纯手工拼晶体管！可跑程序的CPU原来是这样做出来的！
<section><p>【来源：量子位】</p>
<p>一个人，到底能<strong>肝</strong>到什么程度？</p>
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<section>最近B站上大火的一个视频，或许给了这个问题一个完美诠释：</section>
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<section><strong>纯！手！工！</strong>自制CPU！</section>
</blockquote>
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<section>这位叫做<strong>“奶味的”</strong>Up主，耗时整整半年，用他那双勤劳的双手，“逐点”焊接，最终打造出了一个完整CPU！</section>
<section>手工做一个CPU能用么？</section>
<section>当然可以，他还做了一个demo展示，来看一下效果吧。</section>
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<section>纯手工“肝”出一个CPU，还成功运行了流水灯效果，直接引发了一大波网友们的惊呼：</section>
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<section>肝帝！焊武帝！</section>
<section>人长在肝上了！</section>
</blockquote>
<section>（感受下这满屏的Respect）</section>
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<section>接下来，让我们一同看下“肝帝”自制CPU的完整过程。</section>
<h2>纯手工自制CPU</h2>
<section>其实在发布这个视频之前，Up主便在贴吧中“开玩笑”的说了句：</section>
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<section>CPU太贵了，买了显卡就买不起CPU，手工捏个出来……</section>
</blockquote>
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<section>万万没想到，真的是说干就干。</section>
<section>据这位Up主介绍，他主要采用了3个原材料：</section>
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<section>二极管、三极管和电阻。</section>
</blockquote>
<section>通常来讲，CPU的结构可以大致分为运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。</section>
<section>而他最先“下手”的，就是CPU的<strong>寄存器</strong>部分。</section>
<section>Up主设计了一个6位的<strong>移位寄存器</strong>：</section>
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<section>它的作用不仅能是用来存储，还能在时钟信号的控制下，将数据进行进行逐次右移或左移。</section>
<section>简单来说就像是一个交警叔叔，当数据从一个方向进来的时候，这个移位寄存器可以指挥它什么时候该往哪里走。</section>
<section>Up主处理的第二个结构，是<strong>程序计数器</strong> （PC）。</section>
<section>它作用简单来说，就是记录程序运行的位置。</section>
<section>而这也是整个项目下来最耗时、最复杂的部分，花了整整3个月之久。</section>
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<section>程序计数器涉及的功能那可就多了。</section>
<section>像最基本的就是挨个字节读完指令后，计数要自动+1；而CPU重启之后，计数便会清零。</section>
<section>而且在不同的条件之下，还要能实现直接跳转、调用函数、函数返回等功能。</section>
<section>听着就有够复杂的了。</section>
<section>奈何，除此之外，还时常伴随着各种各样的“玄学问题”。</section>
<section>Up主就举了个例子：</section>
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<section>花了一个多星期才在最深处找到一只焊反的二极管……</section>
</blockquote>
<section>但功夫不负有心人，在经历3个月令人头秃的时光之后，最复杂的模块还是被他搞定了。</section>
<section>上电测试也没有问题：</section>
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<section>然后就是硬盘（ROM）和内存（RAM）。</section>
<section>这是CPU外的比较庞大两个部分要手搓一个不太现实。</section>
<section>因此，Up主用上了比较容易操作的hm628512来做ROM和RAM：</section>
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<h6><strong>△</strong>左：RAM和指针 右：ROM</h6>
<section>再将ROM和RAM组装上去，现在CPU的基础模块已经基本完成了。</section>
<section>接下来就是打造<strong>指令译码器</strong>。</section>
<section>它主要是用于把传到这里的CPU指令，进行解析运行：</section>
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<section>再把做加减乘除的运算器（ALU）加上去：</section>
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<section>最后还得再焊一个通用<strong>缓存</strong>上去：</section>
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<section>现在，这个全部由三极管、二极管和电阻焊接而成的CPU就完成了！</section>
<section>看到这密密麻麻的元件，工程量的浩大就不用多说。</section>
<section>也难怪能让一众网友直呼“肝帝”了。</section>
<h2>还有纯手写最原始代码</h2>
<section>以为纯手工焊接就完了？</section>
<section>不不不，还有更<strong>硬核</strong>的。</section>
<section>因为这个CPU的指令集和架构都是自主研发的，所以没有适配的编程语言。</section>
<section>那怎么能让它跑起来呢？</section>
<section>这位Up主的对策是：</section>
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<section>纯手写最原始代码——<strong>二进制编程</strong>！</section>
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<section>噫吁嚱！噫吁嚱！</section>
<section>这一手露的，直接引发了网友们的<strong>第二波高潮</strong>：</section>
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<section>手写指令集，牛皮！这才是真·写代码！</section>
<section>直接上机械码，太狠了吧！</section>
</blockquote>
<section>然后……然后……</section>
<section>Up主竟然就开启了<strong>上古编程模式</strong>——<strong>“扣”程序</strong>！</section>
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<section>面对此情此景，怎么一句“绝绝子”了得。</section>
<section>……</section>
<section>一切准备工作就绪。</section>
<section>接下来，便是见证奇迹的时刻。</section>
<h2>亮灯，跑起！</h2>
<section>但最开始，程序的运行并不是一帆风顺。</section>
<section>即便大神重启了几次，跑马灯的效果偶尔还是出现问题。</section>
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<section>但bug很快被找到了：</section>
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<section>有个地方断开了。</section>
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<section>与此同时，因为还没有I/O接口，所以测试使用的灯是临时寄存器的灯。</section>
<section>而且左移指令和跳转指令都使用了同一组灯。</section>
<section>因此，流水灯的效果就不是非常明显。</section>
<section>于是，大神重新编程，使CPU跳转到0X0F处运行。</section>
<section>如此一来，在跳转时灯就是灭的，给左移指令让出了一条路。</section>
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<section>一切修改完毕，重新“扣”程序，启动！</section>
<section>这一次，就没有任何的异常了。</section>
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<h2>走进“肝帝”大神</h2>
<section>在看完这波“神级”操作之后，想必大家都想了解这位大神。</section>
<section>量子位帮你实现这个梦想。</section>
<section>大神原名<strong>林乃卫</strong>，广西北海人。</section>
<section>做这个项目的灵感，来源于在他写代码时分析可执行文件中的二进制。</section>
<section>那时候大神便萌生出了一想法：</section>
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<section>CPU是怎么执行这一串0101的？</section>
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<section>在结合数电课程的知识之后，大神猜测到了大致的原理，于是就想试一试。</section>
<section>最初他想用门级电路来做的，但是感觉难度不是很高，又想把整个过程从零开始理解透。</section>
<section>于是，便决定从最基础的<strong>模拟电路</strong>开始。</section>
<section>而整个过程最难的部分，便是<strong>“器件每一级的连接”</strong>和<strong>“CPU的运行速度”</strong>：</section>
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<section>在此之前没有看过关于CPU原理方面的书籍，是靠自己对门电路的理解而设计的一套电路 ，想设计一套属于自己的架构。</section>
<section>从最基础的三极管开关到门级电路，网上找的电路图根本没法用，需要自己设计。虽然设计好后理论通过了，但是门级之间组合成功能级器件就有新的问题，功能级的电路再多个 组合起来成为功能模块又会产生新的问题，模块与模块之间连接更会产生新的问题.</section>
<section>这每一级的问题都很有可能要修改基础电路，然后又会从头开始产生新的问题。</section>
<section>因为没有专业的设备去调试，我用的是一盏LED和蜂鸣器，想尽办法也将速度提高到100kHz左右 而已,这是十分慢的，过程也十分艰难。</section>
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<section>至于器件方面，大神均是从网上购得，然后再将它们一点一点地焊接成为模块。</section>
<section>这个CPU大致耗费了<strong>1000</strong>多个三极管、<strong>2000</strong>多个二极管，电阻数量也达到了<strong>2000</strong>多，焊点近万。</section>
<section>目前的费用大概花了1000多元。</section>
<section>而网友在弹幕中调侃居多的，还有<strong>制程</strong>方面的问题。</section>
<section>据大神介绍：</section>
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<section>要是非得给它定个工艺制程，那就是<strong>2.54mm</strong>，比先进的3纳米大了将近1百万倍。</section>
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<section>最后，Up主还表示，将在接下来的工作中，持续完善CPU的功能，让它能够运行更加复杂的程序。</section>
<section>对此，你期待了吗？</section>
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<p>这需要多大耐心和兴趣动力啊 ！</p>
<p>佩服</p>
<p>蓝色灯的图片以为做了一个霸王龙</p>
<p>这个牛了，光这个耐心就不得了</p>
<p>没必要手工焊接</p>
<p>可以打板贴片</p>
<p>然后发现花费这么多还不如买个简单的MCU</p>
<p>性能比手工的强，而且适用起来还方便</p>
<p>佩服！</p>
<p>我做过没有CPU的电子琴，用数字电路和模拟混合电路、分离元件搭的。</p>
<p>当时的音质和音效是市面上电子琴没有的，已经很霸了。当时中国还没有电子琴产品及芯片。</p>
<p>这个更霸气！</p>
<p>太有才了，能力不是一般的强，这是对技术的一份超级热爱，</p>
有实力，终于知道cpu是这样的，感谢感谢感谢 <p>做这个需要渊博的知识,强大的动手能力,最重要的,要有一颗持之以恒的心</p>
<p>要有极大的耐心！耐心！耐心！</p>
<p>过不了多久就会出现小作坊生产的cpu了，cpu价格有望大幅度下降。</p>
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