計算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計教學(xué)大鋼(課程設(shè)計類)_第1頁
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文檔簡介

1、計算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計教學(xué)大鋼(課程設(shè)計類)課程設(shè)計名稱:計算機(jī)系統(tǒng)綜合設(shè)計英文名稱:Comprehensive course of the computer system design課程編號:0901410面向?qū)I(yè):計算機(jī)應(yīng)用課程總學(xué)時: 68 ;講授學(xué)時 12 ;實驗學(xué)時 56 ;課程學(xué)分: 1.5 ;先修課程:數(shù)字電路(含Verilog或VHDL語言)、計算機(jī)組成原理、硬件實驗(CPU設(shè)計)、微型機(jī)系統(tǒng)與接口技術(shù)、單片機(jī)原理、計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、編譯原理、操作系統(tǒng)原理、C+語言程序設(shè)計本大綱主撰人:楊全勝 (Tel:,E-mail:yangqs)一、 課程設(shè)計作用

2、和具體目標(biāo)本課程設(shè)計是在本科4年學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行的一次綜合性的設(shè)計實踐。本課程的開設(shè)時間是在大四的上學(xué)期,同學(xué)們經(jīng)過3年多的學(xué)習(xí)和實踐,無論在理論上還是實踐上,在硬件上還是軟件上,在系統(tǒng)角度還是應(yīng)用角度都得到了不少的鍛煉。在此基礎(chǔ)上,本綜合設(shè)計從系統(tǒng)設(shè)計的角度,通過對SOC(片上系統(tǒng))的硬、軟件設(shè)計,給學(xué)生一次綜合的訓(xùn)練的機(jī)會。具體設(shè)計內(nèi)容包括:1 理論部分l 作為一個實踐課程,我們依然堅持理論在實踐環(huán)節(jié)中的指導(dǎo)作用,在理論課上,我們會從系統(tǒng)的角度和設(shè)計的角度,幫助學(xué)生分析以下的一些問題:l 計算機(jī)的各個部件是如何統(tǒng)一到一個整體之中,他們之間存在怎樣的關(guān)系l 軟件和硬件究竟存在怎樣的關(guān)系l

3、如何一步步開始設(shè)計一個完整的系統(tǒng)l 如何評價一個設(shè)計的優(yōu)劣l 多核處理器目前有哪些結(jié)構(gòu)l Intel多核結(jié)構(gòu)的特點分析l 雙核處理器之間采用怎樣的核間互連結(jié)構(gòu)2 硬件設(shè)計部分 l CPU設(shè)計。設(shè)計一個可運行指定的31條MIPS指令的RISC型32位MiniSys微處理器,具有32位指令,16位地址線和32位數(shù)據(jù)線,32個32位寄存器。l 存儲器設(shè)計。設(shè)計哈佛結(jié)構(gòu)存儲器,有獨立的24KB的指令存儲器和24KB的數(shù)據(jù)存儲器。l 中斷設(shè)計。設(shè)計2個中斷源入口,兩級中斷優(yōu)先級(可選,并可擴(kuò)充)l 2個16位定時/計數(shù)器的設(shè)計l 4×4鍵盤控制器的設(shè)計l 4位7段LED數(shù)碼管控制器的設(shè)計l 簡

4、單UART串行通信控制器的設(shè)計。 l 看門狗控制器的設(shè)計。l SoC芯片的設(shè)計。將上述設(shè)計結(jié)合成一個完整的SoC芯片。l 設(shè)計流水型MiniSys處理器。(可選)l 考慮增加乘法器和浮點運算單元。(可選)l 考慮Cache的設(shè)計問題。(可選)l 考慮某種架構(gòu)下簡單雙核處理器的設(shè)計。(可選)2、軟件部分l 設(shè)計并實現(xiàn)MiniSys匯編器l 基本輸入輸出系統(tǒng)BIOS的設(shè)計(可選)l 硬件各部件測試程序的設(shè)計l 綜合測試程序的設(shè)計l 探討如何利用系統(tǒng)軟件加強硬件功能(可選)l 總結(jié)軟件與硬件合作設(shè)計中應(yīng)該注意的問題(可選)l 設(shè)計MiniC 編譯器。(可選)l 探討如何在編譯器一級提高程序效率(可選

5、)l 探討程序如何充分利用多核,軟硬件該作何配合(可選)l 通過對Intel Compiler的分析,探討編譯優(yōu)化方法(可選)l 通過對Intel VTune的分析,探討Mini32系統(tǒng)代碼跟蹤技術(shù)(可選)l 考慮在多核處理器中,如何調(diào)度線程(可選)l 考慮有關(guān)進(jìn)程調(diào)度的問題(可選)說明:從創(chuàng)新意識和探索精神培養(yǎng)方面考慮,鼓勵學(xué)生超過基本要求,通過自主創(chuàng)新,完成更高層次的設(shè)計,其中的可選項只是作為自主創(chuàng)新中的一些新探索的提示,學(xué)生不受此限制,鼓勵大家設(shè)計出技術(shù)更新、功能更強的系統(tǒng)。二、設(shè)計內(nèi)容,學(xué)時分配與組織序號設(shè)計(或?qū)嵺`)項目名稱內(nèi)容提要學(xué)時分配每組人數(shù)備注1Verilog HDL介紹和實

6、驗教會學(xué)生使用Verilog進(jìn)行電子設(shè)計教學(xué)時數(shù)8學(xué)時1在四年級第1學(xué)期完成2介紹課程設(shè)計相關(guān)內(nèi)容,教授設(shè)計方法SOC設(shè)計方法、設(shè)計的整體結(jié)構(gòu)、MIPS指令集、外圍接口設(shè)計、軟件設(shè)計教學(xué)時數(shù)12學(xué)時,1四年級第1學(xué)期完成3課程設(shè)計實施分組實現(xiàn)課程設(shè)計內(nèi)容設(shè)計調(diào)試48學(xué)時56四年級第2學(xué)期完成4課程驗收按組按人驗收每組驗收2學(xué)時,不算在課程學(xué)時中56四年級第2學(xué)期完成三、教學(xué)管理模式與注意事項采用多媒體課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)手段相結(jié)合的教學(xué)模式。除課堂教學(xué)外,在網(wǎng)絡(luò)平臺上建立以多媒體網(wǎng)絡(luò)課件、電子教案、設(shè)計應(yīng)用資料為主要形式的立體化教學(xué)資源,為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)、實踐的教學(xué)手段。在實踐教學(xué)過程中,將

7、全體學(xué)生分成57一組,采用組長負(fù)責(zé)制,利用項目開發(fā)的方法進(jìn)行管理。實施過程中不限定學(xué)生設(shè)計的總體結(jié)構(gòu),不限定學(xué)生具體實施設(shè)計的步驟,不限定最終的目標(biāo)與驗證方法,不限定學(xué)生實施自己設(shè)計的時間和地點,鼓勵他們自主設(shè)計,積極創(chuàng)新。打破了大家做統(tǒng)一的實驗,得到統(tǒng)一結(jié)果的舊的實驗?zāi)J?,給學(xué)生充分的自我發(fā)揮的空間。同時,教師全程跟蹤學(xué)生實驗過程,要及時了解學(xué)生在課程設(shè)計中遇到的問題,進(jìn)行啟發(fā)式指導(dǎo)和討論式教學(xué)。學(xué)生設(shè)計結(jié)束后,首先自己要給出一個性能的估計和分析,最后由教師針對學(xué)生設(shè)計的性能,體系結(jié)構(gòu)合理性,可擴(kuò)展性,和其他模塊配合等方面給出合理的評價。四、設(shè)備與器材配置微機(jī)一臺,可編程綜合實驗系統(tǒng)一套。五

8、、考核與成績評定1.考核內(nèi)容(根據(jù)各人所做分別考核)l CPU部分:能解釋CPU各個部件的功能和相互關(guān)系, CPU功能驗收合格。l 接口部件:了解自己所設(shè)計的接口部件的功能和時序,驗收通過。l SoC合成:了解各部件和CPU的配合時序,內(nèi)部總線時序,驗收通過。l 匯編器:匯編器匯編正確,具有一定的檢錯能力。l BIOS(可選):程序正確,功能實用。l 其他:SoC的工作頻率、功耗、中斷的正確性2.考核方法考核采用以小組為單位,以模擬項目招標(biāo)形式進(jìn)行提問、演示與講述相結(jié)合的驗收方法,首先由項目組長介紹本組的設(shè)計特點和創(chuàng)新的地方以及本組設(shè)計的性能估計和分析,然后每個同學(xué)介紹和演示自己承擔(dān)的部分并回

9、答教師的提問,最后教師再通過測試程序進(jìn)行整體測試,并針對學(xué)生設(shè)計的性能,體系結(jié)構(gòu)合理性,可擴(kuò)展性,和其他模塊配合等方面給出合理的評價。3.考核評分標(biāo)準(zhǔn)本課程學(xué)生成績以其學(xué)習(xí)態(tài)度、實驗報告、演示驗收情況評定。具體分配如下:學(xué)習(xí)態(tài)度:10分原型驗收:70分實驗報告:20分總分按優(yōu)、良、中、及格、不及格評分。另有一個總原則:不及格:不能完成教材所給實例的完善和調(diào)試通過及格:能成功完善教材給出的實例,并調(diào)試通過。中:能成功完善教材給出的實例,并做了小的改動或做了比較好的設(shè)計分析,調(diào)試通過。良:1)能成功完善教材給出的實例,并至少完成了一項課后帶*的思考題中的設(shè)計,調(diào)試通過。2)完成教材實例以外的具有一

10、定難度,并得到教師認(rèn)可的設(shè)計(如流水、超標(biāo)量、多核、或者具有其他較先進(jìn)技術(shù)含量的設(shè)計),因難度原因調(diào)試未能完全通過(非人為不努力原因)。這類設(shè)計必須在設(shè)計開始初期制定方案的時候得到教師同意。優(yōu):1)能成功完善教材給出的實例,并至少完成了兩項課后帶*的思考題中的設(shè)計,或至少完成了一項課后帶*以上的思考題的設(shè)計,調(diào)試通過。2)完成教材實例以外的具有一定難度,并得到教師認(rèn)可的設(shè)計(如流水、超標(biāo)量、多核、或者具有其他較先進(jìn)技術(shù)含量的設(shè)計),調(diào)試通過。這類設(shè)計必須在設(shè)計開始初期制定方案的時候得到教師同意。學(xué)習(xí)態(tài)度評分標(biāo)準(zhǔn)自己負(fù)責(zé)的部分獨立完成:4分(但如發(fā)現(xiàn)竊取別人成果的現(xiàn)象,必須重做)能與同組同學(xué)良好

11、合作:2分設(shè)計部分具有明顯的創(chuàng)新點:4分驗收評分標(biāo)準(zhǔn)1 功能正確:30分2 與其他模塊配合無誤:20分3 創(chuàng)新:20分報告評分標(biāo)準(zhǔn)1 方案:8分2 特點或電路或程序:8分3 結(jié)果分析等:4分 設(shè)計報告包含紙質(zhì)和光盤,光盤中包括全部的源程序(Verilog程序、BIOS程序、測試程序和應(yīng)用程序)、可執(zhí)行程序、圖和紙質(zhì)設(shè)計報告的電子版。    紙質(zhì)的設(shè)計報告包括(有統(tǒng)一的紙質(zhì)報告格式)· 本組人員及各人負(fù)責(zé)的設(shè)計部分 · 設(shè)計的技術(shù)特點、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)描述、各部分實現(xiàn)方案和特點、系統(tǒng)功能描述、軟件使用方法。 · 相關(guān)部件Verilog程序(含注釋)或gdt圖 · 提供舉例用scf文件進(jìn)行的仿真的驗證圖若干幅。 · BIOS 程序,含注釋與調(diào)用說明(可選)。 · 課程設(shè)計總結(jié)(包括設(shè)計的總結(jié)和還需改進(jìn)的內(nèi)容)六、教材與參考資料教材:楊全勝主編,計算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計,清華大學(xué)出版社,2008教學(xué)參考書:1) 朱子玉、李亞民. CPU芯片邏輯設(shè)計技術(shù). 北京:清華大學(xué)出版社,20052) (美)John Paul Shen,Mikko H.Lipasti,張承義等譯,現(xiàn)代處理器設(shè)計超標(biāo)量處理器基礎(chǔ),北京:電子工業(yè)出版社,20043) 易建勛,處

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