del microprocessore 6502.

screenshot Apollo 181 computer — Apollo 181 mini computer

GianLuca G. ha creato un lavoro davvero notevole con il suo Apollo 181, un computer in piena regola. Bravo per essere riuscito con un set di sole 16 istruzioni, 1K byte di memoria di programma e 256 byte di RAM a creare programmi dimostrativi per un led light dimmer (variatore di luce a led), uno stepper motor control (controllo di un motore passo passo), un cronometro ed un generatore di numeri casuali. Il mini computer è completo di alimentatore ed è stato cablato a mano su una scheda millefori, complimenti. Il sito internet spiega in dettaglio (in inglese) il funzionamento del microprocessore, come programmarlo e gli schemi elettrici per la sua replica.

link utili & Credits:

http://en.wikibooks.org/wiki/Microprocessor_Design/Wire_Wrap

http://6502.org/homebuilt

http://www.vttoth.com/CMS/index.php/projects/47

microcode sequencer

http://www.ljw.me.uk/educ8/

http://cpuville.com/index.htm

http://cpuville.com/Main_2.htm

http://www.homebrewcpu.com/

open source hardware

http://www.bradrodriguez.com/papers/piscedu2.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Apollo_Guidance_Computer