《計算機組成與設計實驗》是2015年4月15日清華大學出版社出版的圖書，作者是張澤生.
基本介紹
內容簡介,作者簡介,圖書目錄,
內容簡介
《計算機組成與設計實驗/21世紀大學本科計算機專業系列教材》共分為3章：第1章主要介紹積體電路發展與CPU設計；第2章主要介紹MIPS指令系統；第3章是實驗篇，前3個實驗主要講解通過對指令的總結和歸納來設計暫存器組、桶形移位器、ALU與ALU控制器，然後主要利用前3個實驗結果來設計單周期MIPS32位CPU、多周期MIPS32位CPU，最後3個實驗設計MIPS流水線CPU、ARM流水線CPU以及按自己設定的任務設計CPU，讀者可根據自己的興趣和能力選做其中的實驗。
作者簡介
張澤生，南京大學計算機科學與技術系高級工程師。主要研究方向為計算機系統結構、計算機自動化控制和單片機套用。承擔和參加多項計算機套用項目的硬體設計和底層軟體設計。指導的本科生創新課程項目“基於FPGA的MIPS32流水線處理器的設計與實現”榮獲2009年Altera亞洲創新設計大賽二等獎。從事“數字邏輯電路”、“數字邏輯電路實驗”、“微型計算機與接口”、“單片機套用”和“計算機組成原理與系統結構實驗”等課程教學30餘年。
圖書目錄
1.1積體電路的發展1
1.1.1標準晶片1
1.1.2可程式邏輯器件1
1.1.3定製晶片2
1.2CPU設計概述3
1.2.1暫存器組設計4
1.2.2桶形移位器設計5
1.2.3ALU部件設計6
1.2.4單周期CPU設計11
1.2.5多周期CPU設計13
1.2.6流水線CPU設計22
第2章MIPS指令描述23
2.1算術運算指令27
2.1.1add指令27
2.1.2addi指令27
2.1.3addiu指令28
2.1.4addu指令28
2.1.5clo指令28
2.1.6clz指令29
2.1.7div指令29
2.1.8divu指令30
2.1.9madd指令30
2.1.10maddu指令31
2.1.11msub指令31
2.1.12msubu指令31
2.1.13mul指令32
2.1.14mult指令32
2.1.15multu指令33
2.1.16slt指令33
2.1.17slti指令34
2.1.18sltiu指令34
2.1.19sltu指令35
2.1.20sub指令35
2.1.21subu指令36
2.1.22seb指令36
2.1.23seh指令36
目錄計算機組成與設計實驗2.2邏輯運算指令37
2.2.1and指令37
2.2.2andi指令37
2.2.3lui指令37
2.2.4nor指令38
2.2.5or指令38
2.2.6ori指令38
2.2.7xor指令38
2.2.8xori指令39
2.3移位指令39
2.3.1sll指令39
2.3.2sllv指令40
2.3.3sra指令40
2.3.4srav指令40
2.3.5srl指令41
2.3.6srlv指令41
2.3.7rotr指令42
2.3.8rotrv指令42
2.4分支跳轉指令43
2.4.1b指令43
2.4.2bal指令43
2.4.3beq指令43
2.4.4bgez指令44
2.4.5bgezal指令44
2.4.6bgtz指令45
2.4.7blez指令45
2.4.8bltz指令46
2.4.9bltzal指令46
2.4.10bne指令47
2.4.11j指令47
2.4.12jal指令48
2.4.13jalr指令48
2.4.14jalr.hb指令49
2.4.15jr指令49
2.4.16jr.hb指令50
2.5廢棄分支跳轉指令50
2.5.1beql指令50
2.5.2bgezall指令51
2.5.3bgezl指令51
2.5.4bgtzl指令52
2.5.5blezl指令53
2.5.6bltzall指令53
2.5.7bltzl指令54
2.5.8bnel指令54
2.6存取控制指令55
2.6.1lb指令55
2.6.2lbu指令55
2.6.3lh指令56
2.6.4lhu指令56
2.6.5ll指令57
2.6.6lw指令58
2.6.7lwl指令58
2.6.8lwr指令60
2.6.9sb指令61
2.6.10sc指令61
2.6.11sh指令62
2.6.12sw指令63
2.6.13swl指令63
2.6.14swr指令65
2.6.15pref指令66
2.6.16sync指令66
2.6.17synci指令67
2.7數據移動指令67
2.7.1mfhi指令67
2.7.2mflo指令68
2.7.3movn指令68
2.7.4movz指令68
2.7.5mthi指令69
2.7.6mtlo指令69
2.7.7rdhwr指令69
2.8指令控制指令70
2.8.1nop指令70
2.8.2ehb指令70
2.8.3pause指令71
2.8.4ssnop指令72
2.9自陷指令72
2.9.1break指令72
2.9.2syscall指令73
2.9.3teq指令73
2.9.4teqi指令73
2.9.5tge指令74
2.9.6tgei指令74
2.9.7tgeiu指令75
2.9.8tgeu指令75
2.9.9tlt指令75
2.9.10tlti指令76
2.9.11tltiu指令76
2.9.12tltu指令76
2.9.13tne指令77
2.9.14tnei指令77
2.10提取欄位指令78
2.10.1ext指令78
2.10.2ins指令78
2.10.3wsbh指令79
第3章實驗篇80
3.1實驗一暫存器組設計實驗80
3.1.1實驗目的80
3.1.2實驗設備80
3.1.3實驗原理圖80
3.1.4實驗任務81
3.1.5實驗步驟84
3.1.6實驗報告的要求84
3.1.7思考題85
3.1.8ARM32位CPU暫存器的定義與使用說明85
3.2實驗二32位桶形移位器設計實驗89
3.2.1實驗目的89
3.2.2實驗設備89
3.2.3實驗電路方框圖與電路原理圖89
3.2.4實驗任務91
3.2.5實驗步驟93
3.2.6實驗報告的要求93
3.2.7思考題93
3.2.8ARM體系結構中允許的移位方式94
3.3實驗三ALU與ALU控制器設計實驗95
3.3.1實驗目的95
3.3.2實驗設備95
3.3.3實驗任務95
3.3.4實驗原理與電路圖95
3.3.5實驗步驟99
3.3.6實驗報告的要求99
3.3.7思考題99
3.3.8在設計ARM32位CPU中運算器時應該考慮的問題99
3.4實驗四單周期CPU的設計實驗100
3.4.1實驗目的100
3.4.2實驗設備100
3.4.3實驗任務100
3.4.4實驗原理參考電路圖101
3.4.5實驗步驟102
3.4.6實驗報告的要求102
3.4.7思考題102
3.5實驗五多周期CPU的設計實驗102
3.5.1實驗目的102
3.5.2實驗設備103
3.5.3實驗任務103
3.5.4實驗原理電路圖與狀態圖104
3.5.5實驗步驟113
3.5.6實驗報告的要求113
3.5.7思考題114
3.6實驗六MIPS流水線CPU的設計實驗114
3.6.1實驗目的114
3.6.2實驗設備114
3.6.3實驗任務114
3.6.4實驗原理與電路圖115
3.6.5實驗步驟115
3.6.6實驗報告的要求115
3.6.7思考題115
3.7實驗七ARM流水線CPU的設計實驗116
3.7.1實驗目的116
3.7.2實驗設備116
3.7.3實驗任務116
3.7.4實驗步驟116
3.7.5實驗報告的要求116
3.7.6思考題116
3.8實驗八按自己設定的任務進行CPU的設計實驗117
3.8.1實驗目的117
3.8.2實驗設備117
3.8.3實驗任務117
3.8.4實驗步驟117
3.8.5實驗報告的要求117
3.8.6思考題117
參考文獻119
