刘玉洁, 沈世全

(1. 中国民航大学 计算机科学与技术学院, 天津　300300；2. 厦门航空有限公司 杭州分公司, 浙江 杭州　310000)



多级流水线处理机的少课时实践内容设计

刘玉洁1, 沈世全2

(1. 中国民航大学 计算机科学与技术学院, 天津300300；2. 厦门航空有限公司 杭州分公司, 浙江 杭州310000)

以少课时教学为前提,基于FPGA技术设计了一个适用于本科生的多级流水线处理机的实践内容。通过精简处理机结构、缩减运算规模,设计了一个学生能够在有限课时内实现的多级流水乘法处理机,并提出了流水线瓶颈段问题的解决方案，收到了良好的教学效果。

多级流水线处理机； 实践内容设计;FPGA； 计算机体系结构

流水线技术是现代计算机系统设计中的关键技术,也是计算机体系结构课程中的重要内容。面对少课时的实践授课情况,设计出适合于本科学生计算机专业学生的流水线处理机的实践内容,有利于提高学生的系统设计能力,以及对CPU关键技术的掌握。

1　实验环境选择

对于流水线处理机的实践,一般可采用的方法有两种:一种是基于模拟器的设计方式；另一种是基于FPGA技术的设计方式。

基于模拟器下的设计方式,是在模拟器环境下,用程序来实现对流水线工作方式的模拟。常用的模拟器有WinDLX[1]、DLXView[2]、SimpleScalar[3]等。由于模拟器的特点,其设计出的多级流水线更接近于一段程序,而非CPU设计,难以让学生从本质上体会流水设计的意义。

基于FPGA技术的设计方式,要求学生利用可编程芯片,从指令系统开始,完成逻辑设计到物理实现的一台流水线处理机[4]。……