在很多人看來，打造一臺家用的計算機需要太多硬件：主板、CPU 等等。但實現(xiàn)一個8 位的計算機遠沒有這么復雜。近日，一位名為 Matt Sarnoff 的開發(fā)者就僅用了 6 個芯片就組裝好了一臺計算機。它不僅能有音視頻輸入輸出，還可以完成編程任務(wù)。不愧是經(jīng)典又復古的 8 位電腦。

時至今日，8-bit風格的電腦依然有著不朽的魅力。那么，是否可以使用經(jīng)典的 CPU 來完成現(xiàn)在的計算任務(wù)，同時保留 8-bit 的風格呢

近日，一位名為 Matt Sarnoff 的開發(fā)者開發(fā)了一款經(jīng)典的家用計算機，名為Amethyst。它有一個集成式的鍵盤，能夠生成聲音和圖像。其中有一個高級編程語言，能夠讓用戶自己編程。更重要的是，這個計算機只需要 6 塊芯片，其中包括一個ATMEGA1284P 的 CPU，一個 USB 接口芯片，以及 4 個簡單的集成電路。

可以看到，你可以在上面完成一些基本操作。這個計算機還可以顯示彩色圖像。

那么，怎樣用這些簡單的硬件組裝一臺計算機呢？

Amethyst ：六個芯片打造家用計算機

據(jù)作者介紹，Amethyst 是一種復古風格的家用九三級，圍繞 ATmega1284 微控制器打造。它能夠合成 NTSC 視頻輸出，有著高色彩和高分辨率模式、單聲道音頻輸出和一個完整的機械鍵盤。

該計算機使用 Forth 編程語言，有圖像和聲音指令、調(diào)試器和屏幕編輯功能。它采用一個 USB Type-B 接口，提供 5V 的電源和與一臺 PC 的連接溝通。

此外，Amethyst 兼容 Optiboot （Arduino） bootloader，能夠?qū)⒐碳虞d到上面，不需要特殊的編程硬件。

硬件配置

在硬件配置上，首先是 CPU。作者使用了 ATMEGA1284P。這是一個 2008 年發(fā)布的CPU，有 128KB 的閃存和 16KB 的內(nèi)存。它的運行主頻最高達到 20MHZ，有一個內(nèi)置的序列界面控制器以及 32 位的輸入/輸出 pin。

如何讓這個電腦輸入和輸出視頻？作者找出了 4 個 7400 芯片——兩個多路復用器和兩個并行到串行移位寄存器。

具體而言，他將 CPU 上的 8 個 pin 設(shè)置并行，將其同時傳入 4 個芯片中，從而將它們轉(zhuǎn)換高速串行比特流。通過這種方式，他能夠讓計算機在屏幕上顯示出 215 種不同的顏色。當然，這樣帶來的代價也很大，為了跟上屏幕刷新，CPU 只剩下 25% 的算力處理其他任務(wù)了。

計算機的整體電路圖示。這是一個單板計算機，使用 6 個芯片，生成 215 色視頻。鍵盤直接焊在板子上，同樣支持音頻和四個串行 I/O 鏈接，用于外圍任務(wù)，如游戲控制或存儲設(shè)備。該電腦使用了自帶的 Forth 虛擬機，提供編程環(huán)境。

編程語言和環(huán)境

由于最終目的是提供一個輕量級的編程環(huán)境，所以作者選擇了 Forth 而不是Basic。Forth 是嵌入式系統(tǒng)的語言，具有交互性以及可高效編譯代碼的功能，可以在有限空間內(nèi)發(fā)揮作用。由于 1284P 不能夠直接從 RAM 中執(zhí)行已編譯的代碼，因此將代碼編譯為中間字節(jié)代碼，之后該字節(jié)碼將作為數(shù)據(jù)提供給從 1284P 的虛擬機。虛擬機的代碼是用匯編代碼編寫的，并進行了適當?shù)氖謩诱{(diào)整以使其盡可能高效。

作者能夠使用先進的激光切割機，因此設(shè)計以及制造木箱（wooden case）并不是很困難。機械鍵盤的開關(guān)直接焊接在 Amethyst 的單印刷電路板上，這個鍵盤的空格鍵在Enter 鍵上方。

作者所用機械鍵盤的空格鍵不像一般鍵盤那樣位于中間，而在 Enter 鍵的上面。

效果展示

從上圖來看，這臺電腦提供了一個命令行界面，用戶可以進行各種操作。

更有趣的是，電腦還自帶了一個游戲。游戲中，玩家扮演機器人「#」，并從一大推字符中尋找「kitten」。

尋找 kitten 的游戲界面，可見這個計算機能夠完成很多任務(wù)，具有一定的性能。

總硬件清單

那么這個別具風格的家用計算機具體需要哪些硬件呢？請看以下硬件清單：

· 以 14.318 MHz 運行的 ATmega1284 微控制器（8 位）

· 16KB 內(nèi)存儲器（16352 字節(jié)可用于應用程序）

· 4KB 非易失性 EEPROM 存儲

· 具有 Cherry MX 鍵開關(guān)的機械鍵盤

· NTSC 彩色和單色復合視頻輸出：

o 256 色、16 色和 4 色位圖圖形，分辨率最高為 160x200

o 分辨率高達 640x200 的單色位圖圖形

o 40x25 和 80x25 單色文本模式

o 40x25 彩色文本模式

o 40x25 彩色平鋪圖形模式

· 單聲道音頻輸出（脈沖波或 PWM）

· USB 串行通信速度高達 57600 波特

· 四個 SPI 擴展端口，用于外設(shè)、控制器和存儲設(shè)備

· 僅 6 個芯片（ATmega1284、FT320X、2 個 74HC157 和 2 個74HC166）

完整的原理圖、PCB 文件以及系統(tǒng)代碼都可以在 Github 里找到。同時，作者也表示歡迎讀者通過已提供的信息構(gòu)建自己的 Amethyst 或者改進其已有的設(shè)計。

參考連接：

https://spectrum.ieee.org/geek-life/hands-on/build-this-8bit-home-computer-with-just-5-chips

https://github.com/74hc595/Amethyst/blob/master/README.md