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SPOC学校专有课程
计算机组成与CPU设计实验
第3次开课
开课时间: 2021年08月03日 ~ 2021年08月03日
学时安排: 4
当前开课已结束 已有 2 人参加
老师已关闭该学期,无法查看
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—— 课程团队
课程概述

信息技术在当今社会发挥着越来越重要的作用,CPU作为核心技术之一,它的结构原理是计算机领域从业人员必备的专业基础知识。课程以行业先进且极具发展潜力的开放RISC-V为CPU设计的目标,从基本的逻辑电路设计开始,逐步构成计算机部件,最终汇聚为CPU。课程配套远程FPGA实验平台,学习者通过浏览器操作云端真实实验板,与慕课平台配合实现完全线上的硬件实验教学。


通过课程的学习和训练,可以基本掌握Verilog/SystemVerilog硬件描述语言,能够用硬件描述语言设计逻辑电路和计算机部件,从设计的角度深刻理解CPU硬件结构和指令系统之间的内在联系,了解计算机的组织结构和工作原理;在完成设计挑战的同时,提升动手能力和分析问题、解决问题的能力,培养自主学习的钻研精神和创新意识,了解芯片行业生态,树立科技强国的使命担当。


本课程采用“范例-任务”教学法,每一个实验项目都经过精心的设计,先给出一个参考范例,再布置一个相关的设计任务,配合视频讲解和演示;实验项目之间环环相扣、循序渐进,像搭积木一样逐渐完成CPU设计。本课程内容可用作《计算机组成原理》、《数字逻辑电路》等课程配套的实验和课程设计;低起点、高落点的实验设计,使得该课程也适用于对CPU感兴趣的社会学习者。

课程大纲

01 FPGA设计流程与Quartus设计软件

课程介绍/设计和实现方式/Verilog语法概要

实验:FPGA设计流程

Quartus教程

第1周实验报告

02 FPGA验证流程与远程实验平台

实验:FPGA验证流程

远程实验平台教程

第2周实验报告

03 三态门和多路器

Verilog:组合逻辑电路描述(上)

实验:三态门和多路器

第3周实验报告

04 七段译码器

Verilog:组合逻辑电路描述(下)

实验:七段译码器

第4周实验报告

05 触发器和寄存器

Verilog:时序逻辑电路描述(上)

实验:寄存器组(堆)

第5周实验报告

06 移位寄存器

Verilog:时序逻辑电路描述(中)

实验:流水灯和移位寄存器

第6周实验报告

07 计数器

Verilog:时序逻辑电路描述(下)

实验:计数器与分频器

第7周实验报告

08 彩灯控制器

Verilog:有限状态机

实验:彩灯控制器

第8周实验报告

09 多功能运算电路

实验:多功能运算电路

第9周实验报告

10 算术逻辑单元

实验:算术逻辑单元

第10周实验报告

11 数据通路

实验:数据通路

第11周实验报告

12 存储器

实验:存储器

第12周实验报告

13 微程序控制

实验:微程序控制

第13周实验报告

14 硬布线控制

实验:硬布线控制

第14周实验报告

15 认识RISC-V

实验:RISC-V指令和汇编

实验:RISC-V指令流水线【选做】

第15周实验报告

CPU设计选题A:RISC-V CPU设计

说明

起点:只有一条addi指令的RISC-V

支持Ⅰ型运算指令

添加数据存储器并实现store指令

实现load指令

支持R型运算指令

支持分支指令

扩展更多指令【选做】

实现流水线RISC-V【选做】

CPU设计选题C:JUC-II CPU的微程序设计

说明

熟悉微程序的设计和调试方法

双操作数指令的微程序设计与调试

条件转移指令的微程序设计与调试

移位指令的微程序设计与调试

[选做] 堆栈相关指令的微程序设计与调试

[选做] 中断系统的微程序设计与调试

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常见问题

Q :  本课程是完全线上的吗?

A :  本课程的所有教学资料(实验指导、实验材料、辅导视频等)均在慕课平台上,实验在远程FPGA实验平台完成,从这个意义上说,是可以完全线上的。

Q :  没有教材吗?

A :  没有纸质教材。实验指导等资料均在慕课平台发布。Verilog和SystemVerilog部分可以自己找参考书,本课程第1周的资料中也提供了一本简明教程。

江苏大学
2 位授课老师
肖铁军

肖铁军

教授

赵蕙

赵蕙

实验师

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