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Jul 16, 2023

Hackaday-Preis 2023: Aufbau einer Staffel-ALU

Der Ratschlag, dass man etwas von Grund auf selbst aufbauen muss, um es wirklich zu verstehen, ist wahr. Das ist die Idee hinter [Christians] Beitrag für die Re-Engineering-Ausbildung

Der Ratschlag, dass man etwas von Grund auf selbst aufbauen muss, um es wirklich zu verstehen, ist wahr. Das ist die Idee hinter [Christians] Beitrag für die Kategorie „Re-Engineering Education“ des Hackaday-Preises 2023. Als Demonstrationsgerät für den Bildungsbereich konzipiert, handelt es sich hierbei um eine vollständige arithmetisch-logische Einheit (ALU) mit diskreten Relais – und auch nicht um Typen mit hoher Dichte – es handelt sich dabei um die großen, hupenden Einheiten mit durchsichtigem Gehäuse.

Das Design ist sorgfältig und bewusst entlang funktionaler Linien unterteilt, mit vier benutzerdefinierten PCB-Designs, wobei jede Platine mit 4 Bits arbeitet. Um ein bytelanges Wort zu verarbeiten, werden die Karten einfach kaskadiert, sodass insgesamt acht vorhanden sind. Die Register-, Addierer-, Logikfunktions- und Multiplex-Karten bilden das Herzstück des Aufbaus, wobei zwei zusätzliche benutzerdefinierte Karten für die Visualisierung (der Einfachheit halber wird ein Arduino verwendet) und E/A die Schnittstelle bilden. Schließlich ist eine Basis-CPU nur eine ALU und etwas Kontrolle darüber, die Magie liegt wirklich in der ALU.

Die grundlegenden logischen Operationen, die auf zwei Operanden, {A, B}, wirken, sind A, ~A, B, ~B, A oder B, A und B, A xor B, können aus nur vier Relais pro Bit berechnet werden. Die Logikausgänge müssen zwar in einen 7-zu-1-Bit-Selektor eingespeist werden, bevor sie dem Ausgangsregister zugeführt werden, aber das ist die Aufgabe einer separaten Platine. Die Addiererfunktion ist die grundlegendste, einfach ein Paar Halbaddierer und ein ODER-Gatter, um die Verkettung der Übertragseingänge zu verwalten und den Übertragskettenausgang zu erzeugen.

3D-gedruckte Kabelführungen sind eine nette Geste und sorgen für eine glatte Verkabelung, um alles zusammenzubinden.

Für eine vollständigere Relais-basierte CPU können Sie sich das MERCIA-Relaiscomputerprojekt ansehen, ganz zu schweigen von diesem wunderbar ausgefeilten Build.