Oficjalny rekord Polski! Kalkulator z 477 układów scalonych!

[Komentator]

Budowa kalkulatora to pozornie proste zadanie, które może się znacznie skomplikować, jeśli do jego budowy będziemy chcieli wykorzystać tylko układy z rodziny TTL. Rafał Wiśniewski podjął to wyzwanie i poświęcił 6 lat na budowę kalkulatora, który przy okazji pozwolił mu ustanowić oficjalny rekord Polski. 

UWAGA, to tylko wstęp! Dalsza część artykułu dostępna jest na blogu.

Przeczytaj całość »

Poniżej znajdują się komentarze powiązane z tym wpisem.

[Treker (Damian Szymański)]

Jeszcze raz wielkie gratulacje dla autora projektu! Fajnie, że udało się ustanowić taki rekord, bo dzięki temu więcej ludzi dowie się o tym projekcie. Może ktoś przy okazji również rozpocznie swoją przygodę z elektroniką

[jbanaszczyk]

Ten projekt ma dziesiątki wad, zresztą był wałkowany na elektrodzie. Na początek - pokazuje "jaka ta elektronika jest niesamowicie skomplikowana", co oczywiście nie jest prawdą. Na zakończenie: produkt jest absolutnie nie testowalny. Nie da się zrobić nawet analizy jakości i poprawności algorytmów

[Treker (Damian Szymański)]

W każdym projekcie można się do czegoś przyczepić. Każdy projekt można też różnie intepretować. Ja tutaj widzę (szczególnie na załączonym filmie) mega sympatyczną osobę, która pasjonuje się elektroniką i poświęciła prawie 6 lat na spełnienie swojego marzenia. To nie jest produkt komercyjny to realizacja jakiejś wizji - może nawet coś w gatunku "elektronicznej sztuki". Jak dla mnie oby więcej takich pozytywnych pasjonatów, a świat nie będzie nudny

PS Zresztą droga została przetarta - może ktoś inny podejmie teraz wyzwanie i zbuduje inne urządzenie, dzięki któremu zostanie ustanowiony nowy rekord (w tej lub podobnej kategorii). Więcej optymizmu

[Toomas]

Robi wrażenie! Zazdroszczę oryginalnego pomysłu i determinacji! Raczej mało kto miałby tyle cierpliwości, aby podjąć i ukończyć taki temat. Również uważam, że to trochę projekt z gatunku elektronicznej sztuki. Nie rozumiem negatywnych komentarzy przy tego typu opisach, przecież to po prostu realizacja czyjejś wizji. Nikomu nie dzieje się tu krzywda, widać, że autor wręcz żyje tym projektem :)

[wn2001]

Również gratuluję Autorowi - imponujący projekt - mimo, że czytałem już o nim w "Elektronice dla Wszystkich", to nadal budzi we mnie podziw  Idealnie pokazuje - myślę, że każdemu, nawet osobom niezwiązanym bezpośrednio z techniką - jaka wielki jest obecnie stopień integracji układów scalonych i sam poziom elektroniki, jeśli każdy może posiadać smartfon'a objętości kilku pudełek od zapałek, a w którym program "kalkulator" jest jedynie prostym i oczywistym dodatkiem  Naprawdę jest pod ogromnym wrażeniem kosztorysu oraz ilości czasu i energii włożonych w ten projekt, jeszcze raz gratuluję!

[rafi8112]

Witam Wszystkich serdecznie! Przyzwyczaiłem się już dawno, że mój projekt wzbudza wiele kontrowersji i skrajnych emocji. W związku z czym dziękuje za wszystkie komentarze (te negatywne też :)). Dla mnie elektronika to wspaniała zabawa, prawdziwe i klarowne hobby. Projekt ten traktuje jak swoisty symbol, symbol łamania własnych ograniczeń, ugruntowanych stereotypów, itd. Nie wszystkim musi się podobać - to całkowicie zrozumiała sprawa i jak najbardziej naturalna. Najprościej rzecz ujmując chciałbym swoją osobą zainteresować ludzi podobnych do mnie w swoich poczynaniach i dodać im pewności siebie oraz pewnej dozy inspiracji. Przełamałem pewne lody - może ktoś podąży podobną ścieżką jak ja...

Jeżeli chodzi o kwestie techniczne i zasadność użycia tylu układów TTL do tego projektu - odpowiem w ten sposób: zapraszam do siebie osobę, która zna wystarczająco technikę cyfrową. Zaznajomię ze wszystkimi szczegółami i wytłumaczę pracę każdego obwodu urządzenia.

Oczywiście jak macie jakieś pytania chętnie na nie odpowiem.

[Treker (Damian Szymański)]

@rafi8112 cześć Rafał, witam na Forbocie i jeszcze raz gratuluję! Myślę, że ogólnie projekt ten generuje wiele pozytywnych reakcji - na naszym Facebooku informacja o tym rekordzie zebrała wczoraj ponad 170 polubień i chyba nie było żadnej negatywnej reakcji

[Municki]

Cześć Rafał. Tak teoratycznie (a może i nie), czy możliwe byłoby zbudowanie podobnego kalkulatora, ale z użyciem jedynie scalaków CEMI? Widziałem, że mnóstwo ich jest jeszcze dostępnych - nieużywanych.

[rafi8112]

Witaj Municki. Dobre pytanie zadałeś... Muszę Ci się przyznać, że nieraz myślałem żeby te urządzenie wykonać tylko na scalakach CEMI. Jednak po głębszym zastanowieniu się i sprawdzeniu dostępności asortymentu naszego dawnego producenta okazało się, że wiele układów nie jest już dostępnych, a część z nich nie było nigdy produkowanych. Co prawda w moim projekcie jakieś 20% to układy CEMI ale muszę powiedzieć, że dwa rzekomo nowe układy okazały się wadliwe i nie działały prawidłowo przy uruchamianiu któregoś z modułów - jeśli dobrze pamiętam chodziło o sterownik znaków liczb. Uszkodzone układy wymieniłem na układy TI i wszystko pracuje jak należy.

Podsumowując jakby się uprzeć można wykonać ten kalkulator tylko na układach CEMI lecz wpłynęłoby to na ogólną liczbę wszystkich zastosowanych układów i wiązałoby się to jeszcze z większą płytką PCB. Jak wiadomo zawsze dąży się do minimalizacji. W tym projekcie trzymałem się pewnej epoki - nie mogłem za bardzo wybiec w przyszłość i zastosować układy o większej skali integracji ale też nie chciałem brnąć w drugą stronę i nie robiłem dla przykładu przerzutników na bramkach tam gdzie nie musiałem. Owszem dla jak największego wykorzystania dostępnych zasobów niektóre przerzutniki RS zbudowane są z bramek ale to ma zupełnie inne podłoże, podłoże wynikające z czynników decydujących o jak najbardziej efektywnym wykorzystaniu wszystkich funktorów logicznych. Lecz to już zupełnie inna bajka...

[FlyingDutch]

Cześć @rafi8112,

mam jedno pytanie: O ile dobrze pamiętem w serii układów TTL były kostki 4-bit ALU (symbol 74181) - patrz linki:

https://en.wikipedia.org/wiki/74181

http://susta.cz/fel/74/pdf/sn_74181.pdf

Czy użyłeś ich podczas budowy swojego kalkulatora?

BTW: pamiętam, że pod koniec lat 80-tych XX wieku Elwro miało na tych układach oparte CPU komputera zwanego "Seechek" (nie pamiętam nazwy ani symbolu).

Pozdrawiam

Edytowano Czerwiec 25, 2021 przez FlyingDutch
update

[rafi8112]

Witam @FlyingDutch, jak najbardziej znam ten układ lecz nie użyłem go z powodu tego, iż 95% jego możliwości bym nie wykorzystał przy swoim projekcie. Natomiast użyje je do budowy kolejnego projektu nad którym pracuje już od stycznia tego roku - tam bez nich się nie obędzie

Mój kalkulator posiada 4 bitowy arytmometr BCD i 5 bitowy arytmometr BIN. Moduł ma za zadanie wykonywać dwa podstawowe operacje arytmetyczne: dodawanie (ADD) oraz odejmowanie (SUB). Arytmometr BCD operuje na wartościach dziesiętnych cyfr z rejestrów: A, B, W. Natomiast arytmometr BIN operuje na wartościach dwójkowych z liczników punktów dziesiętnych: ADP, BDP, WDP. Obwody te przede wszystkim  skonstruowałem z układów 74LS283, które wspomagają inne układy logiczne służące do ich odpowiedniej konfiguracji i dostarczające im wartości operandów.

W arytmometrze BCD przy sumowaniu zastosowana jest tzw. korekta dziesiętna ( gdy suma liczb jest większa niż 9 należy dodać cyfrę 6). Natomiast odejmowanie oparte jest o algorytm: odejmowania liczb z uzupełnieniem do 1 odjemnika, wg następujących zasad:

- bity wejściowe odjemnika B należy zanegować wraz z przeniesieniem cyklicznym

- bity wejściowe odjemnej A zostają nienaruszone

- powstałe dwa operandy należy zsumować

- gdy wynik jest mniejszy niż maksymalna szerokość słowa wyjściowego (np. 4 bitowe argumenty wejściowe wraz z przeniesieniem nie przekroczą zakresu 4 bitowego wyniku) należy dodać do wyniku liczbę 10. W przeciwnym przypadku gdy wynik 4 bitowych dwóch argumentów wejściowych jest 5 bitowy (wyjście przeniesienia jest na wysokim poziomie logicznym) do wyniku nie należy nic dodawać.

W arytmometrze BIN przy sumowaniu nie jest potrzebna żadna korekta. Natomiast odejmowanie wartości BIN wspomagające odpowiednie algorytmy obliczeniowe musi być realizowane w zakresie od 0 do 23 w zamkniętej pętli (wartości te odzwierciedlają położenia punktów dziesiętnych w rejestrach). W tym przypadku również zastosowałem algorytm: odejmowania liczb z uzupełnieniem do 1 odjemnika z małą modyfikacją. Zasady tu są następujące:

- bity wejściowe odjemnika B należy zanegować wraz z bitem przeniesienia

- bity wejściowe odjemnej A zostają nienaruszone

- powstałe dwa operandy należy zsumować

- gdy wynik jest mniejszy niż maksymalna szerokość słowa wyjściowego (np. 5 bitowe argumenty wejściowe wraz z przeniesieniem nie przekroczą zakresu 6 bitowego wyniku) należy dodać do wyniku liczbę 24. W przeciwnym przypadku gdy wynik 8 bitowych dwóch argumentów wejściowych jest 9 bitowy (wyjście przeniesienia jest na wysokim poziomie logicznym) do wyniku nie należy nic dodawać.

To tak by było w wielkim skrócie...

[FlyingDutch]

Dnia 25.06.2021 o 23:14, rafi8112 napisał:

Witam @FlyingDutch, jak najbardziej znam ten układ lecz nie użyłem go z powodu tego, iż 95% jego możliwości bym nie wykorzystał przy swoim projekcie. Natomiast użyje je do budowy kolejnego projektu nad którym pracuje już od stycznia tego roku - tam bez nich się nie obędzie

Cześć @rafi8112,

a uchylisz rąbka tajemnicy co to za projekt?

Pozdrawiam

[rafi8112]

Witaj @FlyingDutch. Jasne, że uchylę w końcu to żadna wielka tajemnica: od stycznia tego roku i zapewne przez co najmniej pięć kolejnych lat opracowuję komputer typu Mainframe na układach TTL. Zamierzenia są następujące:

32 bitowa jednostka CPU CISC (32 bitowa magistrala adresowa i danych) między 150, a 200 instrukcji. Do dyspozycji będzie osiem 32 bitowych uniwersalnych rejestrów, 32 bitowa jednostka ALU właśnie oparta na układach 74F181 + 74F182 i wiele, wiele innych ciekawych rozwiązań.

Jednostka FPU również 32 bitowa - FLOAT w pełni zgodna ze standardem IEEE754. Zastosowany będzie tam sprzętowy algorytm CORDIC dzięki czemu sprzętowo będzie można rozwiązywać między innymi funkcje trygonometryczne.

32 bitowa sprzętowa mnożarka oparta na drzewie DADDA (16bit X 16 bit).

32 lub 64 MB pamięci SRAM

Karta graficzna o rozdzielczości 640*480*60Hz - 24 bitowy kolor (po 256 odcieni na każdy kanał RGB), potrójny bufor obrazu. Dzięki spółpracy FPU i mnożarki powinienem uzyskać jakąś podstawową pseudo grafikę 3D.

Karty I/O obsługujące między innymi dysk HDD FAT32, zapewne jakaś karta muzyczna, itd... ale to już przyszłość powyżej tych pięciu lat :)

Sprzętowy Debugger współpracujący z fizyczną konsolą komputera (coś na kształt komputerów ODRA). Tylko w moim przypadku będzie więcej wyświetlaczy diagnostycznych i diod LED oraz możliwość przetestowania każdego z modułów i wykonanie każdej zaimplementowanej instrukcji osobno z różnymi wartościami początkowymi (to taka dodatkowa wizualizacja działania komputera).

Jak chodzi o instrukcje CPU to studiuje karty techniczne i asemblery różnych rodzin: X86, ARM , Motorola ... i staram się wykorzystać z nich jak najlepsze cechy :)

Wszystkie karty wpięte do płyty głównej będą pracować asynchronicznie, częstotliwość ich pracy to maksymalnie 66Mhz.

Równolegle opracuję też jakiś niskopoziomowy język programowania coś na kształt Asemblera. Później to już tylko nauka, nauka i jeszcze raz nauka efektywnego programowania tak aby jak najlepiej wykorzystać dostępne zasoby sprzętowe.

Będę miał niezwykłą frajdę kiedy uda mi się to wszystko uruchomić bo zdobywana latami wiedza żeby ogarnąć coś takiego jest dla mnie bezcenna ale ja lubię sobie podnosić poprzeczkę już tak mam...

[FlyingDutch]

Cześć,

plan bardzo ambitny  (ale z pewnością do zrealizowania). Nie myslałeś, aby trochę zainteresować się układami programowalnymi (FPGA) - mógłbyś użyć ich do prototypownia. Dużą zaletą jest fakt iż układ można zasymulować (bez fizycznego układu FPGA nawet) i obejrzeć przebiegi czasowe. Systemy w układach FPGA też można składać z bramek logicznych , przerzutników, liczników i rejestrów. Po sprawdzeniu pomysłu w ukladzie FPGA mógłbyś go zrealizować fizycznie bazując na układach z serii TTL.

Pozdrawiam