طراحی CPU - بخش 4

آنچه یاد خواهید گرفت:

• اعداد ممیز شناور
• واحد ممیز شناور (FPU)
• کتابخانه‌ها
• لینک کردن
• زبان اسمبلی
• امولاتور
• کامپایلر 

پیش‌نیازهای دوره

• گذراندن دوره‌های طراحی CPU بخش 1، 2 و 3

توضیحات دوره

به دوره «طراحی CPU - بخش 4» خوش آمدید.

آیا برای برداشتن گام بزرگ بعدی در مسیر طراحی CPU خود آماده‌اید؟
در دوره طراحی CPU - بخش 4، مباحث از اصول اولیه فراتر رفته و به مفاهیم پیشرفته‌ای پرداخته می‌شود که پردازنده سفارشی شما را به یک سیستم کامپیوتری کاملاً کاربردی نزدیک‌تر می‌کند.

این دوره مستقیماً بر اساس تمام آموخته‌های قبلی در سری طراحی CPU بنا شده است. اگر دوره‌های طراحی CPU بخش 1، 2 و 3 را تکمیل کرده‌اید، اکنون بر محاسبات اعداد صحیح، اسمبلی پایه و سازمان‌دهی هسته CPU تسلط دارید. حالا زمان آن رسیده که پیشتر رفته و توسعه ویژگی‌های واقعی که CPUهای مدرن به آن‌ها وابسته‌اند را آغاز کنید.

در پایان این دوره، نه تنها درک خواهید کرد که CPUها چگونه اعداد ممیز شناور را مدیریت می‌کنند و کد را به شکلی کارآمد سازمان‌دهی می‌کنند، بلکه اصول سیستم عامل اختصاصی خود را نیز بنا خواهید کرد.

آنچه در این دوره خواهید آموخت

در طراحی CPU - بخش 4، تمرکز بر چهار نقطه عطف کلیدی است که به CPU شما جان می‌بخشد:

1. ادغام واحد ممیز شناور (FPU)

کار با ارتقای CPU شما از طریق افزودن قابلیت‌های محاسباتی ممیز شناور آغاز می‌شود. بسیاری از کاربردهای دنیای واقعی از محاسبات علمی گرفته تا پردازش گرافیکی به شدت به عملیات ممیز شناور وابسته‌اند و اکنون CPU شما نیز این قابلیت را خواهد داشت.

شما یاد خواهید گرفت:

• چگونه اعداد ممیز شناور در سیستم باینری نمایش داده می‌شوند؟
• چگونه یک FPU سخت‌افزاری را در طراحی CPU موجود خود ادغام کنید؟
• چگونه عملیات جمع، تفریق، ضرب، تقسیم و جذر ممیز شناور را مدیریت کنید؟
• چگونه CPUهای مدرن سرعت و دقت را بهینه می‌کنند؟

این یک جهش بزرگ در جهت کاربردی کردن CPU شما برای بارهای کاری دنیای واقعی است.

2. نوشتن کد اسمبلی با استفاده از دستورالعمل‌های جدید

با قابلیت‌های ممیز شناور، یک مجموعه قدرتمند از دستورالعمل‌های اسمبلی جدید ارائه می‌شود.
در این دوره نشان داده می‌شود که چگونه:

• کد اسمبلی کارآمدی بنویسید که از دستورالعمل‌های جدید FPU استفاده کند.
• برنامه‌های خود را برای سرعت و وضوح بهینه کنید.
• با استفاده از شبیه‌ساز، عملیات ممیز شناور را دیباگ و تست کنید.

در پایان این بخش، شما با اطمینان قادر خواهید بود برنامه‌های اعداد صحیح و ممیز شناور را مستقیماً روی CPU سفارشی خود بنویسید.

3. سازمان‌دهی زیرروال‌ها در کتابخانه‌ها

با رشد برنامه‌های شما، سازمان‌دهی کد حیاتی می‌شود. در این دوره، با ایجاد کتابخانه‌های قابل استفاده مجدد، بهترین شیوه های سازمان‌دهی کامپیوتر آموزش داده می‌شود:

• زیرروال‌های پرکاربرد را در کتابخانه‌های جداگانه بسته‌بندی کنید.
• هنگام کامپایل و اسمبل کردن کد، کتابخانه‌ها را به هم لینک کنید.
• چارچوب اولیه برای سیستم عامل اختصاصی CPU خود را بسازید.

این رویکرد شبیه به نحوه کار توسعه نرم‌افزار حرفه‌ای است و به شما کمک می‌کند پایگاه‌های کد مقیاس‌پذیر و قابل نگهداری ایجاد کنید، حتی زمانی که در سطح نزدیک به سخت‌افزار کار می‌کنید.

4. اجرا، تست و دیباگ با امولاتور

تئوری بدون عمل فایده‌ای ندارد، بنابراین زمان قابل توجهی صرف استفاده از امولاتور RTM-16 خواهد شد تا:

• برنامه‌های خود را بارگذاری و اجرا کنید.
• دستورالعمل‌های جدید FPU را در عمل تست کنید.
• مشکلات را گام‌به‌گام دیباگ کنید.
• ببینید CPU شما چگونه دستورالعمل‌ها را در سطح میکروکد اجرا می‌کند.

امولاتور فرآیند یادگیری را تعاملی و بصری می‌کند و به شما کمک می‌کند آنچه درون CPU رخ می‌دهد را مصورسازی کنید.

این دوره برای چه کسانی است؟

این دوره برای افرادی ایده‌آل است که:

• دوره‌های طراحی CPU بخش 1، 2 و 3 را تکمیل کرده‌اند و می‌خواهند ساخت را ادامه دهند.
• عاشق درک چگونگی کارکرد کامپیوترها در عمیق‌ترین سطح هستند.
• از پروژه‌های عملی و یادگیری از طریق ساختن لذت می‌برند.
• می‌خواهند مهارت‌هایی در معماری کامپیوتر، زبان اسمبلی و برنامه‌نویسی سطح پایین کسب کنند.
• به دنبال آینده‌ای در مهندسی کامپیوتر، سیستم‌های تعبیه یا طراحی CPU/FPU هستند.

اگر همیشه می‌خواستید یک کامپیوتر را از پایه بسازید، این دوره شما را گام‌به‌گام به آن هدف می‌رساند.

چرا این دوره متفاوت است؟

برخلاف سایر دوره‌ها که فقط مفاهیم را توضیح می‌دهند، دوره طراحی CPU - بخش 4 کاملاً عملی است.

• شما فقط اسلاید نمی‌خوانید یا نمودار تماشا نمی‌کنید، شما در حال ساختن هستید.
• شما فقط اسمبلی عمومی نمی‌نویسید، شما برنامه‌هایی می‌سازید که روی CPU خودتان اجرا می‌شوند.
• شما فقط تئوری ممیز شناور را یاد نمی‌گیرید، شما یک FPU طراحی می‌کنید و از آن استفاده می‌کنید.

در پایان، شما فقط درک نمی‌کنید که CPUها چگونه کار می‌کنند، بلکه خودتان یکی را طراحی، برنامه‌نویسی و تست کرده‌اید.

پیش‌نیازها

برای بهره‌برداری حداکثری از این دوره، باید:

• دوره‌های طراحی CPU بخش 1، 2 و 3 را تکمیل کرده باشید.
• با برنامه‌نویسی اسمبلی پایه راحت باشید.
• درک اصولی از باینری، هگزادسیمال و مدارهای منطقی داشته باشید.

اگر در طراحی CPU تازه‌کار هستید، ابتدا با دوره‌های قبلی شروع کنید — آن‌ها پایه محکمی که برای موفقیت در اینجا نیاز دارید را فراهم می‌کنند.

گام بعدی شما: طراحی CPU - بخش 5

در پایان این دوره، نگاهی کوتاه به آنچه در طراحی CPU - بخش 5 خواهد آمد، انداخته می‌شود. جایی که به سطح بالاتری از انتزاع حرکت خواهیم کرد:

• ساخت یک کامپایلر از ابتدا
• طراحی زبان برنامه‌نویسی سطح بالا اختصاصی خودتان
• نوشتن برنامه‌هایی که به‌طور خودکار به اسمبلی برای CPU سفارشی شما ترجمه می‌شوند.

هر آنچه در طراحی CPU - بخش 4 می‌آموزید، زمینه را برای این مرحله هیجان‌انگیز بعدی فراهم می‌کند.

آنچه در پایان به دست خواهید آورد:

با تکمیل این دوره، شما:

• چگونگی مدیریت اعداد ممیز شناور در سخت‌افزار را درک خواهید کرد.
• یک FPU را در طراحی CPU خود ادغام خواهید کرد.
• با استفاده از مجموعه دستورالعمل‌های توسعه‌یافته، برنامه‌های اسمبلی خواهید نوشت.
• کتابخانه‌هایی از کدهای قابل استفاده مجدد ایجاد و مدیریت خواهید کرد.
• اصول سیستم عامل خود را خواهید ساخت.
• کار خود را با امولاتور تست، دیباگ و اصلاح خواهید کرد.

این‌ها مهارت‌هایی هستند که معماران کامپیوتر حرفه‌ای، مهندسان امبدد و برنامه‌نویسان سیستم هر روز به آن‌ها تکیه می‌کنند.

بیایید شروع کنیم

سفر طراحی CPU شما در آستانه یک تحول هیجان‌انگیز است. شما اصول را ساخته‌اید، اکنون زمان آن است که طراحی خود را گسترش دهید، کدهای قدرتمند جدید بنویسید و اولین گام‌ها را به سمت ایجاد سیستم عامل خود بردارید.

همین امروز در این دوره شرکت کنید و ساخت مرحله بعدی CPU خود را آغاز نمایید!

این دوره برای چه کسانی مناسب است؟

• همه کسانی که می‌خواهند بدانند یک کامپیوتر چگونه کار می‌کند.