华中科技大学头哥计算机组成原理实验指南

资源摘要信息:"头哥计算机组成原理实验" 实验内容涉及多个计算机组成原理的核心知识点，包括数据表示、运算器设计、存储系统设计、以及CPU设计等方面。以下是详细的知识点说明： 1. 计算机数据表示实验(HUST)：此实验主要研究计算机如何表示和处理数据。数据表示涉及数据的基本概念、数据类型、以及不同类型的数字表示方法（如定点表示法和浮点表示法）。此外，实验可能还包括二进制、十六进制等不同进制数的转换，以及编码（如ASCII编码、Unicode编码）和错误检测与纠正方法。 2. 运算器设计：运算器是计算机处理器中的一个组成部分，主要负责执行算术和逻辑运算。在设计运算器时，需要考虑运算器的结构、数据通路、操作的实现逻辑（如加法、减法、逻辑与、逻辑或、移位等操作）。通常包括算术逻辑单元(ALU)的设计，并且需要考虑到运算器的时序控制和性能优化。 3. 存储系统设计：存储系统设计是计算机组成原理中的核心内容，涉及多层次的存储结构，包括寄存器、高速缓存（Cache）、主存和外存等。实验内容涵盖了汉字字库存储芯片扩展、MIPS寄存器文件设计、MIPS RAM设计，以及不同Cache设计（全相联cache、直接相联cache、4路组相连cache、2路组相联cache）。这些设计工作要求学生理解存储器的层次结构、地址映射、替换策略、以及如何通过提高局部性和利用缓存来提升存储系统的性能。 4. MIPS CPU设计：MIPS是“无内部互锁流水级的微处理器”（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）的缩写，是一种经典的RISC（精简指令集计算机）架构。设计MIPS CPU涉及到理解指令集架构（ISA）、控制单元（CU）和数据通路的设计，以及流水线技术的应用。 5. 单总线CPU设计：单总线CPU设计需要学生掌握CPU内部的单一数据总线的结构设计，以及单总线的同步机制。实验中涉及的现代时序和变长/定长指令周期的概念，要求学生了解CPU中指令周期的设计，以及如何处理指令和数据的同步问题，这包括定长指令周期和变长指令周期的时序设计，可能还涉及到流水线技术的应用。 文件名称列表中的文件扩展名为".circ"和".txt"，表明实验文件包括电路设计文件和文本说明文件。其中".circ"文件可能需要使用特定的硬件描述语言（HDL），如VHDL或Verilog来描述硬件电路的设计，并使用电路模拟软件进行验证。而".txt"文件可能包含了实验指导说明、要求、背景资料或实验报告模板。这些文件将作为完成实验和撰写实验报告的参考资料。