基于FPGA的计算机组成原理教学实验平台的设计与开发

摘要

《计算机组成原理》是计算机专业本科教学的一门骨干课程，也是研究生入学考试的必考科目。该课程综合了计算机硬件、软件、数字电路、汇编语言程序设计等多科知识，因而理论性比较强；同时它又是一门实践性学科，通过大量的实验有助于学生更好的理解理论知识，掌握计算机系统各功能模块的工作原理。
　　为了提高教学质量，增强实验系统的功能，提高系统的灵活性，本课题采用先进的EDA技术，设计出一套基于FPG A的计算机组成原理实验平台，它包括硬件实验平台和软件实验平台。硬件实验平台主要用于完成下载及硬件仿真；软件实验平台主要完成数据通路宽度为8位的计算机系统设计。
　　教学实验平台的硬件环境由Altera公司提供的Cyclone II系列的FPGA芯片及外围电路构成。根据各个实验的具体要求，规划实验控制逻辑。用户通过所需的实验逻辑将程序下载到硬件实验平台构成所需的实验平台中。在完成硬件平台设计基础上，利用软件进行计算机系统的模块化设计。本课题完成了运算器模块、存储器模块、组合逻辑控制器模块的设计，使学生更好的掌握计算机系统工作原理，尤其是理解当前大规模计算机系统中所采用的组合逻辑控制器设计思路。
　　基于本科教学实践的课程设计环境下设计出的这套基于FPG A的教学实验平台，基本满足学生从入门到深入理解计算机工作原理的教学要求。同时本论文对开拓学生进行计算机组成原理自主实验设计方面具有十分重要的理论意义和现实指导意义。

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第一章 绪论

§1-1 计算机组成原理教学实验平台的研究背景

§1-2计算机组成原理教学实验平台的发展现状

§1-3论文的研究目的及其内容

§1-4 本文的组织结构

第二章 FPGA相关技术及其实验平台相关工具

§2-1 FPGA相关技术概述

§2-2 FPGA设计流程

§2-3 计算机组成实验平台介绍

§2-4 本章小结

第三章 教学实验系统软件平台的总体设计

§3-1计算机系统组成及其功能

§3-2教学实验平台软件平台的总体设计

§3-3本章小节

第四章 运算器模块的设计与实现

§4-1运算器概述

§4-2 运算器模块总体设计

§4-3 运算器模块详细设计

§4-4 本章小节

第五章 存储器模块的设计与实现

§5-1存储器概述

§5-2 存储器模块的总体设计

§5-3 存储器模块的详细设计

§5-4本章小结

第六章 组合逻辑控制器的设计与实现

§6-1组合逻辑控制器概述

§6-2指令系统设计

§6-3 时序与节拍形成电路设计

§6-4 指令分析机构设计

§6-5组合逻辑控制器模块调试

§6-6本章总结

第七章 整机设计与调试

§7-1其他辅助电路的设计

§7-2 总线上设备连接

§7-3 整机测试

§7-4 自主实验设计

§7-5 本章总结

第八章 总结和展望

§8-1 论文总结

§8-2 展望

参考文献

附录A

附录B

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果