2021-08-04 10:54:56 量子位 编辑:乐乐 浏览数:46乐享网
一个人,到底能肝到什么程度?最近B站上大火的一个视频,或许给了这个问题一个完美诠释:纯!手!工!自制 CPU!这位叫做“奶味的”Up 主,耗时整整半年,用他那双勤劳的双手,“逐点”焊接,最终打造出了一个完整 CPU!手工...“”
一个人,到底能肝到什么程度?
最近B站上大火的一个视频,或许给了这个问题一个完美诠释:
纯!手!工!自制 CPU!
这位叫做“奶味的”Up 主,耗时整整半年,用他那双勤劳的双手,“逐点”焊接,最终打造出了一个完整 CPU!
手工做一个 CPU 能用么?
当然可以,他还做了一个 demo 展示,来看一下效果吧。
纯手工“肝”出一个 CPU,还成功运行了流水灯效果,直接引发了一大波网友们的惊呼:
肝帝!焊武帝!
人长在肝上了!
(感受下这满屏的 Respect)
接下来,让我们一同看下“肝帝”自制 CPU 的完整过程。
其实在发布这个视频之前,Up 主便在贴吧中“开玩笑”的说了句:
CPU 太贵了,买了显卡就买不起 CPU,手工捏个出来……
万万没想到,真的是说干就干。
据这位 Up 主介绍,他主要采用了 3 个原材料:
二极管、三极管和电阻。
通常来讲,CPU 的结构可以大致分为运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。
而他最先“下手”的,就是 CPU 的寄存器部分。
Up 主设计了一个 6 位的移位寄存器:
它的作用不仅能是用来存储,还能在时钟信号的控制下,将数据进行进行逐次右移或左移。
简单来说就像是一个交警叔叔,当数据从一个方向进来的时候,这个移位寄存器可以指挥它什么时候该往哪里走。
Up 主处理的第二个结构,是程序计数器 (PC)。
它作用简单来说,就是记录程序运行的位置。
而这也是整个项目下来最耗时、最复杂的部分,花了整整 3 个月之久。
程序计数器涉及的功能那可就多了。
像最基本的就是挨个字节读完指令后,计数要自动 + 1;而 CPU 重启之后,计数便会清零。
而且在不同的条件之下,还要能实现直接跳转、调用函数、函数返回等功能。
听着就有够复杂的了。
奈何,除此之外,还时常伴随着各种各样的“玄学问题”。
Up 主就举了个例子:
花了一个多星期才在最深处找到一只焊反的二极管……
但功夫不负有心人,在经历 3 个月令人头秃的时光之后,最复杂的模块还是被他搞定了。
上电测试也没有问题:
然后就是硬盘(ROM)和内存(RAM)。
这是 CPU 外的比较庞大两个部分要手搓一个不太现实。
因此,Up 主用上了比较容易操作的 hm628512 来做 ROM 和 RAM:
▲ 左:RAM 和指针 右:ROM
再将 ROM 和 RAM 组装上去,现在 CPU 的基础模块已经基本完成了。
接下来就是打造指令译码器。
它主要是用于把传到这里的 CPU 指令,进行解析运行:
再把做加减乘除的运算器(ALU)加上去:
最后还得再焊一个通用缓存上去:
现在,这个全部由三极管、二极管和电阻焊接而成的 CPU 就完成了!
看到这密密麻麻的元件,工程量的浩大就不用多说。
也难怪能让一众网友直呼“肝帝”了。
以为纯手工焊接就完了?
不不不,还有更硬核的。
因为这个 CPU 的指令集和架构都是自主研发的,所以没有适配的编程语言。
那怎么能让它跑起来呢?
这位 Up 主的对策是:
纯手写最原始代码 —— 二进制编程!
噫吁嚱!噫吁嚱!
这一手露的,直接引发了网友们的第二波高潮:
手写指令集,牛皮!这才是真・写代码!
直接上机械码,太狠了吧!
然后…… 然后……
Up 主竟然就开启了上古编程模式 ——“扣”程序!
面对此情此景,怎么一句“绝绝子”了得。
……
一切准备工作就绪。
接下来,便是见证奇迹的时刻。
但最开始,程序的运行并不是一帆风顺。
即便大神重启了几次,跑马灯的效果偶尔还是出现问题。
但 bug 很快被找到了:
有个地方断开了。
与此同时,因为还没有 I/O 接口,所以测试使用的灯是临时寄存器的灯。
而且左移指令和跳转指令都使用了同一组灯。
因此,流水灯的效果就不是非常明显。
于是,大神重新编程,使 CPU 跳转到 0X0F 处运行。
如此一来,在跳转时灯就是灭的,给左移指令让出了一条路。
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