Đỉnh cao DIY: Người đàn ông tự làm CPU bằng chip nhớ cũ, hàn mọi thứ bằng tay và viết 1800 dòng code để nó hoạt động

Một người đam mê công nghệ đã khiến cộng đồng bất ngờ khi tự tay chế tạo một bộ vi xử lý (CPU) hoàn chỉnh chỉ bằng các con chip nhớ EPROM và linh kiện logic từ thời 8-bit. Dự án này có tên EPROMINT, không nhằm mục tiêu thay thế các CPU hiện đại mà đơn giản là một thử nghiệm mang tính cá nhân, thể hiện sự sáng tạo và đam mê kỹ thuật ở mức cao.

Tác giả là một kỹ sư tự do người Ba Lan, hoạt động dưới cái tên Majsterkowanie i nie tylko, viết tắt là MINT. Trong ba tháng liên tục, anh đã thiết kế kiến trúc, đi dây, lập trình và thử nghiệm toàn bộ hệ thống. Dự án được thực hiện thủ công từ đầu đến cuối, từ việc xây dựng các khối logic cơ bản cho đến phần mềm điều khiển và các bước xử lý lỗi phần cứng.

Điểm đặc biệt nằm ở cách thức hệ thống này hoạt động. Thay vì sử dụng cổng logic làm từ silicon như trong các bộ vi xử lý truyền thống, EPROMINT xử lý các phép toán và luồng dữ liệu thông qua bộ nhớ lập trình sẵn. Hệ thống gửi tín hiệu vào một chip EPROM, vốn được nạp trước bảng tra cứu đầu vào và đầu ra, sau đó trả về kết quả tương ứng. Tất cả các tác vụ như tính toán, điều khiển bus địa chỉ hay giải mã tập lệnh đều dựa trên nguyên tắc này.

Ý tưởng cho dự án xuất phát từ một thí nghiệm đơn giản với chip nhớ EPROM, vốn thường được dùng để điều khiển các hệ thống cơ bản như điều chỉnh độ sáng đèn hoặc hiển thị chữ. Nhận thấy rằng có thể mô phỏng logic cơ bản bằng cách dùng bộ nhớ, tác giả bắt đầu nghĩ đến việc mở rộng mô hình này thành một hệ thống xử lý hoàn chỉnh.

Dự án được bắt đầu với việc xây dựng khối logic số học, hay còn gọi là ALU, vốn là thành phần quan trọng của mọi bộ xử lý. Nguyên mẫu đầu tiên chỉ xử lý được phép cộng đơn giản, hoạt động không ổn định và buộc phải loại bỏ. Phiên bản tiếp theo được thiết kế theo dạng cắm rời để dễ dàng thay thế và kiểm tra. Từ đó, hệ thống dần được mở rộng thêm với giao diện bộ nhớ, bộ điều khiển bus địa chỉ được vận hành bởi một ALU phụ và cuối cùng là bộ điều khiển trung tâm có khả năng giải mã lệnh và điều phối dữ liệu trong toàn hệ thống.

Sau khi hoàn tất phần cứng, CPU được cấp nguồn và bắt đầu hoạt động với mức tiêu thụ khoảng 250mA. Song song với đó, phần mềm điều khiển được viết lại, bao gồm gần 2.000 dòng code. Tác giả xây dựng một bộ tập lệnh riêng cho CPU, có khả năng thực hiện nhiều thao tác vượt ngoài giới hạn của các bộ vi xử lý 8-bit cổ điển. Ngoài các phép toán cơ bản, hệ thống còn xử lý được phép nhân chia, tính toán lượng giác và xử lý chuỗi bit. Tác giả mô tả rằng con chip này đã được "bơm thêm sức mạnh" so với chuẩn thông thường.

Để thử nghiệm hoạt động thực tế, hệ thống được kết nối với một màn hình VFD. Tác giả viết chương trình để trình chiếu các hình ảnh đơn sắc, độ phân giải thấp mô phỏng bộ phim The Matrix. Bên cạnh đó, hai đèn LED được sử dụng làm tín hiệu kiểm thử, trong đó một đèn nhấp nháy theo chương trình, còn đèn còn lại sáng lên khi CPU phát hiện lỗi nếu chúng xảy ra.

Toàn bộ hệ thống được gắn trên bốn bảng mạch nặng hơn 500 gram và sử dụng tổng chiều dài dây điện lên tới hơn một kilomet nếu kéo thẳng. Dù ngoại hình có phần thô sơ và thủ công, EPROMINT là minh chứng cho việc tái hiện kiến trúc CPU chỉ từ những linh kiện lỗi thời, một cách tiếp cận vừa tiết kiệm vừa cho thấy sự hiểu biết sâu sắc về nguyên lý hoạt động của vi xử lý.

Video ghi lại quá trình "chế" CPU của Majsterkowanie i nie tylko

Dự án này là ví dụ cho tinh thần tự học, sáng tạo và đam mê kỹ thuật. Trong thời đại mà công nghệ ngày càng trở nên phức tạp và khép kín, việc tự tay xây dựng một CPU từ những thành phần đã cũ kỹ không chỉ là thành tựu cá nhân ấn tượng mà còn là lời nhắc về thời kỳ sơ khai đầy tính khám phá của thế giới điện tử.