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디지털 논리설계와 컴퓨터 아키텍처를 결합함으로써 1과 0의 논리 개념에서 출발하여 밉스(MIPS) 마이크로프로세서의 설계를 통한 컴퓨터 아키텍처 관점에서 디지털 논리설계를 다루고 있다. 디지털 논리 게이트의 트랜지스터 회로 구성에서 시작하여 조합회로 및 순차회로 설계로 나가면서 기본적인 빌딩 블록을 구축하고, 나아가 실제적인 밉스 프로세서의 설계 과정에서 이러한 빌딩 블록을 기초로 사용하고 있다.



특히 상용화 및 간소화에 의해 이해와 구현이 비교적 쉬운 밉스 아키텍처와 마이크로 아키텍처를 포함하고 있다는 점이 이 책의 더욱 큰 장점이다. 더욱이 이러한 아키텍처가 두 가지 중요한 하드웨어 기술 언어인 SystemVerilog와 VHDL로 어떻게 구성되는지, FPGA 상에서 어떻게 구현되는지 실제 체험할 수 있는 훌륭한 예제와 실습 프로젝트를 제공하였다.

디지털 설계와 컴퓨터 구조를 한 권으로 이해한다

일반적으로 전기·전자·컴퓨터·정보통신공학 및 유사 전공 학과에서는 디지털 논리회로 설계, 컴퓨터 아키텍처, 마이크로프로세서의 단계별 학습을 거쳐 최종적으로 마이크로프로세서의 설계 및 구현 능력을 키워나가게 된다. 이 책의 특징은 디지털 논리설계와 컴퓨터 아키텍처를 결합함으로써 1과 0의 논리 개념에서 출발하여 밉스(MIPS) 마이크로프로세서의 설계를 통한 컴퓨터 아키텍처 관점에서 디지털 논 리설계를 다루고 있다는 점이다.

디지털 논리 게이트의 트랜지스터 회로 구성에서 시작하여 조합회로 및 순차회로 설계로 나가면서 기본적인 빌딩 블록을 구축하고, 나아가 실제적인 밉스 프로세서의 설계 과정에서 이러한 빌딩 블록을 기초로 사용하고 있다. 특히 상용화 및 간소화에 의해 이해와 구현이 비교적 쉬운 밉스 아키텍처와 마이크로 아키텍처를 포함하고 있다는 점이 이 책의 더욱 큰 장점이다. 더욱이 이러한 아키텍처가 두 가지 중요한 하드웨어 기술 언어인 SystemVerilog와 VHDL로 어떻게 구성되는지, FPGA 상에서 어떻게 구현되는지 실제 체험할 수 있는 훌륭한 예제와 실습 프로젝트를 제공하였다.

이를 통해 이 책을 배우고 나면 여러분은 자신의 마이크로프로세서를 구현할 수 있을 뿐만 아니라 그 동작 원리까지도 자세히 이해할 수 있을 것이다. 또한 멀티 코어 프로세서 등을 개략적으로 다룸으로써 현대의 고성능 마이크로프로세서 설계 및 구현으로 확장될 수 있음을 보여준다. 이 책은 디지털 논리회로에서 시작하여 마이크로프로세서의 원리와 설계 및 구현을 체계적으로 배우고자 하는 공학도뿐만 아니라 경험 있는 현장 엔지니어에게도 참고용으로 충분히 사용될 수 있다.

이 책의 특징은 다음과 같다.



1. SystemVerilog와 VHDL의 나란한 배치

이 책은 독자가 두 가지 언어를 배울 수 있도록 SystemVerilog와 VHDL을 나란히 보여준다는 점에서 독특하다. 4장은 두 가지 HDL에 적용되는 원리를 기술하고 나서 특수한 구문과 예제를 인접하는 열에 제공한다. 이러한 배치 방법은 강의자에게는 HDL의 선택을 쉽게 할 수 있도록 하고 독자에게는 수업에서건 실무에서건 하나의 언어를 다른 언어로 쉽게 변환할 수 있게 해준다.



2. 고전적인 MIPS 아키텍처와 마이크로아키텍처

6장과 7장은 패터슨과 헤네시의 MIPS 아키텍처에 초점을 둔다. MIPS는 해마다 수백만 개의 제품에 탑재되는 실제 아키텍처이며 배우기 쉽고 간편하다. 게다가 전 세계 수백 개의 대학에서 MIPS 아키텍처에 대한 교육법 및 실험, 툴 들이 개발되어 왔다.



3. 실제적 관점

6, 7, 8장은 구조, 마이크로아키텍처 및 인텔 x86 프로세서의 메모리 계층을 설명한다. 8장은 또한 마이크로칩사의 PIC32 마이크로컨트롤러의 맥락에서 주변 장치를 기술한다. 이러한 실제적 관점의 장들은 각 장의 개념이 많은 개인용 컴퓨터와 소비자 전자 제품에서 찾을 수 있는 칩들과의 연관성을 보여준다.



4. 고급 마이크로아키텍처의 접근 가능한 개요

7장은 분기 예측, 슈퍼 스칼라, 비정상 동작, 멀티스레드 및 멀티코어 프로세서를 포함하는 현대 고성능 마이크로아키텍처의 특징적인 개요들을 포함한다. 이러한 내용은 처음 배우는 학생들의 접근을 용이하게 하며, 이 책에 설명된 마이크로아키텍처들이 현대의 상용 프로세서로 확장될 수 있음을 보여준다.



5. 장 끝의 연습문제와 인터뷰 질문

각 장 말미에 실습을 위한 많은 양의 연습문제를 제공한다. 연습문제에 이어 디지털 설계 분야에 지원하는 학생들에게 면접관들이 실제로 던졌던 인터뷰 질문들을 추가했다.



6. 강의 보조 자료

이 책을 교재로 사용하는 강의자에게는 다음과 같은 보조 자료를 제공한다.

· 한국어판의 영문판 원서 · 연습문제 해답 · Altera와 Synplicity의 CAD 툴에 대한 링크· MIPS 시뮬레이터 QtSpin에 대한 링크 · MIPS 프로세서에 대한 HDL 코드 · Altera Quartus Ⅱ의 유익한 도움말 · 마이크로칩사의 MPLAB IDE 도움말 · 강의 슬라이드 PPT(이미지 자료 포함)· 샘플 교육 과정 및 실습 자료

CHAPTER 1 0에서 1까지

1.1 전략

1.2 복잡성을 다루는 기술

1.3 디지털 시스템의 추상화

1.4 수 체계

1.5 논리 게이트

1.6 디지털 추상화 단계의 하부

1.7 CMOS 트랜지스터

1.8 소비 전력

1.9 이 장의 요약 및 다음 장 미리보기

연습문제 / 인터뷰 질문



CHAPTER 2 조합 논리회로

2.1 소개

2.2 부울 방정식

2.4 논리로부터 게이트로

2.5 다단계 조합논리

2.6 X와 Z

2.7 카르노맵

2.8 조합 논리회로 블록

2.9 타이밍

2.10 요약

연습문제 / 인터뷰 질문



CHAPTER 3 순차 논리회로

3.1 소개

3.2 래치와 플립플롭

3.3 동기식 논리 설계

3.4 유한 상태 머신

3.5 순차 논리의 타이밍

3.6 병렬 처리

3.7 요약

연습문제 / 인터뷰 질문



CHAPTER 4 하드웨어 기술 언어

4.1 서론

4.2 조합 논리

4.3 구조적 모델링

4.4 순차 논리

4.5 더 많은 조합 논리

4.6 유한 상태 머신

4.7 데이터 형

4.8 파라미터화 모듈

4.9 테스트벤치

4.10 요약

연습문제 / 인터뷰 질문



CHAPTER 5 디지털 빌딩 블록

5.1 서론

5.2 산술회로

5.3 수 체계

5.4 순차 빌딩 블록

5.5 메모리 배열

5.6 논리 배열

5.7 요약

연습문제 / 인터뷰 질문



CHAPTER 6 구조

6.1 소개

6.2 어셈블리어

6.3 기계어

6.4 프로그래밍

6.5 어드레싱 모드

6.6 빛, 카메라, 실행: 컴파일하기, 어셈블하기, 로딩

6.7 기타 주제들

6.8 실제 관점: x86 구조

6.9 요약

연습문제 / 인터뷰 질문



CHAPTER 7 마이크로아키텍처

7.1 서론

7.2 성능 해석

7.3 단일 사이클 프로세서

7.4 다중 사이클 프로세서

7.5 파이프라인 프로세서

7.6 HDL 표현

7.7 예외 481

7.8 향상된 마이크로아키텍처

7.9 현실 전망: x86 마이크로아키텍처

7.10 요약

연습문제 / 인터뷰 질문



CHAPTER 8 메모리와 입출력 시스템

8.1 서론

8.2 메모리시스템 성능 해석

8.3 캐시

8.4 가상 메모리

8.5 입출력 소개

8.6 임베디드 입출력 시스템

8.7 PC I/O 시스템

8.8 전망: x86 메모리 및 I/O 시스템

8.9 요약

연습문제 / 인터뷰 질문



APPENDIX A 디지털시스템 구현

A.1 서론

A.2 74xx 로직

A.3 프로그래머블 로직

A.4 특정 응용 집적회로

A.5 데이터 시트

A.6 로직 계통

A.7 패키징과 어셈블리

A.8 전송선로

A.9 경제성

APPENDIX B MIPS 명령어

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