2023年计算机组成原理课程设计任务书修订版.doc

[计算机组成原理]
[课程设计任务书]
华中科技大学 计算机学院

课程设计任务书
计算机组成原理是计算机专业的核心基础课。本课程力图以“培养学生现代计算机系统设计能力”为目的，贯彻“强调软/硬件关联与协同、以CPU设计为核心/层次化系统设计的组织思绪，有效地增强对学生的计算机系统设计能力的培养”。课程设计是学完该课程并进行了多个单元实验后，综合运用所学的理论知识，并结合在单元实验中所积累的计算机部件设计和调试方法，设计出一台具有自己指令系统的简朴计算机系统。所设计的系统能在基于EDA的实验平台上运营一段程序，通过检查程序结果的对的性来判断所设计计算机系统对的性。
课程设计属于设计型实验，不仅锻炼学生简朴计算机系统的设计能力，并且通过进行主机系统底层电路的实现、故障分析与定位、系统调式等环节的锻炼，进一步提高了学生分析和解决问题的能力。
1．课程设计题目
课程设计的重要任务是设计一台简朴的计算机系统，并调试通过。围绕这一重要目的，课程设计的题目可以根据自己的设计内容、实现方式、所设计的计算机系统的结构从下列备选题中选取，也可以自己命题。
1) 基于微程序控制器的简朴计算机系统设计与实现
2) 基于硬布线控制器的简朴计算机系统设计与实现
3) 基于微程序控制和硬布线相结合的简朴计算机系统设计与实现
4) 支持流水线的简朴计算机系统设计与实现
5) 基于总线结构的简朴计算机系统设计与实现
6) 基于专用通路结构的计算机系统设计与实现
7) 基于FPGA的简朴计算机系统设计与实现
2、简朴计算机系统的设计目的
计算机系统设计的总体目的是设计模型机系统的总体结构、指令系统和时序信号。运用EDA软件对该模型机系统中的部件功能进行仿真分析和功能验证后，将部分电路下载到FPGA，并与适当的外围器件(涉及部分芯片、输入/输出开关、LED显示等)相配合，实现模型机的整机系统。
规定所设计的整机系统能支持自动和单步运营方式，能对的地执行存放在主存中的程序的功能，对重要的数据流和控制流通过LED适时显示信息。
3、重要技术指标
1) 支持算术运算、逻辑运算、存储器读写、寄存器间数据传送等几类指令；
2) 支持立即数寻址、直接寻址、隐含寻址、寄存器寻址等几种基本的数据寻址方式和顺序寻址、跳跃寻址两种指令的寻址方式；
3) 支持10条以上的指令；
4) 能运营由自己所是设计的指令系统构成的一段程序，程序执行功能对的。
4、系统设计规定
1) 根据课程设计指导书的规定，制定出设计方案；
2) 画出自己所设计计算机系统的原理框图和器件连接图，分析器件连接图中各器件不同引脚的功能，哪些可以固定连接，哪些需要通过微程序来控制，以及这些控制信号的有效形式；
3) 画出各指令的指令周期流程图和所需要的控制信号；
4) 设计出实现指令功能的微程序控制器或硬布线控制器；
5) 布线、调试、验收；
6) 课程设计报告和总结。
5．课程设计成绩的评估
1) 评估成绩根据考核、课程设计的过程、课程设计的效果、课程设计报告的质量等几部分组成；
2) 评分标准为设计过程和结果占70%，报告和图纸部分占30%；
3) 课程设计的成绩评估等级为不及格、及格、中、良好、优秀五级，具体的评估标准见评分规则；
4) 对基本功能进行扩展或设计具有非常鲜明的特性和一定限度的创新，可根据实际情况加分。
6、对课程设计报告的规定
1) 课程设计报告是体现和总结课程设计成果的载体，重要内容涉及：设计题目、设计目的、设备器材、设计原理及内容、设计环节、碰到的问题及解决方法、设计总结、参考文献等。
2) 在适当位置配合相应的实验原理图、数据通路图、微程序流程图、实验接线图、微指令代码表等图表进行说明。应做到文理通顺，内容对的完整，书写工整，装订整齐。
3) 设计总结部分重要写本人工作简介以及设计体会，涉及通过课程设计学到了什么，哪里碰到了困难，解决的办法以及此后的目的。
4) 为统一格式和规定，课程设计报告一般采用《计算机组成原理》专用设计报告模板。采用A4纸双面打印，除框图外需附下载的设计图以及微指令控制点图。
7．特别强调
1) 不能带电插拔导线！
2) 整个实验过程中不能插拔下载电缆！
3) 不能插拔其它实验台上的FPGA芯片！
8．课程设计时间安排
课程设计的总体时间为2周，总体安排如下:
1) 第一天：到实验室布置任务和集中讲解。
2) 第二天：学生自己设计，选择并熟悉自己所要的芯片
3) 第三天：领取导线和芯片，进行芯片功能测试，在此基础上修改完善原设计方案。
4) 第四天到第十天：实验室调试调试、验收
(期间根据实际情况加开１～２个晚班)。
验收采用分步验收方法，以适合各种层次的学生，不断提高学生动手能力。分为：数据通路验收，手动控制（单步）验收，自动控制验收，程序运营验收，扩展功能验收。

参考文献:
[1] 秦磊华，王小兰. 计算机组成原理实验指导及课程设计指导书(基于EDA平台). 武汉：华中科技大学出版社，2023年.
[2] 秦磊华，吴非，莫正坤.计算机组成原理. 北京：清华大学出版社，2023年.
[3] DAVID A.PATTERSON(美).计算机组成与设计硬件/软件接口(原书第3版).北京：机械工业出版社. 2023年.
[4] 袁春风编著. 计算机组成与系统结构. 北京：清华大学出版社，2023年.
[5] 张志刚，FPGA 与SOPC 设计教程-DE2 实践. 西安：电子科技大学出版社，2023
国内外外著名大学的相关网站:
[1] ～cs61c/su08/
[2] ～cs150/sp09/
[3] ～cs152/sp09/
[4]
[5]
[6] ～ece447/
[7]
[8]
[9] Computer-Science/6-823Fall-2023/CourseHome/index.htm
[10]