Процессоры для проекта ретро компьютерной школы

9

Я студент ИТ-школы, и мы пытаемся придумать проект, который мы могли бы использовать, чтобы показать студентам 1-го курса, как все работает за кулисами, и в конце концов мы подумали о создании ретро-компьютера.

Я прочитал много вещей, касающихся процессора Z80, но я думаю, что нам нужно что-то более мощное, мы все еще задаемся вопросом об архитектуре, хотя ARM может быть хорошим выбором, учитывая, что мы найдем много документации, у нас есть также установлены некоторые особые потребности:

  • Шина внешнего адреса, если нам нужно больше оперативной памяти
  • > 50 МГц
  • 16 или 32 бита
  • Нет пакета BGA / QFN
  • Нет платы ПЛИС
  • Последовательный интерфейс (?)
  • Не слишком дорого, так как у нас ограниченный бюджет

P8X32A-D40 выглядит как хороший процессор, но ему не хватает объема оперативной памяти (32 КБ), я больше думал о чем-то вроде> 1 МБ. Может быть, стоит рассмотреть eZ80. Мы хотели бы получить ответы от опытных людей, как вы.

Спасибо.

Изменить: Несмотря на то, что я принял ответ, поскольку он отвечает нашим потребностям, вопрос все еще открыт для других предложений, так как нам придется обсудить варианты с командой студентов, желающих участвовать в проекте.

Энтони Тейссер
источник
4
Сначала вы обсуждаете создание ретро-компьютера, а затем выставляете спецификации (50 МГц,> 1 МБ ОЗУ) для микропроцессоров, которые намного новее. Z80 имеет максимальную тактовую частоту 2 МГц и может поддерживать 64 КБ памяти. Чип Propeller (P8X32A-D40) является одним из моих любимых благодаря своей уникальной архитектуре, но это определенно не ретро-вычисления. Z80 - неплохой выбор, так как имеется достаточно информации о сборке самодельной системы, например, посмотрите это .
tcrosley
Я знаю, что эти спецификации приведут к тому, что старые компьютеры будут ревновать, но я думаю, что какой-то ретро ++ был бы идеальным (в любом случае, другие студенты считают что-то ниже 1 ГГц «ретро» ...)
Энтони Тейссейр,
4
В классе микроконтроллеров, который я взял, мы использовали Motorola 6800 ... он достаточно сложный со всеми различными режимами адресации, что делает 8-битные Atmels и PIC похожими на игрушку ... Но это не так сложно, что вы можете построить ментальная модель вещи без потери ума. Это зависит только от того, как «под капотом» вы хотите получить.
Даниил
Я собирался построить что-то вроде этого. Взгляните на WDC 65C816 - это 16-битная производная CMOS от почтенного 6502 и поставляется в корпусе DIP40.
Питер
7
Я полностью не согласен с причиной закрытия этого вопроса. ОП ищет подходящую компьютерную архитектуру для школьников, учитывая набор критериев. Сначала я ответил рекомендацией по соответствующей архитектуре, вероятно, той, о которой он не знал, и да, затем порекомендовал конкретную микросхему, поскольку она была доступна в DIP-пакете, удобном для студентов. Но я думаю, что мой довольно исчерпывающий ответ, в котором перечислены причины моих рекомендаций, будет полезен в будущем любому, кто попытается принять такое же решение. Рекомендую это вновь открыть.
tcrosley

Ответы:

6

Хотя в настоящее время доступные версии не имеют истинной внешней адресной шины (она появится), вы можете рассмотреть Microchip PIC32 . Его архитектура основана на MIPS , начиная с 1988 года, и является одним из двух основных наборов команд RISC (другим является ARM). Так что в этом отношении это можно считать ретро. (Небольшая мелочь: Sony Playstation использовала процессор MIPS.)

Одна из приятных особенностей PIC32 (и необычная для 32-битного микроконтроллера) заключается в том, что вы можете получить несколько вариантов в пакете DIP, однако максимальный объем доступной памяти будет ограничен по сравнению с версиями для поверхностного монтажа. PIC32MX250F128 - это одна из PIC с самой большой памятью в 28-контактном DIP-корпусе с 128 КБ флэш-памяти (программ) и 32 КБ ОЗУ. Это доступно от Digi-Key в США и Farnell в Великобритании .

Хотя ОЗУ может показаться ограниченным, обратите внимание, что PIC - это гарвардская архитектура , то есть адресное пространство программы и данных разделено, а программы выполняются без флеш-памяти, поэтому вам не нужно много ОЗУ. (Для пуристов, PIC32 на самом деле модифицированная архитектура Гарварда, потому что можно запускать программы из ОЗУ.) Другой альтернативой является фон Нейман.архитектура (используемая, например, в ПК), где для всего есть одно адресное пространство, а программы обычно исчерпывают ОЗУ, за исключением того, что им обычно требуется по крайней мере некоторое количество флэш-памяти или ПЗУ (называемое BIOS на ПК) в адресное пространство процессора для выполнения процедуры загрузки для загрузки ОС с запоминающего устройства или сети в ОЗУ. Z80 (и большинство микропроцессоров своего времени) также использовал архитектуру фон Неймана. Таким образом, нужно было поместить и программу, и данные в 64 КБ. Некоторые микроэлементы с архитектурой фон Неймана также отображали свои периферийные устройства в том же адресном пространстве 64 КБ; другие использовали отдельную адресацию портов.

Что касается внешней шины, то текущие PIC32 (но только в корпусах для поверхностного монтажа из-за количества контактов) имеют 8 или 16-битный «Параллельный мастер-порт» (PMP), который в сочетании с DMA может передавать данные туда и обратно автоматически между оперативной памятью PIC и внешней оперативной памятью или периферийным устройством. Однако это не позволяет напрямую обращаться к внешней памяти (в адресном пространстве процессора) или запускать там код. Самое новое семейство PIC32MZ , перечисленное, но еще не поступившее в продажу в Digi-Key, будет иметь настоящую шину внешнего адреса, до 2 МБ флэш-памяти, 1/2 МБ ОЗУ и работать на частоте 200 МГц.

PIC32MX250F128 работает на частоте 50 МГц, есть и другие, работающие на частоте 80 МГц. Он имеет два последовательных порта UART; вам понадобится преобразователь уровня, чтобы преобразовать его в сигналы RS232.

Поскольку он упакован как DIP и может работать без внешнего генератора, для начала все, что вам нужно, - это источник питания 3,83 В, несколько развязывающих колпачков 0,1 мкФ и макетная плата. Вы можете получить бесплатный компилятор C и IDE от Microchip.

Как только вы запустите процессор, вы можете добавить периферийные устройства, такие как ЖК-дисплей, кнопки (даже клавиатура) и т. Д.

Вы можете получить другие PIC32MX с флэш-памятью объемом до 512 КБ и оперативной памятью объемом 128 КБ, но только в пакетах для поверхностного монтажа, таких как TQFP и VQFN , которые потребуют компоновки печатной платы (такая же проблема может возникнуть и с любым процессором ARM).

tcrosley
источник
Большое спасибо, это очень информативно, и такой PIC будет действительно отвечать нашим потребностям. Мы адаптируем наш дизайн на случай необходимости переключения на пакет VQFN или семейство PIC32MZ.
Энтони Тейссейр,
Я бы не сказал, что это требование к процессорам, которые используют архитектуру фон Неймана для запуска своих программ из оперативной памяти. Конечно, можно иметь флэш-память и оперативную память в одной и той же карте памяти, что позволяет запускать код с любого из них. Процессоры фон Неймана просто имеют одну шину и адресное пространство для инструкций и данных.
Джейсон Р
@JasonR Я не имел в виду, что программы в архитектуре фон Неймана должны были исчерпывать ОЗУ, на самом деле они должны иметь хотя бы немного Flash или ПЗУ (называемое BIOS на ПК) для выполнения процедуры загрузки для загрузки ОС с запоминающего устройства или сети в ОЗУ. (Конечно, на действительно ранних компьютерах, включая ранние ПК, такие как Altair 8800 , даже не было загрузочного ПЗУ, и вам пришлось вручную включать загрузчик с помощью переключателей на передней панели). Я обновил свой ответ.
tcrosley
3

Хотя я в целом согласен с @tcrosley, я чувствую себя обязанным отметить, что если вы действительно хотите показать другим студентам, как все работает «за кулисами», то вы должны получить плату FPGA (просто купите одну, не пытайтесь ее сделать ) и научиться создавать процессоры с нуля, используя логику. Взгляните на это для хорошей отправной точки.

Markt
источник
1

Вы рассматривали серию MC68000?

Это 16/32-битный процессор, за исключением 68008, строка данных - 16 бит, некоторые из них могут легко работать на частоте 50 МГц, а адресное пространство - 16 МБ.

  • Внешняя адресная шина, если нам нужно больше оперативной памяти - да и только
  • > 50 МГц - может быть
  • 16 или 32 бита - оба
  • Нет пакета BGA / QFN - да
  • Нет платы ПЛИС - нет
  • Последовательный интерфейс (?) Нет, вы должны сделать свой, но очень легко
  • Не слишком дорого, так как у нас ограниченный бюджет - да

Вот полная документация: https://www.nxp.com/docs/en/reference-manual/MC68000UM.pdf

Джереми Талус
источник