I kit fai da te sono sempre più complicati da trovare e, spesso, o sono troppo complicati o costano troppo per un neofita che voglia adottare un approccio didattico step by step. In questo caso, però, le cose sembrano abbastanza diverse. Quando vogliamo farci un’idea della larghezza di bit di un computer, dobbiamo prendere in esame la dimensione dei registri della CPU. Ad esempio, molti dei primi computer domestici a 8 bit utilizzavano un processore 6502 a “8 bit”. E mentre in seguito i computer arrivarono con 16, 32, 64 e più bit, un produttore di elettronica giapponese noto come naoto64 andò nella direzione opposta con la sfida di costruire una CPU a 1 bit con chip logici. Questo computer potrebbe essere l’apice dei computer a basse prestazioni perché è in grado di eseguire solo due istruzioni, ovvero un LED lampeggiante o fisso.

Il design della CPU a 1 bit utilizza quattro circuiti logici integrati (IC) serie 7400 per implementare tutti i blocchi CPU di base sulla semplice scheda a circuito stampato (PCB). Il PCB contiene anche quattro dip switch, USB-C (per l’alimentazione di base), quattro LED e un pulsante.

Al centro, una porta quad-NAND forma un’unità aritmetica basata su XOR. Naturalmente, questo design significa che la CPU a 1 bit ha una sola operazione matematica: somma 1 bit. Tuttavia, dispone anche di un’istruzione JMP che consente l’uso ripetuto dell’OR-esclusivo. Quattro dip switch costituiscono la memoria di sola lettura a quattro bit (ROM). Tre possibili programmi controllano l’accensione, lo spegnimento o la commutazione dei programmi LED.

 

 

Perché è una CPU a bit singolo? Un elemento del doppio flip-flip 7474 forma un registro dati a 1 bit e l’altro forma un contatore di programma utilizzando l’output e il suo complemento. Tre porte di un inverter 7414 (Schmitt Trigger) con componenti passivi creano un clock di circa 1 Hz per pilotare la CPU a 1 bit.

Lo spirito di questo progetto ricorda il computer a scheda singola MyNOR, uscito diversi anni fa. In quel progetto, infatti, Dennis Kuschel ha costruito un calcolatore in virgola mobile attorno a una CPU composta da una sola porta NOR.

Il design è intelligente anche se la CPU da 1 bit non costituisce un computer all’atto pratico. Vale però la pena esaminarne lo schema. Uno degli aspetti più impressionanti del progetto è che utilizza pienamente tutti gli elementi dei quattro circuiti logici integrati.

Il negozio online giapponese Switch Science vende il kit CPU da 1 bit per 2500 Yen (16 euro circa, più dogana e spedizione). Puoi anche scaricare i file di progettazione KiCad e Gerber dal repository GitHub di naoto64. Tutta la documentazione è in giapponese, ma i servizi di traduzione automatica svolgono un lavoro sufficiente a capire come muoversi. Chiaramente, se volete divertirvi davvero potete farvi stampare il PCB e assemblarlo con i componenti reperiti on line.

 

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