کتاب صوتی از صفر تا صدِ Firmware و I/O در میکروکامپیوترهای کلاسیک: یک سفر عملی به دنیای 8-بیتی‌ها

📚 کتاب آموزشی جامع

📚 اطلاعات کتاب

عنوان کتاب: کتاب از صفر تا صدِ Firmware و I/O در میکروکامپیوترهای کلاسیک: یک سفر عملی به دنیای 8-بیتی‌ها

موضوع کلی: معماری و برنامه‌نویسی سیستم‌های کامپیوتری

موضوع میانی: سخت‌افزار و نرم‌افزار میکروکامپیوترها

📋 سرفصل‌های کتاب (100 موضوع)

• 1. معرفی دوره: سفر به دنیای 8-بیتی‌ها
• 2. مقدمه‌ای بر میکروکامپیوترهای کلاسیک
• 3. تاریخچه و تکامل میکروکامپیوترها
• 4. مفاهیم پایه سخت‌افزار: ترانزیستور، گیت، تراشه
• 5. سیستم‌های عددی در کامپیوتر: باینری، اکتال، هگزادسیمال
• 6. مقدمه‌ای بر معماری کامپیوتر فون نویمان
• 7. اجزای اصلی یک میکروکامپیوتر: CPU، حافظه، I/O
• 8. نقش Firmware در سیستم‌های کامپیوتری
• 9. مقدمه‌ای بر مفاهیم ورودی/خروجی (I/O)
• 10. ابزارهای مورد نیاز برای مطالعه میکروکامپیوترهای کلاسیک (شبیه‌سازها)
• 11. معرفی معماری‌های 8-بیتی رایج (مانند Z80, 6502, 8080)
• 12. ساختار داخلی یک CPU 8-بیتی: واحد ALU و کنترل
• 13. رجیسترهای CPU: عمومی، اشاره‌گر، شمارنده برنامه، پرچم
• 14. سیکل اجرای دستورالعمل (Fetch-Decode-Execute)
• 15. باس‌های سیستم: آدرس، داده، کنترل و زمان‌بندی
• 16. حافظه: RAM و ROM در سیستم‌های 8-بیتی
• 17. تکنیک‌های آدرس‌دهی حافظه در CPUهای 8-بیتی
• 18. مدیریت فضای آدرس 64KB و Segment بندی (در صورت وجود)
• 19. Stack و کاربرد آن در CPU: ذخیره آدرس بازگشت و رجیسترها
• 20. دستورالعمل‌های انتقال داده (Data Transfer Instructions)
• 21. دستورالعمل‌های محاسباتی و منطقی (Arithmetic & Logic Instructions)
• 22. دستورالعمل‌های کنترل جریان (Control Flow Instructions: Jumps, Calls, Returns)
• 23. مقدمه‌ای بر زبان اسمبلی برای یک CPU 8-بیتی خاص (مثلاً Z80)
• 24. نحوه کامپایل و اسمبل کردن کدهای اسمبلی با Cross-Assembler
• 25. شبیه‌سازی و دیباگ کردن کدهای اسمبلی
• 26. انواع ROM: PROM, EPROM, EEPROM و کاربردهای آن‌ها
• 27. برنامه‌ریزی EPROMها و پاک کردن آن‌ها با نور فرابنفش
• 28. RAM استاتیک و دینامیک (SRAM vs DRAM)
• 29. تراشه‌های حافظه: اصول کار و ارتباط با CPU
• 30. نقش ROM بایوس/مانیتور در بوت سیستم و عملیات پایه
• 31. مفهوم حافظه نقشه‌برداری شده I/O (Memory-Mapped I/O)
• 32. مفهوم I/O پورت-محور (Port-Mapped I/O)
• 33. اتصال چیپ‌ست‌های حافظه به باس سیستم و سیم‌کشی
• 34. دیکدینگ آدرس حافظه (Address Decoding) با گیت‌های منطقی
• 35. مشکلات و راه‌حل‌های طراحی حافظه در سیستم‌های 8-بیتی
• 36. مفهوم و اهمیت I/O در میکروکامپیوترها و دنیای واقعی
• 37. پورت‌های موازی (Parallel Ports): اصول و کاربردها
• 38. تراشه‌های I/O موازی: PPI 8255 و PIA 6821
• 39. برنامه‌نویسی PPI 8255 برای ورودی/خروجی ساده
• 40. حالت‌های کاری 8255: Mode 0, Mode 1, Mode 2
• 41. پورت‌های سریال (Serial Ports): اصول و کاربردها
• 42. تراشه‌های I/O سریال: UART 8251 و ACIA 6850
• 43. نرخ بیت (Baud Rate) و پروتکل‌های سریال (RS-232)
• 44. برنامه‌نویسی UART برای ارتباط سریال آسنکرون
• 45. همگام‌سازی سریال: Start Bit, Stop Bit, Parity Bit
• 46. ارتباط سریال سنکرون و آسنکرون
• 47. مفاهیم کلاکینگ (Clocking) در سیستم‌های دیجیتال
• 48. تایمرها و شمارنده‌ها (Timers & Counters)
• 49. تراشه‌های تایمر قابل برنامه‌ریزی: PIT 8253/8254
• 50. برنامه‌نویسی 8253/8254 برای تولید تأخیر و موج
• 51. مکانیزم Polling برای مدیریت I/O
• 52. محدودیت‌های Polling در سیستم‌های بلادرنگ و پرسرعت
• 53. مفهوم Interrupt و اهمیت آن در سیستم‌های I/O پیشرفته
• 54. انواع Interrupt: سخت‌افزاری و نرم‌افزاری (RST, NMI, IRQ)
• 55. بردار وقفه (Interrupt Vector) و جدول آن
• 56. چرخه پاسخ به وقفه (Interrupt Acknowledge Cycle)
• 57. کنترل‌کننده‌های وقفه قابل برنامه‌ریزی: PIC 8259
• 58. اولویت‌بندی وقفه‌ها (Interrupt Priority)
• 59. ماسک کردن وقفه‌ها (Interrupt Masking)
• 60. برنامه‌نویسی روتین‌های سرویس وقفه (ISR)
• 61. تعریف Firmware و تفاوت آن با نرم‌افزار کاربردی و سخت‌افزار
• 62. نقش Firmware در بوت‌سازی سیستم (Bootstrapping)
• 63. طراحی یک سیستم عامل مانیتور ساده (Monitor Program)
• 64. نوشتن توابع پایه I/O: نمایش کاراکتر، خواندن کاراکتر
• 65. خواندن و نوشتن بایت‌ها و کلمات به حافظه
• 66. پیاده‌سازی دستورات ساده مانیتور (مانند نمایش حافظه، تغییر رجیسترها)
• 67. ابزارهای توسعه Firmware: Cross Assembler, EPROM Programmer, In-Circuit Emulator
• 68. دیباگ کردن Firmware در سخت‌افزار واقعی
• 69. تکنیک‌های تولید تأخیر زمانی دقیق در Firmware (Loop-based, Timer-based)
• 70. مدیریت پورت‌های I/O برای کنترل LED و خواندن وضعیت سوئیچ
• 71. ایجاد توابع کتابخانه‌ای پایه در اسمبلی برای استفاده مجدد
• 72. حافظه ثابت (Constant Data) و متغیر (RAM Data) در Firmware
• 73. مدیریت منابع سیستم (CPU time, Memory) در Firmware
• 74. ارتقاء و به‌روزرسانی Firmware در سیستم‌های کلاسیک
• 75. چالش‌های توسعه Firmware برای سخت‌افزارهای کلاسیک
• 76. صفحه‌کلیدهای ماتریسی و نحوه اسکن آن‌ها
• 77. نمایشگرهای کاراکتری: LCD و LED Segment
• 78. اصول درایو کردن موتورهای پله‌ای (Stepper Motors)
• 79. مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال (ADC) و دیجیتال به آنالوگ (DAC)
• 80. رابط‌های ذخیره‌سازی: نوارهای کاست و فلاپی دیسک
• 81. کنترل‌کننده‌های فلاپی دیسک (FDC) و ارتباط با CPU
• 82. خواندن و نوشتن اطلاعات به فلاپی دیسک در سطح پایین
• 83. رابط‌های سریال پیشرفته: RS-485, I2C, SPI (مقدماتی)
• 84. ارتباط بین چندین میکروکنترلر/میکروکامپیوتر (Multi-Processor Systems)
• 85. اصول طراحی برد مدار چاپی (PCB) برای سیستم‌های 8-بیتی
• 86. نویز و محافظت از مدارات I/O و پاور
• 87. پاور منیجمنت (Power Management) در سیستم‌های میکروکامپیوتری
• 88. معرفی سیستم‌عامل‌های ساده 8-بیتی (مانند CP/M)
• 89. نقش Firmware در پشتیبانی از سیستم‌عامل‌های رده پایین
• 90. پروتکل‌های ارتباطی ساده شبکه (بسیار پایه، شاید Parallel Port based)
• 91. چالش‌های یکپارچه‌سازی سخت‌افزار و Firmware
• 92. ابزارهای دیباگ سخت‌افزاری: اسیلوسکوپ، منطق آنالایزر
• 93. ابزارهای دیباگ نرم‌افزاری: Emulators, Debuggers, Monitor programs
• 94. تکنیک‌های عیب‌یابی مشکلات متداول Firmware (بوت نشدن، خطاهای I/O)
• 95. تست و اعتبارسنجی سیستم‌های Firmware-محور
• 96. نکات طراحی برای قابلیت اطمینان (Reliability) و پایداری سیستم
• 97. بهینه‌سازی کد اسمبلی برای سرعت و حجم حافظه
• 98. مستندسازی Firmware و سخت‌افزار برای نگهداری و توسعه
• 99. مروری بر پروژه‌های عملی پیاده‌سازی Firmware/I/O
• 100. آینده Firmware و یادگیری مداوم در مهندسی سیستم