计算机硬件系统实验教程 pdf下载

　　《清华大学计算机系列教材》已伴随着计算机科学与技术的发展茁壮成长了三十余年，获得了中华人民共和国教育部科技进步奖、普通高等学校优秀教材全国特等奖等三十多项部级以上奖励，被近千所高校选作教材，教学效果非常好。本套教材经过多次修订改版和增加新品种、新内容、新技术，基本涵盖了本科生和硕士研究生的主要课程。本套教材的作者全部是清华大学计算机系的教师，教材的内容、语言特点、课时安排体现了他们治学严谨的特点，概念表述严谨，逻辑推理严密，语言精练。同时，本套教材体系完整、结构严谨，理论结合实际，注重素质培养。
　　《计算机硬件系统实验教程/清华大学计算机系列教材》特点：
　　计算机硬件系统实验是学习计算机硬件系统系列课程所必需的环节，通过动手实践，可加深对课堂所学知识的理解和掌握，提高系统设计能力和水平。长期以来，受主客观条件的制约，计算机硬件系统实验存在着以部件实验为主、缺乏整机实验，以独立硬件实验为主、缺乏硬软件综合实验等不足，实验设置也缺乏层次性。为弥补这些不足，清华大学计算机系计算机组成原理教学组精心设计了新一代教学计算机系统，并在此基础上开发了系列硬件实验，完成了本书的编写。与其他同类教材相比，本书具有如下鲜明特色。
　　（1）系统性强。本书实验以构建完整计算机系统为目标，将计算机系统设计与实现分解为一系列的相互独立又各自关联的小实验，逐步引导同学最终完成计算机系统的设计和实现，培养计算机系统设计能力。
　　（2）层次性强。本书实验在考虑基本教学目标达成的同时，充分认识不同学校教学要求的多样性和层次性，设计了不同层次的多类教学实验，可满足不同学校的教学要求。
　　（3）综合性强。本书实验以硬件系统设计为基础，从运行软件的角度来设计硬件系统实验，较好地实现了计算机软硬件系统的综合。全书所有实验采用统一的硬件平台、统一的指令系统、统一的实验环境，为实验开发了多个配套的软件系统，并为感兴趣的读者保留了扩展实验系统功能、开发更多实验的余地。

　　掌握计算机系统基本工作原理，理解计算机硬软件系统相互作用关系是对高等学校计算机专业学生的核心要求，计算机专业的课程体系中设置了一系列课程来帮助他们达到这一要求。《计算机硬件系统实验教程/清华大学计算机系列教材》试图通过实验手段，从动手实践的角度，培养学生设计和实现硬软件基本完整的计算机系统能力。
　　《计算机硬件系统实验教程/清华大学计算机系列教材》紧紧围绕计算机硬件系统核心课程的教学目的，在清华大学计算机系自主开发的教学实验计算机硬件平台上，设计了验证性、设计性和综合性三个层次的计算机硬件系统实验，由浅入深，由部件到系统，逐步引导学生设计完成自己的计算机系统。全部实验采用统一的硬件平台、统一的指令系统完成·且配置了功能丰富的多个软件系统。实验均在FPGA芯片上通过硬件描述语言编程实现，手段先进。
　　《计算机硬件系统实验教程/清华大学计算机系列教材》可供高等学校计算机专业学生学习“计算机组成原理”等课程时作为实验教材使用，也可供计算机专业工作人员及相关从业人员自学参考。

第1章 THINPAD教学计算机硬件平台
1.1 概述
1.2 可编程逻辑器件简介
1.2.1 可编程逻辑器件简介
1.2.2 FPGA工作原理及内部结构
1.2.3 CPLD工作原理及内部结构
1.3 教学机总体结构
1.4 实验芯片
1.4.1 FPGA芯片
1.4.2 CPLD芯片
1.5 存储器
1.5.1 SRAM
1.5.2 Flash
1.6 总线
1.7 外部接口

第2章 THINPAD教学计算机软件平台
2.1 概述
2.2 指令系统
2.2.1 教学计算机指令格式
2.2.2 教学计算机指令及功能
2.3 监控程序
2.3.1 监控程序简介
2.3.2 监控程序框架
2.3.3 监控程序支持的命令
2.3.4 对中断的支持
2.3.5 监控程序使用
2.4 模拟器
2.4.1 模拟器简介
2.4.2 模拟器使用
2.5 汇编器Asselnbleler
2.6 终端程序Term
2.7 数据通信

第3章 VHDL硬件描述语言
3.1 概述
3.2 程序结构
3.2.1 基本结构
3.2.2 实体
3.2.3 结构体
3.2.4 配置
3.2.5 包集合
3.2.6 库
3.2.7 结构体子结构
3.3 语言元素
3.3.1 标识符
3.3.2 数据对象
3.3.3 数据类型
3.3.4 运算符与操作符
3.3.5 属性
3.4 基本描述语句
3.4.1 顺序描述语句
3.4.2 并行描述语句
3.5 描述方式
3.5.1 行为描述
3.5.2 寄存器传输描述方式
3.5.3 结构化描述

第4章 开发环境
4.1 概述
4.2 ISE用户界面
4.3 秒表设计实例
4.3.1 创建空白工程
4.3.2 添加源文件
4.3.3 综合与功能仿真
4.3.4 添加用户约束
4.3.5 实现
4.3.6 配置

第5章 验证性实验
5.1 THCOMIPS指令系统实验
5.1.1 实验目的
5.1.2 实验环境
5.1.3 实验内容
5.1.4 实验原理
5.1.5 主要实验步骤
5.1.6 思考题
5.2 监控程序扩展实验
5.2.1 实验目的
5.2.2 实验环境
5.2.3 实验内容
5.2.4 实验原理
5.2.5 主要实验步骤
5.2.6 思考题
5.3 算术逻辑部件ALU实验
5.3.1 实验目的
5.3.2 实验环境
5.3.3 实验内容
5.3.4 实验原理
5.3.5 主要实验步骤
5.3.6 实验数据
5.3.7 思考题
5.4 内存储器系统实验
5.4.1 实验目的
5.4.2 实验环境
5.4.3 实验内容
5.4.4 实验原理
5.4.5 主要实验步骤
5.4.6 实验数据
5.4.7 思考题
5.5 串行接口实验
5.5.1 实验目的
5.5.2 实验环境
5.5.3 实验内容
5.5.4 实验原理
5.5.5 主要实验步骤
5.5.6 实验数据
5.5.7 思考题
5.6 VGA接口实验
5.6.1 实验目的
5.6.2 实验环境
5.6.3 实验内容
5.6.4 实验原理
5.6.5 主要实验步骤
5.6.6 实验数据
5.6.7 思考题
5.7 PS2键盘接口控制器设计实验
5.7.1 实验目的
5.7.2 实验环境
5.7.3 实验内容
5.7.4 实验原理
5.7.5 主要实验步骤
5.7.6 实验数据
5.7.7 思考题
5.8 Flash实验
5.8.1 实验目的
5.8.2 实验环境
5.8.3 实验内容
5.8.4 实验原理
5.8.5 主要实验步骤
5.8.6 实验数据
5.8.7 思考题
5.9 控制器观测实验
5.9.1 实验目的
5.9.2 实验环境
5.9.3 实验内容
5.9.4 实验原理
5.9.5 主要实验步骤
5.9.6 实验数据
5.9.7 思考题

第6章 设计性实验
6.1 多周期CPU实验
6.1.1 实验目的
6.1.2 实验环境
6.1.3 实验内容
6.1.4 实验原理
6.1.5 主要实验步骤
6.1.6 实验测试及数据
6.1.7 思考题
6.2 指令流水CPU实验
6.2.1 实验目的
6.2.2 实验环境
6.2.3 实验内容
6.2.4 实验原理
6.2.5 主要实验步骤
6.2.6 实验测试及数据
6.2.7 思考题

第7章 综合性实验
7.1 基于多周期CPU的计算机系统设计与实现
7.1.1 实验目的
7.1.2 实验环境
7.1.3 实验内容
7.1.4 实验原理
7.1.5 主要实验步骤
7.1.6 实验测试及数据
7.1.7 思考题
7.2 支持指令流水的计算机系统设计与实现
7.2.1 实验目的
7.2.2 实验环境
7.2.3 实验内容
7.2.4 实验原理
7.2.5 主要实验步骤
7.2.6 实验测试及数据
7.2.7 思考题
7.3 扩展：中断
7.3.1 实验目的
7.3.2 实验环境
7.3.3 实验内容
7.3.4 实验原理
7.3.5 主要实验步骤
7.3.6 实验测试
7.3.7 思考题
7.4 扩展：双机通信
7.5 扩展：多道程序
7.6 扩展：外部设备
7.7 扩展：应用程序动态加载

附录A 监控程序源代码
附录B CPLD中UART的源代码
附录C 实验5.9 所使用的控制器源代码