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第485章 崑崙之眼

陳老師參與了錢蘭的儲存晶片設計後,整個第八組的工作節奏明顯加快了。

他跟錢蘭的合作出乎意料地順暢,兩人都是那種“技術優先”的性格,爭論起來面紅耳赤,但一旦達成共識,就能無縫銜接地推進。

“錢工,你這個靈敏放大器的佈局,我覺得可以再最佳化一下。”陳老師指著版圖上的一個區域,鉛筆在紙上畫了一條線,“把這一塊挪到這邊來,訊號路徑能縮短三分之一。”

錢蘭湊過來看了一會兒,點了點頭:“行,改。”

呂辰路過的時候,看見兩人趴在繪圖桌上,腦袋幾乎挨在一起,鉛筆在座標紙上沙沙作響。

這種情況下,諸葛彪和曾祺等人,一人端一杯茶站在旁邊,若有所思地看著他們討論。

臉是帶著姨媽似的微笑。

……

經過一個多星期的埋頭苦幹,程式設計機的晶片設計總算是完成了第一版。

六塊晶片的版圖全部繪製完畢,邏輯模擬全部透過,介面定義全部對齊。

曾祺把六張版圖攤在繪圖桌上,一張一張地看過去。

控制核心,運算核心,鍵盤輸入管理,輸出顯示管理,暫存儲存器,時鐘分配器。

六塊晶片,六張圖紙,密密麻麻的線條和標記,像六座微縮的城市。

“送中試線吧。”呂辰說。

曾祺把版圖收好,裝進一個硬紙筒裡,用布條捆緊。

“接下來,我和柳工對接。”他語氣輕鬆。

呂辰點點頭:“曾師了辛苦了。”

曾祺抱著紙筒出了門,腳步輕快。

第二天一早,呂辰剛到辦公室,桌上的電話就響了。

“呂工?我是計算所的小劉。夏先生請您今天上午過來一趟,有個會。”

“甚麼會?”

“關於崑崙機的顯示裝置,紅光廠和京城電子管廠的工程師團隊到了,夏先生說要一起進行技術討論。”

呂辰心裡一動:“好,我馬上過去。”

他掛了電話,拿起筆記本就往外走。

路過錢蘭辦公室的時候,探頭喊了一聲:“錢師姐,跟我去趟計算所。”

“甚麼事?”

“顯示器的事。紅光廠和電子管廠的人來了。”

錢蘭眼睛一亮,放下手裡的圖紙就跟著出來了。

又請上諸葛彪,三人騎上車,徑直來到計算機所的一個小會議室。

他們到時,屋裡已經坐了一圈人。

夏先生坐在主位上,面前攤著筆記本。

他旁邊坐著兩個生面孔,穿著藍布工裝,胸前彆著徽章,一個是“四川紅光廠”,一個是“京城電子管廠”。

輸出組的人坐在另一邊,面前擺著幾沓資料。

紅光廠是做映象管的,電子管廠是做電路的。這兩家湊一起,是要做顯示器了。

夏先生看見他們進來,點了點頭:“小呂,小錢,諸葛,坐。人到齊了,開始吧。”

他看了看在座的人,清了清嗓子。

他先報了一個喜:“崑崙-0機已經進入總裝整合階段,鍵盤、制卡機、總控電路、電源都已經送到了計算機所,控制核心也進入中試環節,有望在下個月開始總裝整合。”

他頓了頓:“但有一個問題,一直沒解決。

他拿起桌上的鉛筆,在紙上畫了一個簡圖。

“崑崙-0需要人機互動,他但跑起來的程式,怎麼觀察?怎麼除錯?怎麼知道它跑對了還是跑錯了?”

他把鉛筆放下,看著在座的人:“以前我們沒有考慮這方面,但是程式設計機的設計給了我們一個思路。”

他拿出一個紅星二號計算器:“紅星二號用的是熒光管矩陣,顯示數字和少量字元,讓我們能直接看到計算過程和結果。紅星所設計程式設計機的時候,在這個方案上進行了拓展,用了熒光管矩陣,能讓工程師在寫入程式碼時知道自己在做甚麼,這個方案非常好。”

他放下手裡的紅星二號:“但這個方案,只能顯示一行一行的字元,速度慢,資訊量小。崑崙-0是真正的計算機,一次能算一大片資料。用熒光管,一個數一個數地往外蹦,工程師得等到甚麼時候?”

他站起來,走到黑板前,拿起粉筆。

“所以,今天我們討論的,是給崑崙機裝上一雙‘眼睛’。”

他在黑板上寫下四個大字:顯示裝置。

四川紅光廠的工程師先發言,他姓孫,四十來歲,頭髮梳得一絲不苟,說話帶著濃重的四川口音。

“夏先生,各位同志,我先說說我們的想法。紅星所給計算機設計了顯示,能讓工程師能看見自己敲的是甚麼,能看見程式執行的結果,這是革命性的創舉。”

他頓了頓:“但是,真正的計算機和紅星二號、編輯機不一樣,崑崙-0驗證機也好,後面的崑崙1機也好,人機互動的需求會越來越複雜。”

他指著桌上的紅星二號:“熒光管矩陣有侷限,體積大,功耗高,而且只能顯示字元,沒法顯示圖形、表格、更復雜的系統狀態。崑崙機需要顯示程式清單、執行狀態、向量資料、簡單圖形,這些東西,熒光管裝不下。”

他看著呂辰三人:“呂工、錢工、諸葛工,今天把你們三位請來,就是希望你們從積體電路的設計角度,幫忙我們看看這個思路,論證其可行性。”

呂辰點頭道:“孫工請講。”

孫工程師點點頭,起身來到黑板前,畫了一個簡圖。

“我們提一個方案,用電視顯示技術,做一臺‘字元/圖形顯示器’。”

孫工程師繼續說:“不是做一臺電視機,而是做一臺專用的顯示器。不能簡單照搬廣播電視標準,而要裁剪、簡化、專用化。”

他指著黑板上的簡圖:“我們的思路是:光柵掃描加字元發生器。”

他詳細解釋道:“採用電視的光柵掃描方式,行掃描、場掃描,但解析度不必太高。利用字元發生器ROM儲存字元點陣,比如5乘7或者7乘9的點陣,把字元程式碼轉換成光柵上的亮點。這樣,就能實現字元模式和簡單的圖形模式切換。”

他轉過身,看著呂辰:“呂工,我有一個問題。你們設計的程式設計機,有一塊‘輸出顯示管理晶片’。這塊晶片能不能升級?把字元發生器、掃描時序發生器、影片移位暫存器都整合進去?”

呂辰站放下筆:“孫工,你的思路我理解了。把‘輸出顯示管理晶片’升級成‘顯示控制晶片’,內部整合字元發生器ROM、掃描時序發生器、影片移位暫存器,這個在理論上是可行的。”

他又拿起筆,在筆記本上畫了一個框圖。

“但有幾個問題要考慮。第一是解析度。以當前映象管和電路的速度,我建議解析度選256乘256,幀率50或者60赫茲。這個引數,電路能扛住,映象管能跟上。”

錢蘭在介面道:“這個顯示控制晶片,內部要整合的東西太多了,字元發生器、掃描時序、影片移位、視訊記憶體控制。它的複雜度,可能比程式設計機那五塊晶片加起來還大。”

她站起來,走到黑板前,在黑板上畫了起來。

“我建議,這塊晶片不能一蹴而就,必須模組化、分塊設計。把掃描時序發生器做一塊,字元發生器做一塊,影片移位和視訊記憶體控制做一塊。三塊拼起來,先跑通,再考慮整合。”

京城電子管廠的趙工程師站起來,他三十出頭,戴一副黑框眼鏡,說話不緊不慢。

“錢工說得對。這塊晶片的複雜度確實高。但我們不是從零開始。電視技術已經成熟了,行場掃描、同步訊號、影片放大,這些都是現成的。我們要做的,是專用化。”

他走到黑板前,畫了一個時序圖。

“我們的方案是獨立同步。不相容廣播電視標準,只驅動改裝過的監視器或專用映象管。行頻、場頻我們自己定,同步訊號我們自己生成。這樣,就不用受廣播電視標準的限制,可以根據崑崙機的實際需求來設計。”

諸葛彪站起身:“同步訊號怎麼生成?”

趙工程師在黑板上畫了一個框圖:“用晶體振盪器分頻。設計一個同步訊號生成模組,輸出複合同步訊號,與影片訊號混合後送映象管。行掃描和場掃描的計數器,可以用標準單元庫裡的計數器和觸發器來搭建。”

錢蘭點點頭:“這個思路可行。我們的標準單元庫裡有現成的計數器單元,搭一個行場掃描計數器,精度和穩定性都有保障。”

等大家討論得差不多了,夏先生敲了敲桌子。

“好,技術路線基本清楚了。我再問幾個問題。”

他看著趙工程師:“字元模式和圖形模式,怎麼切換?”

趙工程師說:“在顯示控制器內部設一個‘模式暫存器’,由控制核心配置。字元模式下,視訊記憶體中存放字元程式碼,顯示控制器逐行取出,查字元發生器ROM,輸出點陣。圖形模式下,視訊記憶體直接存放每個畫素的亮滅資訊,可以實現簡單圖形、表格、曲線。”

夏先生又問:“視訊記憶體用甚麼東西?容量要多大?”

諸葛彪拿過桌上的紅星二號,開始算了起來:“視訊記憶體用儲存晶片,字元模式下,256乘256的解析度,如果每個字元佔8乘8點陣,那一屏能顯示32乘32個字元。每個字元對應一個位元組的程式碼,視訊記憶體需要1KB。”

他又算了圖形模式:“圖形模式下,256乘256的解析度,每個畫素對應一個位元,視訊記憶體需要8KB。按現在的儲存晶片密度,得拼四塊以上。”

夏先生皺了皺眉:“圖形模式先不急。先把字元模式做出來,1KB視訊記憶體就夠了。等儲存晶片的密度上去了,再考慮圖形模式。”

他看向呂辰:“小呂,你的意見呢?”

呂辰站起來,走到黑板前,把大家的討論梳理了一遍。

“夏先生,我總結一下。顯示控制晶片,掛接在資料匯流排、地址匯流排、控制匯流排上,地址範圍由匯流排譯碼決定。設計地址譯碼邏輯,把視訊記憶體和暫存器對映到崑崙機的地址空間。控制核心能直接讀寫視訊記憶體,透過標準埠訪問。”

他在黑板上畫了一個匯流排連線圖。

“字元發生器ROM用只讀儲存器陣列,固定存放64到128個字元的點陣,字母、數字、常用符號都有了。視訊記憶體用儲存晶片,1KB容量,存放32乘32個字元程式碼。”

“顯示控制器內部,設模式暫存器、掃描時序發生器、字元發生器、影片移位暫存器。控制核心透過配置模式暫存器,決定是字元模式還是圖形模式。先做字元模式,圖形模式留作擴充套件。”

他轉過身,看著在座的人。

“還需要提供中斷機制,讓崑崙的核心在垂直消隱期間更新視訊記憶體,避免畫面閃爍。這個在電視技術裡是成熟方案,可以直接拿過來用。”

夏先生點點頭,又看向趙工程師:“影片輸出那塊,你們有甚麼想法?”

趙工程師說:“影片訊號是模擬的,但顯示控制晶片輸出的是數字點陣。這個需要用電阻網路或者簡單的數模轉換器,把數字點陣轉換成模擬亮度訊號。然後用分立電晶體或小規模積體電路做影片放大,驅動映象管。”

他頓了頓,補充道:“影片放大那塊,我們認為可用6P1電子管,穩定,耐造,比電晶體靠譜。扛得住電磁、溫度等環境干擾。”

孫工程師插話:“映象管方面,我們認為,把現有的映象管或監視器改裝一下,輸入專用的同步和影片訊號。這個不難,我們的工程師有經驗。”

夏先生聽完,沉默了一會兒。

然後他站起來,拿起粉筆,在黑板上寫下幾行字。

“好,任務分配如下。”

“紅星所積體電路實驗室,負責顯示控制晶片的設計。”

“四川紅光廠,負責映象管的改裝和影片放大電路的設計。孫工牽頭。”

“京城電子管廠,負責同步訊號生成、影片訊號處理等外圍電路的設計。趙工牽頭。”

“輸出組,負責匯流排介面和系統整合的方案設計。”

他放下粉筆,轉過身。

“時間呢?半年之內,我要看到字元顯示驗證機。”

他在黑板上寫下一組引數:

解析度:256×256

字元模式:32行×32列,每個字元8×8點陣

視訊記憶體:1KB,存32×32個字元程式碼

字元發生器:64~128個字元,字母、數字、常用符號。

輸出:改裝電視或監視器,顯示單色字元

“這就是半年內的目標。”夏先生說,“驗證機做出來,能顯示字元,能讓工程師看見程式清單、執行狀態、向量資料。做到這一步,崑崙-0的人機互動就算過關了。”

他頓了頓,看著在座的人,目光沉靜而堅定。

“這個專案,我會正式向星河計劃指揮部,向劉星海教授申請立項。我們做的,不只是一個顯示器。而是為崑崙機裝上一雙‘眼睛’,讓工程師能‘看見’程式的執行、資料的流動、機器的狀態。”

他拿起粉筆,在黑板上畫了一條路,分成三個臺階。

“熒光管矩陣像算盤,逐字逐數地撥;電視顯示器像書頁,一目十行地讀。這條路,我們分成三步走:先讓字元‘站住腳’,再讓圖形‘鋪開面’,最後讓色彩‘活起來’。”

他在第一個臺階上寫下:字元顯示(半年)。

在第二個臺階上寫下:圖形顯示(一年半)。

在第三個臺階上寫下:彩色顯示(三年)。

“這個工作,不只是做一塊晶片、做一臺顯示器。而是在定義一套屬於我們自己的‘顯示標準’,讓崑崙機看得懂,讓工程師寫得出,讓未來的機器能繼承下去。”

他放下粉筆,坐回椅子上。

會議室裡安靜了幾秒。

然後孫工程師第一個開口:“夏先生,我表個態。紅光廠全力配合,半年之內,把映象管改裝方案拿出來。”

趙工程師也站起來:“電子管廠也一樣。影片放大和同步電路,我們負責。”

呂辰點了點頭:“紅星所這邊,晶片設計馬上啟動。爭取三個月內完成邏輯設計,半年內流片回來。”

夏先生笑了。

“好。”他說,“那就這麼定了。散會。”

從計算所出來,呂辰三人推著車慢慢走著。

陽光從窗戶照進來,在地上投下一片金黃。

“程式設計機的晶片還沒流片回來,又來一塊。”錢蘭苦笑了一下,“這是要把咱們累死。”

呂辰和諸葛彪點了一根菸,慢慢抽著。

諸葛彪慢悠悠的道:“錢師姐,這塊顯示控制晶片,複雜度確實高。但做好了,以後所有的計算機都能用。這不只是為崑崙機,是為整個國產計算機產業打基礎。”

呂辰點點頭,輕輕說了一句:“正因為如此,所以我才願意接。走吧,回去向宋教授彙報。”

三人騎上車,一邊走,一邊討論起來。

技術路線清晰了,任務分配也明確了。

但顯示控制晶片,字元發生器ROM,掃描時序發生器,影片移位暫存器,視訊記憶體控制器,模式暫存器,中斷控制器……

這些東西在五微米工藝下實現。

面積夠不夠?功耗大不大?時序跑不跑得通?

都是需要思考的問題。

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