QuartusII与计算机组成原理实验全面指南

本讲义涵盖了计算机组成原理实验的重要内容，旨在通过一系列实际操作和设计项目，让学生深入理解和掌握计算机组成原理的基础理论与实践技能。课程共分为十个实验部分： 1. **Quartus II EDA工具与VHDL基础实验** - 学习使用Quartus II作为集成设计环境（EDA）工具，进行基本组合电路和时序电路设计。 - 实践性地设计加法计数器、7段数码显示译码器、8位数码扫描显示电路等，熟悉VHDL语言在硬件描述语言中的应用。 - 高级项目包括异步清0和同步时钟使能的计数器设计、正弦信号发生器、频率计和序列检测器。 2. **运算器组成实验** - 学习算术逻辑运算、带进位算术运算以及移位运算器的实现，这有助于理解计算机内部运算单元的工作原理。 3. **存储器实验** - 涵盖FPGA中LPM定制存储器（如ROM和RAM）的读写操作，以及FIFO（先进先出队列）的设计。 - 实验还涉及外部RAM接口以及与微控制器的交互。 4. **微控制器实验** - 学习设计节拍脉冲发生器、程序计数器（PC）和地址寄存器（AR），探索微控制器的内部结构和工作。 5. **总线控制实验** - 理解和实践总线在计算机系统中的作用，涉及基本模型机的总线设计与实现。 6. **模型机设计与实现** - 逐步升级到带移位运算的模型机和复杂模型机的设计，展示计算机系统架构的复杂性。 7. **CPU设计示例** - 从较简单的CPU设计到16位精简指令集CPU和32位Nios CPU，探讨处理器设计的关键要素。 8. **嵌入式系统设计实验** - 包括NiosCPU的嵌入式系统软硬件开发流程，SOPC（片上系统）的整体生成，以及与硬件、串口通信、短信模块、秒表等应用的集成。 9. **外设设计实验** - 实现各种外设，如PWM模块、数码管动态扫描显示模块、VGA显示终端，并将DMA技术应用于游戏设计。 10. **算法加速协处理模块与扩展** - 探索如何为Nios嵌入式系统增加算法加速功能，通过编写控制指令来优化性能。 通过这些实验，学生能够系统地学习和掌握计算机组成原理的各个环节，从硬件设计到系统集成，全面提升对计算机内部构造的理解和应用能力。