计算机组成原理与系统结构实验指导书(第3版)
作者: 章复嘉 冯建文 包健 编著
出版时间:2022-12-02
出版社:高等教育出版社
- 高等教育出版社
- 9787040587777
- 3
- 458636
- 平装
- 16开
- 2022-12-02
- 780
- 548
本书是与“计算机组成原理”课程配套的实验指导书,提供三种架构模型计算机系统的设计教程。全书分为上、下两篇,上篇包含第1~4章,介绍Yy-Z02模型机的结构、虚拟仿真实验环境和7个实验项目;下篇包含第5~11章,介绍Verilog HDL语法、Vivado开发平台和自制FPGA实验设备等,提供ARM模型机实验项目和RISC-V架构模型机实验项目。三种架构的模型计算机实验皆可独立实施教学。本书实验项目与理论知识紧密结合,侧重教授计算机底层硬件系统设计方法,奠定软硬件结合构建系统的思想,培养学生融会贯通、灵活运用、解决复杂工程问题的能力。
前辅文
上篇 简单模型机虚拟仿真实验
第1章 Yy-Z02 模型机系统概述
1.1 Yy-Z02 模型机系统结构
1.1.1 概述
1.1.2 Yy-Z02 模型机的构成
1.2 Yy-Z02 模型机仿真软件概述
1.2.1 安装仿真软件
1.2.2 启动仿真软件
1.2.3 仿真软件的功能和使用方法
第2章 Yy-Z02 模型机指令系统
2.1 指令格式框架
2.2 寻址方式
2.3 指令系统设计
2.4 程序设计
第3章 Yy-Z02 模型机组成结构
3.1 运算器单元
3.1.1 运算器及进位和零标志控制电路
3.1.2 移位器及其控制电路
3.2 通用寄存器单元
3.3 存储器单元
3.4 输入输出单元
3.4.1 输入设备
3.4.2 输出设备
3.4.3 手动单元
3.5 中断控制
3.6 控制器
3.6.1 时钟单元
3.6.2 地址单元
3.6.3 指令单元
3.6.4 主控单元
3.6.5 微指令格式
3.6.6 模型机结构和数据通路
第4章 Yy-Z02 模型机实验项目
4.1 手工汇编并运行程序实验
4.2 子程序调用实验
4.3 单重可屏蔽硬中断实验
4.4 微程序流程图编制实验
4.5 微程序控制器认识实验
4.6 微程序控制器设计实验
4.7 动态微程序设计实验
下篇 基于FPGA 的RISC 结构模型机实验
第5章 计算机硬件设计、FPGA 与HDL
5.1 计算机硬件组成、设计与实现
5.2 FPGA
5.2.1 可编程逻辑器件(PLD)
5.2.2 FPGA 的基本结构
5.3 硬件描述语言HDL
5.3.1 VHDL
5.3.2 Verilog HDL
第6章 ARMv7 和RISC-V 架构简介
6.1 ARM 模型机和ARMv7 架构简介
6.1.1 ARMv7 指令集简介
6.1.2 ARMv7 寄存器使用约定
6.1.3 ARMv7 寻址方式
6.1.4 ARMv7 及以下架构的指令类型及指令格式
6.2 RISC-V 架构简介
6.2.1 RISC-V 指令集架构概述
6.2.2 RV32I 通用寄存器堆
6.2.3 RV32I 指令格式
6.2.4 RV32I 指令集
6.2.5 RV32I 寻址方式
第7章 Verilog HDL 基础
7.1 Verilog HDL 概述
7.1.1 数字电路设计方法
7.1.2 Verilog HDL 程序结构
7.2 Verilog HDL 的模块
7.2.1 模块的结构
7.2.2 模块的声明与内容
7.2.3 模块实例与调用
7.2.4 时间单位与时延
7.3 词法约定
7.3.1 标识符
7.3.2 关键字
7.3.3 注释
7.3.4 格式
7.4 数据类型
7.4.1 常量
7.4.2 变量
7.4.3 标量与向量
7.4.4 参数
7.5 表达式与操作符
7.5.1 表达式与操作数
7.5.2 操作符
7.5.3 操作符优先级
7.6 系统任务和函数
7.7 Verilog HDL 建模方式
7.7.1 建模方式概述
7.7.2 结构建模方式
7.7.3 数据流建模方式
7.7.4 行为建模方式
第8章 Vivado Design Suite 平台概述
8.1 Vivado Design Suite 平台
8.1.1 平台简介
8.1.2 平台功能
8.1.3 平台安装与使用
8.2 HDU-XL-01 教学开发板专用调试工具
8.3 项目开发流程
8.3.1 创建工程
8.3.2 编写代码
8.3.3 语法检查
8.3.4 编写测试代码与仿真
8.3.5 逻辑综合
8.3.6 查看电路
8.3.7 配置引脚
8.3.8 下载代码
8.3.9 板级调试
8.4 IP 核封装方法
第9章 RSIE-SPOC 教学方法和教学开发板
9.1 RSIE-SPOC 教学方法
9.2 HDU-XL-01 教学开发板简介
9.3 HDU-XL-01 教学开发板硬件系统
9.3.1 主芯片和FPGA 配置电路
9.3.2 电源模块
9.3.3 时钟模块
9.3.4 USB 编程接口和通信接口
9.4 I/O 设备及引脚配置方法
9.4.1 输入设备及引脚配置
9.4.2 输出设备及引脚配置
9.5 远程FPGA 实验平台概述
9.5.1 远程实验平台架构
9.5.2 远程实验平台的使用方法
9.6 实验流程与板卡检测
9.6.1 搭建实验环境
9.6.2 HDU-XL-01 板卡检测程序源代码
9.6.3 板卡检测流程和注意事项
第10章 ARM 模型机设计实验项目
10.1 桶形移位器设计实验
10.1.1 实验目的
10.1.2 实验原理与实验内容
10.1.3 实验要求
10.1.4 实验步骤
10.1.5 思考与探索
10.2 多功能ALU 设计及与桶形移位器连接实验
10.2.1 实验目的
10.2.2 实验原理与实验内容
10.2.3 实验要求
10.2.4 实验步骤
10.2.5 思考与探索
10.3 通用寄存器堆设计实验
10.3.1 实验目的
10.3.2 实验原理与实验内容
10.3.3 实验要求
10.3.4 实验步骤
10.3.5 思考与探索
10.4 程序状态寄存器堆设计实验
10.4.1 实验目的
10.4.2 实验原理与实验内容
10.4.3 实验要求
10.4.4 实验步骤
10.4.5 思考与探索
10.5 ARMv7 存储器设计实验
10.5.1 实验目的
10.5.2 实验原理与实验内容
10.5.3 实验要求
10.5.4 实验步骤
10.5.5 思考与探索
10.6 ARMv7 汇编器与模拟器实验
10.6.1 实验目的
10.6.2 实验原理与实验内容
10.6.3 实验要求
10.6.4 实验步骤
10.6.5 思考与探索
10.7 取指令数据通路设计实验
10.7.1 实验目的
10.7.2 实验原理与实验内容
10.7.3 实验要求
10.7.4 实验步骤
10.7.5 思考与探索
10.8 实现数据处理指令的CPU设计实验
10.8.1 实验目的
10.8.2 实验原理与实验内容
10.8.3 实验要求
10.8.4 实验步骤
10.8.5 思考与探索
10.9 实现状态寄存器访问指令的CPU 设计实验
10.9.1 实验目的
10.9.2 实验原理与实验内容
10.9.3 实验要求
10.9.4 实验步骤
10.9.5 思考与探索
10.10 实现分支跳转指令的CPU设计实验
10.10.1 实验目的
10.10.2 实验原理与实验内容
10.10.3 实验要求
10.10.4 实验步骤
10.10.5 思考与探索
10.11 实现单数据访存指令的CPU设计实验
10.11.1 实验目的
10.11.2 实验原理与实验内容
10.11.3 实验要求
10.11.4 实验步骤
10.11.5 思考与探索
10.12 实现块数据访存指令的CPU设计实验
10.12.1 实验目的
10.12.2 实验原理与实验内容
10.12.3 实验要求
10.12.4 实验步骤
10.12.5 思考与探索
10.13 irq 中断控制设计实验
10.13.1 实验目的
10.13.2 实验原理与实验内容
10.13.3 实验要求
10.13.4 实验步骤
10.13.5 思考与探索
10.14 中断抢占设计实验
10.14.1 实验目的
10.14.2 实验原理与实验内容
10.14.3 实验要求
10.14.4 实验步骤
10.14.5 思考与探索
第11章 RISC-V 模型机设计实验项目
11.1 加法器设计实验
11.1.1 实验目的
11.1.2 实验原理与实验内容
11.1.3 实验要求
11.1.4 实验步骤
11.1.5 思考与探索
11.2 超前进位加法器设计实验
11.2.1 实验目的
11.2.2 实验原理与实验内容
11.2.3 实验要求
11.2.4 实验步骤
11.2.5 思考与探索
11.3 多功能ALU 设计实验
11.3.1 实验目的
11.3.2 实验原理与实验内容
11.3.3 实验要求
11.3.4 实验步骤
11.3.5 思考与探索
11.4 寄存器堆与运算器设计实验
11.4.1 实验目的
11.4.2 实验原理与实验内容
11.4.3 实验要求
11.4.4 实验步骤
11.4.5 思考与探索
11.5 RISC-V 存储器设计实验
11.5.1 实验目的
11.5.2 实验原理与实验内容
11.5.3 实验要求
11.5.4 实验步骤
11.5.5 思考与探索
11.6 RISC-V 汇编器与模拟器实验
11.6.1 实验目的
11.6.2 实验原理与实验内容
11.6.3 实验要求
11.6.4 实验步骤
11.6.5 思考与探索
11.7 取指令及指令译码实验
11.7.1 实验目的
11.7.2 实验原理与实验内容
11.7.3 实验要求
11.7.4 实验步骤
11.7.5 思考与探索
11.8 实现运算及传送指令的CPU设计实验
11.8.1 实验目的
11.8.2 实验原理与实验内容
11.8.3 实验要求
11.8.4 实验步骤
11.8.5 思考与探索
11.9 实现访存指令的CPU 设计实验
11.9.1 实验目的
11.9.2 实验原理与实验内容
11.9.3 实验要求
11.9.4 实验步骤
11.9.5 思考与探索
11.10 实现转移指令的CPU 设计实验
11.10.1 实验目的
11.10.2 实验原理与实验内容
11.10.3 实验要求
11.10.4 实验步骤
11.10.5 思考与探索
11.11 实现37 条RV32I 指令集的CPU 设计实验
11.11.1 实验目的
11.11.2 实验原理与实验内容
11.11.3 实验要求
11.11.4 实验步骤
11.11.5 思考与探索
11.12 硬布线控制的CPU 设计实验
11.12.1 实验目的
11.12.2 实验原理与实验内容
11.12.3 实验要求
11.12.4 实验步骤
11.12.5 思考与探索
11.13 单重可屏蔽外部中断设计实验
11.13.1 实验目的
11.13.2 实验原理与实验内容
11.13.3 实验要求
11.13.4 实验步骤
11.13.5 思考与探索
附录A Nexys4 教学开发板
附录B 实验报告模板
参考文献