計算機系統套用教程

《計算機系統套用教程》是2021年電子工業出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：計算機系統套用教程
• 作者：成潔
• 出版社：電子工業出版社
• 出版時間：2021年9月
• ISBN：9787121420238

內容簡介

本書從數字電路與數字邏輯課程的組合邏輯、時序邏輯電路的設計開始，逐步構建計算機組成與體系結構及相關課程中的運算器、存儲器和控制器，實現基於MIPS指令集的CPU。 本書採用Verilog HDL，以Vivado軟體為EDA工具，在Xilinx FPGA平台上進行實驗驗證和設計，讓讀者掌握硬體功能的仿真與測試方法，具備計算機系統的設計能力。 全書共5章，包括：EDA基礎和龍芯中科LS-CPU-EXB實驗系統介紹，數字邏輯與數字電路實踐，計算機組成原理實踐，計算機體系結構實踐，計算機組成與體系結構實踐。附錄簡單介紹了Icarus Verilog開發環境及使用、Verilog HDL語法，給出了引腳對應關係表和部分MIPS指令。 本書可作為高等院校計算機類、電子信息類各專業的教材，也可供其他理工科專業選用或相關技術人員參考。

圖書目錄

目 錄

第1章 EDA基礎和實驗系統 1

1.1 EDA簡介 1

1.2 Verilog HDL簡介 1

1.3 Vivado安裝及使用說明 3

1.3.1 Vivado安裝說明 3

1.3.2 Vivado使用說明 9

1.4 LCD觸控螢幕調用方法 27

1.5 實驗系統 33

第2章 數字邏輯與數字電路實踐 40

2.1 三人表決電路實驗 40

2.1.1 實驗類別 40

2.1.2 實驗目的 40

2.1.3 實驗原理 40

2.1.4 實驗內容和要求 40

2.1.5 實驗步驟 41

2.1.6 可研究與探索的問題 46

2.1.7 原始碼 47

2.2 數據選擇器實驗 47

2.2.1 實驗類別 47

2.2.2 實驗目的 47

2.2.3 實驗原理 47

2.2.4 實驗內容和要求 47

2.2.5 實驗步驟 48

2.2.6 可研究與探索的問題 49

2.2.7 原始碼 49

2.3 半加器和全加器實驗 50

2.3.1 實驗類別 50

2.3.2 實驗目的 50

2.3.3 實驗原理 50

2.3.4 實驗內容和要求 50

2.3.5 半加器實驗步驟 51

2.3.6 全加器實驗步驟 52

2.3.7 可研究與探索的問題 55

2.3.8 原始碼 55

2.4 七段數碼顯示解碼器實驗 55

2.4.1 實驗類別 55

2.4.2 實驗目的 55

2.4.3 實驗原理 56

2.4.4 實驗內容和要求 56

2.4.5 實驗步驟 58

2.4.6 可研究與探索的問題 59

2.4.7 原始碼 59

2.5 計數器實驗 60

2.5.1 實驗類別 60

2.5.2 實驗目的 60

2.5.3 實驗原理 60

2.5.4 實驗內容和要求 60

2.5.5 實驗步驟 61

2.5.6 可研究與探索的問題 63

2.5.7 原始碼 63

2.6 移位暫存器實驗 64

2.6.1 實驗類別 64

2.6.2 實驗目的 64

2.6.3 實驗原理 64

2.6.4 實驗內容和要求 64

2.6.5 實驗步驟（方案二） 66

2.6.6 可研究與探索的問題 68

2.6.7 原始碼（實驗設計方案二） 68

2.7 序列信號發生器實驗 73

2.7.1 實驗類別 73

2.7.2 實驗目的 73

2.7.3 實驗原理 74

2.7.4 實驗內容和要求 74

2.7.5 可研究與探索的問題 76

2.8 序列檢測器實驗 76

2.8.1 實驗類別 76

2.8.2 實驗目的 76

2.8.3 實驗原理 76

2.8.4 實驗內容和要求 77

2.8.5 可研究與探索的問題 78

2.9 數字鐘實驗 78

2.9.1 實驗類別 78

2.9.2 實驗目的 78

2.9.3 實驗原理 79

2.9.4 實驗內容和要求 79

2.9.5 可研究與探索的問題 80

2.10 交通燈控制器實驗 80

2.10.1 實驗類別 80

2.10.2 實驗目的 80

2.10.3 實驗原理 80

2.10.4 實驗內容和要求 80

2.10.5 可研究與探索的問題 82

第3章 計算機組成原理實踐 83

3.1 32位算術邏輯運算器實驗 83

3.1.1 實驗類型 83

3.1.2 實驗目的 83

3.1.3 實驗原理 83

3.1.4 實驗內容和要求 84

3.1.5 可研究與探索的問題 85

3.2 存儲器實驗 85

3.2.1 實驗類別 85

3.2.2 實驗目的 85

3.2.3 實驗原理 85

3.2.4 實驗內容和要求 87

3.2.5 建議的實驗步驟 87

3.2.6 可研究與探索的問題 89

3.3 指令系統實驗 89

3.3.1 實驗類別 89

3.3.2 實驗目的 89

3.3.3 實驗原理 89

3.3.4 實驗內容和要求 90

3.3.5 可研究與探索的問題 90

3.4 單周期CPU實驗 90

3.4.1 實驗類別 91

3.4.2 實驗目的 91

3.4.3 實驗原理 91

3.4.4 實驗內容和要求 92

3.4.5 可研究與探索的問題 92

3.5 多周期CPU實驗 93

3.5.1 實驗類別 93

3.5.2 實驗目的 93

3.5.3 實驗原理 93

3.5.4 實驗內容和要求 94

3.5.5 可研究與探索的問題 95

3.6 中斷實驗 95

3.6.1 實驗類別 95

3.6.2 實驗目的 95

3.6.3 實驗原理 95

3.6.4 實驗內容和要求 96

3.6.5 可研究與探索的問題 97

第4章 計算機體系結構實踐 98

4.1 流水線CPU設計 98

4.1.1 實驗類別 98

4.1.2 實驗目的 98

4.1.3 實驗原理 99

4.1.4 實驗內容和要求 103

4.1.5 實驗步驟 104

4.1.6 可研究與探索的問題 110

4.2 流水線帶Cache的CPU設計 110

4.2.1 實驗類別 110

4.2.2 實驗目的 110

4.2.3 實驗原理 110

4.2.4 實驗內容和要求 112

4.2.5 可研究與探索的問題 113

第5章 計算機組成與體系結構實踐 114

5.1 ALU實驗 114

5.1.1 實驗類型 114

5.1.2 實驗目的 114

5.1.3 實驗原理 114

5.1.4 實驗內容和要求 115

5.1.5 實驗步驟 116

5.1.6 可研究與探索的問題 124

5.1.7 原始碼 125

5.2 存儲器實驗 130

5.2.1 實驗類型 130

5.2.2 實驗目的 130

5.2.3 實驗原理 130

5.2.4 實驗內容和要求 131

5.2.5 FPGA中ROM定製與讀出實驗步驟 131

5.5.6 FPGA的RAM定製與讀寫實驗 137

5.2.7 可研究與探索的問題 139

5.2.8 原始碼 140

5.3 多周期控制器實驗 144

5.3.1 實驗類型 144

5.3.2 實驗目的 144

5.3.3 實驗原理 144

5.3.4 實驗內容和要求 145

5.3.5 實驗步驟 146

5.3.6 可研究與探索的問題 148

5.3.7 原始碼 148

5.4 多周期CPU實驗 153

5.4.1 實驗類型 153

5.4.2 實驗目的 153

5.4.3 實驗原理 153

5.4.4 實驗內容和要求 155

5.4.5 實驗步驟 156

5.4.6 可研究與探索的問題 157

5.4.7 原始碼 157

附錄A Icarus Verilog開發環境及使用 161

A.1 Icarus Verilog的安裝 161

A.2 Icarus Verilog環境變數設定 162

A.3 Icarus Verilog的使用 163

附錄B Verilog HDL語法簡介 171

B.1 Verilog HDL基本結構 171

B.2 數據類型及常量、變數 173

B.3 運算符 175

B.4 語句 176

B.5 編譯預處理語句 182

B.6 測試台、系統任務和函式 183

附錄C 實驗報告 185

附錄D 引腳對應關係表 188

附錄E MIPS指令 193

參考文獻 203

作者簡介

成潔，女，湘潭大學計算機學院教師，湖南省線上線下混合式一流課程《計算機組成與體系結構》負責人，湘潭大學精品線上開放課程《計算機組成與體系結構》負責人。