Polak stworzył w pełni funkcjonalny procesor ze starych układów pamięci

Na pierwszy rzut oka wygląda to jak plątanina przewodów, ręcznie lutowanych układów i archaicznych komponentów. Ale to nie artystyczna instalacja w cyberpunkowym klimacie, tylko jeden z najbardziej niezwykłych projektów majsterkowiczów ostatnich lat. EPROMINT, bo tak nazwano to dzieło, to w pełni działający procesor, zbudowany bez użycia współczesnych mikrokontrolerów czy FPGA, a jedynie przy pomocy starych pamięci EPROM i komponentów logicznych z lat 80.

Twórcą EPROMINT-a jest polski pasjonat elektroniki tworzący kanał „Majsterkowanie i nie tylko” (MINT). W ciągu trzech miesięcy samodzielnie zaprojektował i wykonał ten procesor od podstaw: od architektury, przez okablowanie, aż po oprogramowanie. Inspiracją były proste eksperymenty z pamięciami EPROM, które wykorzystywał do obsługi takich urządzeń jak sterownik PWM czy wyświetlacz LED.

Zamiast jednak zakończyć na prostych projektach, autor zadał sobie pytanie: czy da się z tych pamięci zbudować pełnoprawny procesor? I tak powstał EPROMINT.

EPROMINT, bo tak nazwano to dzieło, to w pełni działający procesor, zbudowany bez użycia współczesnych mikrokontrolerów czy FPGA.

Zamiast tranzystorów, tablice pamięci

W przeciwieństwie do tradycyjnych procesorów, które bazują na bramkach logicznych wykonanych z tranzystorów, EPROMINT wykorzystuje pamięci EPROM jako tablice logicznych wyników. Gdy układ otrzymuje dane wejściowe, wysyła je do pamięci, a ta, niczym lookup table, zwraca wynik operacji logicznej.

Każda funkcja (od dodawania, przez dekodowanie instrukcji, po sterowanie magistralami) opiera się na takim podejściu. To oznacza, że cały procesor działa wyłącznie dzięki odpowiednio zaprogramowanym pamięciom, bez żadnych nowoczesnych układów scalonych.

Od ALU po pełną kontrolę systemu

Pierwszym krokiem było stworzenie ALU (jednostki arytmetyczno-logicznej). Prototyp był niestabilny, ale jego ulepszona wersja z gniazdami ułatwiającymi debugowanie pozwoliła pójść dalej. Następnie dodano interfejs pamięci, kontroler magistrali adresowej oraz logikę sterującą całym przepływem danych.

Co więcej, autor sam napisał niemal 2000 linii kodu assemblera, które definiują zestaw instrukcji procesora i jego zachowanie. W zestawie znalazły się nie tylko klasyczne operacje z epoki 8-bitów, ale też mnożenie, dzielenie, funkcje trygonometryczne, a nawet manipulacje ciągami bitów. Jak sam twórca przyznał procesor otrzymał "sterydy".

Żyje, reaguje i działa jak prawdziwy procesor

Kiedy wszystkie moduły zostały połączone, procesor został uruchomiony po raz pierwszy i pobierał prąd o natężeniu 250 mA. Pierwszy test? Migająca dioda LED jako dowód działania kodu. Kolejna dioda reagująca na przerwanie sprzętowe, które procesor obsłużył poprawnie, przerywając aktualną operację i wracając do niej po zakończeniu obsługi zdarzenia, dokładnie tak, jak robią to komercyjne procesory.

Specyfikacja? Imponująca w swojej osobliwości

Finalna konstrukcja EPROMINT-a zajmuje cztery pełnowymiarowe płytki stykowe, waży ponad pół kilograma, a całkowita długość użytych przewodów przekracza jeden kilometr. Każda operacja logiczna realizowana jest za pomocą danych odczytanych z pamięci.

A wisienką na torcie jest podłączenie procesora do wyświetlacza VFD i uruchomienie kodu odtwarzającego (co prawda w bardzo niskiej rozdzielczości) fragmenty filmu „Matrix”. Wszystkich zainteresowanych tym niezwykłym projektem odsyłamy do obejrzenia poniższego filmu: