Fabriquer un ordinateur
Depuis quelques mois, et pour de nombreux mois encore, un de mes projets personnel est la fabrication d’un petit ordinateur d’amateur.
Objectif général
Mon objectif est de fabriquer un ordinateur pour comprendre comment ça fonctionne «à l’intérieur».
Pour clarifier mon propos je vais définir :
- ordinateur
- fabriquer
- comprendre le fonctionnement
C’est quoi un ordinateur ?
Par ordinateur j’entends une machine qui effectue des calculs, tant arithmétiques que logiques, et qui peut-être programmée. La programmation implique une forme de mémoire. Les entrées/sorties, bien que nécessaires, ne sont pas très importantes pour mon cas d’utilisation. Modifier et lire directement le contenu de la mémoire me suffirait.
C’est donc la définition d’une machine largement moins complexe que nos ordinateurs modernes.
C’est quoi fabriquer un ordinateur ?
Il ne s’agira pas d’assembler des pièces toutes faites. Par fabriquer, je veux dire prendre des composants électroniques de base et les souder ensemble. Par “composants de base”, je cible dans un premier temps les transitors et les diodes.
Comprendre le fonctionnement ?
Je veux savoir ce qu’il se passe au niveau électronique. Pas au niveau des electrons, faut quand même pas exagérer. Je veux savoir comment des composants électroniques peuvent agir de concert pour additionner des nombres ou stocker de l’information.
Je pourrais bien sûr lire un tas de livre sur le sujet, et je l’ai déjà fait, mais je ne vais pas m’en contenter. Pour vraiment comprendre, j’ai besoin de faire.
Une machine à calculer
Je vais commencer avec la technologie RTL (Resistor Transistor Logic). Après tout, c’est quand même cette technologie qui a guidé les missions Apollo, même si c’était déjà sous forme de circuits intégrés.
Par contre j’ai du me rendre rapidement à l’évidence, mes calculs préliminaires montraient que même un ordinateur 5 bits avec au plus quelques dizaines de mots de mémoire nécessiterait plus de 1000 transistors et consommerait plusieurs ampères. Sans parler de la place qu’un tel «petit monstre» prendrait ; je n’ai pas l’intention de consacrer un meuble entier à sa réalisation.
J’ai donc abandonné à contrecoeur l’idée de fabriquer tout de suite mon premier ordinateur, et je suis parti sur une machine à calculer très simple. Ce calculateur aura l’avantage d’être peu gourmand en place et en puissance (du moins, comparé à un «full» ordinateur). Il me permettra de concevoir et construire une ALU (Arithmetic and Logic Unit), qui est le coeur d’un CPU (Central Processing Unit). Ce calculateur utilisera aussi un mot de mémoire.
La machine à calculer sera batie uniquement avec des NOR gates, tout comme l’ordinateur d’Apollo. Je la limiterai à seulement 4 bits. Ça semble bien peu, mais ça me permettra d’utiliser un truc : je pourrai remplacer les multiplexeurs par des toggle switchs physiques et ainsi économiser pas mal de place et de transistors.
«Addition is the most basic of arithmetic operations, so if we want to build a
computer |...|, we must first know how to build something that adds two numbers
together. |...| addition is just about the only thing that computers do. If we
can build something that adds, we're well on our way to building something that
uses addition to also substract, multiply, divide, calculate mortgage payments,
guide rockets to Mars, play chess |...|.»
Rendez-vous prochainement pour la réalisation d’une première porte logique.
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