FPGA自造计算机：从原理到实践

本文主要探讨了如何利用FPGA器件和EDA计算机辅助设计软件来实现个人自行设计和制作计算机的梦想。作者姜咏江，来自对外经济贸易大学信息学院，通过自身的实践经历分享了这个过程。在多年前，这样的设想被视为不可能，但随着技术的发展，如成熟的EDA工具和CPLD/FPGA的进步，以及PCB设计软件的便利，个人设计计算机已经成为可能。 文章首先指出，设计者需要具备计算机系统理论知识，特别是对于FPGA的工作原理和应用。FPGA是一种可编程逻辑器件，能够根据设计者的指令动态改变其功能，这使得它们非常适合于定制化计算机硬件的构建。设计者需要学习如何利用FPGA进行CPU的设计，包括理解指令集、数据路径和控制逻辑的构建。 作者提到了自己设计的计算机实例，包括53条指令支持的算术运算和基本操作系统功能，如编译器、虚拟存储、延时子程序和转换函数。设计过程涉及了硬件电路的详细设计，包括用限位数设计运算器、用真值表设计控制矩阵，以及使用开关和按钮进行交互，通过LED和液晶屏展示结果。 文章强调了设计计算机所需的前置知识，包括计算机体系结构的基础、编程语言的理解、以及PCB设计技能。设计者需要有强烈的愿望和决心，因为这是一个复杂且需要深入理解的领域。 本文为有兴趣尝试用FPGA设计和制作计算机的人提供了一个入门指南，概述了从理论知识准备到实际操作的步骤，旨在推动我国计算机科学教育的深化和发展。通过阅读和实践，读者有可能开启个人定制计算机的新篇章。