Гигатрон — самодельный микрокомпьютер без процессора

Микрокомпьютер Gigatron — это минималистичный 8-битный ретро-компьютер построенный по необычному дизайну: в нём нет никаких сложных логических интегральных схем, нет даже микропроцессора! Его CPU построен на классических логических элементах серии 7400, также известных как микросхемы на ТТЛ-логике. По сути все элементы компьютера разом и есть процессор. Эти простые чипы не только формируют CPU, но ещё и выполняют все задачи, которые обычно требуют дополнительной периферии. Несмотря на простую и компактную конструкцию, Gigatron работает как 8-битный одноплатный микрокомпьютер, на котором можно играть в видеоигры.

Гигатрон — хобби-проект Уолтера Белгера, хакера, специалиста по информационной безопасности и ныне директора по информационной безопасности компании Philips. В этот понедельник 9 сентября Уолтер приезжает в наш Хакспейс, где будет рассказывать об устройстве Гигатрона, истории создания проекта и покажет его живьем.

Под катом подробнее про Гигатрон и анонс встречи с создателем в Москве.

Немного теории

Транзисторно-транзисторная логика — разновидность цифровых логических схем, построенных на основе биполярных транзисторов и резисторов. Название транзисторно-транзисторный возникло из-за того, что транзисторы используются как для выполнения логических функций (например, И, ИЛИ), так и для усиления выходного сигнала (в отличие от резисторно-транзисторной и диодно-транзисторной логики (ДТЛ)).


^{Упрощённая схема элемента 2И-НЕ}

В основе ТТЛ-элемента лежит многоэмиттерный биполярный транзистор. Если хотя бы на один из его эмиттеров подано напряжение 0В — транзистор будет находиться в режиме насыщения и на его коллекторе будет присутствовать логический ноль. В зависимости от схемы входного и выходного каскадов, мы получим ту или иную логическую операцию нашего элемента.


^{Старый TTL-чип SN7400 выпущенный в 70-х годах}

В 80-х годах на ТТЛ-чипах было произведено много игровых автоматов, а также некоторые бытовые компьютеры. Наиболее известных из них Apple I, над которым трудился Стив Возняк.

Пример такого компьютер Apple 1, он тоже сделан на TTL логике, но все же имеет ��икропоцессор.


^{Компьютер Apple I частично построен на TTL-логике но имеет микропроцессор}

История создания

Автор изначального концепта — Marcel van Kervinck. Он собрал первый прототип Гигатрона на макетной плате. Весь процесс от разработки до конечного проекта зафиксирован здесь: hackaday.io/project/20781/logs

Компьютер работает на тактовой частоте 6.25 MHz и выполняет одну 8-битную операцию за цикл.


^{Первая версия гигатрона собранная на макетной плате}

Почему такие старые чипы?

Авторы объясняют это так:

Из интереса, и чтобы лучше понимать базовую архитектуру компьютера. А также чтобы поковыряться с железом которое у нас было на тот момент. В декабре 2016 нас забавляла идея собрать компьютер на ТТЛ-чипах, который будет достаточно мощный для игры в крестики-нолики на LED-экране 8x8. В конце концов, нечто подобное должен сделать каждый инженер хотя бы раз в жизни.

Зачем все это нужно?

На гигатроне можно изучать фундаментальные принципы работы современных компьютеров и процессоров. Из-за того что все элементы компьютера достаточно примитивны, принцип их работы может понять даже начинающий инженер. К тому же это просто весело!

Что можно запускать?

Попробовать компьютер в работе можно на программном эмуляторе gigatron.io/emu



В стандартной прошивке доступны:

• Игра змейка
• Игра racer
• Игра крестики-нолики
• Игра тетрис
• Множество Мандельброта — программа для рисования фракталов
• Программа для просмотра изображений
• Загрузчик для программ
• Среда BASIC
• WozMon — классический редактор памяти и монитор памяти Стива Возняка для Apple I

UDP: Видео со встречи

Слайды: gigatron.io/walter/gigatron-neuron.pdf

Уолтер Белгерс (Walter Belgers) — один из создателей Гигатрона, хакер, работавший в информационной безопасности всю свою жизнь, в основном как пен-тестер, и в данный момент являющийся директором по информационной безопасности компании Philips. По совместительству, председатель Toool – Открытой Организации Взломщиков Замков (The Open Organization of Lockpickers). Уолтер паял еще в 70-х, но никогда до этого он не строил настоящий компьютер целиком.

___________________________________________________________________________________________________________________________________

Про Хакспейс Нейрон

Хакспейсе Нейрон — сообщество гиков и техноэнтузиастов в центре Москвы. У нас регулярно проходят мероприятия для людей увлекающихся технологиями и их нестандартным применением. В остальное время у нас всегда доступны рабочие места для инженеров: с паяльником, осциллографом и всем необходимым для DIY, конструирования и проектирования электроники. А еще у нас можно поиграть в приставки и настолки в творческом кругу задротов.

Мы в соцсетях