对计算机组成原理课程教学的几点看法清华大学计算机系王诚“计算机组成原理”课程教学的难点对“计原”课程教学的几点看法对“计原”课程教学的几点看法对“计原”课程教学的几点看法（1）CPU的基本组成和功能MIPS计算机硬件主机系统组成的例子Tag8对“计原”课程教学的几点看法对“计原”课程教学的几点看法定点运算器的基本功能与组成（基本通用原理）定点运算器Am2901芯片的例子二选一定点运算器Am2901芯片的例子运算器的工作时序Am2901的控制信号汇总表Am2901定点运算器Am2901芯片的特点用VHDL语言描述Am2901的结构和功能前几个PPT页面以人类自然语言、图形、图表等方式来说明Am2901芯片的功能与组成情况，当然也可以使用一种更加简捷严谨、专门用于描述硬件结构与行为（组成与功能）的语言来做这一件事，例如VHDL语言和Verilog语言就是为此而研发的，它已经成为设计计算机硬件系统的强有力的工具。在我们的教学过程中，期望在用自然语言来讲解计算机重要部件的同时，也能够用VHDL语言对这些部件进行更加严谨准确的描述，这样做可能使同学对计算机部件的功能与组成理解更加深入和准确，也会有效降低学生完成大实验的难度。描述Am2901的结构与功能的VHDL程序对“计原”课程教学的几点看法CPU设计的VHDL语言程序1、按照指令系统的功能要求，设计计算机各部件的组成及其连接关系,2、划分指令执行步骤，设计各步骤完成的功能，分配功能到各个部件,3、确定要为每个执行步骤中各个部件提供哪些控制信号，设计这些控制信号的当前值。操作码以动画形式看几条指令的执行过程：1200:ADDR3,R2；3条指令的地址为1200、1201、12021201:JRNC1200；若C=0转去执行第1条，否则顺序执行1202:STRR[R2],R3；把R3的内容写入内存地址为[R2]的单元程序运行的初始状态：程序已读入内存，第1条指令地址已经在PC中，假定R2的初值为1234，R3的初值为2345。ADD指令的二进制代码为0000000000110010，已在内存中JRNC指令的二进制代码为0100010111111110，已在内存中STRR指令的二进制代码为1000001100100011，已在内存中3条指令都要在取指周期执行读取指令的操作，ADD指令要在执行周期完成数据运算与写回功能，结束JRNC指令要在执行周期完成指令地址计算并保存功能，结束STRR指令要在执行周期完成数据地址计算并保存功能，STRR指令要在内存读写周期完成存储器写入功能。结束取指操作:在取指周期，以PC作地址读内存，读出指令送IR，计算下条指令地址假设PC的内容为1200，内存1200单元的内容为0023，IR的内容未定实现功能：pc→AB，mem[AB]→ir,pc+1→pc控制信号：addr_sel=01,gate_en=1,mio=1,ir_wt=1,pc_wt=1动画演示REGs(3)+REGs(2)→REG(3)假设R2的内容为1234R3的内容为2345控制信号：b_sel选00a_sel选00s_sel选00r_sel选00alu_func选000reg_src选00reg_wt选1flag_func选0011201相对转移指令：标志位C为0时，转移到1200地址，否则顺序执行在执行周期，由控制器部件计算转移指令地址，若C=0则把转移地址送入PC实现功能：ifncthenpc+offset→pc控制信号：add_sel=1,pc_wt=1取指操作:在取指周期，以PC作地址读内存，读出指令送IR，计算下条指令地址此时PC的内容为1202，IR的原内容45FE，假设内存1203单元的内容为8323实现功能：pc→AB，mem[AB]→ir,pc+1→pc控制信号：addr_sel=01,gate_en=1,mio=1,ir_wt=1,pc_wt=1动画演示在执行周期，在运算器部件中完成把R2的内容送地址寄存器AR的操作R2的内容为1234R3的内容为3579请注意，此步骤中是计算数据在内存中的单元地址，通过R2+0→AR实现，不影响C、Z等标志位；不使用R3。写内存指令，在存储器读写周期，完成把寄存器R3的内容写入存储器的选定单元实现功能：Reg[R3]→Mem[AR]，运算器中通过R3+0执行数据计算控制信号：addr_sel=00,s_sel=01,r_sel=00,gate_en=1,gate_dir=1,mio=1,we=1对“计原”课程教学的几点看法双CPU教学计算机系统MIPS32系统的定点运算器的例子MIPS32系统的定点运算器的特点课程的主要教学内容计算机组成