디지털 논리 설계와 컴퓨터 구조(2판)

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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데이비드 머니 해리스 저자 데이비드 머니 해리스는 하베이 머드(Havey Mudd) 칼리지의 교수로 재직 중이다. MIT 전기 및 컴퓨터과학으로 공학석사, 스탠포드에서 전기공학박사를 취득하였다. 스탠포드에서 수학하기 전에 인텔에서 Itanium과 Pentium Ⅱ프로세서 설계자로 근무하였다. 이후 선 마이크로시스템과 휴렛패커드, 에반스 엔 서덜랜드 등 여러 기업의 설계를 컨설팅하였다. 12개의 특허와 온칩 설계에 대한 몇 권의 저서가 있다.