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[转帖]强！用集成电路手工打造CPU
mass_lynnxy2005/12/30电子技术 IP:广西


在如今越来越靠程序化、流水线作业来完成生产的制造业中，想找一件手工打造的产品，真是越来越难了。

好在当今社会中，还是有一些强人在孜孜不倦的在完成着心中的“完美DIY”梦想。因此也使我们多了一些大开眼界、崇拜和向慕的机会。

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~~空空如也
mass_lynnxy 作者
19年2个月前 IP:未同步
2290
1楼

看看上面这张图，究竟是个什么东东呢？可能有人会说，这不过是个大学生用的实验仪器吧。但细心的朋友则肯定已经看到这个东西下面的“Magic-1 Homebrew CPU”字样了。

难道这真的是一个CPU？请赶快闭好你张大了的嘴巴。让笔者来告诉你答案：的确是！这是一个名字叫Bill Buzbee的朋友用200多块74系列的TTL集成电路通过纯手工制造的CPU。

这个神奇的Magic-1，就是由一个名叫Bill Buzbee的家伙手工打造的CPU。而Magic-1也是基于这个CPU制造的计算机的名字。有意思的是，“制作Magic-1的念头是在一次午餐中冒出来的”，Buzbee说。

Buzbee是一位编译器作者。但他为自己不熟悉CPU的实际工作而感到郁闷。因此想到了亲自动手来作一个CPU。Buzbee在大学时候没有学过任何电子类的课程，而且对于晶体管、电阻、电容等也只是一知半解。不过他的朋友Ken想到有一本老杂志曾经介绍过如何使用TTL集成电路来制作极其简单的CPU，并推荐他去看一看。一周后，Buzbee找到了这些文章，并全部读了一遍。然后在下一次午餐上，Buzbee对Ken说起决定自己打造一个CPU。Ken说：“为什么不呢？”于是，Bill Buzbee的Magic-1项目拉开了序幕——

很强！纯手工CPU制造编年大史记

<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"6\" Month=\"12\" Year=\"2001\">2001年12月6日</st1:chsdate> Buzbee开始写项目日志，并为自己制定了一张艰难但还算乐观的日程表
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"18\" Month=\"12\" Year=\"2001\">2001年12月18日</st1:chsdate> 完成错误处理和中断机制的基本设计
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"29\" Month=\"12\" Year=\"2001\">2001年12月29日</st1:chsdate> 完成微代码的第一轮设计
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"6\" Month=\"1\" Year=\"2002\">2002年1月6日</st1:chsdate> 完成了Magic-1模拟器，可以对调用/返回指令序列进行跟踪
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"8\" Month=\"1\" Year=\"2002\">2002年1月8日</st1:chsdate> 模拟了Fibonacci函数，并丰富了软件接口约定
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"13\" Month=\"1\" Year=\"2002\">2002年1月13日</st1:chsdate> Magic-1汇编器（qas）成形
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"18\" Month=\"1\" Year=\"2002\">2002年1月18日</st1:chsdate> 决定是选择大尾数法还是小尾数法表示整数的字节顺序，最终选择了大尾数法
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"28\" Month=\"2\" Year=\"2002\">2002年2月28日</st1:chsdate> 在模拟器中完成了页面错误机制
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"9\" Month=\"3\" Year=\"2002\">2002年3月9日</st1:chsdate> 决定使用普通电线来进行连线
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"3\" Month=\"6\" Year=\"2002\">2002年6月3日</st1:chsdate> 对指令集架构进行了意义重大的改变

<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"4\" Month=\"6\" Year=\"2002\">2002年6月4日</st1:chsdate> 用C语言编写了Fabonacci程序并编译为Magic汇编程序
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"22\" Month=\"6\" Year=\"2002\">2002年6月22日</st1:chsdate> 改用分立的数据和代码地址空间
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"25\" Month=\"6\" Year=\"2002\">2002年6月25日</st1:chsdate> 设计用于多进程的上下文环境切换
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"12\" Month=\"7\" Year=\"2002\">2002年7月12日</st1:chsdate> 完成对微代码的重写工作
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"13\" Month=\"8\" Year=\"2002\">2002年8月13日</st1:chsdate> 放弃对rotate指令的支持
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"11\" Month=\"9\" Year=\"2002\">2002年9月11日</st1:chsdate> 上了Gil Smith的一堂电子电路课程
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"22\" Month=\"9\" Year=\"2002\">2002年9月22日</st1:chsdate> 从eBay上买了板材和外壳
2002年的其他日子 向Ken Sumrall请教如何使用寄存器，从他那里学到了Ohm规则
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"30\" Month=\"3\" Year=\"2003\">2003年3月30日</st1:chsdate> 从Jhon Doran的D16/M中得到了灵感，完成了ALU/寄存器板的架构
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"13\" Month=\"4\" Year=\"2003\">2003年4月13日</st1:chsdate> 完成控制板的架构
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"14\" Month=\"4\" Year=\"2003\">2003年4月14日</st1:chsdate> 思考前面板的架构
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"3\" Month=\"5\" Year=\"2003\">2003年5月3日</st1:chsdate> 第一轮架构设计完毕
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"6\" Month=\"5\" Year=\"2003\">2003年5月6日</st1:chsdate> 将构建环境从Linux一直到Windows
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"16\" Month=\"5\" Year=\"2003\">2003年5月16日</st1:chsdate> 构思新的Magic-1模拟器
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"27\" Month=\"5\" Year=\"2003\">2003年5月27日</st1:chsdate> 在新的模拟器上成功运行了Fibonacci程序
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"3\" Month=\"6\" Year=\"2003\">2003年6月3日</st1:chsdate> 完成了新的汇编器功能
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"21\" Month=\"6\" Year=\"2003\">2003年6月21日</st1:chsdate> Magic架构验证和测试用例达到了100%覆盖率
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"23\" Month=\"6\" Year=\"2003\">2003年6月23日</st1:chsdate> Alistair Roe通过email提出了Magic1外壳的构想

<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"3\" Month=\"8\" Year=\"2003\">2003年8月3日</st1:chsdate> 将LCC（C编译器）一直到了Magic上
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"10\" Month=\"8\" Year=\"2003\">2003年8月10日</st1:chsdate> 在模拟器上成功地实现了Fibonacci程序的C语言版本 （这一天是Buzbee的生日）
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"27\" Month=\"8\" Year=\"2003\">2003年8月27日</st1:chsdate> 从David Conroy那里学到了信号完整性
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"18\" Month=\"9\" Year=\"2003\">2003年9月18日</st1:chsdate> 决定使用普通的带皮电线进行连接（奇怪，前面已经决定一次了）
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"3\" Month=\"1\" Year=\"2004\">2004年1月3日</st1:chsdate> 完成了全部的设计工作，开始制作
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"18\" Month=\"1\" Year=\"2004\">2004年1月18日</st1:chsdate> Magic-1有了第一次心跳
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"26\" Month=\"1\" Year=\"2004\">2004年1月26日</st1:chsdate> 前面板完成
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"9\" Month=\"2\" Year=\"2004\">2004年2月9日</st1:chsdate> 内存板完成
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"20\" Month=\"2\" Year=\"2004\">2004年2月20日</st1:chsdate> EPROM子板完成
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"26\" Month=\"2\" Year=\"2004\">2004年2月26日</st1:chsdate> 设备板完成
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"7\" Month=\"3\" Year=\"2004\">2004年3月7日</st1:chsdate> 微代码序列成功运转
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"9\" Month=\"3\" Year=\"2004\">2004年3月9日</st1:chsdate> 执行了第一条指令
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"19\" Month=\"3\" Year=\"2004\">2004年3月19日</st1:chsdate> 控制板完成
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"8\" Month=\"4\" Year=\"2004\">2004年4月8日</st1:chsdate> 尝试发布前期的工作
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"12\" Month=\"4\" Year=\"2004\">2004年4月12日</st1:chsdate> ALU/寄存器板完成；同日被告知，发布尝试失败
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"13\" Month=\"4\" Year=\"2004\">2004年4月13日</st1:chsdate> Magic-1成功运行了Fibonacci程序！
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"25\" Month=\"4\" Year=\"2004\">2004年4月25日</st1:chsdate> Dave Conroy的测试会话发现了不真实的内存碎片

<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"3\" Month=\"5\" Year=\"2004\">2004年5月3日</st1:chsdate> Magic-1能“说话”了
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"8\" Month=\"5\" Year=\"2004\">2004年5月8日</st1:chsdate> 运行“Sieve of Erasthones”基准
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"16\" Month=\"5\" Year=\"2004\">2004年5月16日</st1:chsdate> 完成了IDE接口，Alistair Roe完成了外壳设计
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"23\" Month=\"7\" Year=\"2004\">2004年7月23日</st1:chsdate> 发布基本架构
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"12\" Month=\"9\" Year=\"2004\">2004年9月12日</st1:chsdate> 用户模式程序可以工作
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"15\" Month=\"9\" Year=\"2004\">2004年9月15日</st1:chsdate> 运行“Dhrystone”基准
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"22\" Month=\"9\" Year=\"2004\">2004年9月22日</st1:chsdate> 使用copy-on-write实现了fork()
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"23\" Month=\"10\" Year=\"2004\">2004年10月23日</st1:chsdate> Magic-1的Dhrystone得分达到了384（0.25MIPS）
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"31\" Month=\"10\" Year=\"2004\">2004年10月31日</st1:chsdate> 运行Colossal Cave Adventure
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"9\" Month=\"4\" Year=\"2005\">2005年4月9日</st1:chsdate> Alistair Roe设计的外壳到货
<st1:chsdate w:st=\"on\" IsROCDate=\"False\" IsLunarDate=\"False\" Day=\"13\" Month=\"5\" Year=\"2005\">2005年5月13日</st1:chsdate> Magic-1的硬件设计完毕

非常强！纯手工CPU的庐山真面目



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mass_lynnxy作者
19年2个月前 IP:未同步
2291
2楼

学过数字逻辑和数字电路的朋友一定知道，通过使用TTL门电路，的确是能够实现一个CPU的；笔者在大学时也曾在软件上使用74系列芯片模拟过功能非常简单的CPU。然而，Buzbee朋友搞得这个家伙却是一个功能完全的CPU，我不知该如何形容它的功能，我本想说“麻雀虽小，五脏俱全”，但是……

这款“家酿”CPU可以支持完整的硬件地址转换、内存影射IO和DMA，并且支持多进程，主频“高达”3MHz；该CPU采用8位地址总线，每个进程拥有128K地址空间，其中包括32个2K的数据页和32个2K的代码页，这些地址影射到22位的物理地址空间中，如果算上外部设备的地址空间就是23位物理地址空间。

从来没有这么强过！手工电路板特写图秀



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mass_lynnxy作者
19年2个月前 IP:未同步
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3楼
问个问题


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mass_lynnxy作者
19年2个月前 IP:未同步
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4楼


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mass_lynnxy作者
19年2个月前 IP:未同步
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5楼

怎么样？够强的吧？这还不算什么，这个Buzbee还用这个CPU组装了一台微型计算机，名字也叫Magic-1。

这台计算机包括两个串口和一块<st1:chmetcnv w:st=\"on\" TCSC=\"0\" NumberType=\"1\" Negative=\"False\" HasSpace=\"False\" SourceValue=\"20\" UnitName=\"m\">20M</st1:chmetcnv>的1.3吋硬盘和另一块<st1:chmetcnv w:st=\"on\" TCSC=\"0\" NumberType=\"1\" Negative=\"False\" HasSpace=\"False\" SourceValue=\"30\" UnitName=\"m\">30M</st1:chmetcnv>硬盘。最让人“乍舌”的事，这位朋友还将这台计算机做为一个Web服务器，同时支持Telnet会话（虽然只支持一个会话）。哦，还有，为了让这个系统能够跑起来，Buzbee还为它准备了一个C编译器！

编者寄语：如此强人，实在不多见！我们一定要记住他！因他的存在，我为DIY而感到自豪。


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