如何制作一台计算机？

admin

如何制作一台计算机？
题主是大一CS专业的一个学生，突然产生一个想法，能不能用一年的时间做一台计算机？
查阅了一些资料，首先看到有人用逻辑电路在Minecraft里制作了一个小型计算机…于是我大大降低了做一个计算机的预期难度。
但是看了一些计算机的历史，却发现无论是帕斯卡、莱布尼茨的机械式计算机，还是有人用晶体管和导线搭建的CPU 2-3MHz的计算机，都有着极高的复杂度…
那么三个人在一年内做出一台计算机有没有可能？做出可以用机器语言编程序的机器有多难？
注：并不打算使用诸如单片机芯片的任何技术黑匣子…


知乎 北极：

首先，题主要明确你要做的计算机包含哪些东西？看题主的意思似乎是只有一个CPU，实际上计算机还包括内存、外存、输入输出设备这些，不知道题主是否考虑过这些硬件的设计。

如果只设计CPU，那么应该说，不太困难。

但如果题主是大一新生，那么我觉得可能需要学习一些基础课才行。

首先要学习的是电路基础，包括模电（模拟电子技术）和数电（数字电路），其中模电如果时间有限可以不学，但数电是必须要学的。学会了数电，就可以设计出寄存器、加法器了，并且应该掌握了门电路的使用，有了这些，如果动手能力足够强，使用74xx系列的芯片设计一个简易的计算器已经并不困难了，类似的实验很多本科生都做过，我也做过。第二步：题主要学习的是计算机接口技术，以及汇编语言，懂得如何把数字信号输入输出（通过PC调试器或者别的东西）。第三步：学习计算机组成原理、编译原理等内容，搞清楚微指令的概念，剩下的工作就是设计一套合适的指令集和微指令，把各种门电路结合到一起就可以了。当然，还有一些周边的东西也需要学，不过这些东西也可以用现成的，比如时钟信号怎么处理等等（模电会有介绍），自己买一个做好的时钟也是可以的。设计一个CPU，并不是一个特别高深的东西，一个合格的计算机专业的本科生，基本上都能学习到设计CPU的基础知识。设计CPU的困难点在于：它太复杂了，你画一个电路图，上面如果有10个门，那么很简单，有100个，就有点麻烦了，如果有1000个、10000个呢？

这东西跟编程是一个道理，写出1000行的程序的难度，和写100行的难度是不一样的，一个人独立写10000行，就算很厉害了，这都是一个道理。

就是你需要有一个整体感，能对整个框架和细节都了解清楚。

设计一个加法器、乘法器、寄存器，都不困难，但如果把几个、十几个加法器、乘法器、寄存器都组合到一块，就困难了。

真实的CPU在设计上，还有一个困难就是高频下工作的问题，但如果CPU的主频在10Mhz以下（如果芯片不好就按1MHz来设计），那么就暂时不会遇到这种问题。

另外，我见过有本科生设计出来过CPU，指令集是模仿8086的，能运行汇编指令，百度以下应该有类似的新闻，可能还不止一个。

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我记得我上大学那会就听说有人用TTL电路做了一个模拟CPU，可惜链接没有找到，找到一个老外的：

耐心很重要 看国外牛人自己动手在家里搭建CPU_爱活网 Evolife.cn

只要有耐心，我认为计算机本科阶段的知识是足够的。

另外，与CPU相关的还有中断控制器、内存控制器，这些东西也是要考虑的，以及I/O总线等等，这需要对计算机硬件有足够的了解。

另外，我不推荐用FPGA，用FPGA最简答，但没什么成就感，要知道从一个加法器做起还是蛮有成就感的。