計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)

前言

TH-union+是清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系最新研制的教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要用于“計(jì)算機(jī)組成原理”和“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)。從硬件的角度看，它既可以支持計(jì)算機(jī)整機(jī)和部件的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，也可以支持電子線路和邏輯設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。從軟件的角度看，可以支持進(jìn)行監(jiān)控程序設(shè)計(jì)、匯編語言程序設(shè)計(jì)、BASIC高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)等教學(xué)實(shí)驗(yàn)。該系統(tǒng)在繼承TEC一2000系列教學(xué)機(jī)全部功能的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了實(shí)現(xiàn)方案，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作步驟。更重要的變化是增加了通過VHDL語言描述功能、并選用FPGA芯片實(shí)現(xiàn)的CPU系統(tǒng)，提供了更多的實(shí)驗(yàn)功能和更先進(jìn)的CPU設(shè)計(jì)手段。TH-union+是雙CPU系統(tǒng)，兩個(gè)CPU都可以單獨(dú)和內(nèi)存、接口等電路構(gòu)建成一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)。本書重點(diǎn)結(jié)合“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)需求，介紹TH-union+系列教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成、功能及其支持的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，最后一章還簡(jiǎn)單介紹了教學(xué)計(jì)算機(jī)軟件模擬系統(tǒng)的功能和使用方法。有關(guān)“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，準(zhǔn)備經(jīng)過一輪教學(xué)試用后再追加到本書中。全書內(nèi)容劃分為5章。第1章概述了TH-union+教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)、總體組成和功能以及在教學(xué)過程中的作用，列出了該系統(tǒng)可以支持的教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

內(nèi)容概要

本書共分5章，針對(duì)TH—union+教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行講解。第1章簡(jiǎn)單概述教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能和組成；第2章、第3章介紹兩個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成與設(shè)計(jì)，講解可以支持的教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；第4章介紹軟件系統(tǒng)的功能、組成和實(shí)現(xiàn)技術(shù)；第5章講解指令一級(jí)的軟件模擬系統(tǒng)和微體系結(jié)構(gòu)一級(jí)的軟件模擬系統(tǒng)的功能和教學(xué)實(shí)驗(yàn)。    本書是《計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)》、《計(jì)算機(jī)組成原理》和《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》的配套實(shí)驗(yàn)教材，也可以作為高等院校計(jì)算機(jī)或相關(guān)專業(yè)的“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)用書，還可供從事與計(jì)算機(jī)業(yè)務(wù)相關(guān)的生產(chǎn)、科研人員及其他人員參考。

書籍目錄

1  TH—union+教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述  1.1  TH—union+教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)    1.1.1  TH—union系列教學(xué)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品概述    1.1.2  TH—union+教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)    1.1.3  TH—union+教學(xué)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)    1.1.4  教學(xué)計(jì)算機(jī)的硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)    1.1.5  教學(xué)計(jì)算機(jī)的軟件模擬系統(tǒng)    1.1.6  教學(xué)計(jì)算機(jī)在教學(xué)過程中的作用  1.2  實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置    1.2.1  基本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目    1.2.2  可選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目2  TH—union計(jì)原16硬件系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目  2.1  TH—union計(jì)原16計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)  2.2  使用GAL20V8芯片完成的教學(xué)實(shí)驗(yàn)    2.2.1  實(shí)驗(yàn)環(huán)境說明    2.2.2  實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c具體內(nèi)容  2.3  用CPLD器件MACH芯片實(shí)現(xiàn)的線路實(shí)驗(yàn)    2.3.1  實(shí)驗(yàn)環(huán)境說明    2.3.2  實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)內(nèi)容    2.3.3  ABEL語言概述及其實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目功能描述源程序    2.3.4  VHDL語言概述及其實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目功能描述源程序    2.3.5  實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容  2.4  監(jiān)控程序與匯編語言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)    2.4.1  實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備與必要技術(shù)說明    2.4.2  實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c具體內(nèi)容    2.4.3  實(shí)驗(yàn)操作過程    2.4.4  實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容  2.5  運(yùn)算器部件實(shí)驗(yàn)    2.5.1  相關(guān)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)環(huán)境與必要技術(shù)說明    2.5.2  實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c具體內(nèi)容    2.5.3  實(shí)驗(yàn)操作過程    2.5.4  實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容  2.6  內(nèi)存儲(chǔ)器部件實(shí)驗(yàn)    2.6.1  實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備與必要知識(shí)、技術(shù)說明    2.6.2  實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c具體內(nèi)容    2.6.3  實(shí)驗(yàn)操作過程    2.6.4  實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容  2.7  兩種類型的控制器部件實(shí)驗(yàn)    2.7.1  實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備功能描述和技術(shù)說明    2.7.2  ABEL語言描述控制器源程序    2.7.3  VHDL語言描述控制器源程序    2.7.4  實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)內(nèi)容    2.7.5  組合邏輯控制器部件實(shí)驗(yàn)過程    2.7.6  微程序控制器部件實(shí)驗(yàn)過程  2.8  串行接口輸入輸出實(shí)驗(yàn)    2.8.1  實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備與必要知識(shí)、技術(shù)說明    2.8.2  實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c具體內(nèi)容    2.8.3  實(shí)驗(yàn)操作過程    2.8.4  實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容  2.9  多級(jí)嵌套的中斷實(shí)驗(yàn)    2.9.1  實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備與必要技術(shù)說明    2.9.2  實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c具體內(nèi)容    2.9.3  實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容  2.10  其他接口電路輸入輸出實(shí)驗(yàn)    2.10.1  實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備與必要技術(shù)說明    2.10.2  實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c具體內(nèi)容    2.10.3  實(shí)驗(yàn)操作過程    2.10.4  實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容  2.11  監(jiān)控程序功能擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)    2.11.1  實(shí)驗(yàn)環(huán)境和必要技術(shù)說明    2.11.2  實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c具體內(nèi)容    2.11.3  實(shí)驗(yàn)操作過程    2.11.4  實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容  2.12  系統(tǒng)匯編程序（匯編器）的設(shè)計(jì)或者功能擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)    2.12.1  實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備與必要技術(shù)說明    2.12.2  實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c具體內(nèi)容    2.12.3  實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容  2.13  在教學(xué)機(jī)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一臺(tái)新計(jì)算機(jī)的工程項(xiàng)目    2.13.1  實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備與必要技術(shù)說明    2.13.2  實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容和操作步驟    2.13.3  實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告的內(nèi)容3  TH—union（FPGA）計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目  3.1  TH—Lmion（FP（]A）教學(xué)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成概述    3.1.1  TH—union（FPGA）教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)與系統(tǒng)配置    3.1.2  FPGA芯片的外特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)  3.2  FPGA—CPU教學(xué)實(shí)驗(yàn)  3.3  基于FPGA芯片的基本邏輯電路實(shí)驗(yàn)    3.3.1  實(shí)驗(yàn)環(huán)境說明    3.3.2  實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)內(nèi)容  3.4  在FPGA芯片中實(shí)現(xiàn)的非流水線的CPU系統(tǒng)    3.4.1  CPU系統(tǒng)的層次與模塊設(shè)計(jì)    3.4.2  CPU系統(tǒng)的功能描述VHDL源程序4  教學(xué)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)技術(shù)說明  4.1  教學(xué)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)  4.2  教學(xué)計(jì)算機(jī)的監(jiān)控程序    4.2.1  監(jiān)控程序的功能    4.2.2  監(jiān)控程序的總體結(jié)構(gòu)    4.2.3  重要的子程序分析及其程序框圖    4.2.4  幾個(gè)功能較強(qiáng)的常用子程序    4.2.5  串行接口輸入輸出操作的原理說明及有關(guān)子程序    4.2.6  幾個(gè)基礎(chǔ)的子程序  4.3  教學(xué)計(jì)算機(jī)的PC仿真終端程序  4.4  教學(xué)計(jì)算機(jī)的匯編程序概述    4.4.1  教學(xué)計(jì)算機(jī)的交叉匯編程序的演變過程    4.4.2  交叉匯編程序使用說明  4.5  教學(xué)計(jì)算機(jī)的高級(jí)語言支持    4.5.1  BASIC語言解釋程序功能和程序設(shè)計(jì)    4.5.2  BASIC語言的程序    4.5.3  軟件實(shí)現(xiàn)的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)運(yùn)算5  教學(xué)計(jì)算機(jī)的軟件模擬系統(tǒng)  5.1  教學(xué)計(jì)算機(jī)的指令與系統(tǒng)級(jí)的模擬系統(tǒng)    5.1.1  指令模擬的概念及其在教學(xué)中的作用    5.1.2  教學(xué)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（仿真）  5.2  教學(xué)計(jì)算機(jī)微體系結(jié)構(gòu)級(jí)組合邏輯控制器模擬系統(tǒng)    5.2.1  計(jì)算機(jī)微體系結(jié)構(gòu)級(jí)模擬的概念及其在教學(xué)中的作用    5.2.2  教學(xué)計(jì)算機(jī)組合邏輯控制器軟件模擬系統(tǒng)使用說明    5.2.3  使用模擬程序完成組合邏輯控制器實(shí)驗(yàn)  5.3  教學(xué)計(jì)算機(jī)微體系結(jié)構(gòu)級(jí)微程序控制器模擬系統(tǒng)    5.3.1  教學(xué)計(jì)算機(jī)微程序控制器軟件模擬系統(tǒng)的使用說明    5.3.2  使用模擬程序完成微程序控制器實(shí)驗(yàn)參考文獻(xiàn)附錄（在配書光盤中）

章節(jié)摘錄

1.1.5教學(xué)計(jì)算機(jī)的軟件模擬系統(tǒng)把已經(jīng)用硬件實(shí)現(xiàn)的教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全部功能，通過軟件模擬的辦法在PC上展現(xiàn)出來是我們做出的重大努力之一。通過上網(wǎng)查詢以及與出國(guó)人員的直接交流，了解到國(guó)外有一些著名大學(xué)在計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)過程中的安排，前些年多是選用軟件模擬的方式完成逐項(xiàng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)。其優(yōu)點(diǎn)是使用方便，變動(dòng)設(shè)計(jì)的靈活性強(qiáng)，可以比較容易地對(duì)比不同設(shè)計(jì)方案對(duì)計(jì)算機(jī)性能影響的程度。不使用專用硬件設(shè)備完成教學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成本也會(huì)比較低，授課與輔導(dǎo)教師更容易與同學(xué)交互。但是缺憾也是明顯的，學(xué)生學(xué)習(xí)硬件課程的整個(gè)過程，不接觸（擁有）自己可以設(shè)計(jì)與修改的硬件設(shè)備，更多的精力集中到計(jì)算機(jī)的功能設(shè)計(jì)部分，難以對(duì)線路與邏輯設(shè)計(jì)部分以及計(jì)算機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)中的工程性、技術(shù)性問題有切身體會(huì)。最近幾年，這些院校已經(jīng)轉(zhuǎn)變到軟件模擬加上選用FPGA芯片實(shí)現(xiàn)CPU系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)方案上。如何權(quán)衡硬件的教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和軟件模擬的教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在課程教學(xué)中的作用，可謂是仁者見仁，智者見智。對(duì)此，我們采取的措施是同時(shí)實(shí)現(xiàn)這兩部分內(nèi)容，并且同時(shí)應(yīng)用在教學(xué)過程中，使它們發(fā)揮各自的作用，通過教學(xué)實(shí)踐來探索更好地解決問題的途徑。為了更便于比較，做到更好的資源復(fù)用，在設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)軟件模擬的教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的過程中，采取了兩項(xiàng)措施。（1）堅(jiān)持與硬件實(shí)現(xiàn)的教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有盡可能高的一致性。為此，模擬軟件使用的信息（例如監(jiān)控程序的執(zhí)行碼，微程序控制器的微程序的二進(jìn)制編碼文件等）與硬件教學(xué)機(jī)系統(tǒng)中使用的完全相同，這樣輔助設(shè)計(jì)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果既可以直接用于模擬，也可以直接用于寫到硬件教學(xué)機(jī)的部件中，確保二者之間有最好的一致性。（2）在模擬軟件的設(shè)計(jì)中，比較準(zhǔn)確地按照硬件系統(tǒng)的主要功能部件實(shí)現(xiàn)模擬，確保硬件實(shí)現(xiàn)的與軟件模擬實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)有良好的對(duì)照關(guān)系，期望在教學(xué)過程中可以得到更好的教學(xué)效果。

編輯推薦

《計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)》詳細(xì)說明了TH-union+教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持的教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，包括每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的操作環(huán)境和必要的技術(shù)說明，實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求等，使每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)具有更好的針對(duì)性和可操作性?！队?jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)》詳盡系統(tǒng)地給出了TH-union+教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成和實(shí)現(xiàn)技術(shù)以及軟件構(gòu)成，并從指令和系統(tǒng)的層次以及微體系結(jié)構(gòu)的層次介紹了TH-union+教學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件模擬系統(tǒng)的功能和使用方法，以及完成教學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和操作步驟?！队?jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)》附有一張光盤，主要包括授課的電子版教案、教學(xué)內(nèi)容中重點(diǎn)難點(diǎn)的動(dòng)畫演示軟件，一些供自學(xué)和參考的教學(xué)資料.VHDL語言概述、模擬試題和參考答案等。

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無

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