计算机硬件系统设计
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spContent=华中科大计算机学院最受欢迎的实践课,大萝卜老师将带领大家硬件吃鸡通关,从逻辑门开始一步步构造你自己的CPU,不服来战! 《数字逻辑》《计算机组成原理》《系统结构》学习必备!
—— 课程团队
课程概述

选课对象:

1、想把硬件课程学好学精的计算机相关专业学生。

2、想提分的《计算机组成原理》考研同学,  欢迎讨论区提问,有问必答!!!

3、对计算机硬件系统内部原理感兴趣的工程技术人员。

 

      秉承做中学,玩中学的教学理念,大萝卜老师将带领大家从逻辑门开始一步一步构建自己的CPU,帮助同学们学习抽象、晦涩、难懂的计算机硬件系列课程。课程内容受众普及面广,可推广性强,既适合985院校的学生进行复杂的系统能力综合训练,也适合普通应用型高校的学生开展硬件系列课程的单元实验。计算机相关专业同学在学习《数字逻辑》、《计算机组成原理》、《计算机组织与结构》、《计算机系统结构》时可配套本课程的部分或全部内容进行辅助学习,可大大提升相关课程学习效果。

无需硬件,一小时玩转实验平台,随时随地做实验

实验无需任何硬件平台,采用基于JAVA平台的Logisim虚拟仿真软件开展相关实验,可在支持Win、Linux、Mac平台。平台简单易学,一小时即可上手实验,有效突破传统硬件实验对时间、空间的限制,改变实验模式,极大的拓展延长了课外实验时间,大大提升实验效率,特别适合线上线下开展。目前加州伯克利大学CS61C课程,康奈尔大学CS3410课程、杜克大学ECE250D课程均采用该平台进行实验。 

原理图构建电路,简单直观,培养硬件思维

传统实验箱实验可靠性低,调试工作量大,挫败感严重,维护工作量大,在固定的实验场所有限时间内很难完成复杂的设计型实验。FPGA开发板实验采用硬件描述语言进行硬件设计,但学习周期过长,调试难度大,技术水平要求过高;硬件设计程序化导致学生很难建立硬件设计与底层电路的对应关系,硬件设计体会不深。本课程在Logisim虚拟仿真平台上采用原理图方式进行硬件电路设计,不需学习硬件描述语言等课程,平台易学易用,调试方便,原理图构建电路可有效提升学生的硬件思维,延续了数字逻辑课程中的设计方法。

  做中学,玩中学,丰富的原创实验等你来通关

本课程开发的一系列的原创性实验,既体现趣味性,又体现实验难度,让学生在做中学,玩中学。原创的海明、CRC校验码编码流水传输实验、流水乘法器实验、磁盘阵列控制器实验、cache硬件设计实验、MIPS多周期硬布线与微程序控制器设计、MIPS五段流水CPU设计、动态分支预测实验等均是国际国内首创,一个个层次递进,由易到难的实验就犹如游戏中设计精巧的关卡,等待你去通关,不服来战!

  评测自动化,结果及时反馈,无需老师相伴左右

通过输入输出接口规范化,测试用例标准化,性能指标数据化,实验测试评分自动化等一系列手段,构建了实验一分钟检测框架,大大提升实验的易检查性。原创的硬件实验自动评测系统,学生可自行检查实验、系统可进行故障记录、自动评分,及时反馈实验结果,大大提升实验效率,为实验提供精准指导,学生自主学习,主动实践,促进实践教学模式的改革。

  无缝对接理论课程,提升学习效果,培养系统能力

实践内容紧扣硬件课程理论教学重点难点,努力让枯燥的理论知识在实践中鲜活起来,重知识点的综合应用和评价,学生反馈完成实验知识点想忘都难,真正做到实践教学助力理论教学。将高难度的五段流水CPU设计任务分解为层次递进,由易到难的多个单元实验,跨课程实施,最终集成为完整的CPU,让多门课程衔接更顺畅,在递进的学习过程中让学生养成系统观,有效提升学生计算机系统设计能力。

课程成果从2014年开始逐步应用在我院《数字逻辑》、《逻辑与计算机设计基础》、《计算机组成原理》、《硬件综合训练》、《计算机组成原理课程设计》等课程的实践教学中,受到了广大师生的一致好评,相关实验课堂多次被评为学生最满意课堂,四次获得校优秀课程设计,四次校优秀课程实验,2018年获华中科技大学实验技术成果奖一等奖。先后主办过3次实验教学导教班,来自全国约80所兄弟院校200余教师学习了课程实验教学模式、目前多所院校采用了本课程的相关实验方案。

计组、数字逻辑、组成原理、系统结构、体系结构、数字电路、数字电路、接口技术 数字逻辑数字电路

组成原理、数字逻辑、组成原理、系统结构、体系结构、数字电路、数电、接口技术组成原理

 

授课目标

    通过系列实验,帮助学生提升相关理论课程的学习效果,在层次递进的实验中培养学生的硬件思维,努力使大部分学生达到较高的硬件系统设计水准,有效提升学生计算机系统能力。

计组、数字逻辑、组成原理、系统结构、体系结构、数字电路、数字电路、接口技术 数字逻辑数字电路

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课程大纲
预备知识

    第二章先修课为数字逻辑、其他章节先修课为计算机组成原理、汇编语言设计、C语言程序设计,课程可以配合《操作系统》一起学习,方便大家从软件和硬件两个层次深入理解计算机。

计组、数字逻辑、组成原理、系统结构、体系结构、数字电路、数字电路、接口技术 数字逻辑数字电路

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证书要求

1.   完成必修章节的在线视频学习

2.   完成必修章节的课后在线测试

3.   参与视频课件附带的学习讨论

4.   建议完成MIPS多周期CPU或24条指令单周期CPU

5.   60分总成绩80分可以获得合格证书

6.   总成绩80分可以获得优秀证书 

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参考资料

1、主要参考教材



2、其他参考资料

  1. George Self(). EXPLORING DIGITAL LOGIC WITH LOGISIM2013.

  2. 欧阳星明 溪利亚数字电路逻辑设计(2北京:人民邮电出版社,2016.  

  3. M.Morris Mano(). 逻辑与计算机设计基础(第4版).北京:机械工业出版社,2012

  4. 秦磊华,吴非,莫正坤.计算机组成原理北京:清华大学出版社,2011.

  5. 袁春风计算机组成与系统结构北京:清华大学出版社,2011.

  6. David A. Patterson().计算机组成与设计硬件/软件接口(原书第5).北京:机械工业出版社.

  7. Randal E. Bryant (). 深入理解计算机系统(第3版).北京:机械工业出版社,2016.

  8. 张晨曦,王志英计算机系统结构高等教育出版社.北京:2008.

  9. David Money Harris().数字设计和计算机体系结构(第二版)机械工业出版社,2016. 组成原

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常见问题

[1]     实验环境:Logisim 2.7.1中文版,java平台,支持Win、Linux、MAC平台,无需任何硬件平台。

[2]     实验资料下载:http://pan.baidu.com/s/13cFXZ5x8auptqzRsRbSpkw 

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