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1、计算机组成与系统结构课程设计教学大纲课程名称：计算机组成与系统结构课程设计课程编号：0809913012设计周数：1周设计学分：1开设学期：5适用专业：计算机科学与技术先修课程：计算机组成原理与系统结构一、目的和意义利用已有的计算机组成原理知识，以及对计算机系统结构的初步学习，设计一个完整的 CPU体系结构(包括指令系统、寻址方式、数据表示、寄存器结构、存储系统和流水线结构 等)。熟练掌握VHDL硬件描述语言，对CPU的各个功能模块进行代码编写，并学会将各个功 能部分组织连接成一个完整CPU体系结构。学会利用先进的硬件设计工具软件(如MAXPLUS II、QUARTUS)对程序进行模拟和调试。
2、并熟练掌握FPGA-C序芯片在“川-Ml开放式CPU实 验教学系统”上的调试方法。二、课程设计任务及要求课题一CPU指令设计利用JM-M1组成与系统结构实验系统，设计并实现基本模型机。设计中，简单的有无cache无pipel ine的由各个部件ALU、MEM、control ler等搭建起 来的CPU。软件环境：FPGA-CPU设计平台能够支持下载到FPGA中的CPU的单步调试和连续运行。 用户用VHDL编写CPU,代码通过编译之后，可以下载到设计平台上的FPGA芯片中。FPGA-CPU 的运行通过执行预先写到外部存储器中的程序来实现。使用JM-M1模式一上端软件程序控制 对外部存储器的读写操
3、作，并能监控FPGA-CPU的状态和通过设置断点调试FPGA-CPU正在执 行的程序。这套实验环境为实验者提供了最大的自由度来写出具有自己风格的CPU软核，并 在测试运行平台上调试和运行。硬件环境：整个硬件平台主要有PC监控系统、外部程序存储器、FPGA-CPU及其下载相 关电路，以及控制电路组成。其中PC监控系统主要是由监控软件川-Ml模式一上端软件及 相关通信接口等构成，提供一整套的运行和调试功能。具体要求：R0=25, Rl=6,结果（150）存放在R3中。课题二内存访问设计利用JM-M1组成与系统结构实验系统，设计并实现带移位运算的模型机。设计中，简单的有无cache无pipeline
4、的由各个部件ALU、MEM、controller等搭建起 来的CPU。软件环境：FPGA-CPU设计平台能够支持下载到FPGA中的CPU的单步调试和连续运行。 用户用VHDL编写CPU,代码通过编译之后，可以下载到设计平台上的FPGA芯片中。FPGA-CPU 的运行通过执行预先写到外部存储器中的程序来实现。使用JM-Ml模式一上端软件程序控制 对外部存储器的读写操作,并能监控FPGA-CPU的状态和通过设置断点调试FPGA-CPU正在执 行的程序。这套实验环境为实脸者提供了最大的自由度来写出具有自己风格的CPU软核，并 在测试运行平台上调试和运行。硬件环境：整个硬件平台主要有PC监控系统、外部
5、程序存储器、FPGA-CPU及其下载相 关电路，以及控制电路组成。其中PC监控系统主要是由监控软件JM-M1模式一上端软件及 相关通信接口等构成，提供一整套的运行和调试功能。具体要求：将32（）存至I Ox】1F0x100,将160取出，存到0x020F0x0200。三、时间安排四、课程设计报告要求序号内容时间（学时/天/周）1复习相关理论知识或查阅资料，充分了解各项设计要求；2学时2参照有关电路资料，设计出模型机数据通路原理图，并在 组成原理实验教学系统上进行实验接线；4学时3将设计好的机器指令对应的微代码正确输入2816中，并 校验是否正确；5学时4利用所提供的机器指令编写机器指令程序，装
6、入MAIN MEM,并校验是否正确；4学时5单步运行该程序，运行结束后，检查运行结果是否和理论 值一致；3学时6绘图并撰写课程设计报告。2学时合计20学时独立完成,认真书写课程设计报告，要求如下：1 .课程设计目的2 .课程设计使用的设备和开发环境3 .课程设计要求4 .课程设计原理5 .课程设计内容及分析（硬件电路设计、微程序设计、程序设计）6 .运行结果及分析7 .课程设计结果分析及心得体会五、考核方法及成绩评定1、教学形式：学生自己实践为主，讲授、指导为辅。2、考核方式：课程设计成绩评定的依据有课程设计报告、设计实物及考勤登记表，其 中平时成绩占总成绩的20阮课程设计报告和设计实物各占4
7、0%。主要分以下几个等级：优秀：学生在规定时间内独立进行电路设计并调试正确，实验报告内容详细，字迹清晰。良好：学生经教师启发后在规定时间内完成电路设计并调试正确，实验报告内容完整, 字迹端正。中：学生经教师指导后在规定时间内完成电路设计并调试正确，实验报告内容完整。及格：学生经教师帮助后在规定时间内完成电路设计并正常工作，实验报告内容略有欠 缺。不及格：学生经教师帮助后仍未在规定时间内完成任务或调试不出结果，且无法判断出 原因。六、教材及参考书序号书名编者出版社版本1JM-M1组成与系统结构实验 系统实验指导书北京华清方辰科 技发展有限公司20162计算机组成与结构王爱英清华大学出版社20073计算机组成与结构唐锐人民邮电出版社2006计算机组成与体系结构白中英科学出版社2006七、其他说明