計算機硬體系統設計

課程概述

本課程設計的系列原創的虛擬仿真實驗有效克服了傳統計算機硬體實驗平台和實驗體系的不足，無需任何硬體實驗平台，突破了傳統硬體實驗對實驗場地和實驗平台的約束，課內課外相結合，特別適合線上線下開展。遵循層次化、遞進化、系統化的思想，利用簡單易學的虛擬仿真實驗平台，採用最直觀的構建原理圖的方式，讓學生從門電路開始逐步設計組合邏輯、時序邏輯、運算器、存儲系統、數據通路和控制器、流水控制邏輯直至完整的MIPS CPU來深入理解計算機系統，大大加深硬體系列課程的理解。計算機相關專業同學在學習《數字邏輯》、《計算機組成原理》、《計算機組織與結構》、《計算機系統結構》時可配套本課程的部分或全部內容進行輔助學習，可大大提升相關課程學習效果。

課程成果從2014年開始逐步套用在我院《數字邏輯》、《邏輯與計算機設計基礎》、《計算機組成原理》、《硬體綜合訓練》、《計算機組成原理課程設計》等課程的實踐教學中，受到了廣大師生的一致好評，相關實驗課堂多次被評為學生最滿意課堂，四次獲得校優秀課程設計，四次校優秀課程實驗，2018年獲華中科技大學實驗技術成果獎一等獎。先後主辦過5次實驗教學導教班，來自全國約110所兄弟院校近300位教師學習了課程實驗教學模式、目前多所院校採用了本課程的相關實驗方案。

課程大綱

1、課程導學與實驗環境

1.0 《計算機硬體系統設計》課程導學

1.3 Logisim中的震盪現象

1.6 Logisim作品秀《五級流水CPU+作業系統+應用程式》

1.4 Logisim常用組件庫

1.1 一小時玩轉Logisim

1.5 Logisim新手實驗(★★★)

1.2 Logisim中的延遲與險象

實驗工具知識測試

2 數字邏輯基礎實驗 (數字邏輯)

2.1 組合邏輯電路設計

2.2 同步時序電路設計

2.3 小型數字系統設計

數字邏輯知識測試

3 數據表示實驗 (組成原理)

3.1 漢字編碼實驗

3.2 奇偶校驗套用實驗 RAID控制器(建設中)

3.3 海明編碼設計實驗

3.4 CRC編碼設計實驗

3.5 編碼流水傳輸實驗

數據表示單元測驗

4 運算器設計(組成原理)

4.1 運算器實驗基本框架

4.2 快速加法器實驗

4.3 32位ALU設計實驗

4.4 陣列乘法器以及乘法流水線設計

4.5 原碼一位乘法器設計

4.6 補碼一位乘法器設計

運算器單元測試

5 存儲系統設計(組成原理)

5.1 存儲系統實驗框架

5.2 漢字字型檔存儲擴展實驗

5.3 MIPS RAM設計

5.4 MIPS暫存器檔案設計

5.5 Cache映射機制與邏輯實現

5.6 硬體cache機制設計設計實驗

存儲系統單元測試

6 MIPS CPU設計(組成原理)

6.1 單周期MIPS架構

6.2 多周期MIPS架構

計算機硬體系統設計

基本介紹

課程概述

課程大綱

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