计算机系统综合设计
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课程详情
课程评价
spContent=《计算机系统综合设计》是东南大学计算机科学与工程学院经过十余年着力打造的一门综合性、实践性很强的集中实践环节,该课程曾在2009年获得“教育部-Intel精品课程”。2021年获得江苏省线上线下混合式教学一流课程。课程通过详实的讲解和充实的实验,带你进入SOC(CPU+接口+编译)设计的殿堂,让你拥有属于自己的具有常见MIPS指令的SOC和编译器。
—— 课程团队
课程概述

为了应对美国队中国科技的无端打压,国家提出要研发自主可控的核心技术,从计算机角度来说,就是要打造具有自主可控技术的CPU和基础生态环境。《计算机系统综合设计》顺应这一战略发展需要,在计算机专业本科阶段进行一次综合性的设计实践。

本课程的内容分为两大部分,第一部分(第1章~第18章),完成31条指令的单周期和多周期MIPS处理器Minisys-1的设计与实现,该部分适合学完“数字逻辑电路”和“计算机组成原理”的本科生进行综合性的课程设计。该部分建议1~2人为一组完成课程设计。第二部分(19章及以后),重点是完成多周期CPU、以流水型57条指令的MIPS处理器为核心的片上系统Minisys-1A SoC的设计和实现,同时兼顾配套汇编器和轻量级编译器的设计。该部分建议3~4人为一组完成课程设计。课程的总体目标是培养学生的系统认识能力、系统分析能力、系统设计能力和实现能力、加强学生实践技能的培养,创新能力和团队合作能力的提高。学生通过本课程的完整学习和实践,无论在理论上还是实践上,在硬件上还是软件上,在系统角度还是应用角度都会得到锻炼,同时也能初步领悟到建立软件基础生态环境的必要性。。

  本课程是一个实践性很强的课程,在课程中除了讲解设计的理论基础和设计上应该注意的问题,留有很多的实验给大家。本课程的实验可分为设计实验和跟做实验。大家只有在学习课程内容、查找相关资料的基础上,认真完成这些设计实验,并认真跟着课程视频完成跟做实验,才能真正得到锻炼,完成课程的要求。

 本课程会提供三个附加章节,共选择本课程作为网络课程的学校作为课程思政素材。

授课目标

通过设计实验、跟做实验,完成单周期Minisys-1CPU的实现,有实验板的情况下要求能下载到指定的实验板上运行。没有实验板的,要能做到仿真正确。

通过线上讲解,指导学生完成流水型Minisys-1A  SOC的设计和汇编器与编译器的设计。

课程过程中会有一些作业,希望大家能够认真完成,平时作业会作为考核成绩的一部分。

课程大纲
预备知识

该课程的第一部分(第1章~第18章)先修课为《数字逻辑电路》(含Verilog HDL语言)、《计算机组成原理》,第二部分还需要的先修课是《微机系统与接口技术》、《嵌入式系统原理与应用》、《计算机系统结构》、《C++程序设计》、《编译原理》。

参考资料

1.    杨全胜、钱瑛、任国林、王晓蔚、吴强. CPU设计实践教程——从数字电路到计算机组成. 北京:清华大学出版社,2020.10

2.       杨全胜、翟玉庆、王晓蔚、吴强、张志政. 计算机系统综合课程设计.北京:清华大学出版社,2008.2

3.       李亚民. 计算机原理与设计-Verilog HDL. 北京:清华大学出版社,2011

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

5.     D. Sweetman, see MIPS runMIPS体系结构透视,影印版,第二版),机械工业出版社,2007

6.    David A.Patterson/John L.Hennessy, Computer Organization and Design_ The Hardware Software Interface(计算机组成与设计:硬件/软件接口,第5 中文MIPS版本),机械工业出版社,2015

7.    John L.Hennessy/David A.Patterson, 计算机系统结构-量化研究方法,(原书第4版)电子工业出版社,2007,(原书第5版),人民邮电出版社,2013

8.   任国林主编.计算机组成原理.第2版.北京:电子工业出版社,2018

9.      袁春风主编.计算机组成与系统结.第2版.北京:清华大学出版社,2015

10.       夏宇闻. Verilog数字系统设计教程北京:北京航空航天大学出版社,2004

11.      Alfred VAho等,编译原理(紫龙书,原书第2),机械工业出版社,2011

12.     Steven S. Muchnick,高级编译器设计与实现(鲸书),机械工业出版社,2005

13.    Andre W. Appel,现代编译原理C语言描述(虎书),人民邮电出版社



常见问题

Q :  每周3-5小时的学时安排包括哪些方面?

A :  由于这是一门实践课程,因此每周3-5小时学时实际上包括看视频学习的时间和自己在线下做实验的时间。甚至某些周是完全留给学生线下做实验。如果用本课程做线上线下混合教学,则还包括线下的研讨和交流。