Schon viele Jahre schleppe ich die Idee mit mir herum, einen Relaisrechner aufzubauen.
Der Hintergedanke dabei ist nicht einfach nur der Spaß an der Freude, sondern auch die Herausforderung selbst eine CPU zu designen.
Zum Einsatz sollen dabei nur Bauelemente kommen, die Konrad Zuse im Prinzip auch zur Verfügung gehabt hat.
Sämtliche Baugruppen sollen nur Relais, Widerstände, Kondensatoren und Dioden enthalten.
Bei den Anzeigeelementen wähle ich aus Platz- und Preisgründen Leuchtdioden und verzichte auf Glühlampen.
Als Stromversorgung kommen moderne PC-Netzteile zum Einsatz.
Die Herausforderung besteht nun darin, alle logischen Funktionseinheiten der CPU mit den Relais zu realisieren, IC kommen nicht zum Einsatz.
Viele historische Relaisrechner waren im Prinzip programmierbare Taschenrechner, die Fließkommazahlen benutzten und hauptsächlich für wissenschaftliche Berechnungen eingesetzt wurden.
Dieser Relaisrechner jedoch soll ein an 8-bit-Mikroprozessoren angelehntes Design besitzen und vor allem logische und arithmetische Binäroperationen beherrschen.
Der Sinn der Maschine soll in der Demonstration der Funktion eines Rechners liegen, wobei die Funktionsweise der Grundkomponenten (Relais, Dioden, Widerstände und Kondensatoren) von jedem leicht erfassbar ist.
Ausserdem gewährt die Maschine einen genauen Einblick in innere Abläufe eines Mikroprozessors und bietet vielfältige Möglichkeiten diese zu studieren.
Durch modulare Bauweise soll es möglich sein, die Funktion des Rechners schrittweise zu erfassen und z.B. den Befehlssatz eigenen Wünschen anzupassen.
So soll die Befehlsdekodierung und ALU-Steuerung durch zusätzliche Steckmodule leicht erweitert werden können.
Der Relaisrechner wird im Rahmen einer Arbeitsgemeinschaft von Schülern gefertigt.
Die Schaltung des Relaisrechners wurde auf minimales Volumen und geringe Kosten optimiert.
Trotzdem ist das Platinenlayout, besonders der zuerst gefertigten Baugruppen, recht großzügig, um die Lötfertigkeiten langsam zu verbessern.
Jede Platine trägt eine logische Funktionseinheit der CPU, sodass sie einzeln getestet und deren Funktionsweise erfasst werden kann.
Die Platinen werden mit Abstandsbolzen zu größeren logischen Einheiten zusammengefügt und mit Flachbandkabel verbunden.
Das erleichtert die Fehlersuche und Reparatur im Betrieb des Rechners erheblich.
Viele Schaltfunktionen wurden mit Dioden statt Relais realisiert.
Um möglichst nahe am Design von Mikroprozessoren zu bleiben, wurde eine CISC-Architektur gewählt, sodass ein stattlicher Befehlsumfang durch den Einsatz einer Mikrocode-Steuerung implementiert werden konnte.
Dadurch werden die Befehle jedoch nicht in einem Prozessortakt ausgeführt, sondern benötigen mehrere Taktzyklen.
Geschwindigkeitsoptimierung, soweit das bei einem Relaisrechner überhaupt Sinn macht, war nicht das Ziel dieses Projekts.
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