计算机体系结构课程

课程改革趋势

课程内容与发展趋势:

本门课程属于计算机偏硬技术课程,针对计算机科学与技术、软件工程等专业高年级学生开设。主要讲授内容为:计算机系统结构、计算机指令集结构设计、流水线技术、指令级并行、存储层次结构、输入输出系统、多处理机等。结合计算机系统性能提升的技术路线及方法分析计算机体系结构的基本理论、基本技术和基本方法,在CPU技术日新月异的今天,采用最新计算机体系结构实例讲解课程内容成为重要的趋势。

推荐的课程改革思路:

教学中强调夯实基础,注重综合应用,减少重复。优化后的课程,使基础理论、分析方法、与现代科技新技术应用得到有机结合,突出反映科技发展的新成果和前沿内容,更具有实用性,利于学生能力的培养。采用启发式教学、引导式教学、讨论式教学、案例式教学等基于问题来解决问题的先进教学方法,促进研究生主动学习。

如今要真正地教好计算机体系结构这门课程,人们只有三个选择:一是x86(32位),它经历了多次变更,而且太难让大学里的学生理解学习;二是ARM,但它越来越复杂,也算不上严格意义上的RISC,而且内部的构架往往是商业机密;剩下的唯一选择就是MIPS体系结构了。选择合适的CPU内核,拥抱开放的架构及案例式讨论式教学是该课程及实验重要的发展趋势。

开课教师所面临的挑战:

  • 缺乏一个正在商用且开放的CPU核来进行课程讲解。

  • 缺乏完整的教学课件以及教材。

  • 后续延伸至操作系统等高阶内容的缺乏。

MIPSfpga

Imagination公司免费开源了正在商用的MIPS MicroAptiv 32位CPU核,能够完美运行在DIGILENT Nexys4-DDR开发板上。完整配套的教学材料将会向您展示作为计算机架构课程的一部分,如何让学生去使用这个处理器,并带领学生去探索一个商业的流水线处理器核心内部是如何运作,以及如何去在他们的项目中去使用这个核,特别在于如何有效地创造一个属于他们自己的SoC设计。更多详情请见:http://www.digilent.com.cn/news/54.html 

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Nexys4-DDR针对性实验内容包括:

  • · 数据通路设计

  • · 控制器设计

  • · 取指部件设计

  • · 译码部件设计

  • · 运算器设计

  • · 存储器设计

进阶SoC实验内容包括:

  • · MIPS32 微处理器的设计

  • · 基于MIPS32 微处理器的SoC设计

  • · 面向MIPS32 SoC平台的μcore微内核设计与移植

  • · 基于MIPS32 SoC平台的图像处理应用的设计等

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配套教材:

本教材以一种流行的方式介绍了从计算机组织和设计到更细节层次的内容,涵盖了数字逻辑设计的主要内容,展示了使用VHDL和Verilog这两种主要硬件描述语言设计MIPS处理器的技术细节,并通过MIPS微处理器的设计强化数字逻辑的概念。本书的典型特色是将数字逻辑和计算机体系结构融合,教学内容反映了当前数字电路设计的主流方法,并突出计算机体系结构的工程特点,书中的大量示例及习题也可以加强读者对基本概念和技术的理解和记忆。

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推荐开课平台

  • 推荐理由

    • 深度结合Imagination大学计划开源的microAptiv内核,这是一个正在被业界使用并制作成ASIC硅片的商用内核!对学生来说它真实存在,学生每天都会接触它,并且几乎和工业界保持同步
    • 与Nexys4 DDR一同提供给老师的起步报包含microAptiv微处理器及起步所需的所有元件。其中有详细的使用指南,来指导你对可编程门阵列中正在运行的CPU进行检查,以对它进行编译。指南中也给出了在Nexys4 DDR平台使用的实际案例,Nexys4 DDR是目前唯一一款支持MIPSfpga课程的XILINX平台开发板
    • 完整的中文教材将于4月中旬正式发布
    • 很快还将支持在配置完成的CPU上跑通Linux系统

课程共建申请

“DIGILENT中国院校”计划为开课教师提供包括课程设计、结合实际工业应用的工程师专题授课、创新动手实验指导等多种形式的“校企深度课程共建项目”。您可通过下方按钮申请该课程共建项目。

校企深度课程共建申请