2023年计算机组成原理课程设计任务书修订版

华中科技大学计算机学院

［计算机组成原理］

［课程设计任务书］

课程设计任务书

计算机组成原理是计算机专业的核心基础课。本课程力图以“培养学生现代计

算机系统设计能力”为目的，贯彻“强调软/硬件关联与协同、以CPU设计为核心/

层次化系统设计的组织思绪,有效地增强对学生的计算机系统设计能力的培养”。课

程设计是学完该课程并进行了多个单元实验后，综合运用所学的理论知识,并结合在

单元实验中所积累的计算机部件设计和调试方法，设计出一台具有自己指令系统的

简朴计算机系统。所设计的系统能在基于EDA的实验平台上运营一段程序,通过检

查程序结果的对的性来判断所设计计算机系统对的性。

课程设计属于设计型实验，不仅锻炼学生简朴计算机系统的设计能力，并且通

过进行主机系统底层电路的实现、故障分析与定位、系统调式等环节的锻炼,进一步

提高了学生分析和解决问题的能力。

1.课程设计题目

课程设计的重要任务是设计一台简朴的计算机系统,并调试通过。围绕这一重要

目的，课程设计的题目可以根据自己的设计内容、实现方式、所设计的计算机系统

的结构从下列备选题中选取,也可以自己命题。

1）基于微程序控制器的简朴计算机系统设计与实现

2）基于硬布线控制器的简朴计算机系统设计与实现

3）基于微程序控制和硬布线相结合的简朴计算机系统设计与实现

4）支持流水线的简朴计算机系统设计与实现

5）基于总线结构的简朴计算机系统设计与实现

6）基于专用通路结构的计算机系统设计与实现

7）基于FPGA的简朴计算机系统设计与实现

2、简朴计算机系统的设计目的

计算机系统设计的总体目的是设计模型机系统的总体结构、指令系统和时序信

号。运用EDA软件对该模型机系统中的部件功能进行仿真分析和功能验证后，将部

分电路下载到FPGA,并与适当的外围器件（涉及部分芯片、输入/输出开关、LED

显示等）相配合，实现模型机的整机系统。

规定所设计的整机系统能支持自动和单步运营方式，能对的地执行存放在主存

中的程序的功能，对重要的数据流和控制流通过LED适时显示信息。

3、重要技术指标

1）支持算术运算、逻辑运算、存储器读写、寄存器间数据传送等几类指令；

2）支持立即数寻址、直接寻址、隐含寻址、寄存器寻址等几种基本的数据寻

址方式和顺序寻址、跳跃寻址两种指令的寻址方式；

3）支持10条以上的指令；

4）能运营由自己所是设计的指令系统构成的一段程序,程序执行功能对的。

4、系统设计规定

1）根据课程设计指导书的规定，制定出设计方案；

2）画出自己所设计计算机系统的原理框图和器件连接图，分析器件连接图中

各器件不同引脚的功能，哪些可以固定连接，哪些需要通过微程序来控制，

以及这些控制信号的有效形式；

3）画出各指令的指令周期流程图和所需要的控制信号；

4）设计出实现指令功能的微程序控制器或硬布线控制器；

5）布线、调试、验收；

6）课程设计报告和总结。

5.课程设计成绩的评估

1）评估成绩根据考核、课程设计的过程、课程设计的效果、课程设计报告的

质量等几部分组成；

2）评分标准为设计过程和结果占70%,报告和图纸部分占30%;

3）课程设计的成绩评估等级为不及格、及格、中、良好、优秀五级,具体的

评估标准见评分规则；

4）对基本功能进行扩展或设计具有非常鲜明的特性和一定限度的创新，可根

据实际情况加分。

6、对课程设计报告的规定

1）课程设计报告是体现和总结课程设计成果的载体，重要内容涉及：设计题

目、设计目的、设备器材、设计原理及内容、设计环节、碰到的问题及解

决方法、设计总结、参考文献等。

2）在适当位置配合相应的实验原理图、数据通路图、微程序流程图、实验接

线图、微指令代码表等图表进行说明。应做到文理通顺，内容对的完整，

书写工整，装订整齐。

3）设计总结部分重要写本人工作简介以及设计体会，涉及通过课程设计学到

了什么，哪里碰到了困难，解决的办法以及此后的目的。

4）为统一格式和规定，课程设计报告一般采用《计算机组成原理》专用设计

报告模板。采用A4纸双面打印，除框图外需附下载的设计图以及微指令

控制点图。

7.特别强调

1）不能带电插拔导线！

2）整个实验过程中不能插拔下载电缆！

3）不能插拔其它实验台上的FPGA芯片！

8.课程设计时间安排

课程设计的总体时间为2周，总体安排如下：

1）第一天:到实验室布置任务和集中讲解。

2）第二天:学生自己设计，选择并熟悉自己所要的芯片

3）第三天:领取导线和芯片，进行芯片功能测试,在此基础上修改完善原设计

方案。

4）第四天到第十天:实验室调试调试、验收

（期间根据实际情况加开1〜2个晚班）。

验收采用分步验收方法，以适合各种层次的学生，不断提高学生动手能力。分为:

数据通路验收，手动控制（单步）验收，自动控制验收，程序运营验收，扩展功能验收。

参考文献:

[1]秦磊华，王小兰.计算机组成原理实验指导及课程设计指导书（基于EDA平

台）.武汉:华中科技大学出版社,2023年.

[2]秦磊华，吴非，莫正坤.计算机组成原理.北京:清华大学出版社,2023年.

[3]DAVIDA.PATTERSON（美）.计算机组成与设计硬件/软件接口（原书第3

版）.北京:机械工业出版社.2023年.

[4]袁春风编著.计算机组成与系统结构.北京:清华大学出版社，2023年.

[5]张志刚，FPGA与SOPC设计教程一DE2实践.西安：电子科技大学出版

社,2023

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[1]〜cs61c/su08/