2023年計算機組成原理課程設計任務書修訂版

華中科技大學計算機學院［計算機組成原理］［課程設計任務書］課程設計任務書計算機組成原理是計算機專業(yè)的核心基礎課。本課程力圖以“培養(yǎng)學生現(xiàn)代計算機系統(tǒng)設計能力”為目的，貫徹“強調軟/硬件關聯(lián)與協(xié)同、以CPU設計為核心/層次化系統(tǒng)設計的組織思緒,有效地增強對學生的計算機系統(tǒng)設計能力的培養(yǎng)”。課程設計是學完該課程并進行了多個單元實驗后，綜合運用所學的理論知識,并結合在單元實驗中所積累的計算機部件設計和調試方法，設計出一臺具有自己指令系統(tǒng)的簡樸計算機系統(tǒng)。所設計的系統(tǒng)能在基于EDA的實驗平臺上運營一段程序，通過檢查程序結果的對的性來判斷所設計計算機系統(tǒng)對的性。課程設計屬于設計型實驗，不僅鍛煉學生簡樸計算機系統(tǒng)的設計能力，并且通過進行主機系統(tǒng)底層電路的實現(xiàn)、故障分析與定位、系統(tǒng)調式等環(huán)節(jié)的鍛煉,進一步提高了學生分析和解決問題的能力。1.課程設計題目課程設計的重要任務是設計一臺簡樸的計算機系統(tǒng),并調試通過。圍繞這一重要目的，課程設計的題目可以根據(jù)自己的設計內容、實現(xiàn)方式、所設計的計算機系統(tǒng)的結構從下列備選題中選取,也可以自己命題。1）基于微程序控制器的簡樸計算機系統(tǒng)設計與實現(xiàn)2）基于硬布線控制器的簡樸計算機系統(tǒng)設計與實現(xiàn)3）基于微程序控制和硬布線相結合的簡樸計算機系統(tǒng)設計與實現(xiàn)4）支持流水線的簡樸計算機系統(tǒng)設計與實現(xiàn)5）基于總線結構的簡樸計算機系統(tǒng)設計與實現(xiàn)6）基于專用通路結構的計算機系統(tǒng)設計與實現(xiàn)7）基于FPGA的簡樸計算機系統(tǒng)設計與實現(xiàn)2、簡樸計算機系統(tǒng)的設計目的計算機系統(tǒng)設計的總體目的是設計模型機系統(tǒng)的總體結構、指令系統(tǒng)和時序信號。運用EDA軟件對該模型機系統(tǒng)中的部件功能進行仿真分析和功能驗證后，將部分電路下載到FPGA,并與適當?shù)耐鈬骷ㄉ婕安糠中酒?、輸?輸出開關、LED顯示等）相配合，實現(xiàn)模型機的整機系統(tǒng)。規(guī)定所設計的整機系統(tǒng)能支持自動和單步運營方式，能對的地執(zhí)行存放在主存中的程序的功能，對重要的數(shù)據(jù)流和控制流通過LED適時顯示信息。3、重要技術指標1）支持算術運算、邏輯運算、存儲器讀寫、寄存器間數(shù)據(jù)傳送等幾類指令；2）支持立即數(shù)尋址、直接尋址、隱含尋址、寄存器尋址等幾種基本的數(shù)據(jù)尋址方式和順序尋址、跳躍尋址兩種指令的尋址方式；3）支持10條以上的指令；4）能運營由自己所是設計的指令系統(tǒng)構成的一段程序,程序執(zhí)行功能對的。4、系統(tǒng)設計規(guī)定1）根據(jù)課程設計指導書的規(guī)定，制定出設計方案；2）畫出自己所設計計算機系統(tǒng)的原理框圖和器件連接圖，分析器件連接圖中各器件不同引腳的功能，哪些可以固定連接，哪些需要通過微程序來控制，以及這些控制信號的有效形式；3）畫出各指令的指令周期流程圖和所需要的控制信號；4）設計出實現(xiàn)指令功能的微程序控制器或硬布線控制器；5）布線、調試、驗收；6）課程設計報告和總結。5.課程設計成績的評估1）評估成績根據(jù)考核、課程設計的過程、課程設計的效果、課程設計報告的質量等幾部分組成；2）評分標準為設計過程和結果占70%,報告和圖紙部分占30%;3）課程設計的成績評估等級為不及格、及格、中、良好、優(yōu)秀五級,具體的評估標準見評分規(guī)則；4）對基本功能進行擴展或設計具有非常鮮明的特性和一定限度的創(chuàng)新，可根據(jù)實際情況加分。6、對課程設計報告的規(guī)定1）課程設計報告是體現(xiàn)和總結課程設計成果的載體，重要內容涉及：設計題目、設計目的、設備器材、設計原理及內容、設計環(huán)節(jié)、碰到的問題及解決方法、設計總結、參考文獻等。2）在適當位置配合相應的實驗原理圖、數(shù)據(jù)通路圖、微程序流程圖、實驗接線圖、微指令代碼表等圖表進行說明。應做到文理通順，內容對的完整，書寫工整，裝訂整齊。3）設計總結部分重要寫本人工作簡介以及設計體會，涉及通過課程設計學到了什么，哪里碰到了困難，解決的辦法以及此后的目的。4）為統(tǒng)一格式和規(guī)定，課程設計報告一般采用《計算機組成原理》專用設計報告模板。采用A4紙雙面打印，除框圖外需附下載的設計圖以及微指令控制點圖。.特別強調1）不能帶電插拔導線！2）整個實驗過程中不能插拔下載電纜！3）不能插拔其它實驗臺上的FPGA芯片！.課程設計時間安排課程設計的總體時間為2周，總體安排如下：1）第一天:到實驗室布置任務和集中講解。2）第二天:學生自己設計，選擇并熟悉自己所要的芯片3）第三天:領取導線和芯片，進行芯片功能測試,在此基礎上修改完善原設計方案。4）第四天到第十天:實驗室調試調試、驗收（期間根據(jù)實際情況加開1?2個晚班）。驗收采用分步驗收方法，以適合各種層次的學生，不斷提高學生動手能力。分為:數(shù)據(jù)通路驗收，手動控制（單步）驗收，自動控制驗收，程序運營驗收，擴展功能驗收。參考文獻：[1]秦磊華，王小蘭.計算機組成原理實驗指導及課程設計指導書（基于EDA平臺）.武漢:華中科技大學出版社,2023年.[2]秦磊華，吳非，莫正坤.計算機組成原理.北京:清華大學出版社,2023年.[3]DAVIDA.PATTERSON（美）.計算機組成與設計硬件/軟件接口（原書第3版）.北京:機械工業(yè)出版社.2023年.[4]袁春風編著.計算機組成與系統(tǒng)結構.北京:清華大學出版社，2023年.15]張志剛，F(xiàn)PGA與SOPC設計教程一DE2實踐.西安：電子科技大學出版社,2023國內外外著名大學的相關網站：II]?cs61c/su08/⑵~cs150/sp()