计算机系统综合课程设计教学大钢（课程设计类）
计算机系统综合课程设计教学大钢（课程设计类）课程设计名称：计算机系统综合设计英文名称：Comprehensive course of the computer system design课程编号：0901410面向专业：计算机应用课程总学时： 68 ；讲授学时 12 ；实验学时 56 ；课程学分： 1.5 ；先修课程：数字电路(含Verilog或VHDL语言)、计算机组成原理、硬件实验（CPU设计）、微型机系统与接口技术、单片机原理、计算机系统结构、编译原理、操作系统原理、C+语言程序设计本大纲主撰人：杨全胜 （Tel： 13851978092 ，E-mail：yangqsseu.edu.cn）一、 课程设计作用和具体目标本课程设计是在本科4年学习的基础上，进行的一次综合性的设计实践。本课程的开设时间是在大四的上学期，同学们经过3年多的学习和实践，无论在理论上还是实践上，在硬件上还是软件上，在系统角度还是应用角度都得到了不少的锻炼。在此基础上，本综合设计从系统设计的角度，通过对SOC（片上系统）的硬、软件设计，给学生一次综合的训练的机会。具体设计内容包括：1 理论部分l 作为一个实践课程，我们依然坚持理论在实践环节中的指导作用，在理论课上，我们会从系统的角度和设计的角度，帮助学生分析以下的一些问题：l 计算机的各个部件是如何统一到一个整体之中，他们之间存在怎样的关系l 软件和硬件究竟存在怎样的关系l 如何一步步开始设计一个完整的系统l 如何评价一个设计的优劣l 多核处理器目前有哪些结构l Intel多核结构的特点分析l 双核处理器之间采用怎样的核间互连结构2 硬件设计部分 l CPU设计。设计一个可运行指定的31条MIPS指令的RISC型32位MiniSys微处理器，具有32位指令，16位地址线和32位数据线，32个32位寄存器。l 存储器设计。设计哈佛结构存储器，有独立的24KB的指令存储器和24KB的数据存储器。l 中断设计。设计2个中断源入口，两级中断优先级（可选，并可扩充）l 2个16位定时/计数器的设计l 44键盘控制器的设计l 4位7段LED数码管控制器的设计l 简单UART串行通信控制器的设计。 l 看门狗控制器的设计。l SoC芯片的设计。将上述设计结合成一个完整的SoC芯片。l 设计流水型MiniSys处理器。（可选）l 考虑增加乘法器和浮点运算单元。（可选）l 考虑Cache的设计问题。（可选）l 考虑某种架构下简单双核处理器的设计。（可选）2、软件部分l 设计并实现MiniSys汇编器l 基本输入输出系统BIOS的设计（可选）l 硬件各部件测试程序的设计l 综合测试程序的设计l 探讨如何利用系统软件加强硬件功能（可选）l 总结软件与硬件合作设计中应该注意的问题（可选）l 设计MiniC 编译器。（可选）l 探讨如何在编译器一级提高程序效率（可选）l 探讨程序如何充分利用多核，软硬件该作何配合（可选）l 通过对Intel Compiler的分析，探讨编译优化方法（可选）l 通过对Intel VTune的分析，探讨Mini32系统代码跟踪技术（可选）l 考虑在多核处理器中，如何调度线程（可选）l 考虑有关进程调度的问题（可选）说明：从创新意识和探索精神培养方面考虑，鼓励学生超过基本要求，通过自主创新，完成更高层次的设计，其中的可选项只是作为自主创新中的一些新探索的提示，学生不受此限制，鼓励大家设计出技术更新、功能更强的系统。二、设计内容，学时分配与组织序号设计（或实践）项目名称内容提要学时分配每组人数备注1Verilog HDL介绍和实验教会学生使用Verilog进行电子设计教学时数8学时1在四年级第1学期完成2介绍课程设计相关内容，教授设计方法SOC设计方法、设计的整体结构、MIPS指令集、外围接口设计、软件设计教学时数12学时，1四年级第1学期完成3课程设计实施分组实现课程设计内容设计调试48学时56四年级第2学期完成4课程验收按组按人验收每组验收2学时，不算在课程学时中56四年级第2学期完成三、教学管理模式与注意事项采用多媒体课堂教学与网络化教学手段相结合的教学模式。除课堂教学外，在网络平台上建立以多媒体网络课件、电子教案、设计应用资料为主要形式的立体化教学资源，为学生提供自主学习、实践的教学手段。在实践教学过程中，将全体学生分成57一组，采用组长负责制，利用项目开发的方法进行管理。实施过程中不限定学生设计的总体结构，不限定学生具体实施设计的步骤，不限定最终的目标与验证方法，不限定学生实施自己设计的时间和地点，鼓励他们自主设计，积极创新。打破了大家做统一的实验，得到统一结果的旧的实验模式，给学生充分的自我发挥的空间。同时，教师全程跟踪学生实验过程，要及时了解学生在课程设计中遇到的问题，进行启发式指导和讨论式教学。学生设计结束后，首先自己要给出一个性能的估计和分析，最后由教师针对学生设计的性能，体系结构合理性，可扩展性，和其他模块配合等方面给出合理的评价。四、设备与器材配置微机一台，可编程综合实验系统一套。五、考核与成绩评定1.考核内容（根据各人所做分别考核）l CPU部分：能解释CPU各个部件的功能和相互关系， CPU功能验收合格。l 接口部件：了解自己所设计的接口部件的功能和时序，验收通过。l SoC合成：了解各部件和CPU的配合时序，内部总线时序，验收通过。l 汇编器：汇编器汇编正确，具有一定的检错能力。l BIOS（可选）：程序正确，功能实用。l 其他：SoC的工作频率、功耗、中断的正确性2.考核方法考核采用以小组为单位，以模拟项目招标形式进行提问、演示与讲述相结合的验收方法，首先由项目组长介绍本组的设计特点和创新的地方以及本组设计的性能估计和分析，然后每个同学介绍和演示自己承担的部分并回答教师的提问，最后教师再通过测试程序进行整体测试，并针对学生设计的性能，体系结构合理性，可扩展性，和其他模块配合等方面给出合理的评价。3.考核评分标准本课程学生成绩以其学习态度、实验报告、演示验收情况评定。具体分配如下：学习态度：10分原型验收：70分实验报告：20分总分按优、良、中、及格、不及格评分。另有一个总原则：不及格：不能完成教材所给实例的完善和调试通过及格：能成功完善教材给出的实例，并调试通过。中：能成功完善教材给出的实例，并做了小的改动或做了比较好的设计分析，调试通过。良：1）能成功完善教材给出的实例，并至少完成了一项课后带*的思考题中的设计，调试通过。2）完成教材实例以外的具有一定难度，并得到教师认可的设计（如流水、超标量、多核、或者具有其他较先进技术含量的设计），因难度原因调试未能完全通过（非人为不努力原因）。这类设计必须在设计开始初期制定方案的时候得到教师同意。优：1）能成功完善教材给出的实例，并至少完成了两项课后带*的思考题中的设计，或至少完成了一项课后带*以上的思考题的设计，调试通过。2）完成教材实例以外的具有一定难度，并得到教师认可的设计（如流水、超标量、多核、或者具有其他较先进技术含量的设计），调试通过。这类设计必须在设计开始初期制定方案的时候得到教师同意。学习态度评分标准自己负责的部分独立完成：4分（但如发现窃取别人成果的现象，必须重做）能与同组同学良好合作：2分设计部分具有明显的创新点：4分验收评分标准1 功能正确：30分2 与其他模块配合无误：20分3 创新：20分报告评分标准1 方案：8分2 特点或电路或程序：8分3 结果分析等：4分 设计报告包含纸质和光盘，光盘中包括全部的源程序（Verilog程序、BIOS程序、测试程序和应用程序）、可执行程序、图和纸质设计报告的电子版。纸质的设计报告包括（有统一的纸质报告格式） 本组人员及各人负责的设计部分 设计的技术特点、系统体系结构描述、各部分实现方案和特点、系统功能描述、软件使用方法。 相关部件Verilog程序（含注释）或gdt图 提供举例用scf文件进行的仿真的验证图若干幅。 BIOS 程序，含注释与调用说明（可选）。 课程设计总结（包括设计的总结和还需改进的内容）六、教材与参考资料教材：杨全胜主编，计算机系统综合课程设计，清华大学出版社，2008教学参考书：1) 朱子玉、李亚民. CPU芯片逻辑设计技术. 北京：清华大学出版社，20052) （美）John Paul Shen,Mikko H.Lipasti，张承义等译，现代处理器设计超标量处理器基础，北京：电子工业出版社，20043) 易建勋，处理器（CPU）的结构与性能，北京：清华大学出版社，20034) （美）Prakash Rashinkar,Peter Paterson,Leena Singh ，孙海平，丁健译，系统芯片（SoC）验证方法与技术，北京：电子工业出版社，20055) 陈文钦，BIOS研发技术剖析，北京：清华大学出版社，20016) D. Sweetman, see MIPS run，20035
