計算機(jī)職稱論文題目
計算機(jī)職稱論文題目
計算機(jī)(computer)俗稱電腦，是現(xiàn)代一種用于高速計算的電子計算機(jī)器，計算機(jī)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到社會的各行各業(yè)。下面小編給大家分享一些計算機(jī)職稱論文題目，大家快來跟小編一起欣賞吧。
計算機(jī)職稱論文題目
1.網(wǎng)絡(luò)留言薄
2.客戶管理系統(tǒng)
3.多媒體積件管理庫的開發(fā)與應(yīng)用
4.基于WEB的多媒體素材管理庫的開發(fā)與應(yīng)用
5.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)軟件中的教學(xué)設(shè)計與應(yīng)用
6.小型教育網(wǎng)站的開發(fā)與建設(shè)
7.基于圖像的風(fēng)景旅游模擬漫游系統(tǒng)
8.網(wǎng)上報名系統(tǒng)
9.電腦配件網(wǎng)絡(luò)購物
10.房產(chǎn)網(wǎng)站
11.計算機(jī)組成原理網(wǎng)站
12.軟件下載系統(tǒng)網(wǎng)站
13.圖書管理系統(tǒng)
14.網(wǎng)絡(luò)辦公系統(tǒng)
15.電子書店管理系統(tǒng)
16.中學(xué)學(xué)生學(xué)籍管理系統(tǒng)
17.在線圖書銷售系統(tǒng)
18.網(wǎng)上圖書銷售系統(tǒng)
19.網(wǎng)上購物系統(tǒng)
20.出租公司管理系統(tǒng)
21.辦公管理系統(tǒng)
22.班級網(wǎng)站
23.教學(xué)互動系統(tǒng)
24.網(wǎng)上求職招聘系統(tǒng)
25.鮮花銷售管理系統(tǒng)
26.小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)
27.學(xué)生社團(tuán)管理系統(tǒng)
28.在線郵件發(fā)送系統(tǒng)
29.在線考試系統(tǒng)
30.綜合網(wǎng)站系統(tǒng)
31.校園新聞管理系統(tǒng)
32.在線訂單管理系統(tǒng)
33.聊天室管理系統(tǒng)
34.教師檔案管理系統(tǒng)
35.信息網(wǎng)管理系統(tǒng)
36.論文管理系統(tǒng)
37.車輛故障管理系統(tǒng)
38.電子商務(wù)網(wǎng)站
39.房產(chǎn)銷售網(wǎng)站
計算機(jī)職稱論文
計算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)初探
文章編號：1672-5913(2013)2179074-05
中圖分類號：G642
摘要：根據(jù)國內(nèi)外計算機(jī)硬件類實(shí)踐課程教育的現(xiàn)狀，分析傳統(tǒng)計算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中的弊端，介紹南京大學(xué)計算機(jī)系對此門實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)安排，從知識準(zhǔn)備、具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置和教學(xué)組織形式等方面，全面介紹計算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容和教學(xué)方式，并對教學(xué)效果進(jìn)行總結(jié)。
關(guān)鍵詞：計算機(jī)組成原理;CPU;FPGA;單周期;多周期
1 課程設(shè)計初衷
計算機(jī)組成原理是計算機(jī)專業(yè)重要的核心課程，在計算機(jī)專業(yè)的整個課程體系中起著承上啟下的作用。熟練掌握計算機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作過程，不僅為計算機(jī)硬件的學(xué)習(xí)和研究打下基礎(chǔ)，對從事軟件工作的人也大有益處。
近年來，南京大學(xué)計算機(jī)系對國際一流大學(xué)計算機(jī)專業(yè)的相關(guān)課程進(jìn)行了詳盡的跟蹤調(diào)研，調(diào)研結(jié)果表明，計算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置一般都有兩個不同的角度：一個是偏重軟件的程序員角度，另一個是偏重硬件的硬件設(shè)計人員角度。偏重軟件的實(shí)驗(yàn)課程一般是用高級語言和模擬器實(shí)現(xiàn)CPU，使學(xué)生能夠更好地理解計算機(jī)底層的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高程序編寫和調(diào)試能力。偏重硬件的課程一般要求學(xué)生利用硬件描述語言，在FPGA上設(shè)計一個處理器系統(tǒng)。
國內(nèi)傳統(tǒng)的計算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式是做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，在固定的實(shí)驗(yàn)箱上，通過插拔一些連線，撥動部分開關(guān)和編制微程序等方式，和固定的硬件系統(tǒng)進(jìn)行交互，從而了解計算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這一實(shí)驗(yàn)形式無法讓學(xué)生深入理解計算機(jī)各個部件的具體硬件結(jié)構(gòu)，也不能使學(xué)生很好地理解計算機(jī)底層的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)軟件之間的關(guān)系，更不能培養(yǎng)學(xué)生利用現(xiàn)代化的工具設(shè)計計算機(jī)硬件系統(tǒng)的能力。鑒于這些傳統(tǒng)教學(xué)的弊端，國內(nèi)部分高校在課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容上都開始借鑒國外一流大學(xué)計算機(jī)專業(yè)的做法，一部分高校已經(jīng)率先利用EDA技術(shù)在FPGA上進(jìn)行計算機(jī)單元部件的設(shè)計、并以系統(tǒng)搭建的形式來組織計算機(jī)組成原理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。南京大學(xué)計算機(jī)系從2007年開始了這一教學(xué)形式的嘗試，經(jīng)過幾年的探索，已經(jīng)形成了相對穩(wěn)定的計算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容。
2 課程知識準(zhǔn)備
利用EDA技術(shù)在FPGA上實(shí)現(xiàn)一個處理器，需要學(xué)生有一定的知識準(zhǔn)備。首先，計算機(jī)系在數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)課程中，利用EDA技術(shù)在FPGA上進(jìn)行數(shù)字邏輯單元電路的設(shè)計和簡單數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計。其次，在計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程中，學(xué)生深入學(xué)習(xí)MIPS體系結(jié)構(gòu)的指令系統(tǒng)，單周期、多周期以及流水線結(jié)構(gòu)CPU的數(shù)據(jù)通路。計算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課程在這些課程的基礎(chǔ)上，從設(shè)計CPU內(nèi)部的單元電路開始，逐步進(jìn)行MIPS體系結(jié)構(gòu)的完整CPU的設(shè)計。
3 課程設(shè)置
課程內(nèi)容的安排主要分為3大部分：部件級實(shí)驗(yàn)、簡單CPU實(shí)驗(yàn)和大型作業(yè)。
3.1 部件級實(shí)驗(yàn)
在CPU的硬件電路設(shè)計中，涉及許多簡單的單元電路，如選擇器、譯碼器、觸發(fā)器等，這些內(nèi)容在數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)課程中已經(jīng)很熟悉了，在本實(shí)驗(yàn)課程中，主要是安排CPU內(nèi)部其他重要的功能獨(dú)立部件的設(shè)計，如存儲器、寄存器組、桶形移位器和ALU等。
3.1.1 存儲器的設(shè)計及測試
存儲器是計算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，用于存儲指令和數(shù)據(jù)。指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器可以分開設(shè)計，也可以只設(shè)計一個既存儲指令又存儲數(shù)據(jù)的存儲器。存儲器有讀和寫兩個端口，讀存儲器時，可以使用時鐘進(jìn)行觸發(fā)，也可以不使用時鐘進(jìn)行觸發(fā)。寫存儲器時，一定需要有時鐘進(jìn)行觸發(fā)才能將數(shù)據(jù)寫入存儲器中，時鐘的上升沿和下降沿都可以觸發(fā)存儲器的寫操作。
存儲器實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容，是讓學(xué)生掌握存儲器的接口及控制信號的功能和使用，學(xué)會各種存儲器的設(shè)計及測試，特別要掌握存儲器的工作時序，這在單周期CPU設(shè)計時特別重要。單周期CPU需要在一個時鐘周期內(nèi)完成一整條指令的執(zhí)行，而在這一個時鐘周期內(nèi)，CPU有可能會兩次訪問存儲器——讀指令和存儲數(shù)據(jù)，如果存儲器設(shè)計不合理，在一個時鐘周期內(nèi)是無法完成一條指令的。對于多周期和流水線CPU，一條指令需要多個時鐘周期才能完成，對存儲器時序的要求相對小一些，這時可以靈活應(yīng)用方便讀寫的存儲器結(jié)構(gòu)。
3.1.2 寄存器組的設(shè)計
寄存器是CPU內(nèi)部暫存數(shù)據(jù)的空間，速度最快，使用也最為頻繁。MIPS體系結(jié)構(gòu)的CPU內(nèi)部寄存器，是一組由32個32位的寄存器組成的通用寄存器組。僅從寄存器組的外部特性來看，MIPS結(jié)構(gòu)的寄存器組由無差別的32個32位寄存器組成，任何條件下均可訪問寄存器組中的任意寄存器。但是，為了簡化CPU的結(jié)構(gòu)，MIPS體系結(jié)構(gòu)寄存器組的0號寄存器的值被設(shè)置為恒“0”，只能讀出，不能寫入。
MIPS指令集中一條指令(R型)最多同時對三個寄存器進(jìn)行操作：兩個源寄存器和一個目的寄存器。R型指令執(zhí)行過程中，需要讀出兩個源地址寄存器中的內(nèi)容，經(jīng)過運(yùn)算后再寫入目的地址指定的寄存器，由此可以得出MIPS體系結(jié)構(gòu)的寄存器組至少需要兩個輸出端口和一個輸入端口。32位寬的寄存器是由4個字節(jié)組成的，寄存器組可以僅對某個寄存器的某個字節(jié)進(jìn)行寫操作，因此寄存器組還需要一個4位的寫使能控制端，分別用于控制4個字節(jié)的寫操作。
3.1.3 桶形移位器
在MIPS的指令集中，有一些移位指令，要求對某寄存器中的數(shù)據(jù)一次性移動數(shù)位。如果用移位寄存器來完成這一移位操作，就需要多個移位周期才能完成一條移位指令，工作效率太低，顯然不能滿足快速CPU的要求。
桶形移位器是一個組合邏輯電路，移位位數(shù)可以在0～31位之間自由設(shè)置，移位方式有邏輯左移、邏輯右移、算術(shù)右移和循環(huán)右移4種。因此，桶形移位器的輸入端有32位的待移位數(shù)據(jù)輸入端、5位移位位數(shù)輸入端和2位移位方式控制端;桶形移位器輸出一個已經(jīng)經(jīng)過移位的32位數(shù)據(jù)。 3.1.4 ALU設(shè)計
ALU是CPU中負(fù)責(zé)運(yùn)算的電路，通常ALU只實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，但是，MIPS指令系統(tǒng)要求一些特殊指令也在ALU中完成，如LUI(置高位立即數(shù))、SEB(字節(jié)擴(kuò)展)、SEH(半字?jǐn)U展)、SLT(比較置數(shù))、CLZ(計算前導(dǎo)0)和CLO(計算前導(dǎo)1)等。經(jīng)過對MIPS指令系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的分析，MIPS體系結(jié)構(gòu)的ALU要執(zhí)行15種不同的運(yùn)算，ALU具體的操作及編碼如表1所示。此外，為了簡化后續(xù)電路和擴(kuò)展CPU功能，在ALU電路設(shè)計時，其輸出端也產(chǎn)生和保留了一些通常ALU沒有保留的信號，如溢出信號、進(jìn)位信號和是否小于信號等。
3.2 簡單CPU設(shè)計實(shí)驗(yàn)
3.2.1 單周期CPU設(shè)計實(shí)驗(yàn)
所謂單周期CPU，是指所有的指令都在一個時鐘周期內(nèi)完成的CPU結(jié)構(gòu)，單周期CPU的指令執(zhí)行過程和硬件結(jié)構(gòu)都相對簡單。理解單周期CPU的工作和設(shè)計原理，對于理解多周期CPU和流水線CPU都有很大幫助，因此，學(xué)習(xí)設(shè)計CPU從單周期CPU人手是非常合適的。
該實(shí)驗(yàn)要求完成一個單周期CPU的設(shè)計，此CPU能完成表2中的指令，這些指令包含R型指令、I型指令和J型指令，為了使單周期CPU的結(jié)構(gòu)相對簡單，實(shí)驗(yàn)中沒有加上移位指令和存儲指令。
處理器的設(shè)計涉及數(shù)據(jù)通路的實(shí)現(xiàn)與控制邏輯的設(shè)計，能夠執(zhí)行以上16條指令的單周期CPU的數(shù)據(jù)通路如圖1所示。
3.2.2 多周期CPU設(shè)計實(shí)驗(yàn)
單周期CPU的指令周期長度，必須滿足執(zhí)行時間最長的指令周期長度。實(shí)際上，大部分的指令執(zhí)行周期都很短，這就導(dǎo)致了單周期CPU的效率低下。多周期CPU是將每條指令分成幾個時間相同的執(zhí)行階段，每個階段執(zhí)行特定的操作，執(zhí)行時間長的指令就執(zhí)行多個周期，執(zhí)行時間短的指令就使用相對少的幾個周期，這樣就提高了指令執(zhí)行的效率。
多周期CPU除了要完成上述所有單周期CPU需要執(zhí)行的指令外，還增加了表3中的4條指令，這些指令包括邏輯移位指令和存儲器訪問指令。
觀察多周期CPU可執(zhí)行的指令，它比單周期CPU可執(zhí)行的指令多了邏輯移位指令和存儲訪問指令，因此，多周期CPU在結(jié)構(gòu)上比單周期CPU多了桶形移位器和數(shù)據(jù)存儲器。另外，多周期CPU執(zhí)行一條指令時需要多個時鐘周期，只有在指令的運(yùn)算周期，才會用到ALU，在其他周期ALU是空閑的。為了簡化硬件結(jié)構(gòu)，在ALU空閑期間可以用它來計算下一條指令的地址，這樣用于計算下條指令地址的加法器就省略了。和單周期CPU相比，多周期CPU的控制信號也相應(yīng)的有所增加，多周期CPU的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
3.3 大型作業(yè)
進(jìn)行了單周期CPU和多周期CPU的設(shè)計訓(xùn)練之后，同學(xué)們具備了一定的CPU設(shè)計基礎(chǔ)，有了設(shè)計相對復(fù)雜的CPU的知識儲備。在學(xué)期的后半段，我們會布置大型課程設(shè)計作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容包括MIPS體系結(jié)構(gòu)5級流水線CPU的設(shè)計，或是ARM體系結(jié)構(gòu)CPU的設(shè)計，我們也鼓勵同學(xué)們自己設(shè)計指令系統(tǒng)，并能夠設(shè)計出可以執(zhí)行這些指令的CPU。
大型作業(yè)要求同學(xué)們分組完成，每組2～4名同學(xué)分工合作，這樣既減輕了他們的工作量，又鍛煉了他們協(xié)同合作的能力。
4 教學(xué)效果
自2008年秋季學(xué)期開始，我系在計算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課程中采用了用EDA技術(shù)在FPGA上進(jìn)行CPU設(shè)計的教學(xué)方式。通過對CPU設(shè)計的學(xué)習(xí)，同學(xué)們加強(qiáng)了對于計算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的理解，增強(qiáng)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的能力。在有些設(shè)計階段，同學(xué)們的設(shè)計超出了教學(xué)講解的范圍，他們通過討論、查詢網(wǎng)絡(luò)和查閱圖書資料等方式解決問題，增加了他們的自學(xué)能力和搜集利用資料的能力。部分同學(xué)因此對CPU的設(shè)計產(chǎn)生了濃厚的興趣，有些同學(xué)設(shè)計了包含MIPS所有整數(shù)指令的五級流水CPU，還有的同學(xué)設(shè)計了ARM 11結(jié)構(gòu)的處理器，并在此基礎(chǔ)上增加總線及總線接口、PS/2接口、VGA接口等部分，接上鍵盤和顯示器，就構(gòu)成了一臺完整的計算機(jī)硬件裸機(jī)，然后又用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的指令編寫了游戲軟件，實(shí)現(xiàn)了在自己設(shè)計的機(jī)器上玩自己設(shè)計的游戲的夢想。也有同學(xué)將設(shè)計的系統(tǒng)作為作品參加了相關(guān)的設(shè)計大賽，獲得了很好的名次。
5 結(jié)語
經(jīng)過5年的教學(xué)實(shí)踐，計算機(jī)系證明了在計算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課程中，指導(dǎo)學(xué)生利用EDA技術(shù)在FPGA上實(shí)現(xiàn)—個CPU在教學(xué)安排上是可行的，相關(guān)實(shí)踐取得了很好的教學(xué)效果，為學(xué)生的研究和學(xué)習(xí)增加了—個可選的方向，對我國硬件人才的培養(yǎng)也非常有益。
參考文獻(xiàn)：
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