硬件课程设计教学提纲

课程名称：硬件课程设计

适用专业：计算机科学与技术

《硬件课程设计》

Hardwar Course Design

教学大纲

1．课程性质与任务

性质：本课程的授课对象为计算机科学与技术专业本科生，课程属性为专业必修课，是计算机系统类课程的重要组成部分，是计算机科学与技术专业重要的实践环节。该课程讲授硬件描述语言的综合知识和如何用硬件描述语言开发专用集成电路

两大部分。同时为3-4年级“计算机接口与通信技术”和“计算机体系结构”的学习打下基础，在计算机系统能力培养方面起着十分重要的作用。

教学目标：深刻领会硬件描述语言，掌握硬件描述语言的模块设计方法，能够运用硬件描述语言的3种描述方式，熟练进行数字系统设计和仿真及实现，能够设计简化的RISC CPU器件等。通过基本实验和基础实验使学生掌握实验平台和工具、掌握部件的设计方法和简单的RISC CPU的设计。

2．课程教学基本内容及要求

第一章硬件描述语言模型的不同抽象级别

（一）基本要求

1、掌握：门级结构描述

2、理解：如何通过硬件描述语言的行为描述进行建模

3、了解：用硬件描述语言进行TOP-DOWN设计的方法

（二）教学及考核内容

1.1门级结构描述

1.2 硬件描述语言的行为描述建模

第二章如何编写和验证简单的纯组合逻辑模块

（一）基本要求

1、掌握：加法器、比较器、多路器的设计

2、理解：乘法器的设计

3、了解：总线和总线操作

（二）教学及考核内容

2.1加法器、乘法器、比较器、多路器

2.2总线和总线操作

第三章复杂数字系统的构成

（一）基本要求

1、掌握：基本和常用的数字逻辑电路的设计

2、理解：数据流动的控制

3、了解：在硬件描述语言设计中启用同步时序逻辑（二）教学及考核内容

3.1运算部件和数据流动的控制逻辑

3.2数据在寄存器中的暂时保存

3.3数据流动的控制

第四章同步状态机的原理、结构和设计

（一）基本要求

1、掌握：基本和常用的有限状态机

2、理解：用硬件描述语言描述可综合的状态机

3、了解：复杂时序逻辑电路设计实践

（二）教学及考核内容

4.1状态机的结构

4.2 Mealy状态机和Moore状态机的不同点

4.3 如何用硬件描述语言描述可综合的状态机

第五章设计可综合的状态机的指导原则

（一）基本要求

1、掌握：典型的状态机实例

2、理解：状态机的置位与复位

3、了解：可综合风格的硬件描述语言模块实例（二）教学及考核内容

5.1典型的状态机实例

5.2可综合风格的硬件描述语言模块实例

5.3状态机的置位与复位

第六章简化的 RISC_CPU设计

（一）基本要求

1、掌握：RISC_CPU结构，RISC_CPU 操作和时序

2、理解：RISC_CPU寻址方式和指令系统

3、了解：RISC_CPU模块的调试

（二）教学及考核内容

6.1 RISC_CPU结构

6.2 RISC_CPU 操作和时序

6.3 RISC_CPU寻址方式和指令系统

6.4 RISC_CPU模块的调试

3．本课程与其它相关课程的联系与分工

在学习本课程之前，应对数字逻辑以及计算机组成原理有深入的理解，并且应该至少了解电路与电子学的基本知识。数字逻辑侧重基本器件原理的讲述，计算机组成原理侧重计算机运行原理的描述，本课程侧重于器件，模块和简单的RISC_CPU模块如何设计与实现。

本课程的先修课程：计算机组成原理、数字逻辑

本课程的后续课程：计算机体系结构、计算机接口与通信

4．实践性教学内容的安排与要求

所有实验都是设计性实验，主要包括：

1简单的组合逻辑设计实验

2加法器、比较器和多路器等的设计实验

3时序逻辑电路的设计

4利用有限状态机进行时序逻辑的设计

5较复杂的组合与时序逻辑电路的设计

6 简单RISC-CPU的设计

通过实验，学生应全面掌握利用硬件描述语言建模、仿真和综合技术，能领会设计数字逻辑电路与系统方法，特别是简单RISC-CP U的设计，能将理论和实际应用切实结合起来。

5．课程各篇章（节）学时分配

总学时为五周，其中课程讲授二周，实验三周。

课程各章节学时分配如下：

6．本课程在课外练习方面的要求

要求学生课外应认真阅读教材，学习理解教学参考书。完成教师指定的硬件课程设计题目。

7．本课程在使用现代化教学手段方面的要求

1、本课程前两周采用课堂讲授、课下辅导的方式，以课堂讲授为主，后三

周为学生实践设计时间。

2、使用PowerPoint幻灯片作为主要教学辅助工具，以模式教学网或课程网

站为主要载体，根据上课内容教师选择演示软件的分析运行进行教学。

8．教材及教学参考书

教材：夏宇闻编著.Verilog数字系统设计教程 (第3版) ，北航出版社，2013年7月

参考书：

1、王金明编著.数字系统设计与Verilog HDL（第6版），电子

工业出版社，2001年2月

2、贾熹滨等编著.数字逻辑基础与Verilog硬件描述语言 (第

1 版)，清华大学出版社，2012年8月

3、何宾编著. EDA原理及Verilog实现(第1版)，清华大学出

版社，2010年7月

9．本课程成绩的考核方式、成绩评定标准及其它有关问题的说明

采用百分制，总评成绩由平时成绩、实践设计成绩和实验报告三部分组成，平时成绩占10%，实践设计成绩占40%，实验报告成绩占50%。

10．其它类别问题的说明