全球性能最低的CPU套件：1Hz主频，百元售价，发布即售罄
最新更新时间：2024-04-24
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日前，教育公司
Switch Science在日本推出了一款号称是“世界顶级低性能计算机”的“1位CPU组装套件”，由设计师Naoto64研发，售价为2500日元（约合117人民币），虽然它的运行频率仅为1Hz，总线宽度只有1位，地址空间也仅有2位，ROM容量为4位，但令人惊讶的是，一经发售便迅速售罄。
当前，世界上最快的CPU纷纷推出，采用Core Ultra和第五代Xeon等尖端工艺，但这款产品却是一款逆时针的产品……或者更确切地说，是一种终极的堕落产品。
它有两种指令集：“ADD”和“JMP”，唯一的算术运算是1位加法（XOR）。时钟频率约为1Hz。你能做的就是“L闪烁（LED闪烁）”、“LED开”和“LED关”。当然，它不能连接键盘、鼠标、显示器等，通过板上的拨码开关进行操作，结果只显示在LED上。例如，如果要创建一个不断向A寄存器加1的程序，只需将DIP开关设置为“OFF/ON/ON/OFF”并将其用作助记符即可。
组装起来so easy！
这款套件需要焊接，但由于零件不多，因此组装起来很容易。基本上，您可以一边看完成的照片一边进行操作，但要小心 LED 等偏光部件。
所使用的元件包括2输入与非门“74HC00”、6电路施密特触发器反相器“74HC14”、2电路触发器“74HC74”以及双4输入多路复用器“74HC153”。组件可以是用于供电的USB Type-C连接器。
为了避免焊接时的热量损坏LED，需要浮动安装LED，并在适当的位置弯曲引线并在固定它们的同时进行焊接。
LED和二极管等有极性的零件要注意方向
焊接LED
电源是USB Type-C，注意焊锡不要太多
程序仅有2行
这些微控制器套件通常是 4 位或 8 位，可用于编写简单的游戏。然而，这台机器是一台被称为“世界顶级低性能计算机”的“1位机”，所以这个游戏有点“难”。
焊接完成
背面
对于某个CPU应该调用多少位有多种思考方式，但是在这个套件中，通用寄存器（A寄存器）是1位x 1，地址总线宽度决定了可以处理的内存容量也是 1 位，并且随着处理的进行而加载目标，推进地址的程序计数器也是 1 位。
输出是一个LED，显示A寄存器的二进制信息，并且由于有两种方式：开或关，所以这也是1位。
1位的地址总线宽度意味着只有两个地址，0和1，也就是说只能写入两行程序。由于有两个地址，因此 1 位程序计数器就足够了，这是一个令人惊奇（但自然）的规范。
另一方面，一个地址（字）的大小为1位，不能同时表示操作码（指令）和后面的操作数（数字或地址），因此保留2位。
导致这款CPU性能低下的另一个因素是它的时钟频率为1Hz。由于它是“1Hz”而不是 1GHz 或 1MHz，因此该周期每秒进行一次。就连被誉为计算机鼻祖的“ENIAC”，据说也能在200μs内完成1次加法运算，光是这套套件的速度就快了5000倍。
开始编程
这台机器是用机器语言编程的，但只有两条指令：“ADD（加法）”和“JMP（跳转）”。在每个之后，写入 ADD 命令要添加的数字（0 或 1），或者 JMP 写入要跳转到的地址（0 或 1）。
使用DIP开关设置指令和数据，这成为程序。ADD 指令在机器语言中为 0（关闭），JMP 指令在机器语言中为 1（打开）。该DIP开关是一个ROM，并且由于有四个开关，因此“ROM容量= 4位”。
程序由DIP开关设置
由于指令很少，数据也只是一位二进制数，所以只能做“一位二进制数相加”和“Lticker”（LED闪烁），如说明书上所说。
一位二进制数的加法是使用助记符（一种更易于人类阅读的机器语言形式）完成的。
ADD A, 1JMP 1
（第一行是“地址0”，第二行是“地址1”）。此时拨码开关设置为OFF/ON/ON/ON。当您按下复位按钮并执行时，关闭的 A 寄存器 LED（红色）将在下一个时钟点亮。这意味着“0+1=1”已经计算出来了。“JMP 1”表示停留在地址1，表示处理结束。
当执行0+1时，A寄存器中的红色LED亮起，所以答案是1。
接着，继续
ADD A, 1JMP 0
所以 DIP 开关是关/开/开/关。由于地址0处加1，寄存器A的LED点亮。下面的地址1表示“返回地址0”，因此A寄存器加1。这是一个二进制数，表示“1+1=10”，但由于要相加的部分只能处理 1 位，因此进位被忽略并变为 0。然后又加1，于是就变成了L勾。
这个“忽略进位的一位二进制数相加”就变成了“0+0=0”、“0+1=1”、“1+0=1”、“1+1=0”，逻辑门“异或” （异或）本身。如果您实际查看电路图，您会发现它由使用四个与非门的异或门组成。
因此，简单来说，这款CPU可以称为“获得异或的设备”（或者不带进位功能的半加器）。
74HC74芯片是一个D型触发器，有两个电路，每个电路用来保存A寄存器和程序计数器的值。这也可以从电路图中读出。
电路图
顺便说一句，这个CPU似乎被设计为自动返回到地址0并循环，除非您在地址1（第2行）处指定停止（JMP 1）。该程序 -
ADD A, 1ADD A, 1
（关/开/关/开），A寄存器中加1的速度是之前L代码程序的两倍，因此A寄存器中的LED也继续以两倍的速度闪烁。
为什么大家对1位CPU如此感兴趣
这款1位CPU虽然以低性能计算机为卖点，但它同时也是计算机发展历史的一个见证。它没有现代微控制器的复杂功能，如标志寄存器或堆栈指针，但它是一个有趣的教育工具，可以让用户体验计算机的基本原理。
尽管与流行的单板计算机如Raspberry Pi 5相比，1位 CPU 组裝套件的规格微不足道，但它可以激发人们对微控制器和计算机逻辑的兴趣。对于一些创客和DIY爱好者来说，具有无限的吸引力。它为学习者提供了一个了解CPU原理和逻辑电路的好机会，并且是一个有趣的挑战，可以边学习边尝试解读电路图，
期待未来有更多类似的探索性产品出现，推动计算机技术的进步和革新。
参考文献
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