💻 از Digital Logic تا ساخت یک MIPS Microprocessor واقعی

⚙️ کتاب Digital Design and Computer Architecture, Second Edition آموزش را از Digital Logic Gateها شروع میکنه و قدم‌به‌قدم به طراحی مدارهای Combinational و Sequential و در نهایت ساخت یک MIPS Processor واقعی میرسه. مثال‌های عملی SystemVerilog و VHDL کمک میکنن ارتباط میان Digital Design،‏ Programming و Processor Architecture را از بالا تا پایین درک کنی.

✨ ویژگی‌های کلیدی

🧠 مبانی Digital Logic Design را آموزش میده و مفاهیم Logic را با طراحی یک MIPS Microprocessor تثبیت میکنه.

📝 مثال‌های SystemVerilog و VHDL را کنار هم قرار میده تا نحوه استفاده و نقاط قوت این دو Hardware Description Language در طراحی Digital Systemها مقایسه بشن.

🧪 مثال‌های متعدد، تمرین‌های بیشتر، معماری‌های Parallel و Advanced، کاربردهای عملی I/O،‏ Embedded Systemها و Heterogeneous Computing را پوشش میده.

🔌 روش ارتباط با Peripheralها از طریق RS232،‏ SPI،‏ Motor Control،‏ Interrupt،‏ Wireless و Analog-to-digital Conversion را بررسی میکنه.

🌐 Companion Website کتاب، ابزارهای CAD برای FPGA Design،‏ Lecture Slideها، Laboratory Projectها و پاسخ تمرین‌ها را در اختیار خوانندگان و مدرسان قرار میده.

📘 توضیح کتاب

🔢 کتاب Digital Design and Computer Architecture رویکردی متفاوت و مدرن به Digital Design داره. آموزش با Digital Logic Gateها شروع میشه و بعد به طراحی مدارهای Combinational و Sequential میرسه؛ اجزای بنیادی‌ای که پایه طراحی یک MIPS Processor واقعی را تشکیل میدن.

🖥️ ‏SystemVerilog و VHDL در سراسر کتاب و در مثال‌هایی ادغام شده‌اند که روش‌ها و تکنیک‌های CAD-based Circuit Design را نمایش میدن. مثال‌های این دو HDL کنار هم قرار گرفتن تا کاربرد و نقاط قوت هرکدام در طراحی Digital Systemها بهتر مقایسه بشه.

🛠️ رویکرد عملی و به‌روز کتاب کمک میکنه خواننده فقط اجزای Microprocessor را نشناسه، بلکه در پایان بتونه Microprocessor خودش را بسازه و درکی Top-to-bottom از نحوه عملکرد آن به دست بیاره. سبک نوشتاری جذاب و طنزآمیز نویسندگان نیز مفاهیم فنی را خوش‌خوان‌تر میکنه.

🔌 ویرایش دوم با محتوای جدیدی درباره I/O Systemها در General-purpose Processorهای موجود در PCها و Microcontrollerهایی که تقریباً همه‌جا استفاده میشن، به‌روزرسانی شده است. مثال‌های عملی کتاب، اتصال به Peripheralها با RS232،‏ SPI،‏ Motor Control،‏ Interrupt،‏ Wireless و Analog-to-digital Conversion را پوشش میدن.

🌐 توضیحات سطح بالای I/O Interfaceهای موجود در PC شامل USB،‏ SDRAM،‏ WiFi،‏ PCI Express و فناوری‌های دیگه میشه. در این ویرایش، SystemVerilog جایگزین Verilog شده و در کنار VHDL در مثال‌های Programming و Code به کار میره.

📚 این نسخه براساس بازخورد مدرسان به‌روزرسانی شده و تمرین‌های بیشتر، مثال‌های جدیدی از معماری‌های Parallel و Advanced، کاربردهای عملی I/O،‏ Embedded Systemها و Heterogeneous Computing را ارائه میده. فصل جدید C Programming نیز پیش‌نیازهای لازم را فراهم و ارتباط میان Programming و Processor Architecture را تقویت میکنه.

🎯 بعد از مطالعه کتاب، میتونی از Logic Gateهای پایه به طراحی مدار و Microprocessor برسی، SystemVerilog و VHDL را در طراحی Hardware به کار بگیری و ارتباط میان Software،‏ I/O و Processor Architecture را به‌شکل عملی درک کنی.

🎯 چیزهایی که یاد میگیری

🔢 با مبانی Digital Logic Design و Logic Gateها آشنا میشی.

🧩 یاد میگیری مدارهای Combinational و Sequential طراحی کنی.

⚙️ میتونی اجزای اصلی یک MIPS Microprocessor را طراحی و در نهایت Microprocessor خودت را بسازی.

📝 یاد میگیری Digital Systemها را با SystemVerilog و VHDL توصیف و مقایسه کنی.

🔌 میتونی Peripheralها را با RS232،‏ SPI،‏ Interrupt،‏ Wireless و Motor Control به سیستم متصل کنی.

📟 با Analog-to-digital Conversion و Interfaceهایی مثل USB،‏ SDRAM،‏ WiFi و PCI Express آشنا میشی.

🏗️ معماری‌های Parallel و Advanced،‏ Embedded Systemها و Heterogeneous Computing را درک میکنی.

💻 با C Programming، ارتباط میان Programming و Processor Architecture را بهتر یاد میگیری.

👤 این کتاب برای چه کسانیه؟

🎓 این کتاب برای دانشجویان و علاقه‌مندان Digital Design،‏ Computer Architecture و Computer Organization مناسبه که میخوان مسیر آموزش را از Logic Gateهای پایه تا طراحی یک MIPS Processor واقعی دنبال کنن.

🛠️ افرادی که به Circuit Design مبتنی بر CAD،‏ FPGA،‏ SystemVerilog،‏ VHDL،‏ Embedded Systemها و ارتباط با Peripheralها علاقه دارن، میتونن از مثال‌ها، تمرین‌ها و پروژه‌های آزمایشگاهی کتاب استفاده کنن.

👨‍🏫 مدرسان نیز میتونن با ثبت‌نام در textbooks.elsevier.com به پاسخ تمام تمرین‌ها در قالب PDF،‏ Lab Materialهای همراه با پاسخ، کدهای HDL مثال‌ها و پاسخ تمرین‌ها، Lecture Slideهای PPT،‏ Sample Examها، Sample Course Syllabus و شکل‌های کتاب در قالب JPG و PPT دسترسی پیدا کنن.

🌐 Companion Website همچنین لینک ابزارهای CAD طراحی FPGA از Altera،‏ Mentor Graphics و Xilinx، به‌همراه Lecture Slideها، Laboratory Projectها و پاسخ تمرین‌ها را ارائه میده.

📖 فهرست مطالب

فصل ۱. از صفر تا یک

فصل ۲. طراحی Combinational Logic

فصل ۳. طراحی Sequential Logic

فصل ۴. Hardware Description Languageها

فصل ۵. Building Blockهای دیجیتال

فصل ۶. Architecture

فصل ۷. Microarchitecture

فصل ۸. سیستم‌های Memory و I/O

ضمیمه A. پیاده‌سازی Digital System

ضمیمه B. دستورهای MIPS

ضمیمه C. برنامه‌نویسی C

👤 درباره نویسنده

🏛️ دیوید مانی هریس،‏ Harvey S. Mudd Professor of Engineering Design در Harvey Mudd College و نویسنده کتاب‌های آموزشی مهندسی و راهنماهای Hiking است.

🎓 او مدرک Ph.D. خود را در رشته Electrical Engineering از Stanford University و مدارک M.Eng. و S.B. خود را در رشته‌های EECS و Mathematics از Massachusetts Institute of Technology دریافت کرده است.

🔬 دیوید مانی هریس در شرکت‌های Intel Corporation،‏ Hewlett Packard،‏ Sun Microsystems و Broadcom به طراحی Microprocessor پرداخته و علاقه او به Chipها در کتاب‌هایی که درباره این موضوع نوشته، کاملاً مشخصه.

🏔️ او ماجراجویی‌های Hiking را از کودکی و زمانی آغاز کرد که روی پشت پدرش به طبیعت میرفت و از آن زمان تاکنون به کاوش در کوه‌ها و بیابان‌ها ادامه داده است.

👨‍👦‍👦 حالا سه پسرش نیز اغلب در این سفرها و ماجراجویی‌های طبیعت‌گردی همراه او هستن.

Digital Design and Computer Architecture takes a unique and modern approach to digital design. Beginning with digital logic gates and progressing to the design of combinational and sequential circuits, Harris and Harris use these fundamental building blocks as the basis for what follows: the design of an actual MIPS processor. SystemVerilog and VHDL are integrated throughout the text in examples illustrating the methods and techniques for CAD-based circuit design. By the end of this book, readers will be able to build their own microprocessor and will have a top-to-bottom understanding of how it works. Harris and Harris have combined an engaging and humorous writing style with an updated and hands-on approach to digital design. 

This second edition has been updated with new content on I/O systems in the context of general purpose processors found in a PC as well as microcontrollers found almost everywhere. The new edition provides practical examples of how to interface with peripherals using RS232, SPI, motor control, interrupts, wireless, and analog-to-digital conversion. High-level descriptions of I/O interfaces found in PCs include USB, SDRAM, WiFi, PCI Express, and others. In addition to expanded and updated material throughout, SystemVerilog is now featured in the programming and code examples (replacing Verilog), alongside VHDL. This new edition also provides additional exercises and a new appendix on C programming to strengthen the connection between programming and processor architecture.

SECOND Edition Features

•  Covers the fundamentals of digital logic design and reinforces logic concepts through the design of a MIPS microprocessor.

•  Features side-by-side examples of the two most prominent Hardware Description Languages (HDLs)—SystemVerilog and VHDL—which illustrate and compare the ways each can be used in the design of digital systems.

•  Includes examples throughout the text that enhance the reader’s understanding and retention of key concepts and techniques.

•  Companion Web site includes links to CAD tools for FPGA design from Altera and Mentor Graphics, lecture slides, laboratory projects, and solutions to exercises.

Updated based on instructor feedback with more exercises and new examples of parallel and advanced architectures, practical I/O applications, embedded systems, and heterogeneous computing•  Presents digital system design examples in both VHDL and SystemVerilog (updated for the second edition from Verilog), shown side-by-side to compare and contrast their strengths

•  Includes a new chapter on C programming to provide necessary prerequisites and strengthen the connection between programming and processor architecture

•  Companion Web site includes links to Xilinx CAD tools for FPGA design, lecture slides, laboratory projects, and solutions to exercises.

Instructors can also register at textbooks.elsevier.com for access to:•  Solutions to all exercises (PDF)

•  Lab materials with solutions

•  HDL for textbook examples and exercise solutions

•  Lecture slides (PPT)

•  Sample exams

•  Sample course syllabus

•  Figures from the text (JPG, PPT)

Table of Contents

Chapter 1. From Zero to One

Chapter 2. Combinational Logic Design

Chapter 3. Sequential Logic Design

Chapter 4. Hardware Description Languages

Chapter 5. Digital Building Blocks

Chapter 6. Architecture

Chapter 7. Microarchitecture

Chapter 8. Memory and I/O Systems

Appendix A. Digital System Implementation

Appendix B. MIPS Instructions

Appendix C. C Programming

About the Author

David Money Harris is the Harvey S. Mudd Professor of Engineering Design at Harvey Mudd College and the author of terrific engineering textbooks and hiking guidebooks. He received his Ph.D. from Stanford University in Electrical Engineering and his M.Eng. and S.B. degrees in EECS and Mathematics from the Massachusetts Institute of Technology. He has designed microprocessors at Intel Corporation, Hewlett Packard, Sun Microsystems, and Broadcom, and his passion for chips is reflected in his books on the subject. He began his hiking adventures as a wee tot on his father's back and has been exploring the mountains and deserts ever since. Now, his own three boys are frequent companions on these trips.