武汉大学组成原理实验PPT学习教案.pptx

### 武汉大学组成原理实验PPT学习教案关键知识点解析 #### 实验目的与目标 - **融会贯通**：本实验旨在让学生深入理解并掌握组成原理课程中的核心概念和技术，通过实际操作来加强理论知识的理解。 - **CPU系统各模块工作原理**：包括算术逻辑单元（ALU）、控制器、寄存器、存储器等各个组成部分的工作机制及相互作用。 - **EDA技术基础**：学习如何使用现代电子设计自动化（EDA）工具，特别是Quartus II，来进行电子系统的硬件设计。 #### 设计与调试任务 - **微程序控制模型计算机**：学生需根据给定的数据格式和指令系统设计并实现一台简单的微程序控制计算机模型。 - **Quartus II平台仿真**：利用Quartus II软件进行电路设计、仿真验证以及最终在EL教学实验箱上的硬件调试。 - **设计文档编制**：完成设计后，需要整理并提交包括设计图纸在内的所有相关文档。 #### 参考书籍 - **《现代计算机组成原理》**（潘松、潘明著）：全面介绍现代计算机系统的基本构成及工作原理。 - **《开放式实验CPU设计》**（汤志忠、杨春武著）：侧重于CPU设计的具体实现细节和实验指导。 - **《计算机组成原理与结构》**（王爱英著）：从更广泛的视角探讨计算机系统的设计原理。 - **《EDA技术实用教程》**（潘松、黄继业著）：介绍EDA技术的基础知识及其在现代电子设计中的应用。 - **《基于quartusII的计算机核心设计》**（姜咏江著）：专门针对Quartus II软件进行详细介绍。 - **《计算机组成原理实验》**（赵志英著）：提供实验指导，帮助学生更好地理解和实践计算机组成的实验内容。 #### 实验报告要求 - **引言**：简述实验背景、目的和意义。 - **设计报告**：详细记录各个组件的设计过程，如ALU、控制器、寄存器、CPU指令集等的设计思路和实现方法。 - **测试报告**：记录测试方法、结果以及问题解决策略。 - **总结**：对整个实验过程进行总结，包括个人体会、实验成果和改进建议。 - **参考文献**：列出实验过程中引用的所有参考书籍和文献。 #### 实验安排 - **Quartus环境熟悉**：了解Quartus II软件的基本操作和特点。 - **运算器组成实验**：设计和实现算术逻辑单元（ALU），实现基本的算术和逻辑运算功能。 - **存储器实验**：研究和设计内存系统的架构和数据读写操作。 - **微控制器实验**：设计控制器部分，实现指令的解码和执行控制。 - **总线控制实验**：设计和实现数据传输总线的控制逻辑。 - **基本模型机设计与实现**：综合以上所有组件，构建完整的微程序控制模型计算机。 #### 实验平台 - **KX_7c5tp**：本实验使用的实验板型号，配备了一系列高性能的硬件资源，如CycloneII EP2C5T144 FPGA、8051内核、DDS函数信号发生器IP核等。 #### 实验板资源 - **CycloneII EP2C5T144 FPGA**：包含4608个逻辑宏单元、两个锁相环，支持高达250MHz主频的8051内核，适用于复杂的数字逻辑设计。 - **DDS函数信号发生器IP核**：用于信号发生和测试。 - **EPM3032 CPLD**、**1M EPCS1 Flash**、**20MHz晶振**等：提供必要的辅助资源和支持。 - **各种外设接口**：如JTAG、VGA、RS232等，便于设备之间的连接和通信。 #### 使用的EDA工具软件 - **Quartus II**：由Altera公司开发的强大EDA工具，支持从设计输入到器件编程的完整流程。 - **支持的器件类型**：包括Stratix、Cyclone、MAX等多个系列的FPGA/CPLD产品。 - **设计流程**： - **建立项目**：创建新的工程，指定工作目录和工程名称。 - **输入设计电路**：可以使用Verilog HDL、VHDL等多种设计输入方式。 - **设计编译**：进行逻辑综合、布局布线等处理。 - **设计仿真**：包括功能仿真与时序仿真。 - **器件编程**：将设计结果下载到硬件设备上进行测试。 #### 总结 通过这一系列的实验和学习，学生不仅能够掌握计算机组成原理的基本知识，还能亲自动手设计和实现一个简单的模型计算机，这对于培养学生的实际操作能力和创新思维具有重要意义。同时，使用先进的EDA工具如Quartus II进行设计，也为学生未来从事电子系统设计等相关工作打下了坚实的基础。