교육용 8비트 CPU 설계 강의 및 실습

1단계: 강의 계획 수립

1. 강의 목표 정의
   • 학생들이 8비트 CPU의 기본 구조와 동작 원리를 이해할 수 있도록 목표 설정.
   • 하드웨어 설계 및 프로그래밍 실습을 통해 이론과 실무를 연결할 수 있도록 구성.
2. 커리큘럼 구조화
   • 이론 강의: CPU 기본 구조, 명령어 세트 아키텍처(ISA), 데이터 경로 설계, 제어 유닛 설계.
   • 실습 강의: 설계 툴 사용법 소개, 간단한 회로 설계, 전체 CPU 구성.
3. 주차별 강의 계획
   • 예:
     • 1주차: CPU 개요 및 8비트 CPU 설계 목표.
     • 2~3주차: 명령어 세트 정의와 데이터 경로 설계.
     • 4~6주차: 제어 유닛 설계.
     • 7~8주차: 조립 및 테스트.

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2단계: 설계 목표 및 사양 정의

1. CPU 사양
   • 데이터 폭: 8비트
   • 명령어 세트: ADD, SUB, LOAD, STORE, JUMP 등 간단한 연산 중심.
   • 메모리: 256바이트 메모리 주소공간.
   • 클럭 주파수: 교육 목적으로 느린 클럭 사용.
2. 구성 요소 정의
   • 레지스터: 일반 목적 레지스터 4~8개.
   • ALU: 산술 및 논리 연산 지원.
   • 제어 유닛: 하드와이어드 또는 마이크로프로그래밍 방식 선택.

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3단계: 설계 및 실습 환경 준비

1. 도구 선택
   • HDL: Verilog 또는 VHDL.
   • 설계 소프트웨어: Xilinx Vivado, Quartus, 또는 Logisim과 같은 시뮬레이션 툴.
2. 실습 자료 구성
   • 각 설계 단계별 실습 예제 제공:
     • 간단한 데이터 경로 설계.
     • 명령어 실행 흐름 구현.
     • 전체 CPU 설계.

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4단계: 강의 및 실습 자료 작성

1. 이론 자료
   • 각 주차 강의 슬라이드와 참고 자료 제작.
   • CPU 설계 기본 원리에 대한 설명과 예제 코드 포함.
2. 실습 자료
   • 명령어 세트 설명서 작성.
   • Verilog 코드 템플릿 제공.
   • 단계별 시뮬레이션 결과를 확인하는 방법 안내.
3. 평가 자료
   • 설계 과제 및 실습 결과 평가 기준 설정.
   • 예: 특정 명령어의 정상 동작 여부, 최종 CPU 시뮬레이션 성공 여부.

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5단계: 강의 실행 및 개선

1. 강의 진행
   • 이론 강의 후 실습 시간 배정.
   • 설계 문제를 해결하기 위한 질의응답 세션 운영.
2. 학생 피드백 반영
   • 실습 도중 학생들이 겪는 어려움 파악.
   • 강의 및 실습 자료 개선.