뇌를 자극하는 하드웨어 입문(복간판)

김범준 지음

한빛미디어 2023년 04월 17일 출간

작품소개

책소개

컬러풀한 3D 입체 화면식 구성의 하드웨어 실습 입문서!
하드웨어의 문턱을 확~ 낮추었습니다.

프로그래머는 하드웨어 지식이 필요하다는 것은 인식하지만, 과연 어디까지 인식하고 있어야 하는지 가이드라인이 전무했으며, 실제 참고서적 또한 많지 않았다. 혹여 참고서적이 있다고 하더라도 전기/전자 전공자를 위한 책이거나 이론에만 그친 서적이 대부분이었다. 그러나 이 책은, 이러한 상황에 처해 있는 독자를 위해 직접 납땜하는 방법부터 아주 초급의 회로를 만들어가는 과정을 보여줌으로써 원초적 하드웨어의 동작 원리를 이해하게 해준다는 점이 가장 큰 장점이다. 또한, 소프트웨어 엔지니어가 생각해볼 수 있는 화두를 제공하기 위해 “원리가 보인다” 코너를 두어 자신의 학습 분야 혹은 현장에서 한 단계 업그레드를 할 수 있게 도와준다.

3D 입체 화면을 통해 납땜의 기본부터 상세하고 친절하게 알려주어 초보자도 쉽게 하드웨어 지식을 익할 수 있다.
그대로 따라해보면 메모리의 동작 방식뿐만 아니라 CPU의 역할도 자연스레 알게 되어 하드웨어뿐만 아니라 소프트웨어 엔지니어에게도 필요한 기초지식을 제공한다.
"원리가 보인다" 코너를 두어 "그거 왜 배워" 하는 독자를 위해 자연스레 소프트웨어 분야와 연결지어 생각하게 해준다.
임베디드가 뜬다고 하는데, 하드웨어를 모르고선 어찌 해볼 수 없다고 고민하는 독자에게 안성맞춤이다.
열심히 프로그래밍 학습하다가 "시스템 저 밑바닥에 뭔가 있을 것같다"는 고민을 하는 독자에게는 더욱 빛을 발한다.
"난 앞으로 로봇을 만들어볼거야"라고 꿈꾼다면, 그 꿈을 더욱 가깝게 해줄 수 있다.
학교에서 배우는 논리회로 전기 전자 이론이 너무 지겹고 어렵다고 생각한다면, 더할 나위 없는 동반자가 되어줄 것이다.
주요 내용

하드웨어 제작을 위해 필요한 제반 사항
만능기판에 LED 켜보는 실습: 하드웨어 작업의 자신감 습득
논리회로: 반도체와 친해지기
프린트 기판을 만드는 방법: 직접 에칭까지 해보기
디지털 회로 학습: 메모리 조작회로 제작과 실습
회로의 기초: 전기의 성질, 저항, 콘덴서의 사용법 등
기억장치: 플립플롭으로 만들어보는 작은 메모리
AVR로 이해하는 CPU: 프로그램도 장착
IBM PC에서의 인터럽트: 인터럽트, 타이머의 하드웨어적 기능 설명

목차

1장. 하드웨어 제작을 위한 준비
Section 01 납땜하기
인두
납땜 작업의 방법
<여기서 잠깐> 인두 사용시의 주의 사항
Section 02 기타 사항
전선의 피복을 벗기는 방법
인두의 팁을 깨끗이 사용하는 방법
납을 제거하는 방법
<여기서 잠깐> 납땜용 납의 주요 성분

2장. LED를 켜보는 실습
Section 01 사용할 부품과 회로도
준비사항
회로도와 완성 사진
Section 02 회로 실습
실습
Section 03 부품의 기능
전원
레귤레이터
LED
그라운드
*원리가 보인다* 레귤레이터란
<여기서 잠깐> LED의 구성 물질과 용도

3장. 논리회로
Section 01 부품의 준비
Section 02 제작하기 전에 알아야 할 것들
칩의 구별과 핀 번호 읽기
토글 스위치의 방향
Section 03 회로의 제작
회로 제작 실습
Section 04 실험하기 전에
AND/OR/NOT 게이트
회로에서 사용된 3가지 칩의 구조와 기능
회로도와 실제 회로
Section 05 회로의 실험
AND 연산
*원리가 보인다* 컴퓨터에서 게이트의 역할
OR 연산
NOT 연산

4장. 프린트기판 만들기 연습
Section 01 프린트기판의 제작 과정
프린트기판이란
프린트기판의 제작 과정
Section 02 프린트기판을 이용한 회로의 제작
준비물
제작 실습
<여기서 잠깐> 하드웨어의 매력

5장. 디지털 회로 학습
Section 01 10진수를 나타내는 회로의 제작
준비물
프린트기판 회로의 제작 실습
에칭의 방법
<여기서 잠깐> 에칭을 잘 하기 위한 요령
기판의 완성
부품의 부착 실습
*원리가 보인다* 74LS47과 FND507
Section 02 회로의 실험
실험의 방법과 결과
회로의 설명
Section 03 플립플롭
플립플롭의 개요
비동기식 R-S 플립플롭
여기서 잠깐 - 플립플롭을 공부한 이유
비동기식 R-S 플립플롭의 제작 실습
비동기식 R-S 플립플롭 회로의 실험
회로의 설명
동기식 D 플립플롭
D 플립플롭 회로의 제작 실습
<여기서 잠깐> PCB의 제작
D 플립플롭 회로의 실험

6장. 회로의 기초
Section 01 전기의 성질
전기의 본질
도체와 부도체
전류와 전압
저항
직렬회로의 계산
*원리가 보인다* 전자회로의 수학적 법칙과 수식
병렬회로의 계산
Section 02 자력
자석
스피커의 원리
모터의 원리
<여기서 잠깐> 스피커와 모터의 구조를 알아두면 많은 도움이 됩니다.
발전기의 원리
마이크의 원리
Section 03 콘덴서
콘덴서의 개요
콘덴서의 동작과 용량
콘덴서의 역할
Section 04 풀업 저항/풀다운 저항
플로팅 상태
풀업 저항
풀다운 저항
*원리가 보인다* 컴퓨터의 기초 하드웨어를 차근차근 공부하는 것이 튼튼한 기반을 쌓게 되는 것입니다.

7장. 기억장치
Section 01 D-플립플롭으로 메모리 만들기
준비물
메모리 회로 제작 실습
만들어진 메모리 회로의 실험
Section 02 74LS374의 구조와 회로의 설명
74LS374란
<여기서 잠깐> 74LS374의 초기값
회로의 설명
Section 03 RAM의 구성과 동작
RAM이란
핀의 구성
데이터를 Read/Write하는 방법
Section 04 RAM과 마이컴의 연결
한 개의 RAM과 CPU의 연결
두 개 이상의 RAM과 CPU의 연결
3개의 RAM과 CPU의 연결
*원리가 보인다* 메모리 맵

8장. AVR로 만들면서 이해하는 CPU
Section 01 AVR 마이크로 컨트롤러
AVR이란
ATmega162
<여기서 잠깐> Free Softwrae는 공짜가 아닌 자유 소프트웨어입니다.
Section 02 ISP 보드
ISP 보드와 회로도
AVR-ISP 보드
*원리가 보인다* CPU와 MPU
Section 03 ISP 보드 만들기
준비물
ISP 보드 제작 실습
Section 04 LED 보드 만들기
LED 출력 보드의 회로도와 구성 요소
LED 출력회로의 제작 실습
*원리가 보인다* 두 회로의 GND 기준을 맞추어 주어야 합니다.
ISP 보드와 LED 출력 보드의 연결
Section 05 실험을 위한 소프트웨어의 준비
'PonyProg'의 다운로드와 설치
'WinAVR'의 다운로드와 설치
'AVR Studio'의 다운로드와 설치
CPU와 PC의 연결
PonyProg의 설정
<여기서 잠깐> 퓨즈비트 설정시의 주의할 점
Section 06 프로그램의 작성과 실행
프로그램의 작성과 컴파일
CPU의 플래시 메모리에 프로그램을 입력하기
프로그램의 설명
타이머(내부 인터럽트)
Section 07 FND507의 실험
준비물
FND507 회로 제작 실습
프로그램의 설명
Section 08 입력 회로의 제작과 실험
회로도와 회로의 구성
회로의 제작과 프로그램의 작성
Section 09 RS232 시리얼 통신
RS232 시리얼 통신이란
RS232의 통신 방식
MAX232
시리얼 통신을 위한 레지스터
<여기서 잠깐> MAX232의 역할
Section 10 시리얼 통신 회로의 제작
준비물
회로의 제작 실습
시리얼 케이블의 제작
프로그램의 작성
시리얼 통신 회로의 실험
프로그램의 설명
송수신 프로그램의 작성
송수신 프로그램의 설명
인터럽트를 사용한 송수신 프로그램
인터럽트를 이용한 송수신 프로그램의 설명
*원리가 보인다* tty란
Section 11 외부 메모리 회로의 제작과 실험
준비물
외부 메모리 회로의 제작
외부 메모리 회로의 설명
외부 메모리 프로그램의 제작과 실험
외부 메모리 관련 레지스터
외부 메모리 회로 프로그램의 설명

9장. IBM-PC에서의 인터럽트
Section 01 인텔 x86 계열 CPU의 인터럽트 동작
x86 CPU의 인터럽트 처리 핀
인터럽트 벡터와 IRQ 번호
Section 02 8259 IC
8259 IC와 핀의 구성
8259 IC와 CPU의 연결
Intel 방식과 IBM 방식의 충돌
8259 PIC의 초기화를 위한 명령어
8259 PIC의 초기화를 위한 프로그램
Section 03 인터럽트 처리 시나리오
real mode에서의 인터럽트 처리 방법

부록. 임베디드 컴퓨팅 학습을 위한 지침

책 속으로

<학습 로드맵> 1장. 하드웨어 제작을 위한 준비
하드웨어 학습의 기본이 되는, 납땜을 배웁니다. 납땜하는 법과 사용되는 도구를 알려줍니다.



2장. LED를 켜보는 실습
LED를 점등하는 가장 기본적인 회로를 만들어 보고, 전원부 회로, LED 소자 등, 하드웨어의 가장 기초적인 부품과 회로를 학습합니다.



3장. 논리회로
AND 게이트, OR 게이트, NOT 게이트가 포함된 IC를 사용한 회로를 제작해보며, 반도체 IC와 친해집니다.



4장. 프린트기판 만들기 연습
프린트 기판을 사용하여, 회로를 만드는 방법을 학습합니다. 만능기판을 사용하지 않고, 회로를 견고하고, 깔끔하게 제작하기 위한 준비 과정입니다.



5장. 디지털 회로 학습
7 Segment LED라고 불리는 FND507을 74LS47 IC를 사용하여 구동하는 회로를 제작해봅니다. 디지털 회로의 학습에 가장 중요한, 플립플롭을 배우고 실제 회로를 만들어 실험합니다.



6장. 회로의 기초
간단한 회로이론을 학습합니다.
전기의 성질, 저항값 계산, 자기의 성질 등을 배우고 스피커와 모터의 구조와 동작을 학습합니다.



7장. 기억장치
74LS374 래치 IC를 사용하여, 8비트 2번지의 아주 작은 메모리를 만들어 보고, 메모리의 구조을 익힙니다.
실제 메모리가 CPU와 접속되어 동작하는 방식을 이해합니다.



8장. AVR로 만들면서 이해하는 CPU
ATmega162 AVR CPU를 동작시켜 봅니다.
ISP회로를 실제로 만들어 보고, 프로그램을 작성하여, ATmega162에 입력하고, 동작시켜 봅니다.
AVR의 입력과 출력에 관해 배웁니다.
AVR을 사용하여 7 세그먼트 LED를 구동시켜 봅니다.
AVR의 타이머 인터럽트에 대하여 알아봅니다.
AVR에서 RS232 시리얼 통신을 실행해봅니다.
AVR에 외부 메모리를 접속하여 사용하는 방법을 이해합니다.



9장. IBM-PC에서의 인터럽트
IBM-PC에서의 인터럽트 동작을 이해합니다.
8259 PIC의 구조를 배웁니다.
8259의 마스터 슬레이브 접속 방법을 알아봅니다.
CPU와 마스터 슬레이브 8259 PIC과 연동하여 동작하는 과정을 이해합니다.

작가정보

저자(글) 김범준

IT 기술을 이용해 어떤 것을 만들고 누군가에게 무언가를 가르치는 것이 좋아서 꾸준히 관련 활동을 여러 가지 하고 있는 풀스택 웹 개발자입니다. 여러 회사를 거쳐 Sendbird(https://sendbird.com/)라는 글로벌 B2B 회사에서 근무하다가 현재는 미국에서 새로운 도전을 준비하고 있습니다.