בניית מערכות דיגיטליות

הקורס חושף את המבנה הפנימי של מחשבים ספרתיים. מטרת הקורס הנה להסביר את עקרון הפעולה של החומרה ואת הקשר שבין החומרה והתוכנה כדי לתת מבט ברור כיצד תכנית הכתובה בשפה עילית מבוצעת הלכה למעשה במחשב. הקורס מתחיל באלגברה בוליאנית ומימוש משוואות בוליאניות בעזרת שערים לוגיים וממשיך בבניית אבני הבניין הבסיסיות של מחשב ספרתי כמו מרבבים, מפענחים, יחידה אריתמטית-לוגית, אוגרים, מונים ומכונות מצבים. בשלב זה, אפשר לתכנן מחשב פשוט. לפיכך יוגדר מחשב MIPS, מסוג RISC, באמצעות הצגת מערך ההוראות של המחשב הנ"ל. שלבי הפיכת תוכנית הכתובה בשפה עילית לשפת מכונה של ה-MIPS והמנגנונים הדרושים לתמיכה בשגרות נדונים בפירוט. אחר כך מוצגת גרסה בסיסית של יחידת עבוד מרכזית של מחשב ה-MIPS המבצעת הוראת מכונה בכל מחזור שעון. תכנון מסלולי זרימת המידע והבקרה של אותה גרסה בסיסית נעשה בפירוט. בשלב הבא, נתכנן גרסה המבצעת הוראת מכונה במספר מחזורי שעון, כולל מנגנון הטיפול בפסיקות. לבסוף מוצג מימוש של מחשב צנרת (Pipeline). נראה גם את הדמיון בין סט הפקודות של ה-MIPS לסט הפקודות של מעבד ה- RISC-V שכיום הינו ה- open source של ארכיטקטורת מחשבים.