8-बिट कंप्यूटर को असेंबल करना: चिप्स की संख्या को छह तक कैसे कम करें

^{NTSC रंग कोडिंग और आधुनिक लोहे के साथ पुरानी चाल का संयोजन आश्चर्यजनक रूप से कुशल मशीन को इकट्ठा करना संभव बनाता है}

। 8-बिट सिस्टम में कुछ स्थायी रूप से आकर्षक होता है: आप पर्याप्त उपयोगकर्ता बातचीत का समर्थन करने के लिए पर्याप्त स्वायत्त प्रणाली का निर्माण कर सकते हैं, लेकिन पर्याप्त सरल। इकट्ठा और इसे अपने आप को कार्यक्रम। शौकीनों द्वारा बनाई गई अधिकांश आधुनिक 8-बिट मशीनें क्लासिक प्रोसेसर से जुड़ी होती हैंजो 1980 के दशक के घरेलू कंप्यूटरों के स्वर्ण युग में रहती थीं, जब लाखों टीवी डिस्प्ले के रूप में उपयोग किए जाते थे। शुरुआत में, मोटोरोला 6809 प्रोसेसर पर आधारित मेरी कार बनाने का विचार थाउसी युग से। मैंने संभव के रूप में कुछ चिप्स का उपयोग करने की कोशिश की, लेकिन मेरे प्रयासों के बावजूद, मुझे अभी भी रैम और सीरियल डेटा ट्रांसफर के साथ काम करने के लिए 13 अतिरिक्त चिप्स की आवश्यकता थी। फिर मैंने सोचा: क्या होगा अगर मैं एक अधिक आधुनिक 8-बिट प्रोसेसर का उपयोग करूं? मुझे कितने चिप्स की आवश्यकता कम हो सकती है?


नतीजतन, मैंने उस पर एक कार इकट्ठी की, जिसे एमीथिस्ट कहा जाता था । किसी भी होम कंप्यूटर की तरह, इसमें एक अंतर्निहित कीबोर्ड है और यह ऑडियो और वीडियो आउटपुट कर सकता है। इसमें एक उच्च-स्तरीय अंतर्निहित प्रोग्रामिंग भाषा भी है ताकि उपयोगकर्ता इस पर अपने स्वयं के कार्यक्रम लिख सकें। मैं microcircuits की संख्या छह करने में कामयाब रहा: ATMEGA1284P CPU, USB- इंटरफ़ेस और चार सरल एकीकृत सर्किट।

2008 ATMEGA1284P (या 1284P) में 128 किलोबाइट फ्लैश मेमोरी और 16 किलोबाइट की रैम है। यह 20 मेगाहर्ट्ज़ तक की आवृत्ति के साथ काम कर सकता है। इसमें एकीकृत सीरियल नियंत्रक और 32 डिजिटल इनपुट / आउटपुट ऑनबोर्ड हैं।



अंतर्निहित मेमोरी और सीरियल इंटरफेस के लिए धन्यवाद, कई सहायक चिप्स की आवश्यकता गायब हो गई। मैं सीधे ऑडियो उत्पन्न कर सकता हूं, अलग-अलग आवृत्तियों के साथ इनपुट / आउटपुट के लिए सिग्नल को बाधित और लागू कर सकता हूं। इस प्रकार, मैंने एक स्वर देना सीख लिया है, हालांकि, एक वर्ग तरंग की विशेषता तीक्ष्णता है। लेकिन एक एनालॉग वीडियो सिग्नल उत्पन्न करने के बारे में क्या? क्या इसके लिए वास्तव में विशेष उपकरणों की आवश्यकता होगी?

मानक चाल

2018 के अंत में, मैंने एक चाल देखी जो स्टीव वॉज़निएक ने 1970 के दशक में ऐप्पल II में रंगीन ग्राफिक्स समर्थन को लागू करने के लिए उपयोग की थी। संयुक्त राज्य अमेरिका में, इस ट्रिक का उपयोग 1950 के दशक में वापस NTSC सिस्टम में कलर ब्रॉडकास्टिंग के लिए किया गया था।

प्रारंभ में, अमेरिकी टेलीविजन केवल काले और सफेद थे और काफी सरल NTSC मानक (टेलीविजन सिस्टम के लिए राष्ट्रीय समिति द्वारा विकसित) का उपयोग किया था। स्क्रीन पर एक छवि बनाने के लिए, एक इलेक्ट्रॉन बीम अपनी सतह पर इंगित करता है, पंक्ति के बाद पंक्ति। प्राप्त वीडियो सिग्नल के आयाम ने पंक्ति के साथ किसी भी स्थान पर बीम की चमक निर्धारित की। फिर 1953 में, NTSC को रंगीन टेलीविजन का समर्थन करने के लिए अपग्रेड किया गया था , जबकि मौजूदा ब्लैक एंड व्हाइट टीवी के साथ संगतता बनाए रखी गई थी।

इंजीनियरों ने रंग जानकारी को उच्च आवृत्ति वाले साइनसोइडल सिग्नल के रूप में प्रस्तुत करने का निर्णय लिया। इसके लिए, उपकार को 90 ° की एक चरण पारी के साथ दो घटकों में विभाजित किया गया था, जिनमें से प्रत्येक को मॉड्यूलेशन किया गया था। परिणाम एक संकेत था जो आयाम और चरण दोनों में संशोधित था। संकेत के आयाम ने निर्धारित किया कि रंग कैसे संतृप्त होना चाहिए। इस उच्च-आवृत्ति क्रोमा सिग्नल को तथाकथित मिश्रित वीडियो सिग्नल बनाने के लिए कम-आवृत्ति ल्यूमिनेन्स सिग्नल में जोड़ा गया था। यह विधि अभी भी कई टीवी और सस्ते डिस्प्ले के लिए उपयोग की जाती है।

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एक ब्लैक एंड व्हाइट टीवी शोर के रूप में एक रंग संकेत मानता है और इसे अनदेखा करता है। लेकिन एक रंगीन टीवी फिल्टर छोरों का उपयोग करके ल्यूमिनेंस सिग्नल से रंग सिग्नल को अलग कर सकता है।

1970 के दशक में, इंजीनियरों ने महसूस किया कि यह फ़िल्टरिंग योजना घरेलू कंप्यूटरों के लिए बहुत उपयोगी हो सकती है क्योंकि यह एक आयताकार डिजिटल सिग्नल को समग्र एनालॉग सिग्नल के अधिकांश को अनुकरण करने की अनुमति देता है। कंप्यूटर द्वारा टीवी पर भेजे गए शून्य की धारा को एक निरंतर कम-आवृत्ति वाले एनालॉग वोल्टेज के रूप में माना जाएगा, अर्थात, काला। इकाइयों के प्रवाह को एक निरंतर उच्च आवृत्ति वोल्टेज के रूप में माना जाएगा, अर्थात, सफेद। लेकिन पर्याप्त रूप से उच्च बिट दर के साथ, अधिक जटिल द्विआधारी संरचनाएं उत्पन्न होंगी कि उच्च-पास फ़िल्टरिंग योजनाएं रंग संकेतों के रूप में पहचानती हैं। इस चाल ने Apple II को 16 रंगों तक प्रदर्शित करने की अनुमति दी।

सबसे पहले, मैंने सोचा कि मुझे सीधे वीडियो सिग्नल उत्पन्न करने के लिए इनपुट / आउटपुट पिन को बहुत जल्दी स्विच करने की आवश्यकता है। हालाँकि, मैंने जल्द ही महसूस किया कि मेरे 1284P 14.318 मेगाहर्ट्ज पर चल रहे हैं, मैं इसे चार रंगों से अधिक प्रदर्शित करने के लिए तेजी से स्विच नहीं कर सका। तथ्य यह है कि इसके अंतर्निहित सीरियल इंटरफेस को एक बिट भेजने के लिए दो घड़ी चक्र की आवश्यकता होगी, जो मेरी घड़ी की आवृत्ति को 7.159 हर्ट्ज तक सीमित कर देगा। Apple II ने अपने बाहरी चिप को वीडियो आउटपुट से जोड़ने के लिए फास्ट डायरेक्ट मेमोरी एक्सेस का उपयोग किया, जबकि इसका सीपीयू आंतरिक प्रसंस्करण के साथ व्यस्त था। लेकिन, चूंकि मेरे कंप्यूटर की रैम चिप में एकीकृत है, इसलिए मैं इस दृष्टिकोण का उपयोग नहीं कर सका।

इसलिए मैंने अपने ड्रॉअर में देखा और चार 7400 सीरीज़ के माइक्रो-सर्किट - दो मल्टीप्लेक्सर्स और दो समानांतर-धारावाहिक शिफ्ट रजिस्टर निकाले। मैं समानांतर में आठ 1284P पिंस स्थापित करने और मल्टीप्लेक्सर्स और शिफ्ट रजिस्टरों को एक साथ उनसे डेटा भेजने में सक्षम था, जो उन्हें एक उच्च गति वाले सीरियल बिट स्ट्रीम में परिवर्तित करते हैं। इस प्रकार, मैंने सीखा कि स्क्रीन पर लगभग 215 विभिन्न रंगों को प्रदर्शित करने के लिए तेजी से बिट्स कैसे उत्पन्न किया जाए। हालांकि, मुझे अपनी कंप्यूटिंग शक्ति के साथ इसके लिए भुगतान करना पड़ा: वीडियो प्रसंस्करण प्रोसेसर के 75% संसाधनों को लगातार खाती है।

कॉम्पैक्ट कंप्यूटर

नीलम एक एकल बोर्ड कंप्यूटर है। इसे केवल छह एकीकृत सर्किटों से इकट्ठा किया जाता है - एक प्रोसेसर, एक यूएसबी इंटरफ़ेस और चार 7400 सीरीज़ माइक्रोक्रेसीट्स, जो 215-रंग की छवि बनाने के लिए उपयोग किए जाते हैं। कीबोर्ड स्विच सीधे बोर्ड पर टांके जाते हैं, जो गेम कंट्रोलर्स और स्टोरेज डिवाइस जैसे बाह्य उपकरणों के लिए ऑडियो और चार सीरियल I / O कनेक्शन का भी समर्थन करता है। आप प्रोग्राम लिख सकते हैं और उन्हें अंतर्निहित वर्चुअल मशीन फोर्थ के लिए धन्यवाद चला सकते हैं।

मुझे उपयोगकर्ताओं के लिए हल्के प्रोग्रामिंग वातावरण की आवश्यकता थी, जिसने मुझे पारंपरिक मूल के बजाय फोर्थ का चयन किया। फोर्थ एम्बेडेड सिस्टम के लिए एक पुरानी प्रोग्रामिंग भाषा है, यह अन्तरक्रियाशीलता का समर्थन करती है और कुशलतापूर्वक कोड संकलित करने में सक्षम है। इसके साथ, आप संसाधनों की न्यूनतम राशि का उपयोग करके काफी कुछ कर सकते हैं। चूंकि 1284P संकलित मशीन कोड को अपने रैम से सीधे निष्पादित करने की अनुमति नहीं देता है, इसलिए उपयोगकर्ता कोड को इंटरटेकटेकोड में संकलित किया जाता है। इस बाइटकोड को तब 1284P फ्लैश मेमोरी से चलने वाली वर्चुअल मशीन के इनपुट के रूप में खिलाया जाता है। वर्चुअल मशीन कोड को असेंबलर में लिखा गया था और इसे जितना जल्दी हो सके बनाने के लिए मैन्युअल रूप से अनुकूलित किया गया था।

3 डी लेजर प्रिंटर बनाने वाली कंपनी के लिए काम करने वाले इंजीनियर के रूप में, मेरे पास उन्नत लेजर कटिंग मशीनों की पहुंच है। इसलिए मैंने आसानी से एक लकड़ी के मामले को डिजाइन किया और निर्मित किया (मैंने अटारी 2600 पर लकड़ी की फिनिश की जासूसी की )। मैकेनिकल कीबोर्ड स्विच को सीधे एक एकल नीलम सर्किट बोर्ड में मिलाया गया था। इस कीबोर्ड में एक जिज्ञासु विशेषता है - सामान्य बड़े अंतराल की अनुपस्थिति। इसके बजाय, बस एक बटन, मामूली कुंजी दर्ज करें के ऊपर स्थित है।

सर्किट गेट, और सोर्स कोड के लिए पूर्ण योजनाबद्ध, पीसीबी फाइलें मेरे GitHub रिपॉजिटरी में उपलब्ध हैं । तो आप अपना खुद का अमेथिस्ट बना सकते हैं या मेरी परियोजना में सुधार कर सकते हैं। क्या होगा अगर आप यह पता लगा सकते हैं कि एक जोड़े को और अधिक चिप्स कैसे बचाएं?