Гигатрон — самодельный микрокомпьютер без процессора

Процессоры

Гигатрон — самодельный микрокомпьютер без процессора

  • Новости 1С-Битрикс
  • Полезные статьи

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 логическая единица. 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 микропоцессор.


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?

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

Обзор от EEVblog

Обзор от The 8-bit Guy

Встреча с Уолтером Белгерсом в Москве

В понедельник 9 сентября в нашем Хакспейсе пройдет открытая встреча с Уолтером. Зарегистрироваться на встречу можно тут neuronspace.timepad.ru/event/1054393

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.

Dendy своими руками

Долго назревало что-то подобное как Dendy своими руками, и стоял выбор между Dendy и ZX. Выбор пал на Dendy, но ZX буду собирать позже, после окончания рыболовного сезона )

На мой взгляд, вся суть сборки приставки заключается в 3 этапах.

Найти сбалансированную плату для монтажа Dendy своими руками.

Точнее сказать, найти граберы платы, сделанные профессионалами. Такие есть. Хочу выразить благодарность Хардварычу с форума emu-land.net и всем, кто участвовал в проекте по адаптации и настройке платы для Junior.

Так выглядит готовая плата. Заказывал я её у китайских друзей с АЛИ. Приехала она в течении 2 недель. Заказывал 10 штук, приехало 11. За что им и спасибо. По Москве сделать такую плату предлагали в 4 раза дороже. Она полностью подходит под стандартный корпус, имеет стереовыход аудио. Микросхемы выставлены оптимально для распайки и уменьшения длины дорожек.

плата для монтажа Dendy

Сами граберы для вытравливания, версия платы 01. Есть более новая, в ней отличается только расположение одного конденсатора. Считаю такую доработку не новой версией. Выкладывать её не буду. Собирал по версии 01, всё отлично, рабочая и отлично встаёт в стандартный корпус.

Полный комплект деталей для спайки Dendy своими руками.

Вот тут возникают сложности. Процессоры и сопроцессоры уже не выпускают, и найти можно либо старые запасы, либо через китайских друзей.

Процессоры и сопроцессоры. Для заказа через АЛИ обязательно вступать в переговоры о том, что будет высылать китайский друг. Короче капец) Но рано или поздно приезжают рабочие микросхемы и даже с небитыми пикселями. Последний, у которого заказывал, вот этот. От него приехали UA6527p, но они оказались обычными UA6527 и работали на частоте 21.47, пришлось собрать 2 генератор и проверять работоспособность процессора и сопроцессора на разной частоте. Будьте внимательны.

Самих систем может быть 2 варианта: PAL и NTSC версии.

NTSC версии: Процессор — UA6527, Видео процессор UA6528
PAL версии: Процессор — UA6527p, Видео процессор UA6538

Для выбора системы передачи видео сигнала, не забываем про основной генератор приставки. Разница в выдаваемой частоте генерации, на которых работают эти разные системы.

PAL работает на частоте 26.6
NTSC работает на частоте 21.47

Это все отличия в деталях при сборе PAL или NTSC систем.

По задумке ребят, которые делали данную плату, все CMD компоненты размера 0805, но это большие по 2 мм детали я рекомендую впаивать размер 0603. Они более подходят для монтажа на данную плату.

Перед закупкой рекомендую посмотреть компоненты на старых платах модемов, материнках, роутерах и подобном хламе. Я выпаял от туда порядка 60% всех CMD компонентов.

Микросхемы: Как выяснилось, память не так уж и ограничена маркировкой. Главное — найти подобную память с характеристиками: 5V 32K X 8 CMOS SRAM, очень часто встречаются на старых материнках.

После того, как у нас есть все компоненты, осталось найти 60-пиновый разъём для картриджа)

Или мы его выпаиваем со старой приставки, или опять на АЛИ. Я заказывал вот тут, и у меня в запасе ещё остались, могу вручить по себестоимости закупки.

Ну и заключительный поиск упрётся в разъёмы для джойстиков. Тут, к сожалению, альтернатив мало: либо снимать со старой, либо лепить ляпуху из вот такой альтернативы: D-Sub DB15 Вилка должна быть угловая. Она отлично входит в плату и отлично держит джойстик.

Некоторые ссылки на детали:

Обратите внимание на микросхемы SRAM. Случайно не закажите широкие 24-пиновые. Нужны узкие 28-пиновые.

Диодный мост — его можно устанавливать и на 1 ампер. 1.5 стоит с запасом.

И сама плата в сборе со всеми деталями.

Дорожная карта при сборке Dendy своими руками

Схема, если кто всё-таки дочитал до этапа сборки) Чтобы открыть в полном расширении, на открывшейся картинке правой кнопкой — открыть в новой вкладке и уже левой кнопкой +.

Dendy своими руками

Первым делом

Впаиваем 60-пиновый разъём и проверяем, как прозваниваются все его 60 контактов по дорожкам до тех мест, куда приходит каждый контакт. Почти половина ведёт к СPU, вторая половина — к PPU. Питание и выходы с генератора.

Вторым делом

Собираем схему питания. Разъём питания, диодный мост, стабилизатор с радиатором, конденсаторы до стабилизатора и после, кнопка включения и кнопка resset. Подаём питание и проверяем все последние ножки на всех микросхемах на наличие стабильного питания в +5 вольт. Последняя нога микросхемы +, минус находится на противоположной стороне в конце микросхемы.

Третьим делом

Собираем схему усилителя звука и вывода изображения. После сборки можно проверить работоспособность каскада касаниями к выходам левого и правого каналов с CPU, ножки 1 и 2. При касании к ним рукой должен появляться тихий шум на выходе усилителя звука. На вашем телевизоре, если вы подключили красный и белый выход ко входу аудио)

Касаниями к выходам с PPU ножка 21 на телевизоре при подключенном желтом кабеле к входу видео будет появляться мелкая рябь.

Четвёртым делом

Паяем все детали и каретки для микросхем на плату. Проверяем каждую припаянную деталь трижды: номинал, как припаяли, прозвонили её по месту.

Пятым делом

Вставляем все микросхемы на свои места. И пробуем запустить без картриджа. На экране должен появится квадрат, называется растр. Ну и какой-то непонятный хруст и звук при включении. Включаем.

Вставляем картридж и включаем.

Долгие мучения с бубном и тщательная проверка пайки ведёт к запуску данного аппарата)

Жёлтым — каскад аудио и видео усилителей и выходов.

Красным — детали питания схемы.

Синим — генератор частоты — для смены частоты с PAL на NTSC меняется только кварц, PPU и CPU.

Напоследок опишу основные проблемы, которые почерпнул на форуме и с которыми сталкивался сам:

Основная проблема: картинка есть, игра идёт на экране артефакты — битый PPU, не починить никак, только замена на заранее стабильный для проверки.

Вторая причина

Питание есть, ничего не запускается вообще HELP.

Причин море)

Первое и главное: ПАЙКА. Проверяйте 10 раз все детали на работоспособность перед пайкой.

Второе: микросхемы. Очень часто купленные микры не совместимы с китайскими катриками на 400 игр. Не хватает скорости обработки. Проверяйте работоспособность на старых картриджах, которые ещё на капле. У них микры на 5 вольт и там скорость медленнее, чем на новый китайских многоигровках. В моём случае причина незапуска картриджа Кулбой была в микросхеме SN74HC139N. На каплях все катрики работали , а новый 400 в 1 не запускался, пока я её не поменял.

Третья причина:

Криво спаянный генератор частоты. Проверяйте, есть ли генерация на ножках: PPU нога 18 и на CPU нога 29.

На них и проверяем осцилографом наличие генерации с нашего генератора частоты сигнала.

Если чего еще вспомню, добавлю)

За некоторыми деталями можно обращаться ко мне.

На основании всего вышеизложенного можно самому вполне быстро и с удовольствием собрать Dendy своими руками.

https://temofeev.ru/info/articles/gigatron-samodelnyy-mikrokompyuter-bez-protsessora/

Dendy своими руками

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Related Posts