教学计算机体系结构与FPGA板-哈里斯和哈里斯

随着学年的结束，一些教育工作者发现他们正准备在夏季重新调整他们的计算机体系结构课程。我们在Digilent有一个建议来帮助这一努力。

计算机体系结构是一门课程，大多数认证的欧洲经委会课程要求他们的本科生。理解数据路径、控制结构、存储系统的理论以及它们如何组合在一起，使学生能够为理解他们将在工业中面临的现代计算问题打下坚实的基础。为了满足这一需求，Digilent与Imagination Technologies和来自Harvey Mudd学院的Sarah Harris合作，创建了一门综合性的课程，让学生能够在集成的系统环境中学习计算机体系结构。

本课程从基本数字逻辑门开始，然后转向组合电路和时序电路的设计。然后这些被结合到设计处理器的开始，最终的结果是MIPS处理器。然后学生将接触到搭建外围设备的实践(如RS232、SPI、中断、模拟到数字转换、电机控制器等)。教育工作者将在VHDL的Verilog和Verilog之间进行选择，因为两者都是在示例中使用的。最后，学生将构建一个功能处理器，集成的外围设备，并有机会探索额外的练习，展示他们可能在工业、嵌入式系统需求、异构计算等方面遇到的高级架构和I/O应用程序的技术。这里有一个关于C编程的附录，可以帮助学生巩固对处理器架构如何影响编程的理解。

为了帮助理解从门级到处理器编程构建处理器的概念，FPGA培训板可以作为一个可扩展的工具，帮助学生将概念扎根到他们可以看到和触摸的硬件中。所有的材料都是设计在在下a7 - 100 t(前身为Nexys 4DDR)。这块板上有一整套外围设备，学生们可以忙着学习如何连接。外设，如开关，led, 7段显示，VGA，以太网，USB，音频，温度传感器和加速计在板上。如果想要更低成本的电路板，这种材料也可以移植到Nexys的A7-50T上，功能更少，但成本更低Basys 3。

	在下a7 - 100 t 在下4 ddr	在下A7-50T	Basys 3
FPGA部分	XC7A100T-1CSG324C	XC7A50股指T-1CSG324C	XCA35T-1CPG236C
逻辑片	15850年	8150年	5200年
DSP片	240	120	90
内存	DDR2 - 128 mb	DDR2 - 128 mb	N/A
	16 mb RAM	16 mb RAM	N/A
	微型SD卡	微型SD卡	N/A
扩张	5 Pmod港口	5 Pmod港口	4 Pmod港口
以太网	是的	是的	没有
外围设备	脉宽调制音频 3轴加速度计 16个用户切换 16个绿色发光二极管 2 rgb led PDM麦克风 温度传感器 两个4位7段显示 USB HID主机 12位VGA	脉宽调制音频 3轴加速度计 16个用户切换 16个绿色发光二极管 2 rgb led PDM麦克风 温度传感器 两个4位7段显示 USB HID主机 12位VGA	- - - - - - - - - - - - 16个用户切换 16个绿色发光二极管 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4位7段显示 USB HID主机 12位VGA
电缆:	包括微型USB	包括微型USB
箱:	包括	包括	单独出售
价格:	265美元	229美元	149美元
学术的价格	是的	是的	是的

所有的板子都便于操作Pmod扩展，并有资格获得学术折扣。

相关资源:

1. 课本:https://www.elsevier.com/books/digital-design-and-computer-architecture/harris/978-0-12-394424-5
2. 视频:https://www.youtube.com/watch?v=MRLQBT03JAs&list=PLSTiCUiN_BoJcWlxQTxbKE3VQBQhwFLDP
3. 课程和实验材料(包括MicroAdaptiv核心):https://booksite.elsevier.com/9780123944245/?ISBN=9780123944245
4. 推荐硬件://www.knowreader.com/shop/nexys-a7-fpga-trainer-board-recommended-for-ece-curriculum/

我们认为这门课程是独特的，因为它允许学生体验处理器开发周期的每个部分。首先，可以向学生介绍PIC32架构上的现有处理器，并使用诸如Digilent Wi-Fire。这为学生提供了一个“最终目标”产品将是什么的参考框架。然后，他们可以在FPGA中重新创建相同的处理器核心，从本质上说，“窥探底层”。这与大多数体系结构课程不同，在这些课程中，处理器被分解成概念上的黑盒，学生们不能访问底层的硬件组装。这种教学方式和配套材料的结合可以帮助教育者迅速上手。这就是为什么Digilent推荐这个解决方案给计算机体系结构课程的原因!欲了解更多信息，请访问:https://www.mips.com/mac/resources/