Đỉnh cao độ chế: kỹ sư tự làm CPU từ chip nhớ cũ, mạnh đến mức phát được… cả phim "Ma Trận"

[Khôi Nguyên]

Trong một dự án đầy tham vọng và sáng tạo, một kỹ sư người Ba Lan đã tự tay chế tạo thành công một bộ vi xử lý (CPU) hoàn chỉnh chỉ từ những con chip nhớ EPROM cũ và các linh kiện logic 8-bit. Dự án mang tên EPROMINT này không chỉ là một kỳ công về kỹ thuật mà còn là một minh chứng cho thấy niềm đam mê và sự hiểu biết sâu sắc có thể tái tạo lại những công nghệ phức tạp nhất từ những thành phần đã lỗi thời.

Thành quả tự chế CPU của kỹ sư người Ba Lan ​

EPROMINT: CPU hoạt động bằng... bộ nhớ​

Tác giả của dự án, hoạt động dưới cái tên Majsterkowanie i nie tylko (MINT), đã dành ra ba tháng liên tục để thiết kế, đi dây, lập trình và thử nghiệm toàn bộ hệ thống. Toàn bộ dự án được hàn mọi thứ bằng tay và xây dựng từ những linh kiện cơ bản nhất.

Điểm độc đáo của EPROMINT nằm ở cách nó xử lý thông tin. Thay vì sử dụng các cổng logic bằng silicon như trong một bộ vi xử lý (CPU) truyền thống, hệ thống này lại sử dụng chính các chip nhớ EPROM để mô phỏng logic. Cụ thể, tác giả đã nạp sẵn các "bảng tra cứu" (lookup tables) vào bộ nhớ của các con chip EPROM. Khi hệ thống cần thực hiện một phép toán, nó sẽ gửi tín hiệu đầu vào đến một con chip, con chip này sẽ tra cứu và trả về kết quả đầu ra đã được lập trình sẵn. Toàn bộ các tác vụ, từ tính toán, điều khiển bus địa chỉ cho đến giải mã tập lệnh, đều hoạt động dựa trên nguyên tắc này.

Hành trình ba tháng và gần 1.800 dòng code​

Ý tưởng của dự án xuất phát từ một thí nghiệm đơn giản, khi tác giả nhận ra có thể mô phỏng các cổng logic cơ bản bằng cách sử dụng bộ nhớ. Từ đó, anh bắt đầu hành trình mở rộng mô hình này thành một hệ thống xử lý hoàn chỉnh.

Quá trình bắt đầu với việc xây dựng khối logic số học (ALU), "trái tim" của mọi bộ vi xử lý. Sau khi phiên bản đầu tiên hoạt động không ổn định, anh đã thiết kế lại theo dạng module cắm rời để dễ dàng thay thế và kiểm tra. Dần dần, hệ thống được mở rộng thêm với giao diện bộ nhớ, bộ điều khiển bus và cuối cùng là một bộ điều khiển trung tâm để điều phối toàn bộ hoạt động.

Song song với việc hoàn thiện phần cứng, tác giả cũng đã tự mình viết gần 1.800 dòng code cho phần mềm điều khiển và xây dựng một bộ tập lệnh riêng cho CPU. Đáng chú ý, bộ tập lệnh này có khả năng thực hiện nhiều thao tác phức tạp vượt ngoài giới hạn của các CPU 8-bit cổ điển, bao gồm cả các phép nhân, chia và tính toán lượng giác.

Gần 1.800 dòng code để CPU tự chế có thể hoạt động​

Kỳ công cuối cùng: Trình chiếu phim "Ma Trận"​

Để thử nghiệm hoạt động thực tế của "đứa con tinh thần", tác giả đã kết nối nó với một màn hình VFD (màn hình huỳnh quang chân không). Anh đã viết một chương trình để CPU có thể xử lý và trình chiếu các hình ảnh đơn sắc, độ phân giải thấp mô phỏng lại bộ phim kinh điển The Matrix (Ma Trận).

Thành công trong việc trình chiếu thử bộ phim Ma Trận​

Toàn bộ hệ thống được gắn trên bốn bảng mạch, có tổng trọng lượng hơn 500 gram và sử dụng một lượng dây điện mà nếu kéo thẳng ra sẽ dài hơn một kilomet. Dù có vẻ ngoài thô sơ, EPROMINT là một thành tựu ấn tượng, cho thấy khả năng tái hiện lại toàn bộ kiến trúc của một CPU chỉ từ những linh kiện đã cũ.

Dự án này là một ví dụ điển hình cho tinh thần tự học và sáng tạo. Trong một thời đại mà công nghệ ngày càng trở nên phức tạp và khép kín, việc một người có thể tự tay xây dựng một CPU từ đầu đến cuối là một lời nhắc nhờ về thời kỳ sơ khai đầy tính khám phá của thế giới điện tử.