CPU cho dự án trường học máy tính retro


9

Tôi là một sinh viên trong một trường CNTT và chúng tôi đang cố gắng nghĩ về một dự án mà chúng tôi có thể sử dụng để cho sinh viên năm thứ nhất thấy mọi thứ hoạt động như thế nào sau sân khấu và cuối cùng chúng tôi đã nghĩ đến việc tạo ra một máy tính retro.

Tôi đã đọc nhiều thứ liên quan đến bộ xử lý Z80, nhưng tôi đoán là chúng ta cần thứ gì đó mạnh hơn, chúng tôi vẫn đang tự hỏi về kiến ​​trúc mặc dù ARM có thể là một lựa chọn tốt khi chúng tôi tìm thấy nhiều tài liệu, chúng tôi có cũng thiết lập một số nhu cầu đặc biệt:

  • Một bus địa chỉ bên ngoài nếu chúng ta cần thêm RAM
  • > 50Mhz
  • 16 hoặc 32 bit
  • Không có gói BGA / QFN
  • Không có bảng mạch
  • Giao diện nối tiếp (?)
  • Không quá đắt vì chúng tôi có ngân sách hạn chế

P8X32A-D40 trông giống như một CPU tốt nhưng thiếu dung lượng RAM chúng ta cần (32k), tôi đã suy nghĩ nhiều hơn về thứ gì đó như> 1MB. Có lẽ eZ80 đáng để xem xét. Chúng tôi muốn câu trả lời từ những người đã thử nghiệm như bạn.

Cảm ơn bạn.

Chỉnh sửa: Mặc dù tôi đã chấp nhận câu trả lời vì nó đáp ứng nhu cầu của chúng tôi, câu hỏi vẫn mở cho các đề xuất khác vì chúng tôi sẽ phải thảo luận về các lựa chọn với nhóm sinh viên sẵn sàng tham gia dự án.


4
Trước tiên, bạn thảo luận về việc tạo ra một máy tính retro, sau đó đưa ra thông số kỹ thuật (50 MHz,> 1 MB RAM) cho bộ vi xử lý mới hơn nhiều. Z80 có tốc độ xung nhịp tối đa là 2 MHz và có thể hỗ trợ bộ nhớ 64K. Chip Propeller (P8X32A-D40) là một trong những mục yêu thích của tôi do kiến ​​trúc độc đáo của nó nhưng nó chắc chắn không phải là điện toán retro. Z80 không phải là một lựa chọn tồi vì có rất nhiều thông tin về việc kết hợp một hệ thống xây dựng tại nhà, ví dụ, hãy xem điều này .
tcrosley

Tôi biết những thông số kỹ thuật này sẽ khiến máy tính ngày xưa ghen tị, nhưng tôi nghĩ một số loại retro ++ sẽ là lý tưởng (Các sinh viên khác sẽ coi bất cứ thứ gì dưới 1GHz là "retro" ...)
Anthony Teisseire

4
Trong lớp vi điều khiển mà tôi đã tham gia, chúng tôi đã sử dụng Motorola 6800 ... nó đủ phức tạp với tất cả các chế độ địa chỉ khác nhau mà nó làm cho Atmels và PIC 8 bit trông giống như một món đồ chơi .. Nhưng nó không phức tạp đến mức bạn có thể xây dựng mô hình tinh thần của điều mà không mất tâm trí của bạn. Nó chỉ phụ thuộc vào cách 'dưới mui xe' mà bạn muốn nhận.
Daniel

Tôi sẽ xây dựng một cái gì đó như thế này. Hãy xem WDC 65C816 - đó là dẫn xuất CMOS 16 bit của 6502 đáng kính và đi kèm với gói DIP40.
Peter

7
Tôi hoàn toàn không đồng ý với lý do đóng câu hỏi này. OP đang tìm kiếm một kiến ​​trúc máy tính phù hợp để sử dụng cho học sinh, với một bộ tiêu chí. Trước tiên tôi đã trả lời với một đề xuất về một kiến ​​trúc phù hợp, có thể là một kiến ​​thức mà anh ấy không biết, và vâng, sau đó đã đề xuất một con chip cụ thể vì nó có sẵn trong một gói DIP thân thiện với sinh viên. Nhưng tôi nghĩ rằng câu trả lời khá toàn diện của tôi liệt kê các lý do cho các khuyến nghị của tôi sẽ hữu ích trong tương lai cho bất kỳ ai khác đang cố gắng đưa ra quyết định tương tự. Đề nghị này được mở lại.
tcrosley

Câu trả lời:


6

Mặc dù các phiên bản hiện có sẵn không có bus địa chỉ bên ngoài thực sự (sắp có), bạn có thể xem xét Microchip PIC32 . Kiến trúc của nó dựa trên MIPS , có từ năm 1988 và là một trong hai bộ hướng dẫn RISC chính (cái còn lại là ARM). Vì vậy, trong vấn đề đó, nó có thể được coi là retro. (Một câu đố nhỏ: Sony Playstation đã sử dụng bộ xử lý MIPS.)

Một trong những tính năng hay của PIC32 (và không bình thường đối với vi điều khiển 32 bit) là bạn có thể nhận được một số loại trong gói DIP, tuy nhiên bộ nhớ tối đa khả dụng sẽ bị giới hạn so với các phiên bản gắn trên bề mặt. Một trong những PIC có bộ nhớ lớn nhất trong gói DIP 28 chân là PIC32MX250F128 với bộ nhớ Flash (chương trình) 128KB và RAM 32KB. Nó có sẵn từ Digi-Key ở MỹFarnell ở Anh .

Mặc dù RAM có vẻ hạn chế, lưu ý rằng PIC là kiến trúc Harvard , có nghĩa là không gian địa chỉ dữ liệu và chương trình riêng biệt và các chương trình được thực hiện ngoài flash, vì vậy bạn không cần nhiều RAM. (Đối với những người theo chủ nghĩa thuần túy, PIC32 thực sự là kiến ​​trúc Harvard đã được sửa đổi, bởi vì có thể chạy các chương trình hết RAM.) Thay thế khác là Von Neumannkiến trúc (được sử dụng, ví dụ, trong PC '), nơi có một không gian địa chỉ cho mọi thứ và chương trình thường hết RAM, một ngoại lệ là chúng thường cần có ít nhất một số Flash hoặc ROM (được gọi là BIOS trong PC) trong không gian bổ sung của bộ xử lý để thực hiện thói quen khởi động để tải HĐH khỏi thiết bị lưu trữ dung lượng lớn hoặc mạng vào RAM. Z80 (và hầu hết các bộ vi xử lý thời đó) cũng sử dụng kiến ​​trúc Von Neumann. Vì vậy, người ta phải điều chỉnh cả chương trình và dữ liệu thành 64 KB. Một số micros có kiến ​​trúc Von Neumann cũng ánh xạ các thiết bị ngoại vi của chúng vào cùng một không gian địa chỉ 64K; những người khác sử dụng địa chỉ cổng riêng.

Xe buýt bên ngoài, hiện tại của PIC32 (nhưng chỉ trong các gói gắn trên bề mặt, do số lượng chân) có "Cổng song song" rộng 8 hoặc 16 bit (PMP), kết hợp với DMA, có thể truyền dữ liệu qua lại tự động giữa RAM của PIC và RAM ngoài hoặc thiết bị ngoại vi. Tuy nhiên, điều này không cho phép một người truy cập trực tiếp vào bộ nhớ ngoài (trong không gian địa chỉ của bộ xử lý) hoặc chạy mã ở đó. Mới nhất PIC32MZ , được liệt kê nhưng chưa có trong kho tại Digi-Key, sẽ có một bus địa chỉ bên ngoài thực sự, tối đa 2 MB Flash, 1/2 MB RAM và chạy ở tốc độ 200 MHz.

PIC32MX250F128 chạy ở 50 MHz, có những cái khác chạy ở 80 MHz. Nó có hai cổng UART nối tiếp; bạn sẽ cần một bộ chuyển đổi mức để dịch nó sang tín hiệu RS232.

Bởi vì nó được đóng gói dưới dạng DIP và có thể chạy mà không cần bộ tạo dao động bên ngoài, để bắt đầu tất cả những gì bạn cần là nguồn cung cấp năng lượng 3.3.v, một số nắp tách 0,1 0,1F và bảng mạch. Bạn có thể nhận được một trình biên dịch C và IDE miễn phí từ Microchip.

Khi bạn khởi động bộ xử lý, bạn có thể thêm các thiết bị ngoại vi như màn hình LCD, các nút (thậm chí là bàn phím), v.v.

Bạn có thể nhận được các PIC32MX khác với tối đa 512KB Flash và 128KB RAM, nhưng chỉ trong các gói gắn trên bề mặt như TQFPVQFN sẽ yêu cầu bạn bố trí PCB (bạn cũng sẽ gặp vấn đề tương tự với bất kỳ bộ xử lý ARM nào).


Cảm ơn rất nhiều, điều này rất nhiều thông tin và một PIC như vậy sẽ thực sự đáp ứng nhu cầu của chúng tôi. Chúng tôi sẽ điều chỉnh thiết kế của chúng tôi trong trường hợp chúng tôi cảm thấy cần phải chuyển sang gói VQFN hoặc họ PIC32MZ.
Anthony Teisseire

Tôi không nói rằng đó là yêu cầu của CPU sử dụng kiến ​​trúc von Neumann để chạy các chương trình của chúng từ RAM. Chắc chắn có thể có flash và RAM trong cùng một bản đồ bộ nhớ, do đó cho phép bạn chạy mã từ một trong hai. CPU von Neumann chỉ cần có một bus và không gian địa chỉ cho cả hướng dẫn và dữ liệu.
Jason R

@JasonR Tôi không có ý ám chỉ các chương trình trong kiến ​​trúc Von Neumann phải hết RAM, thực tế họ cần phải có ít nhất một số Flash hoặc ROM (được gọi là BIOS trong PC) để thực hiện thói quen khởi động để tải HĐH tắt một thiết bị lưu trữ lớn hoặc mạng vào RAM. (Tất nhiên các máy tính thực sự ban đầu, bao gồm cả các PC đời đầu như Altair 8800 , thậm chí không có ROM khởi động và bạn phải chuyển bộ tải khởi động bằng tay bằng các công tắc bảng mặt trước). Tôi đã cập nhật câu trả lời của mình.
tcrosley

3

Mặc dù tôi đồng ý rộng rãi với @tcrosley, tôi cảm thấy bắt buộc phải chỉ ra rằng nếu bạn thực sự muốn cho các sinh viên khác thấy mọi thứ hoạt động như thế nào "đằng sau sân khấu" thì bạn nên lấy một bảng mạch (chỉ cần mua một cái, đừng thử và làm nó ) và tìm hiểu cách xây dựng CPU từ đầu bằng cách sử dụng logic. Hãy nhìn vào điều này cho một điểm khởi đầu tốt.


1

Bạn đã xem xét loạt MC68000?

Đó là CPU 16,32 bit ngoại trừ 68008, dòng dữ liệu là 16 bit, một số trong số chúng có thể chạy ở tốc độ 50 MHz dễ dàng và không gian địa chỉ là 16 MB.

  • Một bus địa chỉ bên ngoài nếu chúng ta cần thêm RAM - có và chỉ
  • > 50 MHz - có thể là
  • 16 hoặc 32 bit - cả hai
  • Không có gói BGA / QFN - có
  • Không có bo mạch đồ họa - không
  • Một giao diện nối tiếp (?) Không , bạn phải làm cho bạn nhưng rất dễ dàng
  • Không quá đắt vì chúng tôi có ngân sách hạn chế - có

Dưới đây là tài liệu đầy đủ: https://www.nxp.com/docs/en/reference-manual/MC68000UM.pdf

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.