因為blog比較晚才架設的關係，所以累積了比較多的東西，會在後面幾個post一起補上。

這次要介紹的元件的設計早在專案開始前的幾年前就已經在breadboard上實作過，這次因為剛好遇到學校的期末專題，就想要以重現之前的專案、實踐新的計畫為題，製作一個全新的CPU計畫。

.

基礎架構的設計

為了交作業，將就採用之前已經在breadboard實作過的設計。主要是參考自 ben eater 8 bits breadboard CPU 的 project，也是絕大部分的設計的啟發點。

目前已經完成的主要實作點有兩個：

• ALU（同ben eater 專案中的ALU，但目前沒有實作flags）
• Register A、B（同ben eater 專案中的Register A、B）

ALU（算術邏輯單元）是一種硬體元件，主要負責處理算術運算和邏輯運算。Registers 是一種電腦內存，用於存儲和訪問資料。

在我們的設計中，Register A 和 B 用於存儲加法和減法運算的兩個數值。ALU目前只有加減法功能，但我們可以用一些小技巧來實現其他功能，例如位元移動等。

我們的ALU能夠實現的功能包含加法、減法，但不包含與、或、還有比較運算，這些運算在運算過程中會用到 Register A 與 B 來儲存資料。當ALU執行運算後，結果可以存在一個結果register中，供後續程式使用。另外，我們也計畫擴充ALU的功能，例如乘法、除法等運算。

總的來說，ALU和Registers是我們電腦設計中不可或缺的元件，它們提供了快速、高效的運算能力，為後續的程式執行提供了基礎。

.

為什麼不用 breadboard？

在使用 breadboard 進行電路實驗時，有一個重要的因素需要注意，那就是 breadboard 的不固定性。由於 breadboard 的接腳不是固定的，因此在插拔電子元件、運輸移動時可能會造成接觸不良，導致電路無法正常運作。

因此，為了避免 breadboard 的不固定性導致的接觸不良問題，我決定使用直接焊接的方式，將電子元件焊在萬用板（General purpose PCB）上。這樣可以確保電路更穩定、更可靠，並且可以長期使用，運輸時電路也不太容易受到影響，這樣我就可以運到學校教作業。

.

設計的實作

上圖為最終拼裝結果

圖片左側被裁切掉的鐵盒子是一個 5V 10A 的電源供應器。

.

為了要讓整體收納更方便，我決定在測試每個板子的功能正常後，將電腦的架構改為塔式主機。這種架構可以將主機板、顯示卡、硬碟等主要元件組合在一起，並放置在一個單獨的塔狀箱體內，使得整體收納更為方便。

然而，這樣的架構帶來了一些困難。首先，因為整個電腦組件都被密封在塔狀箱體內，所以debug的方便性受到了影響。如果出現問題，我們需要打開整個箱體才能檢查內部組件。另外，塔式主機的散熱也比較困難，我們需要在設計時對散熱問題進行充分考慮。

尽管如此，我還是選擇犧牲了debug的方便性，換取塔式主機架構的方便性。因為在我們的項目中，收納的方便性是一個很重要的因素，我們需要將電腦組件安置在最小的空間內，以達到最佳的收納效果。

.

部件介紹

接下來是部件的實際圖片。

圖中展示了各元件之間的關係圖。其中包含兩部分： Register（具有 Output 之直接連接 ALU 單元的性質）、ALU （目前僅具有加減法運算功能）。

剛剛介紹過了，元件大致上有兩種：

• Register（Output 直通 ALU 單元）
• ALU （目前只有加減法）

Register (A,B)

這個部分的主題是 Register (A,B)，附有一張圖片來呈現它的外觀。設計的參考來源是 Ben Eater 的 Register 設計，但是我們對於 bus 接口和 internal connection to ALU 進行了修改，並對公排針 pinout 進行了調整。這個設計是一個重要的部分，用於存儲加法和減法運算的兩個數值。

.

ALU

這個部分的主題是 ALU，附有一張圖片來呈現它的外觀。設計的參考來源是 Ben Eater 的 ALU 設計，但是我們對於 bus 接口和ALU output的debug 進行了修改，並對公排針 pinout 進行了調整。ALU (Arithmetic Logic Unit)是電腦硬體中的一個重要部分，負責處理算術運算和邏輯運算。我們的ALU能夠實現的功能包含加法、減法，這些運算在運算過程中會用到 Register A 與 B 來儲存資料。

.

頂層 breadboard

在最初的實作過程中，我最初的目的是避免使用 breadboard。然而在進行實作時，我發現自己在使用萬用板，並把電子元件使用排母放置在板子上並進行互相連結，這樣的操作方式與 breadboard 沒有本質上的區別。因此，為了能夠更加有效率地實現電路運作，我最終決定放棄使用萬用板，而改用 breadboard 來實現電路運作。

下一篇

在進行實驗過程中，我意識到我缺少一種工具，即 邏輯分析儀，以便評估我所使用元件的訊號輸入和輸出。然而，當時我沒有在此事情上花太多時間思考。在後來參考了 Ben Eater 在 6502 computer 中使用 Arduino 當 邏輯分析儀的實例後，我也決定使用 Arduino 來製作一個簡單的 邏輯分析工具。

下一篇會簡述我使用了什麼方法，如何利用 Arduino 以及 processing 來製作這個簡單的 邏輯分析工具及其對應的軟體。

下一篇