Prêmio Hackaday 2023: Construindo uma ALU de retransmissão

Há muita verdade no conselho de que, para realmente entender algo, você precisa construí-lo do zero. Essa é a ideia por trás da inscrição de [Christian] para a categoria Educação em Reengenharia do Prêmio Hackaday de 2023. Construído como um demonstrador educacional, esta é uma unidade aritmética-lógica completa (ALU) usando relés discretos - e não tipos de alta densidade também - estes são do tipo grande buzina de caixa clara.

O design é intencionalmente particionado ao longo de linhas funcionais, com quatro designs de PCB personalizados, cada placa operando em 4 bits. Para lidar com uma palavra de comprimento de byte, as placas são simplesmente colocadas em cascata, perfazendo um total de oito. O registro, somador, função lógica e placas multiplex são o coração da construção com duas placas personalizadas adicionais para visualização (usando um Arduino por conveniência) e IO formando a interface. Afinal, uma CPU básica é apenas uma ALU e algum controle em torno dela, a mágica está realmente na ALU.

As operações lógicas fundamentais que operam sobre dois operandos, {A, B} são A, ~A, B, ~B, A ou B, A e B, A xor B, podem ser calculadas a partir de apenas quatro relés por bit. As saídas lógicas precisam ser alimentadas em um seletor de 7 para 1 bit antes de serem alimentadas no registro de saída, mas esse é o trabalho de uma placa separada. A função de somador é a mais básica, simplesmente um par de meios-somadores e uma porta OR para lidar com o encadeamento das entradas de carry e gerar a saída da cadeia de carry.

Os cabos impressos em 3D são um toque agradável e proporcionam um trabalho de fiação liso para amarrar tudo junto.

Para uma CPU baseada em relé mais completa, você pode verificar o projeto do computador de relé MERCIA, sem mencionar esta construção maravilhosamente polida.