Megaprocessor - gdyby tranzystory nie uległy miniaturyzacji to procesory wyglądałyby tak

Pamiętacie scenę z 3 części Powrotu do Przyszłości. Doktor Brown buduje odpowiednik miniaturowego chipu z elementów elektronicznych dostępnych w latach pięćdziesiątych XX wieku. Wychodzi bardzo wielka skrzynka. Takie samo założenie legło u podstaw komputera, który nazwano Megaprocesor. Użyć niezminiaturyzowanych elementów by odwzorować działanie komputerowego procesora.

Okabelkowanie 

Cały projekt to niezła zabawa, ale i działanie, które ma walory edukacyjne. Zamiast oglądać diagramy pokazujące wewnętrzną strukturę chipsetów, możemy zobaczyć w skali 1:1 jak to byłoby znaleźć się w środku takiego układu. Możemy także zobaczyć jakie wyzwania stawiała elektronika podczas wczesnych etapów eksploracji kosmosu, gdy nie zawsze można było polegać na miniaturyzacji. Trzeba było budować wielkie struktury funkcjonujące jak pamięć czy jednostka obliczeniowa, które nie były podatne na zakłócenia w kosmosie.

Trochę statystyki

Do skonstruowania Megaprocesora jego twórca James Newman zastosował tranzystory wielkości ziarna grochu, takie, które powszechnie stosowane były 30 lat temu w wielu urządzeniach elektronicznych, a także nadal znajdą się tam, gdzie miniaturyzacja nie jest priorytetem. Oprócz tranzystorów w liczbie 40 000, rezystorów i innych elementów elektronicznych, Megaprocesor korzysta też z 10 000 LEDów. Są to elementy kontrolne wykorzystywane przez pamięć jak i jednostkę główną, również do interakcji z użytkownikiem. Na pewno nie można o nich powiedzieć, że migają we wzorki bez konkretniejszego celu.

Sumator

Megaprocessor jest urządzeniem 16-bitowym, które może pracować z częstotliwością 8 kHz. Zużywa 500 W, a jego waga to około 500 kilogramów. Na pewno król wydajności i efektywności obliczeniowej to nie jest.

By go zmieścić konieczny jest sporych rozmiarów salon. Powierzchnia poszczególnych komponentów Megaprocesora, które są montowane na pionowych ramach (grubość konstrukcji to „tylko” 10 cm), wynosi 18 metrów kwadratowych, z czego 3 metry kwadratowe to moduł pamięci - jeden bit ma powierzchnię jednego cala kwadratowego. Dla porządku, pojemność pamięci to zawrotne 256 bajtów dla RAMu i tyleż dla PROM.

Myślicie, że rezygnacja z miniaturyzacji to dziś duża oszczędność? Pewnie nie, bo miniaturyzacja i masowa produkcja to właśnie to co doprowadziło do dramatycznego obniżenia kosztów elektroniki. Megaprocesor to twór entuzjasty, bo jak inaczej nazwać wydanie 40 000 funtów (nie licząc kosztów pracy własnej) na urządzenie, które jak na razie pozwala zagrać w… Tetrisa.

Megaprocesor i konstrukcje z życia wzięte

Megaprocesor jest autorskim projektem, przy którego realizacji były lepsze i gorsze momenty. Ponieważ spora część jest tradycyjnie lutowana, złe połączenia konstruktor dostrzegał czasem dopiero po dłuższym czasie, czasem okazywało się, że konstrukcja wcale nie jest tak zoptymalizowana jakby się wydawało. Pojawiły się nawet wątpliwości czy przypadkiem decyzja o 16-bitowych rejestrach nie jest zbyt ambitna.  

James Newman na swojej stronie podaje dokładną statystykę Megaprocesora, a także przytacza dla porównania stopień skomplikowania innych układów.

Powstał też emulator Megaprocesora na bazie układu FPGA by szybko wykrywać błędy konstrukcyjne

I tak Z80, który był między innymi sercem ZX Spectrum, liczy sobie 8500 tranzystorów, a jego powierzchnia to jedynie 18 mm kwadratowych. Megaprocesor to konstrukcja o powierzchni milion razy większej.

Bardziej skomplikowany Intel 8086 miał już 29 tysięcy tranzystorów i 44 mm kwadratowe powierzchni. Pod względem liczby tranzystorów Megaprocesor mieści się pomiędzy tym układem a Motorolą 68000, którą doskonale znają użytkownicy Atari ST, Commodore Amiga jak i Apple Macintosh z lat 80. XX wieku.

Jeśli jesteście zainteresowani dokładnymi szczegółami konstrukcji, tym jak Megaprocesor jest oprogramowany, zapraszam do odwiedzenia strony www.megaprocessor.com, gdzie znajdują się odpowiedzi na te i wiele innych pytań.

Źródło: Megaprocessor.com, zdjęcia użyte za zgodą