开放式实验CPU设计
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- 作者： 汤志忠 杨春武 [作译者介绍]
- 丛书名： 计算机科学与技术专业实践系列教材
- 出版社：清华大学出版社
- ISBN：9787302151050
- 上架时间：2007-6-4
- 出版日期：2007 年6月
- 开本：16
- 页码：312
- 版次：1-1
- 所属分类：
计算机 > 计算机组织与体系结构 > 微处理器/CPU
教材 > 研究生/本科/专科教材 > 工学 > 计算机
教材 > 计算机教材 > 本科/研究生 > 计算机专业教材 > 计算机专业课程 > 计算机组成原理
教材 > 教材汇编分册 > 高等理工
本版教材征订号：0044092283-9
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本书介绍了开放式实验cpu的设计方法，采取全新的实验理念，允许实验者自行设计指令系统和cpu的系统结构，能对cpu设计的正确性进行验证。
本书介绍一种开放式cpu实验教学系统tec－ca，以及计算机组成原理实验和计算机系统结构实验。计算机组成原理实验包括多种编码实验、运算器部件实验、存储器实验、组合逻辑控制器和微程序控制器实验等；计算机系统结构实验包括普通cpu设计、具有多级流水的cpu设计、具有多级流水带cache的cpu设计和超标量cpu设计等。
为了帮助初学者设计cpu，本书以if语句、process语句、case语句3个常用语句和vhdl层次结构为重点，通过大量实例讲解了如何使用vhdl设计硬件；通过16位实验cpu设计实例及其vhdl程序源代码阐述cpu设计方法。
本书可用作计算机专业本科生和研究生的实验教材，也可作为相关专业人员的参考书。
本书介绍一种开放式cpu实验教学系统tec－ca，以及计算机组成原理实验和计算机系统结构实验。计算机组成原理实验包括多种编码实验、运算器部件实验、存储器实验、组合逻辑控制器和微程序控制器实验等；计算机系统结构实验包括普通cpu设计、具有多级流水的cpu设计、具有多级流水带cache的cpu设计和超标量cpu设计等。
为了帮助初学者设计cpu，本书以if语句、process语句、case语句3个常用语句和vhdl层次结构为重点，通过大量实例讲解了如何使用vhdl设计硬件；通过16位实验cpu设计实例及其vhdl程序源代码阐述cpu设计方法。
本书可用作计算机专业本科生和研究生的实验教材，也可作为相关专业人员的参考书。
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本书提供作译者介绍
汤志忠，1970年3月毕业于清华大学自动控制系，现为清华大学计算机系教授，博士生导师。从事计算机学科的教学和科研已经超过37年，主要研究方向是高性能计算及网格计算、并行算法及编译优化等。已经为本科生和研究生主讲了“计算机组成”和“计算机系统结构”等多门课程，主持完成了国家科技攻关项目10多项，发表学术论文100多篇，编写和翻译著作10多部，多次获得国家级和省部级奖励。
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第1章 vhdl入门
1.1 vhdl入门需掌握的基本知识
1.2 命名规则和注释
1.3 对象及其说明、运算和赋值
1.3.1 信号、变量和常量
1.3.2 数据类型
1.3.3 信号、变量和常量的说明
1.3.4 常用运算符
1.3.5 赋值语句
1.4 if语句、process语句和case语句的使用
1.4.1 if语句
1.4.2 process语句
1.4.3 case语句
1.5 设计实体
1.5.1 实体
1.5.2 结构体
1.6 层次结构设计
1.6.1 component语句和port map语句
1.6.2 用层次结构设计方法设计一个与或门
1.7 一个通用寄存器组的设计
1.1 vhdl入门需掌握的基本知识
1.2 命名规则和注释
1.3 对象及其说明、运算和赋值
1.3.1 信号、变量和常量
1.3.2 数据类型
1.3.3 信号、变量和常量的说明
1.3.4 常用运算符
1.3.5 赋值语句
1.4 if语句、process语句和case语句的使用
1.4.1 if语句
1.4.2 process语句
1.4.3 case语句
1.5 设计实体
1.5.1 实体
1.5.2 结构体
1.6 层次结构设计
1.6.1 component语句和port map语句
1.6.2 用层次结构设计方法设计一个与或门
1.7 一个通用寄存器组的设计
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计算机组成原理和计算机系统结构是高校计算机专业及相关专业的两门重要课程。为了适应这两门课程的实验教学需要，清华大学计算机系和清华大学科教仪器厂联合研制并生产了TECCA开放式CPU实验教学系统。.
在计算机组成原理和计算机系统结构课程的教学过程中，实验教学的位置越来越重要，国外一些著名大学的计算机实验教学在整个课程评价体系中已经占到60％以上，我国也逐渐加大了实验教学的力度。近几年来随着计算机和微电子技术的发展，CPU的设计一直是国内外研究的热点。根据国家教育部高校计算机专业教学大纲的要求，在计算机组成原理课程实验中，学生应该能够设计CPU。CPU作为计算机系统的核心，是计算机组成原理和计算机系统结构实验中的重要内容。 目前，国内绝大部分计算机组成原理教学实验装置都是在指令集、指令格式、数据表示、寻址方式、存储系统等相对确定的情况下进行的，学生主要进行功能实现和验证。创新是大学教育的灵魂，国家已经开始实施自主创新战略，因此培养学生的创新能力已经越来越迫切。实践教学是培养学生创新能力的一种重要方式，在计算机组成原理和计算机系统结构教学中占据越来越重要的地位。在实践教学中培养学生的创新能力的关键除了加强创新意识的教育以外，很重要的一点就是要提供必要的实践环境，在实践教学中给学生提供最大的自由空间，使他们能够充分发挥自身的创新能力，TEC—CA就是根据这一指导思想设计的。TEC—CA开放式CPU实验教学系统的目标是建立一个研究型、设计型的开放式CPU设计实验平台。在该平台上能够尽可能消除各种限制，从CPU的指令集到系统结构全部由学生自由设计，并且能够对各种不同系统结构的16位CPU进行验证和调试。..
学生既可以在TEC—CA实验平台上进行计算机组成原理各个部件的设计实验，也可以进行计算机系统结构级的CPU设计、验证和测试等大型实验。考虑到目前国内的实际情况，我们为各个实验提供了示范性的目标代码，因此可以在TEC—CA上进行演示型实验和验证型实验，帮助学生形象地掌握这两门课程的基本内容。
本书由汤志忠教授和杨春武研究员组织编写。清华大学计算机系提供了丰富的素材。全书共7章和2个附录。第1章是VHDL入门知识。与一般讲解VHDL的书籍不同，本章阐述时不求面面俱到，而是以if语句、process语句、case语句3个常用语句的使用为重点，通过大量实例阐述如何用VHDL设计硬件；本章的另一个重点是VHDL层次结构设计，讲述大型VHDL设计的方法。第2章通过16位实验CPU设计实例讲解了CPU设计方法，对16位实验CPU程序源代码加注了详细注解。第3章介绍Quartklsn基本使用方法，第4章是TEC—CA开放式CPU实验教学系统介绍，第5章讲述调试软件Debugcontroller，第6章是计算机组成原理实验，第7章是计算机系统结构实验。2个附录对VHDL基础和两种FPGA器件EPlC6、EPlC12的引脚做了介绍。计算机系统结构的4个实验(基本CPU设计，多级流水线的CPU设计，多级流水带Cache的CPU设计和超标量CPU设计)以清华大学计算机系为期5周的夏季学期“计算机专业实践”课程为基础编写，这些实验的一个重要特点是开放式，每个实验都有不同的思路，避免了千篇一律的模式，适合作为学生实验的参考。本书的第6章6．1节至6．7节、第?章7．1节至7．3节初稿由潘轲编写。全书由杨春武统稿，汤志忠审定。在本书的编写过程中，于艳丽对书稿进了校对，提出了若于修改意见；李山山、刘敬晗、柏青、霍明宇、解利忠、李锡荣、扈浩、朱军、石言心和朱冰等做了大量下作。
敬请广大读者提出宝贵意见。...
清华大学计算机系 汤志忠 tzz-dcs@tsinghua．edu．cn
清华大学科教仪器厂 杨春武 yangchunwu@tsinghua．edu．cn
2007年3月
在计算机组成原理和计算机系统结构课程的教学过程中，实验教学的位置越来越重要，国外一些著名大学的计算机实验教学在整个课程评价体系中已经占到60％以上，我国也逐渐加大了实验教学的力度。近几年来随着计算机和微电子技术的发展，CPU的设计一直是国内外研究的热点。根据国家教育部高校计算机专业教学大纲的要求，在计算机组成原理课程实验中，学生应该能够设计CPU。CPU作为计算机系统的核心，是计算机组成原理和计算机系统结构实验中的重要内容。 目前，国内绝大部分计算机组成原理教学实验装置都是在指令集、指令格式、数据表示、寻址方式、存储系统等相对确定的情况下进行的，学生主要进行功能实现和验证。创新是大学教育的灵魂，国家已经开始实施自主创新战略，因此培养学生的创新能力已经越来越迫切。实践教学是培养学生创新能力的一种重要方式，在计算机组成原理和计算机系统结构教学中占据越来越重要的地位。在实践教学中培养学生的创新能力的关键除了加强创新意识的教育以外，很重要的一点就是要提供必要的实践环境，在实践教学中给学生提供最大的自由空间，使他们能够充分发挥自身的创新能力，TEC—CA就是根据这一指导思想设计的。TEC—CA开放式CPU实验教学系统的目标是建立一个研究型、设计型的开放式CPU设计实验平台。在该平台上能够尽可能消除各种限制，从CPU的指令集到系统结构全部由学生自由设计，并且能够对各种不同系统结构的16位CPU进行验证和调试。..
学生既可以在TEC—CA实验平台上进行计算机组成原理各个部件的设计实验，也可以进行计算机系统结构级的CPU设计、验证和测试等大型实验。考虑到目前国内的实际情况，我们为各个实验提供了示范性的目标代码，因此可以在TEC—CA上进行演示型实验和验证型实验，帮助学生形象地掌握这两门课程的基本内容。
本书由汤志忠教授和杨春武研究员组织编写。清华大学计算机系提供了丰富的素材。全书共7章和2个附录。第1章是VHDL入门知识。与一般讲解VHDL的书籍不同，本章阐述时不求面面俱到，而是以if语句、process语句、case语句3个常用语句的使用为重点，通过大量实例阐述如何用VHDL设计硬件；本章的另一个重点是VHDL层次结构设计，讲述大型VHDL设计的方法。第2章通过16位实验CPU设计实例讲解了CPU设计方法，对16位实验CPU程序源代码加注了详细注解。第3章介绍Quartklsn基本使用方法，第4章是TEC—CA开放式CPU实验教学系统介绍，第5章讲述调试软件Debugcontroller，第6章是计算机组成原理实验，第7章是计算机系统结构实验。2个附录对VHDL基础和两种FPGA器件EPlC6、EPlC12的引脚做了介绍。计算机系统结构的4个实验(基本CPU设计，多级流水线的CPU设计，多级流水带Cache的CPU设计和超标量CPU设计)以清华大学计算机系为期5周的夏季学期“计算机专业实践”课程为基础编写，这些实验的一个重要特点是开放式，每个实验都有不同的思路，避免了千篇一律的模式，适合作为学生实验的参考。本书的第6章6．1节至6．7节、第?章7．1节至7．3节初稿由潘轲编写。全书由杨春武统稿，汤志忠审定。在本书的编写过程中，于艳丽对书稿进了校对，提出了若于修改意见；李山山、刘敬晗、柏青、霍明宇、解利忠、李锡荣、扈浩、朱军、石言心和朱冰等做了大量下作。
敬请广大读者提出宝贵意见。...
清华大学计算机系 汤志忠 tzz-dcs@tsinghua．edu．cn
清华大学科教仪器厂 杨春武 yangchunwu@tsinghua．edu．cn
2007年3月
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