교재집필
8비트 CPU 설계 목표와 교안 초안
서호60
2024. 12. 1. 11:15
1. 설계 목표
- 교육 목적의 설계
- CPU 구조의 기본 원리를 이해하고, 하드웨어 설계 프로세스를 경험한다.
- 단순화된 구조
- 핵심적인 구성 요소(ALU, 레지스터, 제어 유닛 등)만 포함하여 학습 효율을 높인다.
- 확장 가능성
- 학생들이 기본 CPU 설계를 완성한 뒤, 명령어 세트(ISAs)나 추가 기능을 확장할 수 있도록 유도한다.
- 실시간 피드백 제공
- 설계와 시뮬레이션 결과를 즉시 확인할 수 있는 환경 구축.
2. 교안 초안
표지
- 제목: 8비트 CPU 설계 및 실습
- 부제목: 디지털 논리 설계와 CPU의 기본 원리 학습
- 작성자: [교수/강의자 이름]
- 작성일: [작성 날짜]
1강: CPU 설계 개요
- 학습 목표
- CPU의 주요 구성 요소를 이해한다.
- 8비트 CPU 설계 프로젝트의 전체 구조를 파악한다.
- 강의 내용
- CPU란 무엇인가?
- 중앙처리장치(CPU)의 역할
- 현대 CPU와 학습용 CPU의 차이
- 8비트 CPU 설계 목표
- 간단한 명령어 세트
- 실행 가능한 최소한의 하드웨어 구성
- 설계 도구 소개
- Logisim, Verilog/VHDL 및 시뮬레이션 환경
- CPU란 무엇인가?
- 실습
- 간단한 덧셈기 설계(Logisim 사용).
2강: 명령어 세트 아키텍처 (ISA) 설계
- 학습 목표
- 명령어 세트(ISA)의 정의와 설계 과정을 이해한다.
- 명령어 디코딩 방식을 학습한다.
- 강의 내용
- ISA란 무엇인가?
- 명령어의 구조(Opcode, Operand)
- 8비트 CPU의 명령어 구성
- Opcode(4비트): ADD, SUB, LOAD, STORE, JUMP 등
- Operand(4비트): 레지스터 또는 메모리 주소 지정.
- 명령어 디코딩 방식
- ISA란 무엇인가?
- 실습
- 명령어 세트 정의 및 설계 문서화
- 기본 명령어(ADD, SUB) 시뮬레이션.
3강: 데이터 경로 설계
- 학습 목표
- 데이터 경로의 주요 구성 요소와 데이터 흐름을 이해한다.
- 레지스터와 ALU를 설계한다.
- 강의 내용
- 데이터 경로란?
- 레지스터 파일, ALU, 메모리 인터페이스.
- 8비트 CPU 데이터 경로 설계
- 입력: 8비트 데이터 및 명령어
- 출력: 결과값 저장 및 메모리 쓰기
- 다이어그램을 통한 데이터 경로 설계
- 데이터 경로란?
- 실습
- 레지스터와 ALU 설계 및 테스트(Logisim).
4강: 제어 유닛 설계
- 학습 목표
- CPU의 제어 흐름을 이해한다.
- 하드와이어드 또는 마이크로프로그래밍 방식으로 제어 유닛 설계.
- 강의 내용
- 제어 유닛의 역할
- 명령어 디코딩, 제어 신호 생성.
- 하드와이어드 제어 vs 마이크로프로그래밍
- 상태 다이어그램 및 타이밍 차트
- 제어 유닛의 역할
- 실습
- 제어 유닛 설계
- 간단한 명령어 실행 시뮬레이션(Logisim).
5강: 전체 CPU 설계 및 통합
- 학습 목표
- CPU의 모든 구성 요소를 통합한다.
- 전체 설계가 정상적으로 동작하는지 검증한다.
- 강의 내용
- 구성 요소 통합
- 데이터 경로와 제어 유닛 연결.
- 시뮬레이션 및 디버깅
- 간단한 프로그램 실행 테스트.
- 구성 요소 통합
- 실습
- 간단한 명령어 실행 프로그램 작성(예: A+B 계산).
- CPU 통합 및 시뮬레이션.
6강: 확장 및 프로젝트 발표
- 학습 목표
- 설계한 CPU를 개선하거나 확장한다.
- 프로젝트 결과를 발표한다.
- 강의 내용
- CPU 확장 아이디어
- 추가 명령어, 파이프라인 구조, 인터럽트 설계.
- 프로젝트 발표 준비
- 설계 과정, 문제 해결 사례, 결과.
- CPU 확장 아이디어
- 실습
- 학생 개인 또는 팀 프로젝트 발표.
- 확장 설계 구현(Logisim/Verilog).
첨부 자료
- 강의 슬라이드
- 실습 예제 코드
- 설계 다이어그램 및 참고 문헌
이 초안을 바탕으로 강의 진행에 필요한 상세 자료를 추가적으로 작성할 수 있습니다. 추가할 내용이나 수정이 필요한 부분 알려주시면 더 구체화하겠습니다.