计算机组成与CPU设计实验
计算机组成与CPU设计实验
5000+ 人选课
更新日期:2025/05/09
开课时间2025/02/16 - 2025/07/12
课程周期21 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介

信息技术在当今社会发挥着越来越重要的作用,CPU作为核心技术之一,它的结构原理是计算机领域从业人员必备的专业基础知识。课程以行业先进且极具发展潜力的开放RISC-V为CPU设计的目标,从基本的逻辑电路设计开始,逐步构成计算机部件,最终汇聚为CPU。课程配套远程FPGA实验平台,学习者通过浏览器操作云端真实实验板,与慕课平台配合实现完全线上的硬件实验教学。


通过课程的学习和训练,可以基本掌握Verilog/SystemVerilog硬件描述语言,能够用硬件描述语言设计逻辑电路和计算机部件,从设计的角度深刻理解CPU硬件结构和指令系统之间的内在联系,了解计算机的组织结构和工作原理;在完成设计挑战的同时,提升动手能力和分析问题、解决问题的能力,培养自主学习的钻研精神和创新意识,了解芯片行业生态,树立科技强国的使命担当。


本课程采用“范例-任务”教学法,每一个实验项目都经过精心的设计,先给出一个参考范例,再布置一个相关的设计任务,配合视频讲解和演示;实验项目之间环环相扣、循序渐进,像搭积木一样逐渐完成CPU设计。本课程内容可用作《计算机组成原理》、《数字逻辑电路》等课程配套的实验和课程设计;低起点、高落点的实验设计,使得该课程也适用于对CPU感兴趣的社会学习者。

课程大纲
设计工具与实验环境
1.1 课程介绍
1.2 Verilog/SystemVerilog语法概要
1.3 Quartus设计流程
1.4 FPGA验证流程
组合逻辑电路的Verilog描述
2.1 组合逻辑电路的 Verilog描述
2.2 三态门和多路器实验
2.3 七段译码器实验
时序逻辑电路的Verilog描述
3.1 时序逻辑电路的Verilog描述
3.2 寄存器组(堆)实验
3.3 流水灯与移位寄存器实验
3.4 计数器与分频器实验
3.5 有限状态机的Verilog HDL描述
3.6 彩灯控制器实验
计算机组成实验
4.1 加减运算电路实验
4.2 算术逻辑单元实验
4.3 数据通路实验
4.4 控制器实验
4.5 存储器实验
4.6 RISC-V指令系统实验
4.7 RISC-V微架构实验
单周期RISC-V CPU设计
5.1 实现addi指令
5.2 实现整数运算指令
5.3 实现访存指令
5.4 实现分支指令
5.5 支持27条指令
5.6 单周期RISC-V实速测试
流水线RISC-V CPU设计
6.1 只有一条addi指令的流水线RISC-V
6.2 初步实现流水线
6.3 解决流水线数据冲突
6.4 解决流水线控制冲突
6.5 流水线RISC-V实速测试