計算機系統結構實驗指導

內容簡介

本書按照課程培養目標進行CPU的最佳化實驗，在FPGA開發板上對基本硬體電路、CPU各個基礎模組、單周期CPU以及多周期CPU的實現等基礎上，著重介紹如何對CPU進行最佳化，以及如何設計流水線CPU，並依次實現多功能靜態流水線CPU、多功能動態流水線CPU，以及三級存儲體系。全書共分為4篇：第1篇（第1章）為環境篇；第2篇（第2章）為工具軟體篇；第3篇（第3～6章）為套用篇；第4篇（第7章）為綜合套用篇。本書提供了大量的實驗代碼，均在相關知識點後面，以便讀者進行學習和測試。本書可作為高等院校計算機、軟體工程專業高年級本科生、研究生的教材，也可作為對UML比較熟悉並且對軟體建模有所了解的開發人員、相關科技工作者和研究人員的參考用書。

圖書目錄

第1篇環境篇

第1章實驗軟體環境的安裝與配置3

1.1ModelSim的安裝配置3

1.2Vivado的安裝配置7

1.3Vivado和ModelSim關聯13

第2篇工具軟體篇

第2章工具軟體的主要功能19

2.1Xilinx FPGA器件19

2.2Vivado設計流程20

2.2.1利用Vivado進行功能仿真22

2.2.2設計綜合25

2.2.3工程實現27

2.3ModelSim基本使用29

2.3.1新建ModelSim庫30

2.3.2創建工程31

第3篇套用篇

第3章單周期CPU的設計與實現35

3.1實驗介紹35

3.2總體設計35

3.2.1指令格式35

3.2.2總體數據通路38

3.3主要模組設計40

第4章簡單的流水線CPU設計47

4.1實驗內容47

4.2實現目標47

4.3流水線CPU介紹與設計47

4.3.1CPU頂層視圖47

4.3.2指令集47

4.3.3五級流水線49

第5章靜態流水線的設計、分析與驗證64

5.1靜態流水線的基本原理64

5.2實驗介紹65

5.3實驗設計66

5.3.1靜態流水線的總體結構66

5.3.2總體架構部件的解釋說明68

5.3.3實驗仿真過程波形圖及某時刻暫存器值的物理意義87

5.4實驗驗證88

5.4.1算法流程圖88

5.4.2彙編程式89

5.5流水線的性能指標定性分析（包括吞吐率、加速比、效率及

相關與衝突分析）90

第6章動態流水線的設計、分析與驗證94

6.1動態流水線的基本原理94

6.2實驗介紹95

6.3實驗設計95

6.3.1動態流水線的總體結構96

6.3.2實驗仿真過程波形圖及某時刻暫存器值的物理意義116

6.4實驗驗證116

6.4.1算法流程圖116

6.4.2彙編程式118

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基本介紹

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