Linux/4004: Arranque de Linux en un Intel 4004 por diversión y arte, sin fines comerciales

Inicio

• En 2012 se logró ejecutar Linux en un microcontrolador de 8 bits (AVR), estableciendo un récord mundial de Linux corriendo en la máquina con las especificaciones más bajas
• En 2023 apareció un proyecto que arrancaba Linux en un MOS 6510, con especificaciones aún más bajas que AVR
• El Intel 4004 fue el primer microprocesador comercial del mundo, y este proyecto comenzó para establecer un nuevo mínimo al arrancar Linux en un chip de 4 bits

4004

• El 4004 opera en unidades de 4 bits y fue desarrollado principalmente para calculadoras
• No tiene operaciones lógicas y existen sobre todo instrucciones ADD y SUB
• Usa un método de operación particular basado en la bandera de acarreo
• Tiene 16 registros de 4 bits, un contador de programa de 12 bits y una pila de hardware de 4 niveles
• Requiere una velocidad mínima de reloj y no tiene soporte para interrupciones
• Existen algunas instrucciones capaces de realizar operaciones de memoria directamente

Flujo de control

• Llamadas y retornos de subrutinas usando la pila de hardware
• Hay instrucciones de salto condicional, y es posible detectar eventos externos mediante el pin TEST
• Administra 4096 bytes de espacio de código usando el concepto de páginas de código

Memoria y E/S

• El 4004 no procesa directamente las instrucciones de memoria; los chips de memoria se encargan de ello
• Soporta hasta 8 bancos de RAM, y cada banco está compuesto por 4 chips 4002
• El 4001 incluye 256 bytes de ROM y un puerto de E/S de 4 bits
• El 4265 es un dispositivo de E/S de propósito general con 4 puertos de E/S de 4 bits

4008, 4009, 4289

• El 4008 y el 4009 fueron diseñados para poder interactuar con chips de memoria de uso general
• El 4289 es un chip que combina el 4008 y el 4009, y puede comunicarse con niveles de señal de 5V

Uso de memoria y nibble de estado

• Se usa la instrucción DCL para seleccionar un banco de memoria
• Cada banco de RAM está compuesto por 4 chips 4002, y cada chip tiene 16 nibbles direccionables y 4 nibbles de estado

Resumen de GN⁺

• Este proyecto ayuda mucho a entender cómo funcionaban los primeros microprocesadores como el Intel 4004
• Muestra cómo superar el diseño particular y las funciones limitadas del 4004
• Ofrece la oportunidad de experimentar las limitaciones de los primeros microprocesadores en comparación con los microcontroladores modernos
• Un proyecto similar en funcionalidades es el de arrancar Linux en un MOS 6510

[y15un]

Así que el autor original es justamente ese tipo al que esta vez sacaron del escenario en DEF CON por el tema de la badge. No voy a ponerme del lado de nadie, pero aun así de verdad tiene un nivel impresionante.

[GN⁺]

Comentarios de Hacker News

• Pensé que NetBSD era lento en un m68030 de 15 MHz, pero este proyecto es realmente impresionante

  • A finales de los 80 y principios de los 90, las computadoras empezaron a tener almacenamiento permanente, espacio de direcciones abierto y MMU, alcanzando así la computación moderna
  • Una Amiga 3000 o una computadora con i80486 también pueden realizar las mismas funciones que una computadora moderna
  • Dmitry muestra qué tan flexible puede ser la definición de "funcional"

• Me gustaría ampliar mis conocimientos hasta poder entender este proyecto

  • Entendí por completo la parte de "Section 14.b & 14.c - Getting the data..."
  • Procesé un archivo de 400K durante 4 años (aproximadamente 275 fotos al día)
  • A pesar de tener mucha capacidad de procesamiento, almacenamiento y red, las apps de sincronización de medios fallan o sufren de sincronización lenta
  • AirDrop falla y falta una función de UI de 'Select-All'

• Me gustan los ejemplos con AVR, y ahora hay uno nuevo

  • Me pregunto cuánta RF emite considerando la frecuencia y el consumo de energía
  • Es posible que "soubroutine" sea un error tipográfico

• Este proyecto no fue barato, gracias a los coleccionistas de Ebay

  • Yo habría elegido VFD en lugar de LCD; el VFD podría dañarse durante una compilación larga

• Es un proyecto asombroso

  • Se puede ver lo que se está ejecutando actualmente en los bits altos de la PC
  • P.D.: carga el kernel más rápido que el IPMI de un servidor por internet

• La grabación del video tomó 9 días, con 4 horas por segundo emulado

  • Me pregunto por qué usa Windows 95

• Este tipo de proyecto necesita un Premio Nobel

• Fue una lectura muy interesante

  • Sabía un poco sobre el 4004, pero ese nivel de complejidad fue sorprendente
  • Me hizo preguntarme si se podría construir una CPU con la misma cantidad de transistores
  • 8 bits hacen que programar sea mucho más fácil
  • Gracias por documentar tan bien el trabajo

• En las primeras microcomputadoras funcionaban máquinas virtuales (Z-machine o JVM)

  • Eran útiles cuando no se podían usar como objetivo de compilador
  • SWEET16
  • UCSD Pascal

• En la sección "Why MIPS?":

  • Algunas tienen modos de direccionamiento lentos (RISCV)
  • Me pregunto qué problema tienen los modos de direccionamiento de RISC-V con eso