ซีพียูสำหรับโครงการโรงเรียนคอมพิวเตอร์ย้อนยุค


9

ฉันเป็นนักเรียนในโรงเรียนไอทีและเรากำลังพยายามนึกถึงโครงการที่เราสามารถใช้เพื่อแสดงให้นักเรียนชั้นปีที่ 1 ทราบว่าสิ่งต่าง ๆ ทำงานอย่างไรหลังเวทีและในที่สุดเราก็คิดว่าจะทำคอมพิวเตอร์ย้อนยุค

ฉันได้อ่านหลายสิ่งเกี่ยวกับโปรเซสเซอร์ Z80 แล้ว แต่ฉันคิดว่าคงต้องมีอะไรที่ทรงพลังกว่านี้เรายังคงสงสัยเกี่ยวกับสถาปัตยกรรมแม้ว่า ARM อาจจะเป็นทางเลือกที่ดีเมื่อเราพบเอกสารจำนวนมากเรามี ยังสร้างความต้องการพิเศษบางอย่าง:

  • บัสแอดเดรสภายนอกถ้าเราต้องการ RAM เพิ่ม
  • > 50Mhz
  • 16 หรือ 32 บิต
  • ไม่มีแพ็คเกจ BGA / QFN
  • ไม่มีบอร์ด FPGA
  • อินเตอร์เฟสแบบอนุกรม (?)
  • ไม่แพงเกินไปอย่างใดอย่างหนึ่งเนื่องจากเรามีงบประมาณ จำกัด

P8X32A-D40 ดูเหมือนซีพียูที่ดี แต่ขาดจำนวน RAM ที่เราต้องการ (32k) ฉันคิดเกี่ยวกับบางสิ่งมากกว่า> 1MB บางที eZ80 นั้นคุ้มค่าที่จะพิจารณา เราต้องการคำตอบจากคนที่ถูกทดลองเหมือนคุณ

ขอบคุณ.

แก้ไข:แม้ว่าฉันจะได้รับคำตอบเมื่อมันตอบสนองความต้องการของเรา แต่คำถามยังคงเปิดรับข้อเสนอแนะอื่น ๆ เนื่องจากเราจะต้องหารือเกี่ยวกับทางเลือกกับทีมของนักเรียนที่เต็มใจเข้าร่วมโครงงาน


4
ก่อนอื่นคุณพูดถึงการสร้างคอมพิวเตอร์แบบย้อนยุคจากนั้นใส่รายละเอียด (50 MHz,> 1 MB of RAM) สำหรับไมโครโปรเซสเซอร์ที่ใหม่กว่ามาก Z80 มีอัตราสัญญาณนาฬิกาสูงสุดที่ 2 MHz และสามารถรองรับหน่วยความจำ 64K ชิปใบพัด (P8X32A-D40) เป็นหนึ่งในรายการโปรดของฉันเนื่องจากสถาปัตยกรรมที่เป็นเอกลักษณ์ แต่ก็ไม่ใช่การคำนวณแบบย้อนยุค Z80 ไม่ได้เป็นทางเลือกที่ดีเนื่องจากมีจำนวนเงินที่ยุติธรรมของข้อมูลเกี่ยวกับการร่วมกันวางระบบบ้านที่สร้างขึ้นเช่นเห็นนี้
tcrosley

ฉันรู้ว่าสเป็คเหล่านี้จะทำให้คอมพิวเตอร์ยุคเก่าอิจฉา แต่ฉันคิดว่า retro ++ บางอย่างนั้นจะเหมาะ (นักเรียนคนอื่นจะพิจารณาอะไรที่ต่ำกว่า 1GHz เป็น "retro" อยู่ดี ... )
Anthony Teisseire

4
ในคลาส microcontrollers ที่ฉันใช้เราใช้ Motorola 6800 ... มันซับซ้อนพอกับโหมดการกำหนดแอดเดรสที่แตกต่างกันทั้งหมดที่ทำให้ Atmels 8 บิตและ PIC ดูเหมือนของเล่น .. แต่มันไม่ซับซ้อนที่คุณสามารถสร้าง รูปแบบจิตของสิ่งโดยไม่สูญเสียความคิดของคุณ มันขึ้นอยู่กับว่าคุณต้องการได้ 'ใต้ฝากระโปรง' อย่างไร
Daniel

ฉันกำลังจะสร้างบางสิ่งเช่นนี้ ดู WDC 65C816 - เป็นอนุพันธ์ CMOS 16 บิตของ 6502 ที่น่าเคารพและมาในแพ็คเกจ DIP40
ปีเตอร์

7
ฉันไม่เห็นด้วยกับเหตุผลที่ปิดคำถามนี้โดยสิ้นเชิง OP กำลังมองหาสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ที่เหมาะสมที่จะใช้สำหรับนักเรียนในโรงเรียนตามเกณฑ์ที่กำหนด ฉันตอบครั้งแรกพร้อมคำแนะนำเกี่ยวกับสถาปัตยกรรมที่เหมาะสมอาจเป็นสิ่งที่เขาไม่ทราบและใช่แล้วแนะนำชิปเฉพาะเนื่องจากมีอยู่ในแพ็คเกจ DIP ที่เหมาะสำหรับนักเรียน แต่ฉันคิดว่าคำตอบที่ครอบคลุมมากกว่าการระบุเหตุผลสำหรับคำแนะนำของฉันจะเป็นประโยชน์ในอนาคตสำหรับใครก็ตามที่พยายามจะตัดสินใจแบบเดียวกัน แนะนำให้เปิดใหม่
tcrosley

คำตอบ:


6

แม้ว่ารุ่นมีอยู่ในปัจจุบันไม่ได้มีรถบัสที่อยู่ภายนอกจริง (มันมา) คุณอาจพิจารณาMicrochip PIC32 มันเป็นสถาปัตยกรรมที่มีพื้นฐานมาจากMIPSย้อนหลังไปถึงปี 1988 และเป็นหนึ่งในสองชุดคำสั่ง RISC หลัก (อีกชุดหนึ่งคือ ARM) ดังนั้นในเรื่องนั้นถือได้ว่าย้อนยุค (เรื่องเล็กน้อย: Sony Playstation ใช้หน่วยประมวลผล MIPS)

หนึ่งในคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมของ PIC32 (และผิดปกติสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์แบบ 32 บิต) คือคุณสามารถได้รับหลายชนิดในแพ็คเกจ DIP อย่างไรก็ตามหน่วยความจำสูงสุดที่มีอยู่จะถูก จำกัด เมื่อเทียบกับรุ่นที่ติดตั้งบนพื้นผิว หนึ่งใน PICs ที่มีหน่วยความจำมากที่สุดในแพ็คเกจ DIP 28 พินคือPIC32MX250F128 ที่มีหน่วยความจำแฟลช (โปรแกรม) 128KB และ RAM 32KB มันสามารถใช้ได้จากDigi-Key ในสหรัฐอเมริกาและสั่งซื้อครั้งแรกในสหราชอาณาจักร

แม้ว่า RAM อาจดูเหมือน จำกัด แต่โปรดทราบว่า PICs เป็นสถาปัตยกรรมฮาร์วาร์ดหมายถึงพื้นที่ของโปรแกรมและที่อยู่ข้อมูลแยกจากกันและโปรแกรมทำงานจากแฟลชดังนั้นคุณจึงไม่จำเป็นต้องใช้ RAM จำนวนมาก (สำหรับผู้พิถีพิถันนั้น PIC32 นั้นเป็นสถาปัตยกรรมฮาร์วาร์ดที่ได้รับการดัดแปลงจริง ๆ เพราะมันเป็นไปได้ที่จะเรียกใช้โปรแกรมจากแรม) ทางเลือกอื่นคือฟอนนอยมันน์สถาปัตยกรรม (ใช้ตัวอย่างเช่นในพีซี ') ซึ่งมีพื้นที่ที่อยู่หนึ่งแห่งสำหรับทุกสิ่งและโปรแกรมมักจะหมด RAM โดยมีข้อยกเว้นประการหนึ่งคือโดยทั่วไปพวกเขาจำเป็นต้องมี Flash หรือ ROM อย่างน้อยหนึ่งตัว (เรียกว่า BIOS ในพีซี) พื้นที่ addrress ของโปรเซสเซอร์เพื่อเรียกใช้รูทีนการบูตเพื่อโหลดระบบปฏิบัติการออกจากอุปกรณ์เก็บข้อมูลขนาดใหญ่หรือเครือข่ายลงใน RAM Z80 (และไมโครโปรเซสเซอร์ส่วนใหญ่ของเวลา) ก็ใช้สถาปัตยกรรม Von Neumann ดังนั้นหนึ่งต้องพอดีทั้งโปรแกรมและข้อมูลเป็น 64 KB micros บางตัวที่มีสถาปัตยกรรม Von Neumann ยังจับคู่อุปกรณ์ต่อพ่วงเข้ากับพื้นที่ที่อยู่ 64K เดียวกัน อื่น ๆ ใช้การกำหนดที่อยู่พอร์ตแยก

Re บัสภายนอกปัจจุบันของ PIC32 (แต่เฉพาะในแพ็คเกจที่ติดตั้งบนพื้นผิวเนื่องจากจำนวนของพิน) มี "Parallel Master Port" (PMP) ที่กว้าง 8 หรือ 16 บิตซึ่งรวมกับ DMA สามารถถ่ายโอนข้อมูลไปมาได้ โดยอัตโนมัติระหว่าง RAM ของ PIC และ RAM ภายนอกหรืออุปกรณ์ต่อพ่วง อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ไม่อนุญาตให้บุคคลหนึ่งเข้าถึงหน่วยความจำภายนอกโดยตรง (ในพื้นที่ที่อยู่ของโปรเซสเซอร์) หรือเรียกใช้รหัสที่นั่น ตระกูล PIC32MZ ที่ใหม่ล่าสุดซึ่งอยู่ในรายการแต่ยังไม่มีในสต็อกที่ Digi-Key จะมีบัสแอดเดรสภายนอกที่แท้จริง, สูงสุด 2MB ของ Flash, 1/2 MB RAM และทำงานที่ 200 MHz

PIC32MX250F128 ทำงานที่ 50 MHz, มีคนอื่นที่ทำงานที่ 80 MHz มีพอร์ตอนุกรม UART สองพอร์ต คุณจะต้องใช้ตัวแปลงระดับเพื่อแปลว่าเป็นสัญญาณ RS232

เพราะมันถูกบรรจุเป็นกรมทรัพย์สินทางปัญญาและสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องมี oscillator ภายนอกเพื่อเริ่มต้นใช้งานสิ่งที่คุณต้องมีคือแหล่งจ่ายไฟ 3.3.v, ฝาครอบตัวแยกส่วน 0.1 capsF และเขียงหั่นขนม คุณสามารถรับC คอมไพเลอร์และ IDE ฟรีจาก Microchip

เมื่อคุณเปิดใช้งานโปรเซสเซอร์แล้วคุณสามารถเพิ่มอุปกรณ์ต่อพ่วงเช่นหน้าจอ LCD ปุ่ม (แม้กระทั่งแป้นพิมพ์) ฯลฯ

คุณสามารถรับ PIC32MX อื่น ๆ ที่มีมากถึง 512KB ของ Flash และ 128KB ของ RAM แต่เฉพาะในแพ็คเกจการติดตั้งบนพื้นผิวเช่นTQFPและVQFNที่ต้องการให้คุณจัดวาง PCB (คุณจะมีปัญหาเดียวกันกับหน่วยประมวลผล ARM ใด ๆ เช่นกัน)


ขอบคุณมากนี่เป็นข้อมูลที่มากและ PIC ดังกล่าวจะตอบสนองความต้องการของเราได้จริง เราจะปรับการออกแบบของเราในกรณีที่เรารู้สึกว่าจำเป็นต้องเปลี่ยนเป็นแพ็คเกจ VQFN หรือตระกูล PIC32MZ
Anthony Teisseire

ฉันจะไม่พูดว่ามันเป็นความต้องการของซีพียูที่ใช้สถาปัตยกรรม von Neumann เพื่อเรียกใช้โปรแกรมจาก RAM แน่นอนว่ามีความเป็นไปได้ที่จะมีแฟลชและ RAM ในแผนที่หน่วยความจำเดียวกันดังนั้นคุณสามารถเรียกใช้รหัสจาก von Neumann ซีพียูมีเพียงบัสเดียวและพื้นที่แอดเดรสสำหรับคำแนะนำและข้อมูล
Jason R

@ JasonR ฉันไม่ได้ตั้งใจที่จะบอกเป็นนัย ๆ ว่าโปรแกรมในสถาปัตยกรรม Von Neumann ต้องใช้ RAM หมดจริง ๆ แล้วพวกเขาต้องมีอย่างน้อย Flash หรือ ROM (เรียกว่า BIOS ในพีซี) เพื่อเรียกใช้รูทีนการบูตเพื่อโหลดระบบปฏิบัติการ ปิดอุปกรณ์เก็บข้อมูลขนาดใหญ่หรือเครือข่ายลงใน RAM (แน่นอนว่าเป็นคอมพิวเตอร์รุ่นแรก ๆ รวมถึงพีซีรุ่นแรก ๆ เช่นAltair 8800ไม่มีแม้แต่บูต ROM และคุณต้องสลับ bootloader ด้วยมือโดยใช้สวิตช์ด้านหน้า) ฉันอัพเดตคำตอบแล้ว
tcrosley

3

ในขณะที่ฉันกว้างเห็นด้วยกับ @tcrosley ผมรู้สึกว่าหน้าที่ที่จะชี้ให้เห็นว่าถ้าคุณจริงๆต้องการที่จะแสดงให้เห็นนักเรียนคนอื่น ๆ ว่าสิ่งที่ทำงาน "หลังเวที" แล้วคุณควรจะได้รับบอร์ด FPGA (เพียงซื้อหนึ่งไม่พยายามและทำให้มัน ) และเรียนรู้วิธีการสร้าง CPU ตั้งแต่เริ่มต้นโดยใช้ตรรกะ ลองดูที่นี่เพื่อจุดเริ่มต้นที่ดี


1

คุณได้พิจารณาซีรี่ส์ MC68000 หรือไม่?

มันเป็นซีพียู 16/32 บิตยกเว้น 68008 สายข้อมูลเป็น 16 บิตบางส่วนของพวกเขาสามารถเรียกใช้ที่ 50 MHz ได้อย่างง่ายดายและพื้นที่ที่อยู่คือ 16 MB

  • บัสที่อยู่ภายนอกหากเราต้องการ RAM เพิ่ม - ใช่และเท่านั้น
  • > 50 MHz - สามารถ
  • 16 หรือ 32 บิต - ทั้งคู่
  • ไม่มีแพ็คเกจ BGA / QFN - ใช่
  • ไม่มีบอร์ด FPGA - ไม่
  • ไม่อินเทอร์เฟซแบบอนุกรม (?)ไม่คุณต้องทำให้เป็นเรื่องง่าย แต่ง่ายมาก
  • ไม่แพงเกินไปอย่างใดอย่างหนึ่งเนื่องจากเรามีงบประมาณ จำกัด - ใช่

นี่คือเอกสารฉบับเต็ม: https://www.nxp.com/docs/en/reference-manual/MC68000UM.pdf

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.