基于VHDL之CPU设计与实践

随着大规模可编程逻辑器件的发展,EDA技术已成为硬件系统电路设计的重要手段。基于EDA技术的计算机组成原理整机实习通常在Quartus II仿真平台上实现。早期均采用Block Diagram的设计方式,虽然设计过程直观,但仿真调试困难,难以完全调试成功。本文研究了基于VHDL的灵活方便的CPU设计过程,该设计由取指、指令译码、指令执行、存储器接口、通用寄存器组和寄存器输出六个组成部分,最后通过调试软件直接观察寄存器的值来验证了设计的准确性。本研究方法对改革该课程的整机实习,发挥学生的主动能动性,提高学生的自主创造能力具有很好的指导意义和实际参考价值。     

基于FPGA的专用CPU的设计

简要介绍了专用CPU的组成及其工作原理,给出了基于Ahera公司的FPGA实现专用CPU的设计过程和电路结构。设计在QuartusⅡ软件中完成,并给出了仿真波形。该设计用FPGA实现,因此有许多优点,可以灵活地地扩展或修改ALU、寄存器文件等,可以很方便地转变为其他专用CPU。     

基于FPGA模型机的组合逻辑控制器

目前的模型机控制器大多采用微程序控制方式,而组合逻辑控制方式执行速度较快,在精简指令系统中被广泛应用。本文采用QuartusⅡ和Cyclone FPGA构建模型机的组合逻辑控制器。首先,通过设计模型机的指令系统、指令流程、控制信号等,列出各控制信号的逻辑表达式,并对逻辑表达式进行化简;其次,通过QuartusⅡ软件,利用原理图输入法设计组合逻辑控制器的指令译码器和组合逻辑电路模块,并搭配好各自的时序电路,形成完整的模型机控制器;最后把编译好的原理图文件下载到Altera DE2实验板上进行验证。此设计应用了可编程逻辑器件,提高了指令的执行速度,增强了设计的灵活性,且将该控制器与运算器等部件搭建,形成完整的模型机应用于计算机组成原理课程的实验教学中,能很好地提高学生的思维能力和动手能力。     

面向系统能力培养的计算机硬件实验教学设计

传统的计算机组成原理实验采用实验箱方式,效率低下,调试困难,可靠性差,学生难以理解硬件系统的内部结构和工作原理。本文提出使用Logisim虚实结合的仿真软件进行实验教学并在头歌平台发布实验,课程以培养学生现代计算机硬件系统设计能力为目标,贯彻强调软硬件关联与协同、以CPU设计为核心的层次化系统设计的组织思路,帮助提高学生的硬件思维和系统设计能力,促进实验教学模式的改革。     

“计算机组成原理”实验CPU设计方法研究

随着"计算机组成原理"课教学实验改革的进行,基于FPGA的CPU设计已成为"计算机组成原理"这门课程实验的组成部分。为帮助学生提高实验设计的成功率,探究了一种教学实验单周期CPU的设计方法。给出了数据通路和控制器的设计及CPU验证方法,使用Verilog语言、ModelSim和Vivado软件进行编码和仿真,最终下载到FPGA实验板上,完成了一个31条指令集的CPU设计。该方法已用于本科生的CPU设计实验中,取得了良好的效果。     

Quartus在计算机组成原理实践教学中的应用

讨论计算机组成原理课程中实践教学的现状,提出引入Quartus软件仿真技术提高学习和实验效果的新思路。描述Quartus仿真的具体设计过程,并给出其在组成原理实践教学中的应用实例。     

浅谈高校课程的改进和自主创新能力的培养

本文以<计算机组成原理>课程应结合CPU设计为例说明高校需要改进课程内容,加强自主创新能力的培养.     

基于MIPS处理器的外围接口应用实验设计

该实验设计集中了计算机组成原理、接口技术等在内的多种硬件知识,对学生理解和掌握计算机硬件基础知识并建立计算机整机概念非常有帮助。介绍了MIPS处理器、可编程并行接口芯片8255和定时器/计数器接口芯片8253的工作原理,介绍了实验设计的基本思路,介绍了使用Verilog硬件描述语言设计该实验的详细过程,同时给出了该实验在QuartusⅡ7.2软件环境下的仿真波形,并在Altera公司的FPGA芯片EP2C35F672C6和DE2教学开发板上进行了下载验证。实践证明:该设计能够稳定、可靠的工作。     

直接数字频率合成器的CPLD设计及QuartusⅡ与MATLAB联合仿真

介绍了直接数字频率合成器的组成及工作原理,采用硬件描述语言,运用Altera公司的FLEX10K系列器件设计了该系统,并通过QuartusⅡ与MATLAB软件对设计进行了联合仿真,验证了设计的正确性.     

基于Matlab/Simulink和GUI的运动控制系统虚拟实验平台设计

利用Matlab环境中的Simulink仿真工具箱和友好的GUI界面,设计和实现了运动控制系统课程的可视化虚拟实验平台的构建。该实验平台包含运动控制系统实验教学中典型的仿真模型和仿真实例分析,能够实现硬件实验所不能完成的项目,帮助学生更直观地理解运动控制系统的组成和工作原理,增强感性认识,培养学生的研究能力、综合应用能力和创新能力。     

基于FPGA的两相步进电机控制器设计

在介绍步进电机的控制原理及其工作原理的基础上,提出基于FPGA的步进电机正反转控制的设计方案,给出Verilog—HDL语言设计的两相步进电机的两相八拍工作方式的程序及其在QuartusⅡ进行仿真得到的结果。仿真结果表明,该设计控制灵活,易于调试。     

计算机组成原理实验多媒体cai仿真系统

利用软件技术构建硬件仿真环境是提高计算机硬件教学及实验效率的一条有效途径。计算机组成原理实验CAI仿真系统,使用语音、动画、图像等多媒体技术,实现了对计算机硬件,指令执行和运行状态等实验过程的动态模拟显示。系统直观、友好的交互界面,生动形象的模拟过程,既可用于实验教学,也为其他硬件课程仿真系统的实现提供了一些可以借鉴的技巧。     

面向计算机专业学生系统能力培养的探索

计算机专业的学生要求更多地关注计算系统的整体特性,培养自身计算机系统能力。本文分析了系统能力的内涵,并且从现状入手,从系统观角度出发,根据当前计算机专业学生在系统能力培养方面存在的问题,探索和研究计算机专业学生的系统能力培养,建立以计算机组成原理为核心的硬件课程群。     

计算机组成原理实验多媒体CAI仿真系统

利用软件技术构建硬件仿真环境是提高计算机硬件教学及实验效率的一条有效途径。计算机组成原理实验CAI仿真系统，使用语音、动画、图像等多媒体技术，实现了对计算机硬件，指令执行和运行状态等实验过程的动态模拟显示。系统直观、友好的交互界面，生动形象的模拟过程，既可用于实验教学，也为其他硬件课程仿真系统的实现提供了一些可以借鉴的技巧。     

基于MATLAB／GUI的数字通信系统虚拟实验平台的设计

利用MATLAB通信仿真工具和友好的GUI界面,设计和构建了数字通信系统课程的可视化虚拟实验平台。该实验平台包含了数字通信系统实验教学中典型的仿真实例分析,能实现硬件实验所不能完成的项目,可帮助学生更直观地理解数字通信系统的组成和工作原理,培养综合应用能力和创新能力。     

利用Tomasulo算法处理数据相关的流水线CPU设计

介绍了一种利用Tomasulo算法处理数据相关的四级流水线CPU的设计,为计算机组成与系统结构硬件实验提供了实验教学样例。阐明了使用的实验环境和技术原理及CPU的设计结构和组成,给出使用的指令系统,同时对CPU进行了功能和性能两方面的测试。设计样例在课程的实验教学中具有很高的应用价值。     

三支决策与OBE结合的计算机组成原理课程教学探究

针对计算机组成原理课程教学过程中存在的问题,将三支决策理论引入计算机组成原理教学领域,结合基于成果导向的教育模式（OBE）,提出了三支决策和OBE相结合的计算机组成原理课程教学模式（TWD-OBE）。将本科阶段计算机组成原理教学过程分为认知、提升和综合3个阶段,分别对应课堂教学、课程设计和国家级CPU设计大赛。在对教学内容进行重构的基础上,将MOOC资源分布到3个阶段中。在计算机组成原理教学中采用这种循序渐进的方式传授知识和技能,使学生具备设计和实现复杂模型的能力。     

EDA仿真在组成原理设计性实验中的应用

根据设计性实验的基本特征及对实验条件的要求,以Quaruts Ⅱ软件为例,对EDA仿真软件在组成原理设计性实验中的作用、仿真流程进行了研究与分析,对基于EDA仿真软件的组成原理实验数据冲突识别进行了探索.提出的思想对研究信息类课程设计性实验的教学模式、推动信息类课程设计性实验的普及具有意义.     

模型机的指令读取与执行流程

模型机的指令读取与执行流程．是《计算机组成原理与汇编语言程序设计》这门课程的重点和难点。本文通过模型机的数据通路、寻址方式、模型机的工作周期划分等方面的讲解，说明如何理解模型机的指令读取与执行流程，使学生建立计算机整机的概念，熟悉计算机的工作原理。     

计算机硬件仿真实验

本文阐述了在计算机上仿真完成存储器扩展、可编程并行接口、定时／计数器、串行通信、中断等实验。设计的指导思想是对芯片、器件、导线、CPU总线采用全逻辑仿真实现名部件的功能。这样的芯片级仿真允许使用者按不同需要组装实验模块，自行搭接线路，配合8086指令的仿真执行，显示出极大的灵活性。