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kof

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終極賽亞人四

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地球最強DIY！CPU也可以用純手工打造[圖]

強！用集成電路手工打造CPU
　　在如今越來越靠程序化、流水線作業來完成生產的製造業中，想找一件手工打造的產品，真是越來越難了。
好在當今社會中，還是有一些強人在孜孜不倦的在完成著心中的『完美DIY』夢想。因此也使我們多了一些大開眼界、崇拜和嚮慕的機會。

看看上面這張圖，究竟是個什麼東東呢？可能有人會說，這不過是個大學生用的實驗儀器吧。但細心的朋友則肯定已經看到這個東西下面的『Magic-1 Homebrew CPU』字樣了。
難道這真的是一個CPU？請趕快閉好你張大了的嘴巴。讓筆者來告訴你答案：的確是！這是一個名字叫Bill Buzbee的朋友用200多塊74系列的TTL集成電路通過純手工製造的CPU。
這個神奇的Magic-1，就是由一個名叫Bill Buzbee的傢伙手工打造的CPU。而Magic-1也是基於這個CPU製造的計算機的名字。有意思的是，『製作Magic-1的念頭是在一次午餐中冒出來的』，Buzbee說。
Buzbee是一位編譯器作者。但他為自己不熟悉CPU的實際工作而感到鬱悶。因此想到了親自動手來作一個CPU。Buzbee在大學時候沒有學過任何電子類的課程，而且對於晶體管、電阻、電容等也只是一知半解。不過他的朋友Ken想到有一本老雜誌曾經介紹過如何使用TTL集成電路來製作極其簡單的CPU，並推薦他去看一看。一周後，Buzbee找到了這些文章，並全部讀了一遍。然後在下一次午餐上，Buzbee對Ken說起決定自己打造一個CPU。Ken說：『為什麼不呢？』於是，Bill Buzbee的Magic-1項目拉開了序幕－－

很強！純手工CPU製造編年大史記

2001年12月6日 Buzbee開始寫項目日誌，並為自己制定了一張艱難但還算樂觀的日程表

2001年12月18日完成錯誤處理和中斷機制的基本設計

2001年12月29日完成微代碼的第一輪設計

2002年1月6日完成了Magic-1模擬器，可以對調用/返回指令序列進行跟蹤

2002年1月8日模擬了Fibonacci函數，並豐富了軟件接口約定

2002年1月13日 Magic-1彙編器（qas）成形

2002年1月18日決定是選擇大尾數法還是小尾數法表示整數的字節順序，最終選擇了大尾數法

2002年2月28日在模擬器中完成了頁面錯誤機制

2002年3月9日決定使用普通電線來進行連線

2002年6月3日對指令集架構進行了意義重大的改變

2002年6月4日用C語言編寫了Fabonacci程序並編譯為Magic彙編程序

2002年6月22日改用分立的數據和代碼地址空間

2002年6月25日設計用於多進程的上下文環境切換

2002年7月12日完成對微代碼的重寫工作

2002年8月13日放棄對rotate指令的支持

2002年9月11日上了Gil Smith的一堂電子電路課程

2002年9月22日從eBay上買了板材和外殼

2002年的其他日子向Ken Sumrall請教如何使用寄存器，從他那裡學到了Ohm規則

2003年3月30日從Jhon Doran的D16/M中得到了靈感，完成了ALU/寄存器板的架構

2003年4月13日完成控制板的架構

2003年4月14日思考前面板的架構

2003年5月3日第一輪架構設計完畢

2003年5月6日將構建環境從Linux一直到Windows

2003年5月16日構思新的Magic-1模擬器

2003年5月27日在新的模擬器上成功運行了Fibonacci程序

2003年6月3日完成了新的彙編器功能

2003年6月21日 Magic架構驗證和測試用例達到了100%覆蓋率

2003年6月23日 Alistair Roe通過email提出了Magic-1外殼的構想

2003年8月3日將LCC（C編譯器）一直到了Magic上

2003年8月10日在模擬器上成功地實現了Fibonacci程序的C語言版本（這一天是Buzbee的生日）

2003年8月27日從David Conroy那裡學到了信號完整性

2003年9月18日決定使用普通的帶皮電線進行連接（奇怪，前面已經決定一次了）

2004年1月3日完成了全部的設計工作，開始製作

2004年1月18日 Magic-1有了第一次心跳

2004年1月26日前面板完成

2004年2月9日內存板完成

2004年2月20日 EPROM子板完成

2004年2月26日設備板完成

2004年3月7日微代碼序列成功運轉

2004年3月9日執行了第一條指令

2004年3月19日控制板完成

2004年4月8日嘗試發佈前期的工作

2004年4月12日 ALU/寄存器板完成；同日被告知，發佈嘗試失敗

2004年4月13日 Magic-1成功運行了Fibonacci程序！

2004年4月25日 Dave Conroy的測試會話發現了不真實的內存碎片

2004年5月3日 Magic-1能『說話』了

2004年5月8日運行『Sieve of Erasthones』基準

2004年5月16日完成了IDE接口，Alistair Roe完成了外殼設計

2004年7月23日發佈基本架構

2004年9月12日用戶模式程序可以工作

2004年9月15日運行『Dhrystone』基準

2004年9月22日使用copy-on-write實現了fork()

2004年10月23日 Magic-1的Dhrystone得分達到了384（0.25MIPS）

2004年10月31日運行Colossal Cave Adventure

2005年4月9日 Alistair Roe設計的外殼到貨

2005年5月13日 Magic-1的硬件設計完畢

非常強！純手工CPU的廬山真面目

實物照片大曝光，已經在工作狀態……

鏤空的頂板，可以看到內部的照明藍光，非常絢麗

學過數字邏輯和數字電路的朋友一定知道，通過使用TTL門電路，的確是能夠實現一個CPU的；筆者在大學時也曾在軟件上使用74系列芯片模擬過功能非常簡單的CPU。然而，Buzbee朋友搞得這個傢伙卻是一個功能完全的CPU，我不知該如何形容它的功能，我本想說『麻雀雖小，五臟俱全』，但是……

這小朋友抱著DIY出來的CPU，不知道心裡是個什麼滋味呢？

這款『家釀』CPU可以支持完整的硬件地址轉換、內存影射IO和DMA，並且支持多進程，主頻『高達』3MHz；該CPU採用8位地址總線，每個進程擁有128K地址空間，其中包括32個2K的數據頁和32個2K的代碼頁，這些地址影射到22位的物理地址空間中，如果算上外部設備的地址空間就是23位物理地址空間。

重來沒有這麼強過！手工電路板特寫圖秀

ALU/寄存器板的元件面

ALU/寄存器板的連線面

控制板的元件面

設備板的元件面，注意中間有一塊鋰電池

大特寫！背面連線的局部圖

怎麼樣？夠強的吧？這還不算什麼，這個Buzbee還用這個CPU組裝了一台微型計算機，名字也叫Magic-1。

可實現Telnet服務功能

這台計算機包括兩個串口和一塊20M的1.3吋硬盤和另一塊30M硬盤。最讓人『乍舌』的事，這位朋友還將這台計算機做為一個Web服務器，同時支持Telnet會話（雖然只支持一個會話）。哦，還有，為了讓這個系統能夠跑起來，Buzbee還為它準備了一個C編譯器！

編者寄語：如此強人，實在不多見！我們一定要記住他！因他的存在，我為DIY而感到自豪。

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發表於:2005-09-19 15:25

abin

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這真的是太厲害啦

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[1 樓] |
發表於:2005-09-19 17:01

粉嗆

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...........手會抽經ㄅ

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[2 樓] |
發表於:2006-01-14 16:00


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