基于FPGA的計算機體系結(jié)構(gòu)實踐教程

內(nèi)容概要

　　本書是針對計算機科學與技術專業(yè)的計算機組成與體系結(jié)構(gòu)綜合課程實驗而設計編寫的教材，以機器并行執(zhí)行為主要特征來研究計算機系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)。本書共分6章。第1章詳細介紹計算機的組成、層次結(jié)構(gòu)；
第2章詳細介紹并行計算機體系結(jié)構(gòu)；第3章簡單介紹quartus ⅱ 8.0軟件及仿真軟件modelsim的使用方法；
第4章通過對基本運算器、多通路運算器、fifo、cache控制器實例的實現(xiàn)，分析計算機各個關鍵部件的工作方式和相互關系，進而介紹基于cisc、risc技術模型機的設計與實現(xiàn)；
第5章介紹基于fpga的12個并行開發(fā)實驗設計，引領讀者快速掌握并行的設計原理和技巧；
第6章是綜合實驗部分，循序漸進地講解了3個實例系統(tǒng)的設計。通過對本書的學習與實踐，讀者可以對并行計算機體系結(jié)構(gòu)的基本原理有一個清晰的概念和認識，從而掌握現(xiàn)代計算機硬件設計的關鍵技術。
　　本書可作為普通高等學校計算機科學與技術、信息安全、電子信息工程、通信工程、自動化等專業(yè)學生的教材，也可作為從事計算機體系結(jié)構(gòu)研發(fā)的科研人員的參考書。

書籍目錄

第1章　緒論
　1.1計算機系統(tǒng)的組成
　　1.1.1計算機硬件的組成
　　1.1.2計算機軟件的組成
　1.2計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)
　　1.2.1計算機系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu)
　　1.2.2軟件與硬件的邏輯等價性
　1.3計算機的工作過程
第2章　并行計算機體系結(jié)構(gòu)
　2.1并行的概念
　2.2提高并行性的技術途徑
　2.3并行計算機系統(tǒng)的性能度量
　　2.3.1計算機的速度
　　2.3.2并行計算機的速度
　　2.3.3并行計算機的加速比和效率
　2.4并行計算機的發(fā)展
第3章　常用fpga開發(fā)工具
　3.1硬件開發(fā)工具quartus ⅱ 8.0
　　3.1.1quartus ⅱ 8.0簡介
　　3.1.2quartus ⅱ 8.0設計流程
　　3.1.3quartus ⅱ設計方法
　　3.1.4quartus ⅱ功能詳解
　　3.1.5時序約束與分析
　　3.1.6設計優(yōu)化
　　3.1.7signaltap ⅱ
　　3.1.8實例講解
　3.2modelsim仿真工具
　　3.2.1modelsim簡介
　　3.2.2基本仿真步驟
　　3.2.3modelsim各界面介紹
　　3.2.4modelsim調(diào)試功能
　　3.2.5實例講解
第4章　計算機體系結(jié)構(gòu)基礎實驗
　4.1運算器
　　4.1.1基本運算器實驗
　　4.1.2多通路的運算器與寄存器堆設計實驗
　4.2存儲系統(tǒng)
　　4.2.1fifo先進先出存儲器實驗
　　4.2.2cache控制器設計實驗
　4.3指令系統(tǒng)
　　4.3.1基于cisc技術的模型計算機設計實驗
　　4.3.2基于risc技術的模型計算機設計實驗
第5章　基于fpga的并行開發(fā)實例
　5.14位二進制并行加法器設計實例
　5.216位乘法器實驗
　5.36位并行優(yōu)化平方器實驗
　5.4并行優(yōu)化的3×3矩陣乘法器
　5.5簡單循環(huán)冗余校驗并行運算
　5.6rake接收機的設計實驗
　5.7簡單并行cordic算法的設計
　5.8基于fpga實現(xiàn)的多路pwm設計
　5.9基于fpga的并行dds
　5.10并行結(jié)構(gòu)fir濾波器
　5.11并行iir濾波器的實驗設計
　5.123des加/解密流水線模式的設計
第6章　并行計算機設計
　6.1以時間并行性為特征的計算機系統(tǒng)
　　6.1.1具有指令預取功能的模型機設計實驗
　　6.1.2具有三級流水的模型機設計實驗
　6.2以指令并行性為特征的計算機系統(tǒng)
　　6.2.1超標量處理機
　　6.2.2具有兩條流水線的超標量模型機設計實驗
附錄實驗硬件平臺及軟件環(huán)境使用說明
　附錄atd-cma系統(tǒng)硬件環(huán)境
　附錄b軟件使用說明
　附錄cde2開發(fā)平臺
　附錄d實用芯片介紹
參考文獻

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：軟件是計算機系統(tǒng)的靈魂，可以這樣認為，沒有配備任何軟件的“裸機”無法投入使用；沒有配備足夠的軟件，計算機的功能將不能很好地發(fā)揮，計算機的應用范圍也將受到很大的影響。計算機軟件可分成系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類，所有軟件都是用某種語言編寫的、可完成各種功能的程序。由系統(tǒng)程序員編寫的程序稱做系統(tǒng)程序；由應用程序員編寫的程序稱做應用程序。計算機語言有機器語言、匯編語言和高級語言之分。機器語言是計算機硬件可直接識別的最低級的語言，它要求程序員不僅要了解機器的硬件結(jié)構(gòu)，而且要掌握各條機器指令的二進制編碼格式，這是很難做到的。因此利用機器語言編寫程序是非常困難的。匯編語言是只能由匯編程序識別的語言，用匯編語言編寫的源程序必須由匯編程序?qū)⑵浞g成機器語言程序才能被機器執(zhí)行。匯編語言與機器的硬件結(jié)構(gòu)有一定的關系，能較好地發(fā)揮機器硬件的功能，因此要求程序員對機器硬件有一定的了解，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同的序列機內(nèi)部可實現(xiàn)匯編語言級的軟件兼容。高級語言是完全脫離機器硬件結(jié)構(gòu)、根據(jù)應用領域的不同要求設計出的通用的程序設計語言，其品種繁多，目前世界上使用的高級語言有上百種，大體上可分成兩大類：①會話型的高級語言，它必須由解釋程序?qū)⑵浞g成機器語言程序才能被執(zhí)行，而且是一邊解釋一邊執(zhí)行，即每解釋一個語句就執(zhí)行一個語句，以達到人機會話的要求，例如，BASIC語言就屬于會話型的高級語言；②編譯型的高級語言，它必須由各自的編譯程序?qū)⑵浞g成機器語言程序，而且必須是整個程序編譯完畢后才能被機器執(zhí)行，例如，F(xiàn)ORTRAN語言、COBOL語言、PASCAL語言和C語言等均屬于編譯型高級語言。由于高級語言與硬件結(jié)構(gòu)無關，所以它具有很好的通用性和可移植性。任何一種高級語言可在各種不同類型的機器上運行，這顯然是高級語言的最大優(yōu)點和可取之處。換句話說，完全不了解計算機硬件的人，同樣可使用高級語言來編寫可執(zhí)行的源程序。系統(tǒng)軟件通常包括用來管理機器的操作系統(tǒng)、各種高級語言的編譯或解釋程序、匯編程序、數(shù)據(jù)庫管理程序，還有系統(tǒng)調(diào)試程序、故障診斷程序和錯誤檢測程序等，它們是由系統(tǒng)程序員編寫的，一般不允許修改，可固定存放在機內(nèi)的只讀存儲器中，或者存放在外部存儲器中，需要時調(diào)入機器的內(nèi)存儲器中去執(zhí)行。

編輯推薦

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