March 21, 2014 0

transcomp – Anleitung für einen PC ohne ICs

By in Computerarchitektur, Hardware, Projektmanagement, transcomp

Im Jahr 2008 habe ich begonnen, einen Computer zu entwerfen. Ich gab dem Projekt den Namen transcomp. Das Interessante am transcomp sollte sein, dass er gänzlich ohne Integrierte Schaltkreise (ICs) auskommen sollte.
Wie ich im Artikel transcomp – der Comupter ohne Chips genauer beschrieben habe, habe ich das Projekt (leider) aus zeitlichen und persönlichen Gründen aufgegeben.
Vor kurzem reifte in mir dann der Entschluss wenigstens meine Unterlagen hier auf meinem Blog zur Verfügung zu stellen auf das interessierte Tüftler Inspiration und Starthilfe erhalten.
Für die “Starthilfe” besonder dienlich, könnte die folgende Anleitung sein, die ich zeitgleich zur Entwicklung und Planung des transcomp verfasste. Sie beschäftigt sich natürlich auch mit dem transcomp aber aus einer sehr allgemeinen Perspektive. Im Grunde wird der Frage nachgegangen: “Wie funktioniert ein Computer?
Die ersten fünf Kapitel stehen hier zur Einsicht. Beginnen möchte ich mit der Einleitung:

Einleitung

Womit soll man anfangen, wenn es darum geht einen Computer von Grund auf selbst zu bauen?
Am Besten beginne ich damit, den ersten Satz meiner Einleitung stückweise zu analysieren. Die folgende farbige Markierung soll dabei für Übersicht sorgen:

… wenn es darum geht einen Computer von Grund auf selbst zu bauen

Am besten beginne ich mit der Frage: Was ist eigentlich ein Computer? Die freie Enzyklopädie Wikipedia liefert in meinen Augen eine recht gute Definition:

Ein Computer, (von lat.: computare, zusammenrechnen) auch Rechner genannt, ist ein Apparat, der Daten mit Hilfe einer programmierbaren Rechenvorschrift verarbeiten kann.

Auch diesen Satz muss man sich wieder etwas genauer ansehen und in seine einzelnen Informationen zerlegen. Ein Computer ist demnach:

  1. Ein Apparat,
  2. der Daten…verarbeiten kann
  3. mit Hilfe einer programmierbaren Rechenvorschrift.

1. Der Begriff “Apparat” ist eher abstrakter Natur und soll an dieser Stelle nicht näher erläutert werden. Ein Apparat ist auf jeden Fall ein Objekt, welches sich aus mehreren Einzelteilen zusammensetzt.

2. Er soll weiter in der Lage sein Daten zu verarbeiten, wobei Daten Zahlen, Texte, Bilder und weitere Formen haben können.

3. Die Eigenschaft „programmierbar“ sagt aus, dass der Computer in der Lage sein muss, ein Programm auszuwerten, welches wiederum aus einer Reihe von Befehlen die der Datenverarbeitung dienen besteht.

Das Wort „Rechenvorschrift“ ist gleichbedeutend mit dem Begriff “Programm”.

Wir haben nun den Begriff Computer hinlänglich erklärt, wobei wir nur die in der Definition festgehaltenen „Mindestbedigungen“ verifiziert haben. Wir haben noch nicht geklärt, was der transcomp darüber hinaus leisten können soll oder beispielsweise welche Daten-Formate (Zahlen, Text etc) er verarbeiten können soll. Ich möchte darauf ein wenig später zu sprechen kommen.

Nun kommen wir zu dem „von Grund auf selbst zu bauen“. Damit meine ich, dass ich nach Vollendung des transcomp einen funktionsfähigen Computer haben möchte, der ausschließlich aus Bauteilen besteht, die ich in ihrer Funktionsweise völlig verstanden habe und die ich selbst fertigen könnte (oder zumindest direkt durch solche ersetzen könnte, die dieses Kriterium erfüllen).
Ganz konkret heißt dies: Keine ICs (Integrierte Schaltkreise).

Ich möchte an dieser Stelle nicht ausschließen, dass ich während der Planung und Produktion auf fertige Bauteile zurückgreifen werde, diese sollen allerdings zum Schluss alle ersetzt worden sein.

Als wichtigste Bauteile nenne ich an dieser Stelle schon einmal:

  • Transistoren
  • (Leucht-/)Dioden
  • Widerstände
  • Kondensatoren
  • Schalter/Taster

Es folgt eine persönliche Überlegung, die man generell vor der Inangriffnahme eines Projektes anstellen sollte:

Was will ich mit dem Projekt transcomp erreichen?

  • Mir die Funktionsweise eines Computers im Detail zu erarbeiten, um somit die Inhalte meines Studiums zu vertiefen.
  • Anderen (mittels dieser website) die Funktionsweise eines Computers nahe zu bringen
  • Mich der Faszination die die Realisierung eines Projektes das bei Null anfängt „hinzugeben“

Kommen wir nun zu Dem was der transcomp leisten können soll, um meinen eben genannten Zielsetzungen gerecht zu werden:

  • Zahlen Texte und monochrome Bilder in digitaler Form empfangen, verarbeiten und ausgeben
  • Digitale Daten dynamisch speichern
  • Verschiedene Programme ausführen können
  • Mit anderen Computern kommunizieren

Wie so oft liegt auch bei diesem Projekt ein Maximierungs-/Minimierungsproblem vor, die sich beispielsweise in folgender Frage verdeutlichen könnte:

„Soll ich den Register-Speicher 10 Byte (Variante A) oder 16 Byte (Variante B) groß anlegen?“

Diese Frage drückt den Konflikt zwischen mehreren Argumentationsebenen aus:

Arbeitszeit pro A: Weniger Zeit für Produktion nötig
Finanzen pro A: 10 Byte brauchen weniger Bauteile, als 16 Byte -> billiger
Platz pro A: 10 Byte brauchen weniger Bauteile, als 16 Byte -> kleiner
Qualität der Programme pro B: Mehr Möglichkeiten beim Programmieren
Zugewinn von Wissen Neutral: Die Konstruktion ist bei beiden Varianten die Selbe
Modularität Neutral: Die Konstruktion ist bei beiden Varianten die Selbe

Um zu einer adäquaten Entscheidung zu gelangen, ist eine Priorisierung der einzelnen Argumentationsebenen von Nöten. Diese hat sich an den oben genannten Zielsetzungen zu orientieren:

  • §1 Möglichst viel über die Funktionsweise von Computern lernen und selbst erarbeiten
  • §2 Die einzelnen Module sollen Möglichst austauschbar und erweiterbar sein
  • §3 Eine möglichst hohe Qualität der Programme erreichen bei festen Rahmenbedingungen
  • §4 Möglichst wenig Arbeitszeit für die Planung und Produktion aufbringen müssen
  • §5 Möglichst wenig Platz für den ganzen Computer
  • §6 Möglichst wenig Geld ausgeben

Für unser Beispiel hieße dies, dass ich wahrscheinlich anders, als die reine Anzahl der Stimmen für Variante A vermuten ließe, mich für Variante B entscheiden würde.

Neben der Prioritätsliste müssen noch ein paar Rahmenbedingungen festgehalten werden, die jenseits der Optimierungsfrage als absolut angesehen werden müssen:

  • Das Projekt darf nicht mehr, als 200,- € kosten
  • Ich kann nicht mehr als durchschnittlich 2 Std pro Tag für das Projekt aufbringen
  • Der transcomp muss innerhalb eines Jahres in seinen Grundzügen betriebsbereit sein, weil sonst die Gefahr besteht, dass ich das Interesse an diesem Projekt verliere
  • Es dürfen keine ICs verwendet werden (siehe oben)

Im nächsten Kapitel geht es um die allgemeine Struktur, die alle modernen Computer gemeinsam haben. Weiter lesen…

Inhaltsverzeichnis:

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