学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于FPGA的计算机组成与结构实验系统的设计与实现

作　者: 邵天增
导　师: 邵时
学　校: 华东师范大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 计算机组成实验 FPGA VHDL 流水线
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 113次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


《计算机组成原理》是一门实践性较强的课程,通过实验能有助于学生较好地掌握理论课所讲述的知识点,掌握计算机系统的基本设计方法。传统的实验方法采用实验台进行,实验项目固定设计,只能按单一的结构模式完成,局限性大。即使是整机设计项目,学生通过设计可将实验平台上已有的各功能模块如ALU、MEM、REG等利用导线连接起来而构成整机系统,并完成实验,使学生有了一定的发挥空间,但学生仍然缺乏主动性,不利于学生自主学习。本论文采用FPGA芯片和QuartusⅡ仿真软件作为实验平台,很大程度上提高了实验的灵活性。实验由VHDL语言描述不同的硬件逻辑,并加载到FPGA芯片进行实验。由于FPGA芯片具有重复编程能力,使得系统内硬件的功能可以像软件一样被编程,这种称为“软”硬件的全新系统设计概念,使实验系统具有极强的灵活性和适应性。它使学生根据自己思路设计出不同的实验变为可能。本文重点基于FPGA芯片和QuartusⅡ仿真软件设计了一些典型的计算机组成原理的相关实验,通过实验使学生逐步掌握计算机组成原理的知识点。本文实验设计的基本思想是由简单到复杂、由部分到总体,逐步引入,达到对知识点的深入理解。实验主要分为三部分,第一部分是CPU主要功能模块的设计与实现。第二部分是实现基本功能CPU实验的设计与实现,在第一部分实验的基础上,将所设计的各功能模块有机的组合在一起,通过统一的时序控制使得各个功能模块能够协调工作,最终形成一个基本功能的CPU。第三部分是CPU的流水线实验,流水线是提高CPU性能的一个重要手段,通过流水线实验使学生进一步掌握流水线的工作原理。本论文的研究,为FPGA在实际教学中的应用提供了研究思路和参考方案。

全文目录


论文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
第一章 引言  10-14
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 实验改革对高职教育的意义  11-12
  1.3 本论文研究目标与组织结构  12-14
第二章 基于FPGA的开发技术  14-21
  2.1 FPGA技术  14-19
    2.1.1 概述  14-15
    2.1.2 FPGA的开发设计流程  15-17
    2.1.3 实验平台及开发工具  17-19
  2.2 Altera Quartus Ⅱ  19-21
第三章 计算机组成实验项目的设计与实现  21-41
  3.1 计算机组成实验的总体设计  21-23
    3.1.1 计算机组成及各部件工作原理  21-22
    3.1.2 计算机组成实验的总体构思  22-23
  3.2 32位通用寄存器组的设计与实现  23-26
    3.2.1 32位寄存器的设计与实现  23-25
    3.2.2 通用寄存器组的设计与实现  25-26
  3.3 控制器模块的设计与实现  26-33
    3.3.1 程序计数器模块  27-28
    3.3.2 指令译码器模块  28-30
    3.3.3 操作控制模块  30-32
    3.3.4 时钟模块  32-33
  3.4 加法器实验的设计与实现  33-41
    3.4.1 加法器实验原理  34-35
    3.4.2 串行进位加法器  35-38
    3.4.3 并行进位加法器  38-39
    3.4.4 并行进位加法器和串行进位加法器性能分析  39-41
第四章 流水线CPU的设计与实现  41-58
  4.1 流水线实验概述  41-42
    4.1.1 流水线的基本概念  41-42
    4.1.2 流水线实验设计思想  42
  4.2 基本功能CPU实验设计与实现  42-50
    4.2.1 IF模块  42-44
    4.2.2 ID模块  44-45
    4.2.3 EXE模块  45-46
    4.2.4 MEM模块和WB模块  46
    4.2.5 基本功能CPU的实现  46-50
  4.3 五段流水线实验设计与实现  50-54
    4.3.1 流水线实现  50-54
    4.3.2 流水线CPU与基本功能CPU的性能比较  54
  4.4 流水线相关冲突的解决措施  54-58
第五章 总结与展望  58-59
  5.1 总结  58
  5.2 展望  58-59
参考文献  59-61
致谢  61-62
附录  62

相似论文

  1. 基于FPGA的电磁超声检测系统的研究,TH878.2
  2. 基于FPGA的五相PMSM驱动控制系统的研究,TM341
  3. LXI任意波形发生器研制,TM935
  4. 基于FPGA的射频功放数字预失真器设计,TN722.75
  5. 突发OFDM系统同步与信道估计算法及FPGA实现,TN919.3
  6. 直扩系统抗多径性能分析及补偿方法研究,TN914.42
  7. 电视制导系统中视频图像压缩优化设计及实现研究,TN919.81
  8. 基于FPGA的多用户扩频码捕获研究及硬件仿真,TN914.42
  9. 基于FPGA的数字图像处理基本算法研究与实现,TP391.41
  10. 基于FPGA的高速图像预处理技术的研究,TP391.41
  11. 基于FPGA的高速数字图像采集与接口设计,TP274.2
  12. 基于FPGA的电感传感器数据采集系统的研制,TP274.2
  13. 基于Nios的串行总线分析仪研制,TP274
  14. 基于FPGA-RocketIO_X的PMC高速数据传输板开发,TP274.2
  15. PXI高性能数字I/O模块研制,TP274
  16. LXI计数器研制,TP274
  17. 基于FPGA的高速实时数据采集系统,TP274.2
  18. 处理器TI DSP VC33虚拟核的设计与实现,TP332
  19. 基于Nios Ⅱ的GPS信息接收系统设计,TN967.1
  20. 温压炸药爆炸温度场存储测试技术研究,TQ560.7
  21. 掺铒光纤放大器中泵浦激光器驱动源的研究应用,TN248

中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 数字电路 > 逻辑电路
© 2012 www.xueweilunwen.com