Hackaday Prize 2023: Создание реле ALU

Есть много правды в совете о том, что для того, чтобы по-настоящему понять что-то, вам нужно построить это самостоятельно с нуля. Именно эта идея легла в основу заявки Кристиана на премию Hackaday Prize 2023 года в категории «Реинжиниринг образования». Созданный в качестве образовательного демонстратора, это полноценное арифметико-логическое устройство (АЛУ), использующее дискретные реле, а не реле с высокой плотностью размещения — это большие сигналящие устройства в прозрачном корпусе.

Конструкция аккуратно и намеренно разделена по функциональным линиям с четырьмя специальными конструкциями печатных плат, каждая из которых работает на 4 бита. Для обработки слова длиной в байт платы просто соединяются каскадом, всего их восемь. Регистр, сумматор, логические функции и мультиплексные платы являются сердцем сборки, а еще две специальные платы для визуализации (для удобства используются Arduino) и ввода-вывода, образующие интерфейс. В конце концов, базовый процессор — это всего лишь АЛУ и некоторый контроль над ним, магия действительно заключена в АЛУ.

Фундаментальные логические операции, выполняемые с двумя операндами {A, B} — это A, ~A, B, ~B, A или B, A и B, A xor B, могут быть вычислены всего с помощью четырех реле на бит. Логические выходы необходимо подавать в битовый селектор 7 к 1, прежде чем подавать их в выходной регистр, но это работа отдельной платы. Функция сумматора является самой простой: это просто пара полусумматоров и логический элемент ИЛИ для обработки цепочки входных переносов и генерации выходной цепочки переноса.

Напечатанные на 3D-принтере кабельные трассы приятны на ощупь и позволяют легко связать все это воедино.

Если вам нужен более совершенный процессор на основе реле, вы можете ознакомиться с проектом релейного компьютера MERCIA, не говоря уже об этой чудесно отточенной сборке.