01-计算机系统综合设计概述

一、01-计算机系统综合设计概述（1）

1.自主设计系统时茫然的原因

1.课程之间缺乏关联性
2.学生缺乏对计算机系统的整体认识
3.学生实践能力较弱，尤其是从系统层面解决问题能力较弱
4.实验内容相对独立，缺乏系统性
（每一条都感觉有被内涵到）

2.本课程教学目的

1.强化基础-深入理解计算机系统组成
2.软硬综合
3.立足系统-学会设计一个计算机系统
4.面向应用-学会优化一个计算机系统
5.加强实践-学会实现一个计算机系统

3.课程核心任务

设计与实现基于MIPS指令集的Minisys-1功能型嵌入式计算机SoC
1.以数字电路为基础，设计基础组件
2.以接口技术为基础，设计接口组件
3.以组成原理为基础，各组件为原料，构造Minisys-1硬件系统
4.编写Minisys-1汇编程序，验证系统功能
5.以编译原理为基础，构造Minisys-1系统的汇编器和Mini C语言编译器
6.从系统角度整合软硬件设计，完成完整SoC

4.你会学到什么

1.基本原理：计算机的组成、编译程序设计、CPU☆、系统集成
2.线代芯片设计方法：硬件描述语言、与程序设计语言（C）的主要区别
3.完整SOC设计的手段：硬件的设计、软件的设计

5.计算机的组成

1.计算机的基本部件有哪些？
2.计算机各组成部件间如何关联
3.程序执行和硬件运行间的关系如何

6.CPU☆

1.如何从1条指令推导出数据通路？
2.如何把多个数据通路组合成完整数据通路？
3.如何设计控制指令执行的控制系统？(算法)
4.如何让CPU进行数据的处理？(各类运算)
5.如何让CPU与外界联系起来？( I/O部件)

7.编译程序的设计

1.词法分析器、语法分析器的设计与实现
2.高级语言和汇编的关系
3.代码生成的技术
4.与体系结构相关的编译优化技术

二、01-计算机系统综合设计概述（2）

8.系统集成

1.从程序到软件再到信号的全过程的理解

9.硬件描述语言

1.HDL ( Hardware Description Language ) Verilog HDL
2.专门描述硬件工作原理的语言

10.与程序设计语言( C )的主要区别

1.语言内置的并行性/并发性
2.不仅描述逻辑而且描述时序
软件：1 + 1的计算结果等于2
硬件：1 + 1的计算结果等于2 & 什么时候完成这个计算

11.硬件设计手段

1.功能仿真
2.时序仿真
3.下载设计到板

13.软件设计手段

1.汇编程序的设计
2.Mini C程序的设计
3.程序的链接
4.应用程序设计

14.第一阶段（基础设计）

1.工具软件Vivado的使用
2.31条MIPS指令的Minisys-1单周期CPU设计
3.包含取指、译码、控制、运算、存储等模块
4.指令存储器和数据存储器的哈佛结构存储（独立的程序、数据存储器）
5.具有简单的L ED和拨码开关功能

15.第二阶段（进阶设计）

1.57条MIPS指令的Minisys-1A流水CPU设计
2.CP0、中断和异常的处理
3.交叉存储体的设计
4.更丰富的接口部件设计
5.含有Minisys- 1A的汇编器和Mini C编译器的集成开发环境的设计
6.一个小的BIOS的设计

16.实验平台介绍（Xilinx Artix-7 Minisys）

Artix-7芯片：15850个逻辑slice，在片内集成了135个36K位的Block RAM
除了主芯片以外，有24个用户可用的拨码开关，8个红色、绿色、黄色LED，一个蜂鸣器，一个4*4键盘，两组四位七段数码管，一个下载调试接口，一个12位的VJA输出，一个10 100 千兆网的以太网接口，一组48位宽的24兆位容量的SRAM，一个512兆字节的DDR3 SDRAM。板子多个接口。