计算机系统设计——基于FPGA的RISC微处理器设计与实现

初阶

完成对学生计算机系统能力和系统思维的培养。

5分 课程好评榜    第7 更新: 近三个月

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学完本课程,您将掌握:

  • 计算机系统能力和系统思维的培养

适合人群:

计算机专业学生或相关从业人员

课程目标:

完成对学生计算机系统能力和系统思维的培养。

课程简介:

本课程以基于MIPS 32位指令集的微处理器MiniMIPS32为设计目标,讲授主流RISC流水线微处理器的设计与实现的方法、步骤与技巧。整个课程将讲解处理器微架构设计,数据通路的设计与实现,流水线设计与优化,软件环境与测试环境的搭建以及基于Digilent FPGA开发板的板级设计等几方面内容,知识点覆盖之前的数字逻辑设计,计算机组成原理,计算机体系结构三门课程,实现对着三门课程的贯穿式教学,完成对学生计算机系统能力和系统思维的培养。

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课程大纲-计算机系统设计——基于FPGA的RISC微处理器设计与实现

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  • 第1章 计算机系统设计绪论

    1小时11分钟3节

  • 1-1

    计算机系统概述 本知识点首先给出计算机系统层次结构;然后介绍计算机硬件系统,即冯诺依曼计算机,并对处理器、存储器和外设三个模块展开讨论;最后,对软件系统进行简要介绍。

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    [33:13] 开始学习
  • 1-2

    计算机系统的评价指标 本知识点将从性能、成本、功耗三个指标出发,讲述如何对一个计算机系统设计的优劣进行综合的评估,并给出各个指标的计算方法和公式

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    [32:12] 开始学习
  • 1-3

    目标处理器MiniMIPS32和原型系统MiniMI 本知识点将对本课程中所设计的MiniMIPS32处理器和基于该处理器的原型系统MiniMIPS32_MicroSyS的特点、组成、整体结构进行概述,并明确后续的设计目标。

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    [06:00] 开始学习
  • 第2章 MiniMIPS32微处理器的指令集体系结构

    2小时59分钟8节

  • 2-1

    指令集体系结构概述 本知识点首先讨论指令集体系结构的概念和所包含的内容,并给出其与微结构的区别;然后着重讨论RISC和CISC两个指令集体系结构的特点;最后,对当前著名的5中指令集分别进行了介绍。

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    [35:20] 开始学习
  • 2-2

    寄存器概述 本知识点对于MiniMIPS32处理器的指令集体系结构中所包含的寄存器结构进行了概述,设计通用寄存器、特殊寄存器和CP0寄存器。

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    [21:47] 开始学习
  • 2-3

    存储空间的编址方式 本知识点重点讨论了MiniMIPS32指令集体系结构中的存储空间编址方式,主要涉及两种字节序的区别与地址对齐。

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    [09:22] 开始学习
  • 2-4

    指令格式 本知识点重点讨论了MiniMIPS32指令集体系结构中的3种指令格式(即R-型指令、I-型指令和J-型指令)的特点和指令字中各个字段的含义

    「仅限付费用户」点击下载“指令格式.pptx”

    [07:10] 开始学习
  • 2-5

    指令集(上) 本知识点重点讲述了MiniMIPS32处理器的指令集中各种指令的编码及具体功能,这些指令包括:运算指令、访存指令、转移指令、协处理器指令和异常相关指令。

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    [40:42] 开始学习
  • 2-6

    指令集(下) 本知识点重点讲述了MiniMIPS32处理器的指令集中各种指令的编码及具体功能,这些指令包括:运算指令、访存指令、转移指令、协处理器指令和异常相关指令。

    「仅限付费用户」点击下载“指令集(下).pptx”

    [43:14] 开始学习
  • 2-7

    指令的寻址方式 本知识点将分操作数寻址和指令寻址分别讨论了MiniMIPS32指令集体系结构中常见的寻址方式,包括基址寻址、PC相对寻址、伪直接寻址等

    「仅限付费用户」点击下载“指令的寻址方式.pptx”

    [06:54] 开始学习
  • 2-8

    操作模式和异常处理 本知识点首先讨论MiniMIPS32指令集体系结构中保护模式;然后,给出了MiniMIPS32指令集体系结构中的异常处理流程。

    「仅限付费用户」点击下载“操作模式和异常处理.pptx”

    [15:06] 开始学习
  • 第3章 MiniMIPS32程序的机器级表示

    2小时53分钟7节

  • 3-1

    从C程序到可执行目标文件 本知识点给出了交叉编译的概念,并重点讨论了从C程序到可执行目标文件的具体步骤,最后,列举了可重定位目标文件和可执行目标文件的区别。

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    [16:10] 开始学习
  • 3-2

    基于MiniMIPS32的汇编程序设计 本知识点重点讲述如何采用汇编指令进行基于MiniMIPS2处理器的汇编程序设计,并给出了伪指令和宏指令的概念和具体实例。

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    [47:53] 开始学习
  • 3-3

    QtSpim指令集仿真器 本知识点重点讨论了如何使用QtSpim指令集仿真工具对MIPS汇编程序进行功能仿真和调试,为后续软硬件协同验证奠定基础。

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    [15:13] 开始学习
  • 3-4

    C语言程序的机器级表示——选择结构 本知识点针对C语言中常见条件分支语句,如if/else语句、swithc/case语句,给出了选择结构的机器级表示,并分析了选择结构机器级表示的特点。

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    [30:17] 开始学习
  • 3-5

    C语言程序的机器级表示——循环结构 本知识点针对C语言中常见循环语句,如while语句、for语句,给出了循环结构的机器级表示,并分析了循环结构机器级表示的特点。

    「仅限付费用户」点击下载“C语言程序的机器级表示 — — 循环结构.pptx”

    [08:16] 开始学习
  • 3-6

    C语言程序的机器级表示——函数调用 本知识点针对C语言中常见函数调用过程,首先,讲述了针对MiniMIPS32处理器的参数传递和函数返回的特点;然后,给出了调用者保存寄存器和被调用者保存寄存器的区别;最后给出了调用栈和栈帧的概念。

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    [29:46] 开始学习
  • 3-7

    函数调用机器级表示——普通函数调用 本知识点以一个普通的C语言函数调用作为实例,分析了其机器级表示及调用栈的变化情况。

    「仅限付费用户」点击下载“函数调用机器级表示 — — 普通函数调用.pptx”

    [26:16] 开始学习
  • 第4章 现场可编程逻辑门阵列FPGA及其设计流程

    1小时8分钟2节

  • 4-1

    FPPA的基本概念和设计流程 本知识点首先以Xilinx FPGA为例,分析FPGA的内部结构;然后,讲述了本课程将使用的Digilent FPGA开发平台Nexys 4 DDR;最后,给出了基于FPGA的通用设计流程。

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    [31:31] 开始学习
  • 4-2

    基于Vivado的FPGA设计流程 本知识点重点介绍面向Xilinx FPGA的最新集成设计环境Vivado,并通过一个求4位补码加/减法的实例讲解了基于Vivado的FPGA设计流程和注意事项。

    「仅限付费用户」点击下载“基于Vivado的FPGA设计流程.pptx”

    [36:38] 开始学习
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