北工大计算机组成原理课程设计

简介：
本课程设计是北京工业大学计算机科学与技术专业的一门核心实践课，旨在通过具体项目加深学生对计算机硬件结构的理解和应用能力。学生将学习并实现基本的处理器、内存及输入输出系统的设计理念与方法，为后续深入研究打下坚实基础。 计算机组成原理是计算机科学与技术领域的一门核心课程，主要研究计算机系统的基本构造和工作原理。在北工大的课设项目中，学生们需要使用Verilog语言实现MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）架构的处理器。MIPS是一种广泛用于教学和研究的精简指令集计算机（RISC），以其简洁高效的设计理念而著称。 **项目一：单周期MIPS处理器** 在这一阶段，学生要设计一个能够在单个时钟周期内完成一条指令执行的单周期数据通路和控制逻辑。这包括取指、解码、执行、访存和写回等五个基本步骤。使用Verilog语言需要定义各种寄存器、数据路径以及控制信号，例如ALU（算术逻辑单元）和控制信号发生器。 **项目二：多周期MIPS处理器** 与单周期处理器相比，多周期处理器通过将指令执行过程分解为多个时钟周期来提高性能。这通常涉及更复杂的流水线技术，如IF（取指）、ID（解码）、EX（执行）、MEM（访存）和WB（写回）五级流水线。在Verilog实现中需要处理数据和控制信号延迟问题以及防止数据冒险。 **项目三：带中断的MIPS处理器** 在此基础上增加中断处理功能，使处理器能够响应外部事件而暂停当前任务并执行紧急任务后返回原任务。这涉及中断请求、处理及恢复机制，在Verilog实现中需添加中断控制器和确保向量表中的数据一致性。 这三个项目涵盖了计算机组成原理的关键概念：包括处理器设计、指令执行流程、数据路径与控制逻辑，以及流水线技术和中断系统。通过这些实践，学生不仅能深入理解理论知识还能提高硬件描述语言Verilog的编程技能，并为将来在嵌入式系统和数字集成电路设计等领域的工作打下坚实基础。